Um método aprimorado e mais preciso para calcular o consumo de energia de um elevador.

Muitas vezes é necessário selecionar a instalação de elevador com melhor desempenho em termos de eficiência energética, por exemplo, para obter o primeiro crédito no sistema de classificação do Building Research Establishment Environmental Assessment Method (existem outras classificações ambientais, como LEED, Green Star, etc.). Os métodos anteriores de cálculo do consumo de energia eram imprecisos, como o sugerido em Guia CIBSE D: 2010Um método mais preciso foi desenvolvido pelo Grupo de Trabalho 10 do Comitê Técnico 178 da Organização Internacional de Normalização (ISO). Este método foi publicado na norma ISO/DIS 25745-2 em 6 de junho de 2013. Uma forma simplificada do método de cálculo é apresentada aqui.

Dados dados

O método baseia-se no conhecimento de três conjuntos de dados: dados conhecidos, dados medidos e dados estimados.

Os dados conhecidos para a instalação em questão são os dados de projeto. Esses dados incluem: velocidade nominal; carga nominal; valor da aceleração; valor do solavanco; distância entre andares terminais; número de paradas; tempo de abertura; tempos de abertura e fechamento das portas do elevador nos andares; e relação de contrapeso.

Os dados medidos são obtidos utilizando o método especificado na norma EN ISO 25745-1: 2012, seja a partir de uma instalação alvo real ou de uma torre de testes configurada para emular a instalação alvo. Esses dados incluem: consumo de energia em operação; consumo de energia em modo ocioso; consumo de energia em modo de espera (esses termos são definidos na norma BS EN ISO 25745-1:2012). Na ausência de dados medidos, podem ser utilizados valores obtidos por simulação.

Os dados estimados indicam a atividade da instalação, variando de muito baixa a muito alta. Esses dados são representados pelo número de viagens por dia.

Consumo diário estimado de energia

O consumo diário estimado de energia (E_d) de um elevador é a soma do consumo de funcionamento (E_rd) e o consumo em modo de espera (ocioso/em espera) (E_sd):

Consumo estimado de energia diária em funcionamento

O consumo diário de funcionamento (E_d) depende da energia utilizada em uma viagem média que o elevador alvo realiza, multiplicada pelo número de viagens em um dia (n_d). O consumo de energia em funcionamento (E_rcA energia utilizada para realizar o ciclo de referência ISO (uma viagem de ida de um vagão vazio de um terminal para o outro e retorno) é dada pela medição feita de acordo com a norma EN ISO 25745-1: 2012. Esta medição de energia em funcionamento refere-se a um vagão vazio percorrendo a distância entre os terminais (s_rc). A distância percorrida em uma viagem média (s_av) é menor que a distância entre os terminais de pouso e decolagem e pode ser expressa como uma porcentagem da distância (s_rc), ou seja: %S = s_av/s_rc.

A medição da energia de funcionamento é feita com a cabine vazia. Em operação, o elevador transportará cargas de passageiros de zero até a carga nominal máxima. Em geral, a carga média é baixa. Para corrigir a situação em cabines carregadas, a energia de funcionamento precisa ser corrigida por um fator de carga (k_LAssim, o consumo diário de energia (E_d) em Wh é dado pela Equação 2:

Onde:

• n_d é o número de viagens por dia (Uma viagem é o deslocamento de um andar para outro).
• %S é a porcentagem da distância média percorrida por viagem para uma instalação específica.
• k_L é o fator de carga por viagem.
• E_rc é o consumo de energia medido ou estimado do ciclo de referência ISO (duas viagens) em Wh.

1. O número de viagens por dia (n_dO valor de ) para uma instalação específica é conhecido, pode ser estimado ou obtido da Tabela 1. O número de viagens define a categoria de uso para quaisquer cálculos.

A porcentagem da distância média percorrida (%S) pode ser obtida na Tabela 2, com base na categoria de uso selecionada e no número de paradas possíveis no edifício atendido.

*O valor sugerido pode precisar ser revisto se o fluxo de tráfego entre os dois andares do terminal for predominante. Nesse caso, a distância média percorrida pode tender a 100%.

Observe que o número de paradas para a instalação em questão é um dado conhecido.

O valor do fator de carga (k_L) pode ser calculado usando as Equações 3a/3e abaixo, onde o valor para a porcentagem média de carga de carros (%Q) é retirado da Tabela 3 de acordo com a categoria de uso e a carga nominal. Observe a carga nominal (Q) da instalação alvo são dados conhecidos.

Para elevadores de tração contrabalançados a 50%:       

           k_L = 1 – (%Q × 0.0164) (Equação 3a)

           Intervalo de 0.97 a 0.74.

Para elevadores de tração contrabalançados a 40%:         

           k_L = 1 – (%Q × 0.0192) (Equação 3b)

           Intervalo de 0.96 a 0.69.

Para elevadores hidráulicos sem contrapeso:   

           k_L = 1 + (%Q × 0.0071) (Equação 3c)

           Intervalo de 1.02 a 1.11.

Para elevadores hidráulicos com contrapeso de 35% do peso do carro:  

           k_L = 1 + (%Q × 0.0100) (Equação 3d)

           Intervalo de 1.02 a 1.16.

Para elevadores hidráulicos com contrapeso de 70% do peso do carro: 

           k_L = 1 + (%Q × 0.0187) (Equação 3e)

           Intervalo de 1.04 a 1.30.

As três primeiras equações representam elevadores comuns de tração e hidráulicos. Os parâmetros fornecidos nessas equações foram desenvolvidos a partir de um modelo computacional de um sistema de elevador. O intervalo mostrado refere-se aos valores mínimo e máximo de porcentagem.Q Os valores estão na Tabela 3. Deve-se notar que uma carga em um elevador de tração reduz o consumo de energia, enquanto em um elevador hidráulico, aumenta o consumo de energia.

Consumo estimado de energia por dia em pé

Onde:

P_id         é a potência utilizada quando o elevador está em modo ocioso (W)
            (medido após o término das operações da porta quando
             parou em um patamar).

P_st         é a potência utilizada quando o elevador está em modo de espera (W)
             (medido após cinco minutos de inatividade).

R_id         é a proporção de tempo ocioso ao consumir Pid (valor
             <1).

R_st         é a proporção do tempo de espera ao consumir Pst
             (valor < 1).

t_av         é o tempo para percorrer a distância média de viagem para o
             instalação alvo, incluindo tempos de porta (s).

Observe que o primeiro termo na Equação 4 representa o tempo em que o elevador não está funcionando, ou seja, está parado. 

O consumo em marcha lenta e o consumo em modo de espera são valores medidos obtidos pelo método descrito na norma EN ISO 25745-1: 2012. O consumo em marcha lenta é medido com o veículo vazio e após o término das operações das portas. O consumo em modo de espera é medido após cinco minutos de inatividade.

O método ISO considera sistemas que podem permanecer em um segundo modo de espera por até 30 minutos. Isso não é considerado aqui.

Os valores de Rid e Rst podem ser obtidos na Tabela 4. O tempo (t_av) para percorrer a distância média (s_av) é dado pela Equação 5:

Onde:

v         é a velocidade nominal (m/s).

j          é a aceleração nominal (m/s)²).

td       é a hora da abertura, aberto e fechado
             horários das portas do elevador nos andares (s).

Exemplos

Exemplo 1 – Elevador de Tração

O exemplo a seguir é do SAFE S24, com valores arredondados para facilitar os cálculos.

Parâmetros de elevação

• Elevador de tração em um prédio de escritórios
• Carga nominal: 1,500 kg
• Velocidade nominal: 2.50 m/s
• Deslocamento: 75 m
• Número de paradas: 20
• Contrabalanço: 50%
• Aceleração: 1.0 m/s²
• Jerk 1.25 m/s³
• Horário de abertura das portas: 8.0 segundos

Dados determinados por medição ou simulação

• Viagens diárias: 750 (categoria 4)
• Potência em modo de espera: 500 W
• Consumo de energia em modo de espera após 5 minutos: 120 W
• Energia do ciclo de referência ISO: 170 Wh

Dados de tabelas

• Distância média percorrida: 44% (da Tabela 2)
• Carga média por carro: 3.5% (da Tabela 3)
• Fator de carga (k_L): 0.94 (de k_L = 1 – (%Q × 0.0164))
• Relação tempo ocioso/tempo de espera: 45/55 (da Tabela 4)

Cálculo

sav = 0.44 × 75 = 33 m

mesa = 33/2.5 + 2.5/1 + 1/1.25 + 8 = 24.5 s

                                                                             = 5,500Wh

Ed = 26,367 + 5,500 = 31,867 Wh

Isso equivale a 32 kWh por dia (cerca de 0.6 p [0.6 c] por viagem).

Exemplo 2 -- Elevador hidráulico

(Este exemplo é do SAFE S3 com valores arredondados para facilitar os cálculos.)

Parâmetros de elevação

• Elevador hidráulico em um prédio residencial
• Carga nominal: 500 kg
• Velocidade nominal: 0.6 m/s
• Deslocamento: 13 m
• Número de paradas: 5
• Contrabalanço: 0%
• Aceleração: 0.3 m/s²
• Jerk: 0.5 m/s³
• Horário de abertura das portas: 8.0 segundos

Dados determinados por medição ou simulação

• Viagens diárias: 30 (categoria 1)
• Potência em modo de espera: 50 W
• Consumo de energia em modo de espera após 5 minutos: 31 W
• Energia do ciclo de referência ISO: 91 Wh

Dados de tabelas

• Distância média percorrida: 44% (da Tabela 2)
• Carga média por carro: 7.5% (da Tabela 3)
• Fator de carga (k_L): 1.05 (de k_L = 1 + [%Q × 0.0071])
• Relação tempo ocioso/tempo de espera: 13/87 (da Tabela 4)

Cálculo

                                                                               = 631Wh

sav = 0.44 × 13 = 5.7 m

mesa = 5.7/0.6 + 0.6/0.3 + 0.3/0.5 + 8 = 20.1 s

                                                                                 = 797Wh

Ed = 631 + 797 = 1,428 Wh

Isso equivale a 1.4 kWh por dia (cerca de 0.7 p [0.7 c] por viagem).

Aviso

Os valores apresentados nas Tabelas 2, 3 e 4 são baseados na mediana para cada categoria de uso. Caso o uso se situe nos limites inferior ou superior de uma categoria, a utilização da mediana pode ser imprecisa. Portanto, se o número real de viagens não estiver próximo da mediana, sugere-se que os valores sejam obtidos das tabelas por interpolação.

Agradecimentos

• ISO/TC178/WG10 para o desenvolvimento do método.
• O Grupo de Trabalho WG10 para o desenvolvimento do fator de carga (k_L).
• As tabelas contidas na norma foram desenvolvidas por Ana Lorente como parte de seus estudos de doutorado em sua tese “Análise do Ciclo de Vida e Modelagem Energética de Elevadores” na Universidade de Zaragoza, Espanha, em apoio ao trabalho do GT10.  

Referências
[1] BS EN ISO 25745-1: 2012 Desempenho energético de elevadores, escadas rolantes e esteiras rolantes Parte 1: Medição e verificação de energia.
[2] Guia CIBSE D: 2010.
[3] ISO/DIS 25745-2: 2013 Desempenho energético de elevadores, escadas rolantes e esteiras rolantes Parte 2: Cálculo e classificação de energia para elevadores.
[4] Lorente, AM, Nunez, JL & Barney GC: “Modelos energéticos para elevadores”; 2º Simpósio sobre Tecnologias de Elevadores e Escadas Rolantes, 27 de setembro de 2013, Universidade de Northampton