Estudo e Comparação de Técnicas de Variação de Potência para Aquecimento Resistivo

Resumo

Este projeto de pesquisa trata da investigação de técnicas de variação de potência utilizadas para o aquecimento resistivo. Serão realizadas simulações e ensaios experimentais que possibilitarão investigar os efeitos que estas técnicas causam na rede elétrica, suas vantagens e desvantagens. Entre as comparações a serem realizadas, pode-se citar: preço do sistema, emissão eletromagnética, surgimento de cintilação, geração de frequências harmônicas de corrente e precisão no ajuste do valor da potência dissipada. O consumo total de eletricidade tem demonstrado um aumento regular médio superior à 3% nos últimos dez anos segundo dados da Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Tal fato indica duas necessidades: (i) o aumento da capacidade de produção de energia elétrica e (ii) a necessidade de um uso mais racional da mesma. Nesse sentido, ao analisar-se o consumo residencial, percebe-se que equipamentos com aquecimento resistivo respondem por uma parcela substancial do consumo doméstico. Segundo o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel), um chuveiro elétrico consome normalmente de 25 a 35% do total de energia consumida, sendo que isto chega a corresponder a 6,2-8.7% da energia elétrica consumida no país. Entre os equipamentos que utilizam aquecimento resistivo encontram-se o aquecedor elétrico, chuveiro, ebulidor, chaleira, cafeteira, torradeira, forno, estufas e iluminação incandescente. A importância deste projeto reside na possibilidade da economia de energia elétrica, pois em alguns casos esta pode estar sendo consumida excessivamente. Desse modo, esse projeto prevê a investigação de diversas técnicas que podem ser utilizadas para aquecimento resistivo e seu impacto sobre a rede elétrica. Os aparelhos que possuem aquecimento resistivo, na sua forma mais simples, são constituídos por uma chave e um resistor. Quando acionada, esta chave permite a passagem de eletricidade pelo resistor. A corrente elétrica passa a circular através do resistor, sendo inversamente proporcional à sua resistência. Por sua vez, a potência dissipada é inversamente proporcional à resistência e proporcional ao quadrado da tensão aplicada. Dessa forma, pode-se variar a potência basicamente de duas formas: variando-se a resistência do resistor e variando-se a tensão aplicada. De maneira simplificada, a variação da resistência ocorre através da subdivisão da resistência em resistências intermediárias (através de derivações) e da escolha de quais pontos serão energizados. Por sua vez, pode-se variar a tensão aplicada utilizando-se chaves eletrônicas (como o triac e o tiristor) e variando-se o período de energização da resistência em relação ao período total. Assim, diversas técnicas podem ser utilizadas, como variação do ângulo de disparo, modulação por largura de pulso (PWM), ciclos inteiros, etc. Considerando os métodos de variação de potência, busca-se avaliar, diversas características, como custo, benefícios, vantagens e desvantagens.