Universidade de Brasília – UnB
Faculdade de Tecnologia – FT
Departamento de Engenharia Elétrica – ENE
RACIONALIZAÇÃO DO USO DE ENERGIA NO
CAMPUS DA UNB
AVALIAÇÃO TÉCNICO-ECONÔMICA DA SINCRONIZAÇÃO
DOS GERADORES DISPONÍVEIS NO CAMPUS DA UNB PARA
PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Prof. Orientador: Marco Aurélio Gonçalves de Oliveira
Elaborado por: Fábio Hoshino Shirahige
Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
Brasília – Julho de 2004
99/17047
99/17179
Agradecimentos
Uma dos grandes prazeres da vida é ter a oportunidade de podermos agradecer as pessoas que
colaboram, que são gentis, que reconhecem o esforço, que entendem ou que criticam de forma inteligente
o trabalho. Assim, gostaríamos de prestar nossos sinceros agradecimentos às pessoas e instituições, cuja
ajuda, direta ou indireta, tornou possível a realização deste projeto.
Aos meus pais Mario Hayato Shirahige e Olinda Shigueko Hoshino Shirahige por serem a raiz do
que sou hoje; ao meu irmão Fernando, minha tia Helena e ao meu tio Marcelo pelo carinho a mim
dispensado.
(Fábio Hoshino Shirahige)
A meus pais, Luiz Carlos e Sheyla, pelo apoio recebido em toda minha vida, e por minha
formação moral.
(Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza)
Ao Professor Marco Aurélio Gonçalves de Oliveira pela orientação e amizade no decorrer de um
ano de iniciação científica (agosto/2003 a julho/2004). A ele a nossa estima por ter ensinado-nos grande
parte dos nossos conhecimentos adquiridos na graduação.
Ao Engenheiro Eletricista da Prefeitura do Campus da UnB, Luiz César Bezerra de Oliveira, que
colaborou com os dados existentes dos geradores presentes no campus da UnB, além do esclarecimento
de dúvidas freqüentes no nosso levantamento de dados.
Ao Artur Winter que contribuiu com os dados referentes ao gerador do Cespe - UnB, além de
repassar-nos um importante contato com a empresa Stemac, o Sr. Marcus Miritz, que nos forneceu a
cotação de preços de alguns componentes de grupo motor-gerador.
Aos Professores Fernando Monteiro de Figueiredo e Ivan Marques de Toledo Camargo por
aceitarem o convite para participação da banca examinadora, e pela grande contribuição para nossa
formação acadêmica.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- ii -
Sumário Geral
Lista de Tabelas .................................................................................................................................... vii
Lista de Figuras ..................................................................................................................................... ix
Lista de Abreviaturas e Símbolos........................................................................................................... xii
Resumo .................................................................................................................................................. xiii
Capítulo 1 - Introdução Teórica ..............................................................................................................
1
1 - Introdução Teórica ...........................................................................................................................
1.1 - Motores Diesel ......................................................................................................................
1.1.1 - Definição ...................................................................................................................
1.1.2 - Princípio de Funcionamento .....................................................................................
1.1.3 - Motores de Quatro Tempos ......................................................................................
1.1.4 - Motores de Dois Tempos ..........................................................................................
1.1.5 - Combustão no Motor Diesel .....................................................................................
1.1.6 - Baterias .....................................................................................................................
1.1.7 - Componentes Elétricos .............................................................................................
1.1.8 - Relação entre Potência Mecânica e Potência Elétrica ..............................................
1.1.9 - Reservatório de Combustível ....................................................................................
1.2 - Alternador .............................................................................................................................
1.2.1 - Número de fases .......................................................................................................
1.2.2 - Limitações .................................................................................................................
1.2.3 - Tensão do Alternador ...............................................................................................
1.2.4 - Potência do Alternador .............................................................................................
1.2.5 - Rendimento Mecânico do Alternador .......................................................................
1.2.6 - Freqüência de um Alternador ...................................................................................
1.2.7 - Excitação ...................................................................................................................
1.2.8 - Componentes de Supervisão e Controle ...................................................................
1
1
1
2
3
4
5
6
7
7
8
9
10
11
11
12
13
14
14
17
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB ........................................................................................
21
2 - Dados dos Grupos Motor-Gerador do Campus da UnB .................................................................
2.1 - Grupo Motor-Gerador – Cespe (Centro de Seleção e Promoção de Eventos) .....................
2.1.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Subestação × GMG ............................................
2.1.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.1.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.1.4 - Instalações Elétricas ..................................................................................................
2.1.5 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.1.6 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.1.7 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.2 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Fitopatologia .........................................................
2.2.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.2.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.2.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.2.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.2.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.2.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
21
22
22
23
24
26
27
28
29
30
30
30
31
32
34
35
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- iii -
2.3 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Chagas (Faculdade de Saúde) ...............................
2.3.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.3.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.3.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.3.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.3.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.3.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.4 - Grupo Motor-Gerador – Instituto de Química (Central Analítica) .......................................
2.4.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.4.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.4.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.4.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.4.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.4.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.5 - Grupo Motor-Gerador – Centro Comunitário .......................................................................
2.5.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Subestação × GMG ............................................
2.5.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.5.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.5.4 - Instalações Elétricas ..................................................................................................
2.5.5 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.5.6 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.5.7 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.6 - Grupo Motor-Gerador – Instituto de Química (Central Analítica) .......................................
2.6.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.6.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.6.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.6.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.6.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.6.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.7 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Biologia Molecular (BIOMOL) ............................
2.7.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.7.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.7.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.7.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.7.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.7.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.8 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Bioquímica ............................................................
2.8.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.8.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.8.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.8.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.8.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.8.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.9 - Grupo Motor-Gerador – Restaurante Universitário ..............................................................
2.9.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ...........................................
2.9.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................
2.9.3 - Generalidades ...........................................................................................................
2.9.4 - Grupo Motor Gerador – GMG ..................................................................................
2.9.5 - Alternador Síncrono ..................................................................................................
2.9.6 - Motor Diesel .............................................................................................................
2.10 - Rede Elétrica Aérea ou Subterrânea .....................................................................................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
36
36
36
37
38
39
40
41
41
41
42
43
45
45
46
46
47
47
49
50
51
51
52
52
53
53
55
56
56
57
57
58
58
59
60
60
60
60
61
62
63
64
64
65
65
65
66
67
68
68
69
- iv -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede ..........................................................................................
71
3 - Operação do Grupo Motor-Gerador ................................................................................................
3.1 - Sistemas de Controle de Grupo Motor-Gerador ..................................................................
3.2 - Princípio de Funcionamento dos Geradores Síncronos .........................................................
3.3 - Tipos de Sincronização de Geradores Síncronos com a Rede ..............................................
3.3.1 - Grupo Motor-Gerador em Transferência Automática ..............................................
3.3.2 - Grupo Motor-Gerador em Sincronismo com a Rede da Concessionária ..................
71
71
73
75
75
85
Capítulo 4 - Estudo sobre a Viabilização Técnica ...............................................................................
95
4 - Introdução .......................................................................................................................................
4.1 - Opções de Controle Microprocessados .................................................................................
4.1.1 - Controle Microprocessado da Stemac ST2030 .........................................................
4.1.2 - Controle Microprocessado da Stemac ST2040 .........................................................
4.1.3 - Controle Microprocessado da Stemac ST2060 .........................................................
4.1.4 - Controle Microprocessado da Woodward GCP-22 ..................................................
4.2 - Solução Técnica para a Conexão do Paralelismo .................................................................
4.2.1 - Grupo Motor-Gerador – Centro Comunitário ...........................................................
4.2.2 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Fitopatologia .............................................
4.2.3 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Chagas (Faculdade de Saúde) ...................
4.2.4 - Grupo Motor-Gerador – Instituto de Química (Central Analítica) ...........................
4.2.5 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Microssonda Eletrônica ............................
4.2.6 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Bioquímica ...............................................
4.2.7 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Biologia Molecular (BIOMOL) ..............
4.2.8 - Grupo Motor-Gerador – Cespe (Centro de Seleção e Promoção de Eventos) ..........
4.2.9 - Grupo Motor-Gerador – Restaurante Universitário ...................................................
95
95
96
97
98
99
100
100
102
104
105
108
109
111
113
115
Capítulo 5 - Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB.......................................... 117
5-
Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB.......................................................
5.1 - Definição de demanda e consumo......................................... ................................................
5.2 - Tarifas de energia elétrica em sistemas de distribuição..........................................................
5.2.1 - Consumidores de energia......................................... ..................................................
5.2.2 - Estruturas Tarifárias......................................... ..........................................................
5.3 - Gerenciadores de energia e registradores de dados no campus..............................................
5.3.1 - Localização dos Equipamentos de Gerenciamento da Energia..................................
5.3.2 - Esquema de Funcionamento do Sistema de Gerenciamento de Energia....................
5.4 - Levantamento das curvas de carga da UnB............................................................................
5.4.1 - Pontos de Entrega de Energia no Campus..................................................................
5.4.2 - Curvas de Carga Padronizadas...................................................................................
117
117
117
117
119
122
123
123
126
126
127
Capítulo 6 - Análise Econômica da Utilização dos Grupos Motor-Gerador Diesel.............................. 135
6-
Análise econômica da utilização dos GMG diesel ..........................................................................
6.1 - Custo de operação dos grupos motor-gerador diesel.................................... .........................
6.2 - Análise da utilização diária do GMG do cespe: 450 kVA......................................................
6.2.1 - Economia Máxima com a Diminuição da Demanda Contratada................................
6.2.2 - Utilização do GMG do Cespe (405 kW) no Horário de Ponta...................................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
135
135
137
138
140
-v-
6.2.3 - Utilização do GMG do Cespe (405 kW) no Horário Fora da Ponta.........................
6.2.4 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do Controle
Microprocessado......................................................................................................
6.2.5 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do GMG de 450 kVA...............
6.3 - Análise da utilização diária do GMG do RU: 100 kVA.........................................................
6.3.1 - Utilização do GMG do RU (90 kW) no Horário de Ponta.......................................
6.3.2 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do Controle
Microprocessado......................................................................................................
6.3.3 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do GMG de 100 kVA............
6.4 - Comparação dos resultados obtidos para cada GMG.............................................................
6.5 - Fatura pelas estruturas tarifárias horo-sazonal azul e verde...................................................
6.5.1 - Cálculo da Fatura Mensal Pela Estrutura Tarifária Horo-sazonal Azul...................
6.5.2 - Cálculo da Fatura Mensal Pela Estrutura Tarifária Horo-sazonal Verde.................
6.5.3 - Comparações dos Resultados para as Estruturas Horo-sazonal Azul e Verde.........
143
145
147
148
149
152
153
154
156
157
159
162
Capítulo 7 - Conclusão.......................................................................................................................... 165
Referência Bibliográfica........................................................................................................................... 169
Anexo A
NT 6.008 - Requisitos Mínimos para Elaboração de Projeto e Instalação de Grupos Geradores
Particulares com Transferência Automática .................................................................... 1a
NT 6.005 - Requisitos Mínimos para Interligação de Gerador de Consumidor Primário com a Rede
de Distribuição da Eletropaulo Metropolitana com Paralelismo Momentâneo ................ 14a
NT 6.009 - Requisitos Mínimos para Interligação de Gerador de Consumidor Primário com a Rede
de Distribuição da Eletropaulo Metropolitana com Paralelismo Permanente .................. 26a
Anexo B
B.1- Período de Estudo..............................................................................................................
B.2- Curvas de carga.................................................................................................................
B.2.1- Demanda Durante o Período Úmido Letivo........................................................
B.2.2- Demanda Durante o Período Seco Letivo...........................................................
1b
2b
2b
8b
Anexo C
C.1- Atividades de manutenção preventiva e corretiva do motor.............................................
C.2- Plano de manutenção do alternador...................................................................................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
1c
3c
- vi -
Lista de Tabelas
Capítulo 1 - Introdução Teórica
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.1 - Identificação e Descrição de potencias de cada Grupo Motor-Gerador ..........................
Tabela 2.2 - Dados de placa do GMG do Cespe ..................................................................................
Tabela 2.3 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Fitopatologia .............................................
Tabela 2.4 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Chagas .......................................................
Tabela 2.5 - Dados de placa do GMG do Instituto de Química ...........................................................
Tabela 2.6 - Dados de placa do GMG do Centro Comunitário ...........................................................
Tabela 2.7 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Microssonda Eletrônica .............................
Tabela 2.8 - Dados de placa do GMG do Laboratório de BIOMOL ...................................................
Tabela 2.9 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Bioquímica ................................................
Tabela 2.10 - Dados de placa do GMG do Restaurante Universitário ..................................................
22
24
31
37
42
47
53
58
61
66
Capítulo 3 - Estudo das conexões de Rede
Tabela 3.1 - Descrição dos relés pelo No. ANSI para Transferência Automática ..............................
Tabela 3.2 - Descrição dos relés pelo No. ANSI para Paralelismo Permanente ..................................
Tabela 3.3 - Descrição dos relés pelo No. ANSI para Paralelismo Momentâneo................................
83
90
93
Capítulo 4 - Estudo sobre a Viabilização Técnica
Tabela 4.1 Tabela 4.2 Tabela 4.3 Tabela 4.4 Tabela 4.5 Tabela 4.6 Tabela 4.7 Tabela 4.8 Tabela 4.9 -
Dados do grupo motor-gerador do Centro Comunitário...................................................
Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Fitopatologia.....................................
Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Chagas..............................................
Dados do grupo motor-gerador do Instituto de Química..................................................
Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Microssonda Eletrônica.....................
Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica........................................
Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Biologia Molecular...........................
Dados do grupo motor-gerador do Cespe..........................................................................
Dados do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário..........................................
101
102
104
106
108
110
111
113
115
Capítulo 5 - Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Tabela 5.1 Tabela 5.2 Tabela 5.3 Tabela 5.4 Tabela 5.5 Tabela 5.6 Tabela 5.7 Tabela 5.8 -
Subgrupos do Grupo B.....................................................................................................
Subgrupos do Grupo A. ...................................................................................................
Enquadramento tarifário para unidades consumidoras do Grupo A. ..............................
Estrutura tarifária horo-sazonal verde..............................................................................
Estrutura tarifária horo-sazonal azul................................................................................
Localização dos equipamentos gerenciadores de energia................................................
Pontos de entrega de energia no campus da UnB............................................................
Período de análise para o levantamento das curvas de carga padronizadas.....................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
118
118
119
121
122
122
126
128
- vii -
Capítulo 6 - Análise econômica da utilização dos GMG diesel diariamente
Tabela 6.1 Tabela 6.2 Tabela 6.3 Tabela 6.4 Tabela 6.5 Tabela 6.6 Tabela 6.7 Tabela 6.8 Tabela 6.9 Tabela 6.10Tabela 6.11Tabela 6.12Tabela 6.13Tabela 6.14Tabela 6.15Tabela 6.16Tabela 6.17Tabela 6.18Tabela 6.19Tabela 6.20Tabela 6.21Tabela 6.22Tabela 6.23Tabela 6.24Tabela 6.25Tabela 6.26Tabela 6.27-
Valor da manutenção preventiva do GMG......................................................................
Tarifa horo-sazonal azul...................................................................................................
Comparação entre a tarifa horo-sazonal azul da CEB e a tarifa do GMG de 405 kW.....
Sugestões de valores para a demanda contratada na ponta e fora da ponta.....................
Economia mensal pela utilização na ponta do GMG de 405 kW....................................
Esquema da divisão dos períodos do ano acadêmico.......................................................
Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 405 kW.......................
Comparação entre a tarifa horo-sazonal azul da CEB e a tarifa do GMG de 90 kW.......
Economia mensal pela utilização na ponta do GMG de 90 kW......................................
Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 90 kW.........................
Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 100 kVA.....................
Comparação das receitas mensais obtidas com o uso dos geradores na ponta................
Comparação do tempo de retorno dos investimentos para cada GMG............................
Energia e demanda mensais no período seco letivo com GMG de 405 kW....................
Fatura mensal dos dias úteis no período seco letivo........................................................
Economia perante a CEB com ICMS...............................................................................
Despesa operacional mensal com o GMG de 405 kW.....................................................
Economia líquida por mês no período seco letivo com o uso do GMG de 405 kW........
Fatura mensal com ICMS.................................................. ..............................................
Tarifa horo-sazonal verde.................................................. .............................................
Energia e demanda mensais no período seco letivo com GMG de 405 kW....................
Fatura mensal dos dias úteis no período seco letivo........................................................
Economia perante a CEB com ICMS...............................................................................
Despesa operacional mensal com o GMG de 405 kW.....................................................
Economia líquida por mês no período seco letivo com o uso do GMG de 405 kW........
Fatura mensal com ICMS.................................................. ..............................................
Comparação entre as estruturas tarifárias azul e verde....................................................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
135
137
137
138
145
146
147
148
152
152
153
155
156
157
157
158
158
159
159
159
160
160
161
161
162
162
162
- viii -
Lista de Figuras
Capítulo 1 -
Introdução Teórica
Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4 Figura 1.5 Figura 1.6 -
Motor diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte ...............................................
Esquema do motor de quatro tempos ..............................................................................
Motor de dois tempos ......................................................................................................
Conexão de bateria no motor do grupo motor-gerador do Centro-Comunitário .............
Tanque de combustível do grupo motor-gerador do Centro-Comunitário ......................
(a) Estator e tampa com as bobinas de campo da excitatriz, (b) Rotor com ventilador,
induzido da excitatriz e ponte retificadora na extremidade do eixo .................................
Alternador do grupo motor-gerador do Laboratório da Biologia Molecular ...................
Esquema das conexões em estrela dos alternadores trifásicos ........................................
Esquema das conexões em triângulo ou delta dos alternadores trifásicos ......................
Representação gráfica do rendimento de alternadores em função da carga (%) .............
Esquema da excitação estática do alternador ..................................................................
Esquema da excitação Brushless do alternador ...............................................................
Esquema da excitação por imã permanente do alternador ..............................................
Painel local de instrumentos do grupo motor-gerador do Centro Comunitário ..............
(a) Vista externa e (b) vista interna do quadro de comando do Instituto de Química .....
Figura 1.7 Figura 1.8 Figura 1.9 Figura 1.10 Figura 1.11 Figura 1.12 Figura 1.13 Figura 1.14 Figura 1.15 -
2
3
4
6
8
9
10
12
12
14
15
16
17
19
20
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.1 Figura 2.2 Figura 2.3 Figura 2.4 Figura 2.5 Figura 2.6 Figura 2.7 Figura 2.8 Figura 2.9 Figura 2.10 -Figura 2.11 Figura 2.12 Figura 2.13 Figura 2.14 Figura 2.15 Figura 2.16 Figura 2.17 Figura 2.18 Figura 2.19 Figura 2.20 Figura 2.21 -
Localização dos geradores no campus da UnB.................................................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Cespe – Subestação × GMG .......
Vista externa do GMG do Cespe .....................................................................................
Controle microprocessado do GMG do Cespe ................................................................
Detalhe do alternador e motor do GMG do Cespe ..........................................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Fitopatologia ......
Vista externa do GMG do Laboratório de Fitopatologia .................................................
Vista do alternador do GMG do Laboratório de Fitopatologia .......................................
Tanque de combustível do GMG do Laboratório de Fitopatologia ................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Chagas ...............
Vista do GMG do Laboratório de Chagas .......................................................................
Quadro de Comando do GMG do Laboratório de Chagas ..............................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Instituto de Química ...................
Vista do GMG do instituto de Química ...........................................................................
Vista do abrigo do GMG do Instituto de Química ..........................................................
Tanque de combustível do GMG do Instituto de Química ..............................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Centro Comuntário .....................
GMG do Centro Comunitário ..........................................................................................
Casa do GMG do Centro Comunitário ............................................................................
Tanque de Combustível do GMG do Centro Comunitário ..............................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Microssondas
Eletrônicas .......................................................................................................................
Figura 2.22 - GMG do Lab. de Microssonda Eletrônica .......................................................................
Figura 2.23 - Quadro de transferência automático ................................................................................
Figura 2.24 - Reservatório de Combustível ...........................................................................................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
21
23
24
25
25
30
31
32
32
36
37
38
41
42
43
43
46
47
48
48
52
53
54
54
- ix -
Figura 2.25 Figura 2.26 Figura 2.27 Figura 2.28 Figura 2.29 Figura 2.30 Figura 2.31 Figura 2.32 Figura 2.33 Figura 2.34 Figura 2.35 Figura 2.36 Figura 2.37 -
Casa subterrânea do grupo motor-gerador .......................................................................
GMG abandonado sob uma lona de plástico ...................................................................
GMG pertencente ao Laboratório de Biologia Molecular ...............................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Bioquímica ........
GMG do Laboratório de Bioquímica ..............................................................................
GMG visto de lado ..........................................................................................................
Vista de perto do GMG ...................................................................................................
Tanque de combustível incorporado à base do GMG .....................................................
Diagrama Unifilar Geral das conexões do GMG do Restaurante Universitário .............
Grupo motor-gerador Diesel do Restaurante Universitário .............................................
Tanque do combustível externo .......................................................................................
Detalhe do tanque ............................................................................................................
Diagrama Unifilar da Rede Área e Subterrânea da UnB .................................................
Capítulo 3 -
Estudo das conexões de Rede
Figura 3.1 -
Vista externa do Quadro de Comando em conjunto com a USCA (Unidade de
Supervisão de Corrente Alternada) do Grupo Motor-Gerador do Centro Comunitário ..
(a) Vista externa e (b) Vista interna do Quadro de Comando eletrônico do Grupo
Motor-Gerador do Laboratório de Fitopatologia .............................................................
Sincronismo de um gerador síncrono (alternador) com a rede para operação em
paralelo ............................................................................................................................
Chave reversora ou comutadora do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário..
Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Quadro de
Transferência Automática (QTA) ....................................................................................
Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Transferência
Automática por chave comutadora ..................................................................................
Chave reversora manual de três posições ........................................................................
Grupo motor-gerador para atendimento de cargas essenciais .........................................
Grupo motor-gerador para atendimento de cargas essenciais .........................................
(a) Esquema de par de contatores e (b) Contatores .........................................................
(a) Esquema de par de contatores com sinalizadores e (b) Contatores ...........................
Esquema dos sistemas de controle ou USCA’s com os relés ..........................................
Consumidor primário com proteção direta ......................................................................
Consumidor primário com proteção indireta ...................................................................
Transferência com rampa de carga ..................................................................................
Curva da potência do grupo motor-gerador na condição de emergência ........................
Curva da potência do grupo motor-gerador na condição de horário de ponta ................
Diagrama unifilar do paralelismo permanente Rede/Gerador na baixa tensão ...............
Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com
proteção direta .................................................................................................................
Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com
proteção indireta ..............................................................................................................
Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.10 Figura 3.11 Figura 3.12 Figura 3.13 Figura 3.14 Figura 3.15 Figura 3.16 Figura 3.17 Figura 3.18 Figura 3.19 Figura 3.20 -
55
59
59
61
62
62
63
63
65
66
67
67
70
72
73
74
75
77
78
79
80
81
81
82
83
84
85
86
87
88
89
91
92
Capítulo 4 - Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3 -
Controle do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário .....................................
Foto do controle microprocessado ST2030 .....................................................................
Foto do controle microprocessado ST2040 .....................................................................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
96
96
98
-x-
Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Figura 4.10 -Figura 4.11 Figura 4.12 -
Foto do controle microprocessado ST2060 .....................................................................
Foto do controle microprocessado da Woodward GCP-22 .............................................
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Centro Comunitário ...............................
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Fitopatologia .................
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Chagas ...........................
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Instituto de Química ..............................
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Microssonda Eletrônica..
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica ....................
Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Biologia Molecular
(BIOMOL) .......................................................................................................................
Figura 4.13 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Cespe .....................................................
Figura 4.14 - Antigo GMG de 180 kVA do Cespe ...............................................................................
Figura 4.15 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário ......................
98
100
101
103
105
107
109
110
112
113
115
116
Capítulo 5 - Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Figura 5.1 Figura 5.2 Figura 5.3 Figura 5.4 Figura 5.5 Figura 5.6 Figura 5.7 Figura 5.8 Figura 5.9 Figura 5.10 -Figura 5.11 Figura 5.12 Figura 5.13 Figura 5.14 Figura 5.15 Figura 5.16 Figura 5.17 -
Esquema da alimentação elétrica da UnB.........................................................................
Distribuição dos equipamentos gerenciadores de energia pelo campus...........................
Esquema de obtenção dos dados de energia elétrica nas subestações do ICC Sul e
Norte..................................................................................................................................
Transdutor CCK 4200 recebendo os sinais de corrente através de um TC para cada
fase.....................................................................................................................................
Registrador de dados CCK 5500.......................................................................................
Aquisição de dados via medição da concessionária (CEB)..............................................
Software da CCK para visualização dos valores de energia medidos...............................
Curvas de carga a serem padronizadas..............................................................................
Curvas de carga máxima para os dias úteis do período úmido letivo................................
Curva de carga padrão (Curva 1) para os dias úteis do período úmido letivo...................
Curvas de carga máxima para os dias úteis do período seco letivo...................................
Curva de carga padrão (Curva 2) para os dias úteis do período seco letivo......................
Curvas de carga máxima para os dias úteis do período de férias......................................
Curva de carga padrão (Curva 3) para os dias úteis do período de férias.........................
Curvas de carga máxima para os fins de semana e feriados.............................................
Curva de carga padrão (Curva 4) para os sábados............................................................
Curva de carga padrão (Curva 5) para os domingos e feriados.........................................
119
123
123
124
124
125
125
127
128
129
130
130
131
132
133
134
134
Capítulo 6 - Análise econômica da utilização dos GMG diesel diariamente
Figura 6.1 Figura 6.2 Figura 6.3 Figura 6.4 Figura 6.5 Figura 6.6 Figura 6.7 Figura 6.8 Figura 6.9 -
Diminuição da demanda contratada com o uso de um GMG de potência PGMG...............
Tempo mínimo de geração na ponta no período seco letivo. ...........................................
Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo..........................................
Tempo mínimo de geração fora da ponta no período seco letivo.....................................
Fluxo de caixa para o investimento no controle microprocessado....................................
Fluxo de caixa para o investimento no GMG de 405 kW.................................................
Tempo mínimo de geração na ponta no período seco letivo.............................................
Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo..........................................
Receita mensal no período seco letivo referente à potência do GMG..............................
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
139
141
142
144
146
147
149
151
154
- xi -
Lista de Abreviaturas e Símbolos
A
BIOMOL
Ccomb
Cespe
CGMG
Cman
COGMG
cos φ
CV
DC
DEGMG
Dfp
Dp
DU
E
EGMG
Ep
Epf
f
GMG
HP
Hz
I
n
p
Pel
PGMG
Pmec
QTA
RDGMG
rpm
RU
SGMG
TD
TDp
TDpf
TE
TEGMG
TEp
TEpf
TGMG
UnB
USCA
V
Vcc
η
-
Ampères
Biologia Molecular
Custo do combustível diesel
Centro de Seleção e Promoção de Eventos
Consumo de combustível do GMG
Custo de manutenção do GMG
Custo de operação do GMG
Fator de Potência (Considerando as formas de onda de tensão e corrente perfeitamente senoidal)
Cavalo Vapor
Demanda contratada
Despesa de energia do GMG
Demanda no horário fora da ponta
Demanda no horário de ponta
Demanda máxima permitida de ultrapassagem
Tensão de linha
Energia fornecida pelo GMG
Energia no horário de ponta
Energia no horário fora da ponta
Freqüência
Grupo Motor-Gerador
Horse Power
Hertz
Corrente de linha
Velocidade de rotação
Número de pólos
Potência Elétrica
Potência ativa do GMG
Potência Mecânica
Quadro de Transferência Automática
Receita de demanda do GMG
Rotações por minuto
Restaurante Universitário
Potência aparente do GMG
Tarifa de demanda
Tarifa de demanda na ponta
Tarifa de demanda fora da ponta
Tarifa de energia
Tarifa de energia do GMG
Tarifa de energia na ponta
Tarifa de energia fora da ponta
Tempo de operação do GMG
Universidade de Brasília
Unidade de Supervisão de Corrente Alternada
Volts
Volts (Corrente Contínua)
- Rendimento
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- xii -
Resumo
A idéia principal deste projeto é promover a gestão do consumo de energia no Campus da UnB,
controlando o consumo e, especialmente, a demanda ao longo da jornada diária. Observa-se que, embora
não promova uma economia considerável em termos de kWh, esta gestão pode trazer reduções
importantes nos custos associados à utilização da energia.
Primeiramente é apresentado o levantamento de todos os grupos motor-gerador existentes no
Campus da UnB, sendo relatado as características e as condições de cada um deles, que representa o
centro de toda a análise que está sendo proposta no estudo técnico e econômico subseqüente à essa coleta
de dados.
Em seguida, este projeto apresenta uma análise técnica, pelo qual avalia a sincronização dos
geradores disponíveis à rede elétrica do Campus, observando a exigência de uma série de equipamentos e
dispositivos tanto para garantir a integridade da rede elétrica e a continuidade no fornecimento de energia,
de acordo com as normas brasileiras das concessionárias, como também para garantir a segurança do
próprio gerador e a do pessoal responsável pela sua operação.
Em paralelo com a avaliação técnica descrita anteriormente, é efetuada uma avaliação econômica
de todos os aspectos econômicos e financeiros associados à operação dos geradores. Inicialmente, serão
considerados os aspectos de consumo de combustível e dos custos fixos e variáveis associados à produção
de energia pelos geradores. Em seguida, são considerados os investimentos eventualmente necessários
para que estes geradores estejam disponíveis para operação, analisando-se o retorno destes investimentos.
A consideração temporal destes investimentos e custos fixos e variáveis permite a comparação com os
valores pagos pela energia adquirida da concessionária. Determinam-se assim as condições e os períodos
durante os quais os geradores devem ser sincronizados à rede para garantir o menor gasto com a energia.
Finalmente, a análise deve indicar a revisão do contrato de fornecimento com a concessionária,
bem como os novos valores a serem contratados para a demanda na ponta e fora de ponta.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- xiii -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1 – INTRODUÇÃO TEÓRICA
Denomina-se grupo motor-gerador diesel – GMG diesel – ao conjunto formado por um motor
diesel e um gerador de corrente alternada, denominado alternador, devidamente montada, dotado dos
componentes de supervisão e controle necessários ao seu funcionamento autônomo e destinado ao
suprimento de energia elétrica produzida a partir do consumo de óleo diesel.
1.1 - MOTORES DIESEL
1.1.1 - DEFINIÇÃO
Os motores diesel são máquinas térmicas alternadas de combustão interna, destinados ao
suprimento de energia mecânica ou força motriz de acionamento. Segundo sua aplicação podem ser
classificados em 4 tipos básicos: estacionários (destinados ao acionamento de máquinas estacionárias
como geradores), industriais (destinados ao acionamento de máquinas de construção civil como tratores),
veiculares (destinados ao acionamento de veículos em geral) e marítimos (destinados à propulsão de
barcos e máquinas de uso naval).
Os sistemas que constituem os motores diesel são: sistema de admissão de ar, sistema de
combustível, sistema de lubrificação, sistema de arrefecimento, sistema de exaustão e sistema de partida.
O motor é composto de um mecanismo capaz de transformar os movimentos alternativos dos
pistões em movimento rotativo da árvore de manivelas, através da qual se transmite energia mecânica aos
equipamentos acionados. Este mecanismo se subdivide nos componentes mostrados na Figura 1.1.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-1-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
Figura 1.1 – Motor diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
Os principais componentes são listados a seguir:
- Bloco de cilindros: onde se alojam os conjuntos de cilindros, compostos pelos pistões com anéis
em segmento, camisas, bielas, árvores de manivelas e de comando de válvulas, com seus mancais e
buchas.
- Cabeçotes: Funcionam essencialmente como tampões para os cilindros e acomodam os
mecanismos das válvulas de admissão e escape, bicos injetores e canais de circulação do líquido de
arrefecimento.
- Carter: é o reservatório do óleo lubrificante utilizado pelo sistema de lubrificação.
- Seção dianteira: é a parte dianteira do bloco, onde se alojam as engrenagens de distribuição de
movimentos para os acessórios externos, tais como bomba d’água, ventilador, alternador de carga das
baterias e para sincronismo da bomba de combustível e da árvore de comando de válvulas.
- Seção traseira: onde se encontram o volante e respectiva carcaça, para montagem do
equipamento acionado.
1.1.2 - PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO
Os motores de combustão interna, segundo o tipo de combustível que utilizam, são classificados
em motores do ciclo Otto e motores do ciclo diesel, nomes devidos aos seus descobridores.
Motores do ciclo Otto são aqueles que aspiram a mistura ar-combustível preparada antes de ser
comprimida no interior dos cilindros. A combustão da mistura é provocada por centelha produzida numa
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-2-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
vela de ignição. É o caso de todos os motores a gasolina, álcool, gás ou metanol, que são utilizados em
geral nos automóveis.
Motores do ciclo diesel são aqueles que aspiram ar, que após ser comprimido no interior dos
cilindros, recebe o combustível sob pressão superior àquela em que o ar se encontra. A combustão ocorre
por auto-ignição quando o combustível entra em contato com o ar aquecido pela pressão elevada. O
combustível que injetado ao final da compressão do ar, na maioria dos motores do ciclo diesel é o óleo
comercial, porém outros combustíveis, tais como nafta, óleos minerais mais pesados e óleos vegetais
podem ser utilizados em motores construídos especificamente para utilização destes combustíveis.
1.1.3 - MOTOR DE QUATRO TEMPOS
Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos
do pistão, como é mostrado na Figura 1.2.
Figura 1.2 – Esquema do motor de quatro tempos.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
No primeiro tempo, com o pistão em movimento descendente, dá-se a admissão, que se verifica,
na maioria dos casos, por aspiração automática da mistura ar-combustível (nos motores Otto) ou apenas
ar (nos motores diesel). Na maioria dos motores diesel modernos, uma ventoinha empurra a carga de ar
para o cilindro (turbo compressão).
No segundo tempo, ocorre a compressão, com o pistão em movimento ascendente. Pouco antes de
o pistão completar o curso, ocorre a ignição por meio de dispositivo adequado (no motor Otto) ou a autoignição (no motor diesel).
No terceiro tempo, com o pistão em movimento descendente, tem-se a ignição, com a expansão
dos gases e transferência de energia ao pistão (tempo motor).
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-3-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
No quarto tempo (ou duas rotações) transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez. Para fazer com
que as válvulas de admissão e escapamento funcionem corretamente, abrindo e fechando as passagens nos
momentos exatos, a árvore de comando de válvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotação do motor,
completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.
1.1.4 - MOTOR DE DOIS TEMPOS
O ciclo motor abrange apenas uma rotação da árvore de manivelas, ou seja, dois cursos do pistão.
A exaustão e a admissão não se verificam e são substituídas conforme mostra o esquema a seguir.
Figura 1.3 – Motor de dois tempos.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
1) Expansão dos gases residuais, através da abertura da válvula de escape, ao fim do curso do
pistão.
2) Substituição da exaustão pelo percurso com ar comprimido. Os gases são expulsos pela ação da
pressão própria.
3) Depois do fechamento da válvula, o ar que ainda permanece no cilindro, servirá à combustão (a
exaustão também pode ser feita por válvulas adicionais).
4) O curso do motor é reduzido. O gás de exaustão que permanece na câmara, é misturado com o
ar admitido.
A vantagem do motor de dois tempos é que, com o mesmo dimensionamento em rpm, este fornece
uma maior potência do que o motor de quatro tempos e possui um torque mais uniforme. As desvantagens
são que além das bombas especiais de exaustão e de carga, com menor poder calorífico e consumo de
combustível elevado, a carga calorífica é consideravelmente mais elevada do que num motor de quatro
tempos, de igual dimensionamento.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-4-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1.1.5 - COMBUSTÃO NO MOTOR DIESEL
¾ Processo de injeção
O gás de combustão aspirado ou induzido sob pressão é tão comprimido (temperatura entre 550ºC
e 600ºC), que acontece a auto-ignição. Uma parte do combustível, injetada em primeiro lugar, queima
rapidamente e o que é injetado em seguida, em maior quantidade, queima a pressão aproximadamente
constante. A combustão não ocorre inteiramente, caso não se sucedam no tempo certo o aquecimento do
combustível e a ignição.
¾ Ignição
As gotículas de combustível que são injetadas inflamam-se após terem sido levadas à temperatura
de auto-ignição, pelo ar pré-aquecido e comprimido no cilindro. O retardo da ignição deve ser o mínimo
possível, caso contrário, chega à câmara de combustão uma quantidade excessiva de combustível não
queimado, que irá produzir aumento de pressão no próximo tempo de compressão e reduzir a lubrificação
entre as camisas dos cilindros e os anéis de segmento, resultando com a continuidade do processo um
desgaste, que num primeiro momento, é conhecido como “espalhamento” das camisas do cilindro.
Combustíveis diesel com boa ignição tem um pequeno retardo, proporcionando compressão uniforme
para a combustão e operação suave do motor. O retardo da ignição depende do tipo de combustível,
pressão e temperatura na câmara de combustão.
¾ O Combustível
Motores diesel precisam, para a auto-ignição e queima perfeita, de combustíveis de alto ponto de
ignição. A pré-combustão é a tendência do combustível à auto-ignição quando da injeção, no motor
Diesel, e é característica importante para o desempenho do combustível, neste tipo de motor.
O óleo diesel é uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulição entre 200 e 360ºC, obtido
por destilação do petróleo. Tem poder calorífico médio (ou calor de combustão) de 11.000 kcal/kg. O
óleo diesel comum, ou comercial, utilizado universalmente, embora atenda aos requisitos básicos em
termos de características físicas e químicas, requer cuidado quanto ao manejo e utilização. A água
presente em maior ou menor concentração, é o principal contaminante e deve sempre ser removida, por
centrifiguração ou filtragem especial com decantadores. Como os componentes das bombas e bicos
injetores são construídos com folgas adequadas à lubrificação pelo próprio óleo diesel, a presença de água
os danifica imediatamente. Além de água, todo óleo diesel tem um certo teor de enxofre, que não pode ser
removido, do qual resulta, após a combustão, compostos nocivos à saúde.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-5-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1.1.6 - BATERIAS
A potência e a capacidade das baterias dependem do motor de partida, da duração e freqüência das
partidas e dos dispositivos auxiliares que permanecem ligados, tais como lâmpadas de sinalização,
aparelhos de rádio, entre outros.
A capacidade das baterias para motores diesel varia de 84Ah a 270Ah com 12V (1kWh a 3kWh)
referidos a um período de 20 horas com 27ºC. A temperatura da bateria não deve ultrapassar a 60ºC. A
bateria deve ser colocada o mais próximo possível do motor de partida já que os cabos custam caro e deve
haver possibilidade de eliminação dos vapores ácidos.
Figura 1.4 – Conexão de bateria no motor do grupo motor-gerador do Centro-Comunitário.
É necessário verificar periodicamente o nível do eletrólito das baterias e, quando necessário,
completar com água destilada. Em nenhuma hipótese, adicionar água comum ou ácido para corrigir a
densidade. Quando a bateria trabalha com nível abaixo de eletrólito ocorre o empenamento de uma ou
mais placas, com perda total da mesma. Os terminais das baterias devem ser mantidos limpos e untados
com vaselina neutra, para impedir a formação de crostas de óxidos. Quando necessário, limpar os
terminais com uma solução de bicarbonato de sódio para remover os depósitos de óxidos. O controle da
densidade do eletrólito, por meio de um densímetro, fornece indicações quanto ao estado de carga das
baterias. Quando um dos elementos apresentar densidade mais baixa torna-se incapaz de se manter
carregada, devendo ser substituída.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-6-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1.1.7 - COMPONENTES ELÉTRICOS
Alguns motores diesel, especialmente os aplicados em grupos diesel-geradores, são dotados de um
dispositivo elétrico de parada, em geral, um solenóide, que dependendo do fabricante e do tipo do motor,
trabalham com alimentação constante ou, em alguns casos, são alimentadas somente no momento de
parar o motor diesel. Este dispositivo, na maioria dos grupos geradores, está interligado a outros
componentes de proteção, que serão vistos adiante. Há também motores equipados com ventilador
acionado por embreagem eletromagnética, que controlada por um termostato, ligam quando a temperatura
da água aumenta.
Para manter as baterias em boas condições de funcionamento é necessário repor a energia
consumida pelo motor de partida, solenóide de parada e demais consumidores. Em alguns casos, como
nos grupos geradores de emergência, um carregador/flutuador automático alimentado pela rede elétrica
local mantém as baterias em carga durante o tempo em que o motor permanece parado. Nestas condições,
as baterias estarão perfeitamente carregadas. Quando não se dispõe deste recurso, a carga das baterias é
feita pelo gerador de carga, que nos motores atuais, é o alternador.
1.1.8 - RELAÇÃO ENTRE POTÊNCIA MECÂNICA E POTÊNCIA ELÉTRICA
O motor tem sua capacidade definida em termos de potência em HP (“Horsepower”) ou CV
(Cavalo Vapor), que indicam a quantidade de trabalho que ele é capaz de realizar na unidade de tempo.
Por definição, 1HP é a potência necessária para elevar a altura de um pé, em um segundo, uma carga de
550 libras, e 1CV é a potência necessária para elevar a altura de um metro, em um segundo, uma carga de
75kg. Ou seja: 1HP = 550 lb×ft/seg e 1CV = 75kg×m/seg.
A potência do grupo motor-gerador diesel, definida em kVA (potência aparente), está em relação
direta com a potência em HP ou CV do motor Diesel. No cálculo para definir a potência do grupo motorgerador, são consideradas as perdas (rendimento do alternador) e a potência mecânica do motor diesel é
convertida em kW, sabendo-se que 1CV = 736W e 1HP = 746W.
O rendimento do gerador é a relação entre a potência elétrica de saída do alternador e a potência
mecânica do motor:
η=
Pel (kW )
0,736 × Pmec (CV )
η=
ou
Pel (kW )
0,746 × Pmec ( HP )
(1.1)
Como
Pel (kW ) = cos ϕ × Pel (kVA)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
(1.2)
-7-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
a potência do motor diesel pode ser calculado por:
Pmec (CV ) =
cos ϕ × Pel (kVA)
cos ϕ × Pel (kVA)
Pmec ( HP ) =
0,746 × η
0,736 × η
ou
(1.3)
1.1.9 - RESERVATÓRIO DE COMBUSTÍVEL
O tanque ou reservatório de combustível deve ter indicador externo de nível, tubo de respiro para
equilíbrio da pressão interna com a pressão atmosfera, boca de enchimento com tampa, separador de água
e borra com dispositivo de drenagem total, pescador com filtro de tela com a admissão posicionada 50mm
acima da parte mais baixa do fundo, conexão para retorno de combustível e capacidade adequada ao
consumo do motor diesel. Pode ser construído em chapa de aço, PVC, alumínio, fibra de vidro ou aço
inoxidável, conforme as necessidades da instalação.
É recomendado que o tanque tenha uma escotilha ou tampa de visita que permita sua limpeza
interna. O respiro deve ser feito de forma que impeça a penetração de água e evite o risco de incêndio
quando o tanque estiver muito cheio. Para evitar faíscas provocadas por eletricidade estática, a conexão
de enchimento e o tanque de combustível devem ser aterrados. Em instalações com vários motores, o
sistema de combustível deve ser dividido pelo menos em dois grupos independentes, para evitar que uma
tubulação com defeito afete o funcionamento de todos os motores.
Figura 1.5 – Tanque de combustível do grupo motor-gerador do Centro-Comunitário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-8-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
Para a ligação do tanque de combustível ao filtro no motor diesel, deve-se evitar a utilização de
tubos galvanizados, dada à possibilidade de desprendimento, ao longo do tempo, de partículas metálicas.
Os diâmetros dos tubos, em função de comprimento e número de curvas, devem atender às
recomendações do fabricante do motor quanto à vazão e pressão de combustível.
A conexão entre a tubulação e o filtro de combustível junto ao motor deve ser flexível,
preferencialmente por mangueira com conexão giratória, o mais reta possível para evitar estrangulamento.
Sempre que possível deve-se instalar um filtro separador de água na linha de alimentação de combustível,
entre o tanque e a bomba, o qual deve ser drenado diariamente. Este filtro não substitui o que é necessário
manter na entrada da bomba injetora.
A capacidade do tanque de combustível deve ser dimensionada em função do consumo específico
do motor e da autonomia que se pretende, em horas de funcionamento a plena carga. [Referência: Site
www.joseclaudio.eng.br]
1.2 - ALTERNADOR
Dá-se o nome de alternador ao gerador de corrente alternada, o qual destina-se a converter energia
mecânica em energia elétrica. A transformação de energia nos geradores fundamenta-se no principio
físico da Lei de Lenz. Esta lei afirma que quando existe indução magnética, a direção da força
eletromotriz é tal, que o campo magnético dela resultante tende a parar o movimento que produz a força
eletromotriz.
Os alternadores pertencem à categoria das máquinas síncronas, isto é, máquinas cuja rotação é
diretamente relacionada ao número de pólos magnéticos e a freqüência da força eletromotriz.
Basicamente, não há diferenças construtivas entre um alternador e um motor, podendo um substituir o
outro sem prejuízos de desempenho.
Figura 1.6 – (a) Estator e tampa com as bobinas de campo da excitatriz, (b) Rotor com ventilador,
induzido da excitatriz e ponte retificadora na extremidade do eixo.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
-9-
Capítulo 1 – Introdução Teórica
A indução magnética ocorre sempre que há movimento relativo entre um condutor e um campo
magnético.
Mecanicamente, o alternador é constituído por duas partes principais: uma fixa, que é a carcaça,
onde se encontram os pés de fixação, e a outra móvel (girante). A parte fixa chama-se de estator e a parte
móvel chama-se de rotor.
Eletricamente, também, são duas partes principais. Uma delas é responsável pelo campo
magnético, onde estão localizados os pólos do alternador, que chamamos de campo (ou indutor). A outra
parte é onde aparece a força eletromotriz, a qual chamamos de induzido.
O posicionamento do campo e do induzido dá origem a dois tipos de máquinas diferentes. Quando
o campo está localizado no estator, temos o que chamamos de máquinas de pólos fixos (ou de pólos
externos) e, ao contrário, quando o campo se encontra no rotor, temos o que chamados de máquinas de
pólos girantes (ou de pólos internos). As máquinas de pólos fixos são pouco utilizadas devido ao
inconveniente da necessidade de escovas para retirar a energia gerada. As máquinas de pólos girantes são
as mais utilizadas por permitirem a retirada da energia diretamente dos terminais das bobinas. Segundo o
tipo de aplicação, os alternadores são construídos com características especiais para atender os diversos
segmentos a que se destinam, com diferenças de forma construtivas, isolação, refrigeração, acabamento e
características elétricas.
Figura 1.7 – Alternador do grupo motor-gerador do Laboratório da Biologia Molecular.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 10 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1.2.1 - NÚMERO DE FASES
Os alternadores podem-se distinguir segundo o número de fases, como sendo:
•
Alternadores monofásicos: São aqueles que possuem as bobinas do enrolamento induzido de
tal forma que a tensão de saída é obtida em dois terminais.
•
Alternadores trifásicos: Possuem três grupos independentes de bobinas, montadas defasadas
em 120o entre si, sendo ligadas de tal maneira que se podem ter três ou quatro pontos de ligação para os
consumidores. Em geral, cada grupo independente de bobinas separadas, para permitir que, com
fechamento das ligações externas, se obtenha valores diferentes de tensão. O tipo de fechamento
normalmente utilizado é a “estrela com neutro acessível” onde existe um ponto de ligação para cada fase
mais um ponto denominado “neutro”, que é constituído pelo fechamento das extremidades das bobinas. A
tensão entre os três pontos terminais de cada fase é sempre a mesma, que deve corresponder ao tipo de
fechamento escolhido. A tensão medida entre cada fase e o neutro é menor, sendo, numericamente, igual
ao valor da tensão entre fases dividida por
3 . O neutro é para ser ligado ao aterramento da instalação
elétrica local.
1.2.2 - LIMITAÇÕES
No sistema trifásico ligado a carga equilibrada não deve haver circulação de corrente pelo
condutor neutro, o que na prática resulta numa condição muito difícil, razão pela qual, os alternadores
chamados de industriais são construídos para suportar um desequilíbrio de no máximo 15%, valor que
não pode ser excedido, pois além de provocar funcionamento irregular e diferenças de tensão entre fases,
pode danificar o alternador.
O que limita a potência do alternador é a temperatura de funcionamento, mais especificamente a
temperatura alcançada pelo enrolamento do induzido. Por isso, são máquinas que sofrem perdas por
aquecimento, que pode resultar da temperatura ambiente e da altitude. Os alternadores de linha normal de
produção são fabricados para operarem em temperatura ambiente máxima de 40oC e altitude de 1.000m
acima do nível do mar. Para serviços em condições mais adversas, é necessário corrigir para menos a
potência do alternador.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 11 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1.2.3 - TENSÃO DO ALTERNADOR
Nos sistemas trifásicos, a tensão entre fases é determinada pelas ligações de fechamento que forem
executadas. Normalmente os alternadores são fornecidos com 12 terminais de bobinas do induzido para
serem ligados de forma a gerar tensão em 220/127 V, 380/220 V ou 440/254 V. A tensão entre fase e o
neutro é o quociente da divisão da tensão entre fases pela
3 . Os diferentes valores possíveis de tensão
são o resultado do arranjo das bobinas, que são construídas em grupos, resultando para cada um conjunto
de duas bobinas que podem ser ligadas como ilustram as figuras a seguir:
Figura 1.8 – Esquema das conexões em estrela dos alternadores trifásicos.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
Figura 1.9 – Esquema das conexões em triângulo ou delta dos alternadores trifásicos.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 12 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
1.2.4 - POTÊNCIA DO ALTERNADOR
A potencia do alternador pode ser dada tanto em kVA (potência aparente), quanto em kW
(potência ativa). Na realidade a potência aparente (kVA) é a soma vetorial da potência ativa (kW) e a
reativa (kvar).
Das relações geométricas do triangulo retângulo, sabe-se que:
(kVA)2 = (kW )2 + (k var )2
(1.4)
Nos casos onde se considera a forma de onda da tensão e corrente como sendo perfeitamente
senoidal tem-se o fator de potência dado por:
fator de potência =
kW
= cos ϕ
kVA
(1.5)
Assim, a potência ativa pode ser calculada pela seguinte expressão:
P(kW ) =
E ⋅ I ⋅ 3 ⋅ cos ϕ
1.000
(1.6)
1.2.5 - RENDIMENTO MECÂNICO DO ALTERNADOR
O rendimento do alternador é definido como sendo a percentagem da relação entre a potencia
elétrica fornecida aos consumidores e a potência mecânica absorvida do motor acionador.
η=
kW(elétrico )
kW(mecãnico )
(1.7)
O rendimento do alternador (η) é sempre menor que 1 e não é constante, o qual se aproxima do
seu valor máximo com a carga entre 80 e 100% da potência máxima. Alternadores pequenos têm
rendimento mais baixo do que alternadores maiores (até 0,93 acima de 250 kVA). Quando se tratar de
cálculos estimativos pode-se adotar 90% ou 0,9, pois, em geral, é adotado pelos montadores de grupo
motor-gerador (GMG). Na Figura 1.10, observa-se que a para todos os níveis de carga em que o GMG é
submetido, o rendimento dele aumenta com o aumento da potência nominal do GMG adquirido, ou seja,
quanto maior a potência do GMG e maior a carga em que está conectado, maior será o rendimento do
sistema.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 13 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
Figura 1.10 – Representação gráfica do rendimento de alternadores em função da carga (%).
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
1.2.6 - FREQÜÊNCIA DE UM ALTERNADOR
A freqüência de um alternador síncrono está diretamente relacionada com o número de pólos que
possuem e a velocidade de rotação em que está sendo acionado.
f =
n⋅ p
120
(1.8)
1.2.7 - EXCITAÇÃO
Em certas máquinas de pequeno porte pode-se formar o campo por meio de imãs permanentes
naturais, mas normalmente isto é feito por meios eletromagnéticos, ao alimentar as bobinas que
constituem os pólos, com corrente contínua. Isto se denomina excitar a máquina, por meio de uma fonte
de corrente contínua denominada excitatriz.
Para manter constante a tensão de saída do alternador, é necessário regular o sistema de excitação,
pois é a intensidade do campo magnético quem determina este valor. Portanto, necessita-se de um
regulador de tensão, que é o elemento capaz de sentir as vibrações de tensão de saída do alternador e atuar
diretamente na excitatriz para que esta aumente ou diminua o fluxo de corrente no campo magnético,
mantendo constante a tensão para qualquer solicitação de carga.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 14 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
Quanto à forma construtiva, têm-se duas configurações básicas para o sistema de excitação do
alternador, uma delas é a excitação dinâmica e a outra é a excitação estática. O primeiro, denominado
excitação dinâmica, é montado no próprio eixo do alternador. O segundo, denominado de excitação
estática, é constituído por um retificador de corrente que utiliza a própria gerada pelo alternador para
alimentar o campo com corrente retificada. Um circuito eletrônico acoplado ao retificador faz a função de
regulador de tensão, abrindo ou fechando o “gate”de um tiristor.
Na Excitação Estática, a corrente que alimenta o campo do alternador é retificada e controlada por
uma excitatriz eletrônica. A condução da corrente se faz por meio de um par de anéis com escovas
montado no eixo do alternador. Como utiliza a tensão gerada pelo alternador, necessita de um mínimo de
tensão inicial, gerada pelo magnetismo remanescente do alternador durante a partida, para iniciar o
processo de retificação e alimentação do campo. Este processo de início de geração é denominado
escorva do alimentador.
Figura 1.11 – Esquema da excitação estática do alternador.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
O sistema de excitação estática tem resposta de regulação mais rápida do que o sistema de
excitação dinâmica, uma vez que o regulador atua diretamente no campo do alternador, o que lhe
proporciona maior capacidade de partir motores elétricos de indução. Entretanto, como o fluxo de
corrente é controlado por pulsos dos tiristores, introduz deformações na forma de onda da tensão gerada,
o que o torna contra-indicado para alternadores que alimentam equipamentos sensíveis.
No sistema de excitação dinâmica (Excitação Brushless) utiliza-se um gerador de corrente
contínua, montado no próprio eixo do alternador. O campo deste gerador é alimentado por um regulador
externo que, modernamente, é eletrônico semelhante ao empregado na excitação estática. Nos
alternadores antigos este gerador de corrente contínua era um dínamo, com escovas e coletor de lâminas
de cobre. Atualmente utiliza-se um pequeno alternador de pólos fixos, cuja corrente alternada gerada no
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 15 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
induzido rotativo é retificada por uma ponte retificadora de onda completa, também girante, que transfere
a corrente retificada diretamente para o campo do alternador, sem a necessidade de escovas.
Figura 1.12 – Esquema da excitação Brushless do alternador.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
Excitação por imã permanente: Sistema de excitação por magneto (ou imã) permanente, também
conhecido por excitação PMG, abreviatura da denominação em inglês de Permanent Magnet Generator.
Trata-se de um sistema de excitação onde uma excitatriz auxiliar, constituída por um campo magnético
constante produzido por uma peça magnetizada antes da montagem, a qual funciona como um indutor no
interior de um enrolamento fixo, este trabalhando como induzido.
Nesse tipo de alternador, a energia fornecida ao campo da excitatriz (campo fixo) é proveniente do
PMG e independe da energia fornecida para a carga. Constitui-se, portanto, num sistema de excitação
independente. Os valores de tensão nos terminais do alternador que alimentam a carga, são usados apenas
como referência, opcionalmente através de um transformador potencial, podendo ser monitorados em
duas ou três fases, também opcionalmente, em função do projeto adotado pelo fabricante.
O regulador automático de tensão (AVT – Automatic Voltage Regulador) difere do regulador de
tensão utilizado num alternador convencional, auto-excitado, na medida em que não supre o campo de
excitatriz com a mesma energia que alimenta os consumidores. Isto é particularmente vantajoso nas
aplicações onde o alternador aciona grandes motores elétricos pois possibilita a manutenção de valores
elevados de corrente durante a partida destes motores, sem grandes quedas de tensão que se verificam nos
alternadores que não utilizam excitação independente. Também oferecem melhor desempenho do
alternador quando alimentando cargas não lineares, tais como motores de corrente contínua alimentados
por tiristores, motores de corrente alternada com chaves de partida “Soft Start” ou sistemas UPS
(Uninterruptible Power Supply) também conhecido como “No Breaks” estáticos. Assim o regulador de
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 16 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
tensão AVG compara a tensão de saída do alternador com o padrão ajustado no potenciômetro de ajuste
de tensão e efetua as correções atuando no campo da excitatriz.
Figura 1.13 – Esquema da excitação por imã permanente do alternador.
Fonte: Site www.joseclaudio.eng.br.
1.2.8 - COMPONENTES DE SUPERVISÃO E CONTROLE
Os grupos motores-geradores, trabalham sem supervisão constantes de operadores, fornecendo
energia elétrica aos consumidores e automaticamente corrigindo a tensão e a freqüência fornecidas. A
pressão do óleo lubrificante, a temperatura da água de refrigeração sendo reguladas pelas válvulas
reguladoras de pressão e termostática. Se ocorrer uma deficiência de funcionamento de sistemas de
lubrificação ou de refrigeração, o motor diesel poderá sofrer sérias avarias antes que seja possível uma
intervenção do operador. Para prevenir estas falhas, os motores diesel para aplicação em grupo gerador
são dotados de sistemas de proteção, que dependendo das especificações do consumidor, incluem:
a) Pressostato de óleo lubrificante: Tem a finalidade comandar a parada do motor diesel quando a pressão
do óleo lubrificante cai abaixo de um valor predeterminado. Em algumas aplicações, utilizam-se dois
pressostatos (ou sensores de pressão) sendo um para alarme, quando a pressão do óleo atinge determinado
valor e o outro para comandar a parada, calibrando para um valor imediatamente abaixo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 17 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
b) Termostato para água de refrigeração: Com a função idêntica ao pressostato, também, em algumas
aplicações, são utilizados dois sensores, para atuarem quando a temperatura do meio refrigerante
ultrapassa valores predeterminados.
c) Sensor de sobre-velocidade: Para comandar a parada do motor diesel quando a velocidade de rotação
ultrapassar valores predeterminados, (geralmente 20% acima da rotação nominal). Em algumas
aplicações, onde há risco de aspiração de gases inflamáveis, o sensor de sobre-velocidade é interligado a
um dispositivo de corte do ar de admissão, para parar o motor por abafamento, além do corte de
combustível.
d) Sensor de nível do líquido de refrigeração: Na maioria dos casos utilizados para acionar um dispositivo
de alarme, indicando a necessidade de completar o nível do sistema de refrigeração.
e) Relé taquimétrico: Tem a finalidade de desligar o motor de partida quando a rotação do motor diesel
ultrapassar determinado valor, em geral 500rpm. Em muitos casos, esta função é também inerente ao
sensor de sobre-velocidade, quando este permite o controle de mais que uma faixa de operação. Este
dispositivo impede acionar o motor de partida com o motor funcionando.
f) Sensor de ruptura da correia: Em algumas aplicações, é exigido que a parada do motor diesel seja
comandada antes da temperatura da água se elevar, no caso de ruptura da correia da bomba d’água.
g) Sensor de freqüência: Pode ser utilizado para supervisionar tanto a freqüência do grupo motor-gerador
quanto da rede local. Nos grupos motores-geradores equipados com sistema de partida automática,
comanda o desligamento da rede local e aciona a partida automática do grupo, ou vice-versa, comanda a
parada do grupo e transfere a carga para a rede local quando há anormalidade na freqüência do alternador.
h) Sensores de tensão da rede e do grupo: Atuam como o sensor de freqüência, comandando a partida e
parada conforme o caso.
i) Outros sensores: Podem ser adicionados ainda outros tipos de sensores como, por exemplo, para
verificar o nível no tanque de combustível, presença de água no filtro de combustível, filtro de ar
obstruído, sobrecarga no alternador, bateria com deficiência de carga, temperatura do óleo lubrificante,
entre outros, os quais podem executam funções de alarme visual ou sonoro, no local ou a distância ou
outras funções especificadas.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 18 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
j) Painel local de instrumentos: Para avaliar a performance do motor diesel, um painel de instrumentos
dotado de manômetro para óleo lubrificante, termômetro para sistema de refrigeração, chave de partida,
comando de parada manual, indicador de carga de bateria e outros instrumentos tais como voltímetro e
amperímetro para a bateria, tacômetro, termômetro para óleo lubrificante e horímetro, conforme o caso, é
instalado junto ao motor diesel.
Figura 1.14 – Painel local de instrumentos do GMG do Centro Comunitário.
k) Quadro comando: Abriga os componentes elétricos afetos ao alternador, rede local e às cargas,
conforme o caso. Normalmente é dotado de uma chave seccionadora com fusíveis ou disjuntor para
entrada dos cabos provenientes do alternador, voltímetro, freqüencímetro, amperímetro, chave seletora de
voltímetro (para selecionar as fases cujas tensões se quer medir), regulador automático de tensão do
alternador e demais componentes elétricos, tais como partida automática, sensores de tensão e freqüência,
chaves de transferência automática de carga, interface para comunicação e transmissão de dados,
carregador/flutuador de baterias, voltímetro e amperímetro do sistema de excitação ou outros
instrumentos. [Referencia: Site www.joseclaudio.eng.br]
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 19 -
Capítulo 1 – Introdução Teórica
Figura 1.15 – (a) Vista externa e (b) vista interna do quadro de comando do Instituto de Química.
Nos grupos geradores de emergência, dotados de sistema de partida automática para assumir a carga em
caso de falha da rede local, o motor diesel está equipado com um sistema de pré-aquecimento, constituído
por um resistor imerso numa derivação do circuito de refrigeração (geralmente de 0,5 a 1 kW,
dependendo do porte do grupo gerador), para que a água seja mantida em temperatura ambiente e
próxima da de trabalho. A temperatura é controlada por um ou dois termostatos, que ligam ou desligam a
corrente que alimenta o resistor, segundo os valores pré-ajustados. Isto auxilia no sentido de possibilitar
que o grupo motor-gerador seja acionado e assuma a carga em 10 a 15 segundos após a ausência da
energia local.
O circuito do sistema de pré-aquecimento deve ser ligado ao motor de tal forma que o
aquecimento provoque termo-sifão, fazendo a tomada da água fria em um ponto mais baixo que a
conexão de saída da água aquecida. Nas regiões mais frias, um sistema semelhante é instalado no circuito
de lubrificação para manter aquecido também o óleo lubrificante. Quando for necessário utilizar o préaquecimento do óleo lubrificante deve se efetuar as trocas de óleo em períodos reduzidos. Em ambientes
muito úmidos, é recomendável instalar resistores na armadura do alternador, para desumidificação dos
enrolamentos e evitar redução da resistência de isolação, e que ainda pode-se empregar no interior do
quadro de comando, conforme a necessidade.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 20 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
2 – DADOS DOS GRUPOS MOTOR-GERADOR DO CAMPUS DA UNB
Após a realização dos estudos sobre os grupos motor-gerador a diesel e seus princípios de
funcionamento isolado ou sincronizado à rede da concessionária, foram feitos levantamentos de todos
geradores existentes no campus, com a identificação das características de cada gerador, bem como do
seu sistema de conexão a rede. Para uma melhor identificação de cada um deles ilustrou-se a localização
de todos os Grupos Motor-Gerador existentes no campus através da Figura 2.1, mostrada a seguir:
9
1
2
6
7
3
4
5
8
Figura 2.1 – Localização dos geradores no campus da UnB.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 21 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.1 – Identificação e Descrição de potências de cada Grupo Motor-Gerador.
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Localização do Grupo Motor-Gerador
Cespe - Centro de Seleção e Promoção de Eventos
Laboratório de Fitopatologia
Laboratório de Chagas
Laboratório de Química
Centro Comunitário
Laboratório de Microsonda Eletrônica
Laboratório de Biologia Molecular – BIOMOL
Laboratório de Bioquímica
Restaurante Universitário - RU
TOTAL
Potência (kVA)
450
30
33
11,7 / 10,2
45
55
81 / 79
40
100
845,7
Potência (kW)
360
24
26
9,36 / 8,16
42
44
64,8 / 63,2
32
80
682,16
A pesquisa de levantamento de dados sobre a quantidade, localização e estado dos grupos motorgerador distribuídos pelo Campus da UnB foi feita mediante contato com a Prefeitura do Campus e com
as Unidades Acadêmicas responsáveis pelos seus respectivos geradores.
A visita técnica para cada grupo motor-gerador (GMG) foi realizada da seguinte forma: fazia-se
um contato inicial com uma pessoa responsável pelo GMG da Unidade Acadêmica a que este pertencia,
procurava-se por toda e qualquer documentação técnica que existisse sobre o mesmo – como diagramas
elétricos e planos de manutenção – e, posteriormente, fazia-se um levantamento visual de dados a partir
de fotos tiradas do grupo motor-gerador, dos principais componentes elétricos relacionados a ele, e do seu
reservatório de combustível, mostrando claramente o estado em que se encontrava cada grupo motorgerador.
Vale salientar que alguns GMG não possuíam nenhum tipo de documentação técnica ou diagrama
elétrico, e que nenhuma pessoa responsável das Unidades Acadêmicas ou prefeitura sabia dar
informações mais específicas sobre o mesmos, o que dificultou o andamento da pesquisa.
A seguir, serão apresentadas as especificações de todos os grupos motor-gerador relatados na
Tabela 2.1.
2.1 - GRUPO MOTOR-GERADOR – CESPE (CENTRO DE SELEÇÃO E PROMOÇÃO DE EVENTOS)
2.1.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: SUBESTAÇÃO × GMG
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 22 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.2 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Cespe – Subestação × GMG.
2.1.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.2, a seguir, mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador do Cespe.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 23 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.2 – Dados de placa do GMG do Cespe.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
01/2004
542
450/405
360/324
0,80
683
380/220
1.800
3
60
Sim
Motor
Cilindros
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
Mercedes Benz
6 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 350L
81
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva/Preventiva
2.1.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas algumas características relativas às instalações elétricas de alta e
baixa tensão do Cespe (Centro de Seleção e Promoção de Eventos), sendo relatadas as especificações da
subestação de energia, do motor diesel, do gerador, dos quadros de comandos, dos quadros de distribuição
e do Quadro de Comando Automático. As figuras a seguir mostram o counteiner instalado com o GMG,
e o seu reservatório de combustível.
Figura 2.3 – Vista externa do GMG do Cespe.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 24 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.4 – Controle microprocessado do GMG do Cespe.
Figura 2.5 – Detalhe do alternador e motor do GMG do Cespe.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 25 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
2.1.4 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
A rede que alimenta a subestação de energia é de alta tensão em 13,8 kV e está situada no R.U.
(Restaurante Universitário), onde a partir da rede até a subestação está adequadamente protegida e com
uma infra-estrutura para manobras atendendo a padronização da concessionária local de eletricidade CEB.
A subestação de energia abaixadora de tensão é do tipo modular metálica, com transformador
enclausurado em posto metálico em tela aramada , sendo totalmente isolada de acesso de pessoas.
¾ Transformador
É do tipo distribuição abaixador de tensão, tem sua potência aparente nominal dimensionada para
atender carga efetiva instalada, de forma a suportar 20% de sobrecarga da carga instalada durante uma
(01) hora em cada seis (06) horas, sendo também dimensionado para trabalhar nas condições ambientais
de Brasília – DF, relativas à altitude, temperatura e umidade sem comprometer seu funcionamento.
Características técnicas de:
a) Potência – 750 kVA.
b) Tensão Primária – Trifásica em 13.800 V.
c) Tensão Secundária – Trifásica 380 V.
Monofásica 220 V.
Neutro acessível.
d) Freqüência – 60 Hz ± 5%.
e) Ligação – Delta/estrela com neutro aterrado.
f) Transformador – Em caixa de aço com radiadores e bobinamentos imersos em óleo isolante com
núcleo ferromagnético.
g) Normas – ABNT ⇒ NBR – 5440, NBR – 5356, NBR – 5380, NBR – 5416.
¾ Cabo alimentador
O cabo alimentador a partir do secundário do transformador da subestação até o quadro geral de
distribuição – QGD – é do tipo singelo de dupla isolação, classe de isolação 1 kV para as fases e neutro
(simples isolação de 1kV) – 3F(#500mm2) + 1#240mm2(N) – dimensionado para atender a carga total
instalada.
O Quadro Comando Automático é do tipo rack (bastidor) metálico em aço para a instalação
aparente, sendo os cabos elétricos pela parte inferior através de canaletas no piso, o qual tem a função de
alimentar diversos barramentos diferenciados, sendo alguns para atender a carga normal e outros para
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 26 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
atender circuitos de emergência, constituídos pelo GMG que atende os barramentos de emergência, que
são os circuitos de iluminação de emergência, Quadro de Distribuição da Gráfica, o Quadro Geral do
CPD, microcomputadores, tomadas essenciais, etc. Através de duas chaves reversoras, permite ainda uma
manobra com a alimentação podendo vir da subestação localizada no ICC Norte.
2.1.5 - GRUPO MOTOR GERADOR – GMG
O grupo motor gerador – GMG – consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um
alternador síncrono trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A
potência nominal é a potência em regime contínuo do alternador, expressa em 450/405 kVA, calculada
com o motor diesel trabalhando nas condições ambientes de Brasília – DF com o fator de potência igual a
0,80 normalizado.
¾ Características específicas:
a) Potência do grupo – 450/405 kVA (Nominal).
b) Tensão Nominal – 380 Vca entre fases (Trifásico) e 220 V entre fase e neutro (monofásico).
c) Freqüência Nominal – 60 Hz.
d) Rotação do Motor – 1.800 rpm (Nominal).
e) Cilindradas – 6 cilindros.
f) Refrigeração – A água por radiador e bomba d’água.
g) Combustível – Óleo diesel – Reservatórios.
h) Reservatório – Externo, cilíndrico vertical com capacidade de aproximadamente 350 litros.
i) Acionamento – Automático / Manual.
j) Transferência – Automático / Manual.
k) Pré Aquecimento – Incorporado (Resistências).
l) Condições médias de temperatura e umidade relativa de Brasília: umidade relativa com média
anual de 60% e temperatura com média anual de 24o C.
Verifica-se que a base metálica (skid) do grupo motor gerador está instalada sobre base de concreto
no piso do galpão da Caldeira do RU. O assentamento da base metálica (SKID) e a base de concreto,
ocorre por intermédio de amortecedores de borracha ou através de dispositivos do tipo vibra stop
adequados aos esforços mecânicos a ser imposto por todo conjunto do GMG.
¾ USCA/QTA
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 27 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
A Unidade de Supervisão de Corrente Alternada – USCA – está montada no interior do rack
localizada ao lado do GMG com acessos aos cabos pela parte inferior através de canaletas no piso. Estão
compreendidos neste quadro dispositivos, tais como: contatores da rede, do gerador e saída para carga
através de disjuntores, relativos a transferência automática manual das fontes e intertravamento, elétrico e
mecânico montados na parte inferior da USCA.
Como o quadro de comando integrado ao rack da USCA é digital, então seu painel contêm as
seguintes funções:
a) Leitura de corrente de todas as fases no mostrador digital na escala 0 – 999A.
b) Leitura de tensão de todas as fases no mostrador digital.
c) Comando da chave trifásica.
d) Botão de emergência (botão soco).
e) Comandos do regulador de tensão.
f) Lâmpadas de sinalização de alarmes do motor e do gerador, rede normal, gerador em
funcionamento, temperatura, etc.
Os instrumentos relativos à supervisão do motor, tais como: Manômetros, Horímetros,
Termômetros, Interruptor de Partida, Chave, nível do óleo etc, estão acondicionados em painel no próprio
motor.
g) Bateria de Partida
A bateria do GMG existente é do tipo chumbo ácido, constituído com duas baterias de tensão
12Vcc e capacidade de 180Ah cada uma delas.
h) Detalhe mecânico do conjunto motor diesel X alternador síncrono
O GMG está montado sobre base metálica construída em vigas de aço através de apoios formando
um chassi tipo monobloco, que por sua vez está inserida num counteiner, com tratamento acústico. O
posicionamento do GMG na altura conveniente é feito através de pedestais, montantes, apoios elásticos,
com dois apoios para o alternador, dois apoios para o suporte dianteiro do motor, e dois apoios para o
suporte traseiro do motor. O acoplamento entre o motor e o alternador, tipo elástico, flexível, é feito por
meio de parafusos, fixando a flange do alternador à carcaça do volante do motor.
2.1.6 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ As características elétricas do alternador:
a) Tensão nominal: 380V trifásicos e 220V monofásicos.
b) A corrente do alternador deve ser calculada para potência nominal, tensão nominal e fator de
potência igual a 0,80
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 28 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
c) A freqüência nominal do alternador é 60Hz elétricas correspondente a 1800 r.p.m. mecânicas.
d) O alternador é provido de três fases, com os enrolamentos ligados em configuração estrela, com
neutro acessível.
¾ As características construtivas do alternador:
a) Carcaça construída a prova de pingos e respingos.
b) A armadura empacota, sob pressão, formando um conjunto suportado pela carcaça.
c) O rotor possui enrolamento amortecedor, constituído por barras localizadas na peça polar e
devidamente colocadas em curto-circuito.
d) O conjunto rotativo deve ser equilibrado estática e dinamicamente. O equilíbrio dinâmico deve
ser feito para o motor à rotação nominal.
e) A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador com as seguintes características:
- Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
2.1.7 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais:
a) Tipo: motor alternativo de combustão interna quatro tempos, de ignição por compressão, com
sistema de injeção direta (Motor Diesel).
b) Sentido da rotação: contrário ao dos ponteiros do relógio, para um observador situado atrás do
volante do motor, olhando o radiador.
c) Potência: 542 cv.
¾ Sistema diesel de abastecimento (reservatório de serviço):
Reservatório metálico com capacidade para 350 litros, montado em base metálica adequada de
forma a não comprometer o escoamento por gravidade do tanque para bomba diesel do motor.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 29 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
2.2 - GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE FITOPATOLOGIA
2.2.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: REDE LOCAL X GMG
Figura 2.6 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Fitopatologia.
2.2.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.3, a seguir, mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador do Centro
Comunitário. O registro do horímetro de 111 horas na data da visita indica a ociosidade deste GMG desde
a data de sua aquisição.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 30 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.3 – Dados de placa do GMG do Laboratório de Fitopatologia.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
08/2000
45
30
24
0,80
45.6
380/220
1.800
42
2
3
60
Sim
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
Perkins
4 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 300L
7,0
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva
2.2.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas algumas características relativas às instalações elétricas de baixa
tensão do Laboratório de Fitopatologia, sendo relatadas as especificações do motor diesel, do gerador, dos
quadros de comandos, do quadro de distribuição, da USCA (Unidade de Supervisão de Corrente
Alternada) e do QTA (Quadro de Transferência Automático Manual). As figuras abaixo mostram a casa
onde ele está instalado, e o seu reservatório de combustível.
Figura 2.7 – Vista externa do GMG do Laboratório de Fitopatologia.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 31 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.8 – Vista do alternador do GMG do Laboratório de Fitopatologia.
Figura 2.9 – Tanque de combustível do GMG do Laboratório de Fitopatologia.
2.2.4 - GRUPO MOTOR GERADOR – GMG
O grupo motor gerador – GMG – consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um
alternador síncrono trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A
potência nominal é a potência em regime contínuo do alternador, expressa em 30 kVA, calculada com o
motor diesel trabalhando nas condições ambientes de Brasília – DF com o fator de potência igual a 0,80
normalizado.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 32 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
¾ Características específicas:
a) Potência do grupo – 30 kVA (Nominal).
b) Tensão Nominal – 380 Vca entre fases (Trifásico) e 220 V entre fase e neutro (monofásico).
c) Freqüência Nominal – 60 Hz.
d) Rotação do Motor – 1.800 rpm (Nominal).
e) Cilindradas – 4 cilindros.
f) Refrigeração – A água por radiador e bomba d’água.
g) Combustível – Óleo diesel – Reservatório.
h) Reservatório – Somente externo, cilíndrico vertical com capacidade de aproximadamente de 100
litros.
i) Acionamento – Automático / Manual.
j) Transferência – Automático / Manual.
k) Pré Aquecimento – Incorporado (Resistências).
l) Condições médias de temperatura e umidade relativa de Brasília, de umidade relativa com média
anual de 60% e temperatura de média anual em torno de 24o C.
Verifica-se que a base metálica (skid) do grupo motor gerador está instalada sobre base de concreto
sobre a carcaça do GMG. O assentamento da base metálica (SKID) e a base de concreto, ocorre por
intermédio de amortecedores de borracha ou através de dispositivos do tipo vibra stop adequados aos
esforços mecânicos a ser imposto por todo conjunto do GMG.
¾ USCA/QTA
A Unidade de Supervisão de Corrente Alternada – USCA – estão montadas no interior do rack
fixadas no interior da carcaça do GMG. Estão compreendidos neste quadro dispositivos, tais como:
contatores da rede, do gerador e saída para carga através de disjuntores, relativos a transferência
automática manual das fontes e intertravamento, elétrico e mecânico montados na parte inferior da
USCA.
O quadro de comando integrado ao rack da USCA, contém os seguintes componentes:
a) 01 amperímetro com escalas de 0 A – 60 A.
b) 01 voltímetro com escala de 0 V – 500 V.
c) 01 chave comutadora voltimétrica com 6 posições para leitura de tensão das fases e desligar do
voltímetro.
d) 01 chave comutadora para o amperímetro com 2 posições para leitura de corrente das fases e
desligar do amperímetro.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 33 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
e) 01 freqüencímetro escala 57 Hz a 63 Hz (60 Hz ± 5%).
f) Comando da chave trifásica.
g) Botão de emergência (botão soco).
h) Comandos do regulador de tensão.
i) Lâmpadas de sinalização de alarmes do motor e do gerador, rede normal, gerador em
funcionamento, temperatura, etc.
Os instrumentos relativos a supervisão do motor, tais como: manômetros, horímetros, termômetros,
interruptor de partida, chave, nível do óleo etc, estão acondicionados em painel no próprio motor.
j) Bateria de Partida
A bateria do grupo Motor Gerador existente é do tipo chumbo ácido, tensão 12Vcc e capacidade de
150Ah.
k) Detalhe mecânico do conjunto Motor diesel X Alternador Síncrono
O grupo Motor Gerador está montado sobre base metálica construída em vigas de aço através de
apoios formando um chassi tipo monobloco. A base metálica contempla em sua estrutura dois terminais
de terra independentes para cabo de aproximadamente #6mm2, sendo um para ligação do grupo e o outro
para conexão do terra do GMG. O acoplamento entre o motor e o alternador, tipo elástico, flexível, é feito
por meio de parafusos, fixando a flange do alternador à carcaça do volante do motor.
2.2.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ As características elétricas do alternador
a) Tensão nominal: 380V trifásicos e 220V monofásicos.
b) A corrente do alternador deve ser calculada para potência nominal, tensão nominal e fator de
potência igual a 0,80.
c) A freqüência nominal do alternador é 60 Hz elétricas correspondente a 1800 r.p.m. mecânicas.
d) O alternador é provido de três fases, com os enrolamentos ligados em configuração estrela, com
neutro acessível.
¾ As características construtivas do alternador
a) Carcaça construída a prova de pingos e respingos.
b) A armadura empacota, sob pressão, formando um conjunto suportado pela carcaça.
c) O rotor possui enrolamento amortecedor, constituído por barras localizadas na peça polar, e
devidamente colocadas em curto-circuito.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 34 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
d) O conjunto rotativo deve ser equilibrado estática e dinamicamente. O equilíbrio dinâmico deve
ser feito para o motor à rotação nominal.
e) A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador com as seguintes características:
- Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
2.2.6 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais
a) Tipo: motor alternativo de combustão interna quatro tempos, de ignição por compressão, com
sistema de injeção direta (Motor Diesel).
b) Sentido da rotação: contrário ao dos ponteiros do relógio, para um observador situado atrás do
volante do motor, olhando o radiador.
c) Potência: 35 cv.
¾ Sistema diesel de abastecimento (reservatório de serviço)
Reservatório metálico retangular horizontal com capacidade de aproximadamente de 100 litros,
montado na base do GMG, adequada de forma a não comprometer o escoamento por gravidade do tanque
para bomba diesel do motor. O reservatório possui um relógio de nível escalonado.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 35 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
2.3 - GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE CHAGAS (FACULDADE DE SAÚDE)
2.3.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: REDE LOCAL × GMG
Figura 2.10 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Chagas.
2.3.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.4 mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador do Laboratório de
Chagas. O registro do horímetro é de 6.576 horas na data da visita indica a ociosidade deste GMG desde a
data de sua aquisição.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 36 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.4 – Dados de placa do GMG do Laboratório de Chagas.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
04/1983
42
33
26,4
0,80
51
380/220
1.800
60
3
3
60
Sim
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
MWM
4 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 100L
6,0
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva
2.3.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas algumas características relativas às instalações elétricas de baixa
tensão do Laboratório de Chagas, sendo relatadas as especificações do motor diesel, do gerador, dos
quadros de comandos, do quadro de distribuição, da USCA (Unidade de Supervisão de Corrente
Alternada) e do QTA (Quadro de Transferência Automático Manual). As figuras abaixo mostram a casa
onde ele está instalado, e o seu reservatório de combustível.
Figura 2.11 – Vista do GMG do Laboratório de Chagas.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 37 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.12 – Quadro de Comando do GMG do Laboratório de Chagas.
2.3.4 - GRUPO MOTOR GERADOR – GMG
O grupo motor gerador – GMG – consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um
alternador síncrono trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A
potência nominal é a potência em regime contínuo do alternador, expressa em 33 kVA, calculada com o
motor diesel trabalhando nas condições ambientes de Brasília – DF com o fator de potência igual a 0,80
normalizado.
¾ Características específicas:
a) Potência do grupo – 33 kVA (Nominal).
b) Tensão Nominal – 380 Vca entre fases (Trifásico) e 220 V entre fase e neutro (monofásico).
c) Freqüência Nominal – 60 Hz.
d) Rotação do Motor – 1.800 rpm (Nominal).
e) Cilindradas – 4 cilindros.
f)
Refrigeração – A água por radiador e bomba d’água.
g) Combustível – Óleo diesel – Reservatórios.
h) Reservatório – Somente externo, cilíndrico vertical com capacidade de 100 litros.
i)
Acionamento – Automático / Manual.
j)
Transferência – Automático / Manual.
k) Pré Aquecimento – Incorporado (Resistências).
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 38 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
l)
Condições médias de temperatura e umidade relativa de Brasília: umidade relativa com média
anual de 60% e temperatura com média anual de 24o C.
Verifica-se que a base metálica (skid) do grupo motor gerador está instalada sobre o solo do subsolo
do prédio da Faculdade de Saúde. O assentamento da base metálica (SKID) e a base do motor, ocorre por
intermédio de amortecedores de borracha ou através de dispositivos do tipo vibra stop adequados aos
esforços mecânicos a ser imposto por todo conjunto do GMG.
¾ USCA/QTA
A Unidade de Supervisão de Corrente Alternada – USCA – estão montadas no interior do rack
fixadas na parede lateral ao lado do GMG com acessos aos cabos pela parte inferior através de canaletas
fixadas na parede. Estão compreendidos neste quadro dispositivos, tais como: contatores da rede, do
gerador e saída para carga através de disjuntores, relativos a transferência automática manual das fontes e
intertravamento, elétrico e mecânico montados na parte inferior da USCA.
O quadro de comando integrado ao rack da USCA, contém os seguintes componentes:
a) 01 amperímetro com escalas de 0 A – 120 A.
b) 01 voltímetro com escala de 0 V – 600 V.
c) 01 chave comutadora voltimétrica com 4 posições para leitura de tensão das fases e desligar do
voltímetro.
d) 01 freqüencímetro escala 57 Hz a 63 Hz (60 Hz ± 5%).
e) Comando da chave trifásica.
f) Comandos do regulador de tensão.
g) Lâmpadas de sinalização de alarmes do motor e do gerador, rede normal, gerador em
funcionamento, temperatura, etc.
Os instrumentos relativos à supervisão do motor, tais como: Manômetros, Horímetros,
Termômetros, Interruptor de Partida, Chave, nível do óleo etc, estão acondicionados em painel no próprio
motor.
h) Bateria de Partida
A bateria do grupo Motor Gerador existente é do tipo chumbo ácido, tensão 12Vcc e capacidade de
105Ah.
2.3.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ As características elétricas do alternador:
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 39 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
a) Tensão nominal: 380V trifásicos e 220V monofásicos.
b) A corrente do alternador deve ser calculada para potência nominal, tensão nominal e fator de
potência igual a 0,80.
c) A freqüência nominal do alternador é 60Hz elétricas correspondente a 1800 r.p.m. mecânicas.
d) O alternador é provido de três fases, com os enrolamentos ligados em configuração estrela, com
neutro acessível.
e) A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador com as seguintes características:
- Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
2.3.6 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais
a) Tipo: motor alternativo de combustão interna três tempos, de ignição por compressão, com
sistema de injeção direta (Motor Diesel).
b) Sentido da rotação: contrário ao dos ponteiros do relógio, para um observador situado atrás do
volante do motor, olhando o radiador.
c) Potência: 42 cv.
¾ Sistema diesel de abastecimento (reservatório de serviço)
Reservatório metálico cilíndrico vertical com capacidade para 100 litros, montado em base metálica
adequada de forma a não comprometer o escoamento por gravidade do tanque para bomba diesel do
motor. O reservatório possui um visor de nível lateral.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 40 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
2.4 - GRUPO MOTOR-GERADOR – INSTITUTO DE QUÍMICA (CENTRAL ANALÍTICA)
2.4.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: REDE LOCAL × GMG
Figura 2.13 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Instituto de Química.
2.4.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.5 mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador do Instituto de Química.
O registro do horímetro é de 6.576 horas na data da visita indica a ociosidade deste GMG desde a data de
sua aquisição.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 41 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.5 – Dados de placa do GMG do Instituto de Química.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
03/2002
12
11,7/10,2
9,36/8,16
0,80
28
220
1.800
3
60
Sim
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
LOB
1 cilindro
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 15L
3,0
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva
2.4.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas algumas características relativas às instalações elétricas de baixa
tensão da Central Analítica do Instituto de Química, sendo relatadas as especificações do motor diesel, do
gerador, dos quadros de comandos, do quadro de distribuição, da USCA (Unidade de Supervisão de
Corrente Alternada) e do QTA (Quadro de Transferência Automático Manual). As figuras abaixo
mostram o GMG, a casa onde ele está instalado e o seu reservatório de combustível.
Figura 2.14 – Vista do GMG do instituto de Química.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 42 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.15 – Vista do abrigo do GMG do Instituto de Química.
Figura 2.16 – Tanque de combustível do GMG do Instituto de Química.
2.4.4 - GRUPO MOTOR GERADOR – GMG
O grupo motor gerador – GMG – consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um
alternador síncrono trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A
potência nominal é a potência em regime contínuo do alternador, expressa em 11,7/10,2 kVA, calculada
com o motor diesel trabalhando nas condições ambientes de Brasília – DF com o fator de potência igual a
0,80 normalizado.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 43 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
¾ Características específicas:
a) Potência do grupo – 11,7/10,2 kVA (Nominal).
b) Tensão Nominal – 380 Vca entre fases (Trifásico) e 220 V entre fase e neutro (monofásico).
c) Freqüência Nominal – 60 Hz.
d) Rotação do Motor – 1.800 rpm (Nominal).
e) Cilindradas – 1 cilindro.
f)
Refrigeração – A água por radiador e bomba d’água.
g) Combustível – Óleo diesel – Reservatório.
h) Reservatório – Acoplado ao motor, cúbico metálico com capacidade de 10 litros.
i)
Acionamento – Automático / Manual.
j)
Transferência – Automático / Manual.
k) Pré Aquecimento – Incorporado (Resistências).
l)
Condições médias de temperatura e umidade relativa de Brasília: Umidade relativa: Média
anual de 60% e média anual de temperatura em torno de 24o C.
¾ USCA/QTA
A Unidade de Supervisão de Corrente Alternada – USCA – estão montadas no interior do rack
fixadas na parede lateral na casa do gerador com acessos aos cabos pela parte inferior através de canaletas
fixadas na parede. Estão compreendidos neste quadro dispositivos, tais como: contactores da rede, do
gerador e saída para carga através de disjuntores, relativos a transferencia automática manual das fontes e
intertravamento, elétrico e mecânico mostradas através de um visor em forma digital.
O quadro de comando integrado ao rack da USCA, contém as seguintes funções:
a) Botão de emergência (botão soco).
b) Leitura de voltagem e corrente através dos displays.
c) Monitoramento do funcionamento da rede, ou seja se a rede está conectada no barramento ou se
o GMG está em funcionamento na rede.
Os instrumentos relativos a supervisão do motor, tais como: Termômetros, Interruptor de Partida,
Chave, nível do óleo etc, estão acondicionados em painel no próprio motor.
d) Bateria de Partida
A bateria do grupo Motor Gerador existente é do tipo chumbo ácido, tensão 12Vcc e capacidade de
70Ah.
e) Detalhe mecânico do conjunto Motor Diesel X Alternador Síncrono
O grupo Motor Gerador está montado sobre base metálica construída em vigas de aço através de
apoios formando um chassi tipo monobloco. O posicionamento do GMG na altura conveniente é feito
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 44 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
através de pedestais, montantes, apoios elásticos, com dois apoios para o alternador, dois apoios para o
suporte dianteiro do motor, e dois apoios para o suporte traseiro do motor. A base metálica contempla em
sua estrutura dois terminais de terra independentes para cabo de #2,5mm2, sendo um para ligação do
grupo e o outro para conexão do terra da edificação. O acoplamento entre o motor e o alternador, tipo
elástico, flexível, é feito por meio de parafusos, fixando a flange do alternador à carcaça do volante do
motor.
2.4.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ As características elétricas do alternador:
a) Tensão nominal: 380V trifásicos e 220V monofásicos.
b) A corrente do alternador deve ser calculada para potência nominal, tensão nominal e fator de
potência igual a 0,80.
c) A freqüência nominal do alternador é 60Hz elétrica correspondente a 1800 r.p.m. mecânica.
d) O alternador é provido de três fases, com os enrolamentos ligados em configuração estrela, com
neutro acessível.
¾ As características construtivas do alternador:
a) Carcaça construída a prova de pingos e respingos.
b) A armadura empacota, sob pressão, formando um conjunto suportado pela carcaça.
c) O rotor possui enrolamento amortecedor, constituído por barras localizadas na peça polar, e
devidamente colocadas em curto-circuito.
d) O conjunto rotativo deve ser equilibrado estática e dinamicamente. O equilíbrio dinâmico deve
ser feito para o motor à rotação nominal.
e) A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador com as seguintes características:
- Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
2.4.6 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais:
a) Tipo: motor alternativo de combustão interna quatro tempos, de ignição por compressão, com
sistema de injeção direta (Motor diesel).
b) Sentido da rotação: contrário ao dos ponteiros do relógio, para um observador situado atrás do
volante do motor, olhando o radiador.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 45 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
c) Potência: 12 cv.
¾ Sistema diesel de abastecimento (reservatório de serviço):
Reservatório metálico cilíndrico com capacidade para 15 litros, acoplado adequadamente na parte
superior do motor, de forma a não comprometer o escoamento por gravidade do tanque para bomba diesel
do motor.
2.5 - GRUPO MOTOR-GERADOR - CENTRO COMUNITÁRIO
2.5.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: SUBESTAÇÃO × GMG
Figura 2.17 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Centro Comuntário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 46 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
2.5.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.6 mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador do Centro Comunitário.
O registro do horímetro de 10,9 horas na data da visita indica a ociosidade deste GMG desde a data de sua
aquisição.
Tabela 2.6 – Dados de placa do GMG do Centro Comunitário.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
08/2000
67
45
42
0,92
68
380/220
1.800
30
2,5
3
60
Sim
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
Perkins
4 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 300L
9,8
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva
2.5.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas algumas características relativas às instalações elétricas de alta e
baixa tensão do Centro Comunitário, sendo relatadas as especificações da subestação de energia do motor
diesel, do gerador, dos quadros de comandos, do quadro de distribuição, da USCA (Unidade de
Supervisão de Corrente Alternada) e do QTA (Quadro de Transferência Automático). O grupo motorgerador do Centro Comunitário, a casa onde ele está instalado, e o seu reservatório de combustível são
vistos nas figuras abaixo.
Figura 2.18 – GMG do Centro Comunitário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 47 -
Capítulo 2 – Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.19 – Casa do GMG do Centro Comunitário.
Figura 2.20 – Tanque de Combustível do GMG do Centro Comunitário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 48 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
2.5.4 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
A rede que alimenta a subestação de energia é de alta tensão em 13.800 V, sendo constituída de
uma estrutura de derivação com ramal (poste de concreto, chave seccionadora com elo fusível e páraraios de 15 kV) nesta mesma tensão, donde a partir da rede até a subestação adequadamente protegida e
com uma infra-estrutura para manobras atendendo a padronização da concessionária local de eletricidade
- CEB.
A subestação de energia abaixadora de tensão é do tipo aérea, em estrutura de concreto com mureta
para medição padrão CEB, com as seguintes características:
¾ Transformador
É do tipo distribuição abaixador de tensão e tem sua potência aparente nominal dimensionada para
atender carga efetiva instalada, de forma a suportar 20% de sobrecarga da carga instalada durante uma
(01) hora em cada seis (06) horas, sendo também dimensionado para trabalhar nas condições ambientais
de Brasília – DF, relativas à altitude, temperatura e umidade sem comprometer seu funcionamento. Suas
características técnicas são:
a) Potência – 150 kVA.
b) Tensão Primária – Trifásica em 13,8 kV, 13,2 kV, 12,6 kV, 12 kV, 11,6 kV, 11 kV e 10,4 kV.
c) Tensão Secundária – Trifásica 380V / Monofásica 220V com neutro acessível.
d) Freqüência – 60 Hz ± 5%.
e) Ligação – Delta/estrela com neutro aterrado.
f) Transformador – Em caixa de aço com radiadores e bobinamentos imersos em óleo isolante com
núcleo ferromagnético.
g) Normas – ABNT ⇒ NBR – 5440, NBR – 5356, NBR – 5380, NBR – 5416.
¾ Cabo alimentador
O cabo alimentador a partir do secundário do transformador da subestação até o quadro geral de
distribuição – QGD – é do tipo singelo de dupla isolação, classe de isolação 1 kV para as fases, neutro
(simples isolação de 1 kV) e terra (cordoalha de cobre nu) – 3F(#95mm2) + 1#50mm2(N) + 1#50mm2
cordoalha(T) – dimensionado para atender a carga total instalada.
O Quadro Geral de Distribuição Normal – QGD – é do tipo rack (bastidor) metálico em aço para a
instalação aparente, sendo os cabos elétricos pela parte inferior através de canaletas no piso. No interior
deste quadro, constam os barramentos, normal e essencial, trifásicos, de seção retangular para fases,
neutro e terra, sendo de cobre eletrolítico dimensionado para suportar a carga efetiva instalada e corrente
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 49 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
de curto-circuito projetada a não comprometer os parâmetros de temperatura, condução de corrente e
queda de tensão. No QGD existem dois tipos de barramentos diferenciados, sendo um para atender a
carga normal e outro para atender circuitos de emergência, constituídos pelo grupo motor-gerador (GMG)
que atende o barramento de emergência, que são os circuitos de iluminação de emergência, bombas dos
ramais de combate a incêndio, casa do gerador, casa de bombas, casa do GLP, microcomputadores,
tomadas essenciais, etc.
2.5.5 - GRUPO MOTOR-GERADOR
O grupo motor-gerador – GMG – consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um
alternador síncrono trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica (SKID)
comum. A potência nominal é a potência em regime contínuo do alternador, expressa em 45 kVA,
calculada com o motor diesel trabalhando nas condições ambientes de Brasília/ DF com o fator de
potência igual a 0,92 normalizado.
¾ Características específicas
a) Potência do grupo: 45 kVA (Nominal).
b) Tensão Nominal: 380 Vca entre fases (Trifásico) e 220 V entre fase e neutro (monofásico).
c) Freqüência Nominal: 60 Hz.
d) Rotação do Motor: 1.800 rpm (Nominal).
e) Ciclo de Trabalho: 4 Tempos.
f) Combustível: Óleo diesel – Reservatórios.
g) Reservatório: Somente externo, cilíndrico vertical com capacidade de 300 litros.
h) Pré Aquecimento: Incorporado (Resistências).
i) Carregador flutuador: Incorporado (URBP).
j) Condições médias de temperatura igual a 24ºC e umidade relativa igual a 60% em Brasília.
¾ USCA/QTA
A Unidade de Supervisão de Corrente Alternada – USCA – está montada no interior do rack fixada
na parede lateral ao lado do QGD na casa do gerador com acessos aos cabos pela parte inferior através de
canaletas no piso. Estão compreendidos neste quadro dispositivos, tais como: contactores da rede, do
gerador e saída para carga através de disjuntores, relativos a transferência automática manual das fontes e
intertravamento, elétrico e mecânico montados na parte inferior da USCA.
Os instrumentos relativos à supervisão do motor, tais como: Manômetros, Horímetros,
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 50 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Termômetros, Interruptor de Partida, Chave, nível do óleo etc, estão acondicionados em painel no próprio
motor.
¾ URBP
Para manter a bateria do grupo Motor Gerador sempre funcionando e em condições de carga, tanto
para partida do motor quanto para excitação do alternador, existe uma unidade retificadora de baterias de
partida – URBP. O carregador de baterias possui as seguintes características: a) Tensão de entrada: 220V
monofásicos (tensão de entrada da URBP), b) Freqüência da rede: 60 Hz, c) Tensão de saída: 12 Vcc, d)
Corrente: 5Acc, e) Classe de isolação: 1,2 kV. Esse equipamento contempla sensor de carga automático e
limitação de corrente.
¾ Bateria de Partida:
A bateria do grupo Motor Gerador existente é do tipo chumbo ácido, tensão 12 Vcc e capacidade de
150 Ah.
2.5.6 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ Características elétricas do alternador:
a) Tensão nominal: 380 V trifásicos e 220 V monofásicos.
b) A corrente do alternador deve ser calculada para potência nominal, tensão nominal e fator de
potência igual a 0,92.
c) A freqüência nominal do alternador é 60Hz elétricas correspondente a 1800 r.p.m. mecânicas.
d) O alternador é provido de três fases, com os enrolamentos ligados em configuração estrela, com
neutro acessível.
e) A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador.
2.5.7 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais:
a) Tipo: motor alternativo de combustão interna quatro tempos, de ignição por compressão, com
sistema de injeção direta (Motor Diesel).
b) Potência: 67 cv.
¾ Sistema de operação (entrada/transferência/espera/saída):
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 51 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
O GMG funcionando sob o controle da USCA, tem condições de executar as seguintes operações:
a) Partir e atingir as condições nominais de tensão e freqüência, num período chamado tempo de
partida.
b) Assumir a carga mantendo a tensão e a freqüência dentro dos limites admissíveis, num período
chamado tempo de funcionamento.
c) Manter o funcionamento, em vazio, durante um período chamado tempo de espera.
d) Transferir a carga à fonte principal, quando houver o retorno desta, deve permanecer na
condição de entrada imediata de funcionamento, após a parada comandada pela USCA.
¾ Sistema Diesel de abastecimento (reservatório de serviço):
Reservatório plástico cilíndrico vertical com capacidade para 300 litros, montado em base metálica
adequada de forma a não comprometer o escoamento por gravidade do tanque para bomba diesel do
motor. O reservatório possui um visor de nível lateral escalonado.
2.6 - GRUPO MOTOR-GERADOR - LABORATÓRIO DE MICROSONDA ELETRÔNICA
2.6.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: REDE LOCAL × GMG
Figura 2.21 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Microsondas
Eletrônicas.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 52 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
2.6.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.7 mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador pertencente ao
Laboratório de Microsonda Eletrônica. O registro do horímetro na data da visita era de 186,3 horas.
Tabela 2.7 – Dados de placa do GMG do Laboratório de Microsonda Eletrônica.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
09/1996
60
55
44
0,8
88
380/220
1.800
30
2,5
3
60
Sim
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
MWM D229-4
4 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 120L
8,8
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva
2.6.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas as características técnicas relativas ao GMG pertencente ao
laboratório de Microsonda Eletrônica, localizado próximo ao ICC Central. As figuras abaixo mostram o
grupo motor-gerador, o local onde ele é abrigado, seu reservatório de combustível e o quadro de
transferência automático (QTA).
Figura 2.22 – GMG do Lab. de Microsonda Eletrônica.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 53 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.23 – Quadro de transferência automático.
Figura 2.24 – Reservatório de Combustível.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 54 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.25 – Casa subterrânea do grupo motor-gerador.
2.6.4 - GRUPO MOTOR-GERADOR
O grupo motor-gerador consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um alternador síncrono
trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A potência nominal é a
potência em regime contínuo do alternador, expressa em 55 kVA, calculada com o motor diesel
trabalhando nas condições ambientes de Brasília/DF com o fator de potência igual a 0,8.
¾ USCA – Unidade de Supervisão de Corrente Alternada:
a) Modos de operação: desligado, manual e automático.
b) Com intertravamento elétrico e mecânico entre contatores da rede e do gerador.
c) Chave de operação emergência que permite a alimentação da carga pela rede em caso de falha
do Quadro de Comando e execução de testes ou manutenção do sistema sem o desligamento da contatora
da rede, mantendo a carga alimentada nestas situações.
d) Construída para operar nas tensões compatíveis com a rede e alternador 380/220V, 60Hz,
trifásica, com variações de ± 17% para tensões e de ± 10% para a freqüência.
e) O comando de partida para o motor é de 3 (três) tentativas de 10 (dez) segundos cada e pausa
de até 30 (trinta) segundos regulável, entre elas. Não tendo partido o GMG, é inibido o sistema de partida
e sinalizado o defeito que ocasionou o não funcionamento do mesmo.
f)
Havendo êxito na partida, o sistema de partida é bloqueado por sensor de tensão no alternador
de 24V, pressão do óleo, e de tensão de saída do alternador de potência. Também é bloqueado o sistema
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 55 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
de pré-aquecimento.
¾ Acoplamento
O acoplamento do motor ao alternador é feito através de luva elástica, de modo a neutralizar os
efeitos de trepidações e impedir o desalinhamento do rotor do alternador.
2.6.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ Características elétricas do alternador:
a) Configuração: trifásico em estrela, com neutro disponível.
b) Tensão Nominal: 380Vac entre fases e 220Vac entre fase e neutro ajustável em ± 15%.
c) Potência Nominal: 55kVA.
d) Fator de Potência: 0,8 (indutivo).
e) Freqüência Nominal: 60Hz elétricos correspondentes a 1.800 rpm mecânicos do motor.
f) Sistema Rotativo: construído para suportar sem danos, em caso de emergência, rotação de 25%
acima da nominal.
g) A resistência de isolamento dos enrolamentos é de 5MΩ.
h) Capacidade de sobrecarga: 10% durante 60 minutos em cada 6 horas.
i) Excitatriz: rotativa, do tipo
BRUSHLESS,
com enrolamento de campo de excitatriz fixo, e
enrolamento de armadura girante.
j) Ponte retificadora trifásica de onda completa: girante, acoplada eletricamente ao enrolamento da
armadura da excitatriz, e ao enrolamento do alternador síncrono.
k) Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
l) Sistema Regulador de tensão: do tipo eletrônico. Este mantém a tensão de saída independente da
carga no valor nominal ± 2%, e também permite a variação manual desta em ± 15% do seu valor nominal
de tensão em posição automática.
2.6.6 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais:
a) Tipo: estacionário, de combustão interna, quatro tempos.
b) Combustível: diesel.
c) Com servo-mecanismo regulador de rotação em 60Hz ± 0,5Hz.
d) Potência: a potência deverá ser a mínima necessária para a geração de 55kVA, entregues a carga
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 56 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
elétrica, em regime permanente de funcionamento.
e) Rotação: 1.800 rpm.
f) Sistema de Lubrificação: sob pressão por bomba tipo engrenagem, acionada pelo motor, com
válvula reguladora da pressão do óleo e, medidor/mostrador de pressão, em escala apropriada a aplicação.
g) O motor é provido de um pressostato, lacrado de fábrica, regulado para a menor pressão de óleo
lubrificante que garanta o funcionamento seguro do motor, na rotação nominal e potência máxima.
h) Instalação e Adequação dos Ramais de Alimentação.
i) Filtros: de ar, água e de óleos combustível e lubrificante de elementos filtrantes cambiáveis
externamente.
j) Sistema de escape/descarga: constituído de coletor, tubo flexível para isolamento de vibrações,
silencioso e tubo de saída.
k) O tubo flexível para isolamento de vibração é feito de material inoxidável sanfonado. A
tubulação de descarga é dimensionada de tal modo que a contrapressão junto ao coletor não altere a
potência do motor.
l) Sistema de Partida: por motor elétrico de corrente contínua deslizante, alimentado na tensão de
12 Vcc.
m) Sistema de pré-aquecimento: por resistência elétrica instalada na parte inferior da tubulação do
sistema de arrefecimento, controlado por termostato para controle da temperatura de operação entre 30ºC
e 70ºC.
n) Sistema de Parada: por dispositivo eletromagnético, atuando diretamente sobre o dispositivo de
estrangulamento de combustível, controlado pelo quadro de comando.
¾ Sistema Diesel de abastecimento (reservatório de serviço)
a) O motor é suprido por um tanque em PVC na forma cilíndrica de armazenagem e combustível
com alimentação por gravidade, com capacidade de 120 litros.
b) O tanque contém respiro com bloqueio para fogo, com saída externa e saída para o motor com
registro, de características adequadas nas tomadas de combustível, retorno de combustível do motor,
tampa de fácil remoção e indicador externo do nível de combustível.
2.7 - GRUPO MOTOR-GERADOR - LABORATÓRIO DE BIOLOGIA MOLECULAR (BIOMOL)
2.7.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: REDE LOCAL × GMG
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 57 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Como este grupo motor-gerador encontra-se não instalado, então seu diagrama unifilar das
conexões é inexistente, mas que, no capítulo 4, quando for apresentado um estudo técnico deste GMG,
será apresentado um diagrama unifilar de como poderá ser feito o projeto de instalação dele.
2.7.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A seguir, serão apresentadas as principais características técnicas do grupo motor-gerador,
resumidas na Tabela 2.8.
Tabela 2.8 – Dados de placa do GMG de Biologia Molecular – BIOMOL.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
11/2001
89
81
66
0,8
98
380/220
1.800
30
2,5
3
60
Não
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
MWM D229-6
6 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Não há
13,6
Não há
Não há
Incorporado
Não há
Incorporado
Não há
2.7.3 - GENERALIDADES
O grupo motor-gerador diesel pertencente ao Laboratório de Biologia Molecular não foi instalado e
posto em funcionamento desde a data de sua aquisição, em 2001, pela ausência de um local específico
para abrigá-lo, juntamente de seus componentes de supervisão e controle. Atualmente, ele se encontra
abandonado sob uma lona de plástico, como mostra a Figura 2.26, próximo à entrada do Laboratório de
Biologia Molecular, localizado no ICC Sul.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 58 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.26 – GMG abandonado sob uma lona de plástico.
Figura 2.27 – GMG pertencente ao Laboratório de Biologia Molecular.
2.7.4 - GRUPO MOTOR-GERADOR
O grupo motor-gerador consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um alternador síncrono
trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A potência nominal é a
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 59 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
potência em regime contínuo do alternador, expressa em 81 kVA, calculada com o motor diesel
trabalhando nas condições ambientes de Brasília – DF com o fator de potência igual a 0,8.
2.7.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
O alternador é um gerador síncrono, de corrente alternada, trifásico com quatro pólos girantes, sem
escovas, com excitação própria para ser acionado por motor diesel.
¾ Características elétricas do alternador:
a) Tensão nominal: 380 V trifásicos e 220 V monofásicos.
b) Potência nominal: 81 KVA
c) A freqüência elétrica nominal do alternador é 60Hz correspondente a freqüência mecânica de
1.800 rpm.
d) O alternador é provido de três fases, com os enrolamentos ligados em estrela, com neutro
acessível.
e) Fator de potência: 0,8 indutivo.
f)
A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador.
2.7.6 - MOTOR DIESEL
O motor é do tipo diesel, com injeção direta, seis cilindros em linha, refrigeração a água e sistema
de arrefecimento com radiador, ventilador e bomba centrífuga.
¾ Características gerais:
a) Tipo: motor alternativo de combustão interna e de ignição por compressão, com sistema de
injeção direta.
b) Potência: 89 cv.
¾ Reservatório Diesel
Embora inexistente, foi previsto no projeto um reservatório do tipo cilíndrico com capacidade
mínima para 200 litros, contendo indicador externo de nível.
2.8 - GRUPO MOTOR-GERADOR - LABORATÓRIO DE BIOQUÍMICA
2.8.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 60 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.28 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Bioquímica.
2.8.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.9 mostra os principais dados técnicos do grupo motor-gerador pertencente ao
Laboratório de Bioquímica. O registro do horímetro na data da visita era de 12,8 horas, o que indica que
este grupo motor-gerador foi pouco usado desde a data de sua aquisição.
Tabela 2.9 – Dados de placa do GMG do Laboratório de Bioquímica.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser utilizado
2001
45
40
32
0,8
100
380/220
1.800
32,1
3,1
3
60
Sim
Motor
Cilindros
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Manutenção
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
MWM D229-3
4 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Interno, 60L
7,2
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Corretiva
- 61 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
2.8.3 – GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas as principais características técnicas do grupo motor-gerador
Diesel pertencente ao Laboratório de Bioquímica, localizado no subsolo do ICC Sul. Serão relatadas as
especificações do gerador, do motor e da USCA (Unidade de Supervisão de Corrente Alternada). O grupo
motor-gerador está montado dentro de uma carenagem metálica ao lado do laboratório, como mostra a
Figura 2.29, e o tanque de combustível é localizado embaixo dele, como é visto na Figura 2.31.
Figura 2.29 – GMG do Laboratório de Bioquímica.
Figura 2.30 – GMG visto de lado.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 62 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.31 – Vista de perto do GMG.
Figura 2.32 – Tanque de combustível incorporado à base do GMG.
2.8.4 - GRUPO MOTOR-GERADOR
O grupo motor-gerador é o modelo CP-8040, da empresa Chicago Pneumatic, e consiste num motor
diesel, elasticamente acoplado a um alternador síncrono trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado
em uma base metálica comum, dentro de uma carenagem metálica. A potência nominal é a potência em
regime contínuo do alternador, expressa em 40 kVA, calculada com o motor diesel trabalhando nas
condições ambientes de Brasília /DF com o fator de potência igual a 0,8.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 63 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
2.8.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ Características elétricas do alternador:
a) Configuração: trifásico em estrela, com neutro disponível.
b) Tensão Nominal: 380Vac entre fases e 220Vac entre fase.
c) Potência Nominal: 40kVA.
d) Fator de Potência: 0,8 (indutivo).
e) Freqüência Nominal: 60Hz elétricos correspondentes a 1.800 RPM mecânicos do motor.
f) Excitatriz: rotativa, do tipo
BRUSHLESS,
com enrolamento de campo de excitatriz fixo, e
enrolamento de armadura girante.
g) Ponte retificadora trifásica de onda completa: girante, acoplada eletricamente ao enrolamento da
armadura da excitatriz, e ao enrolamento do alternador síncrono.
h) Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
i) Sistema Regulador de tensão: do tipo eletrônico. Este mantém a tensão de saída independente da
carga no valor nominal ± 2%, e também permite a variação manual desta em ± 15% do seu valor nominal
de tensão em posição automática.
2.8.6 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais:
a) Tipo: estacionário, de combustão interna, quatro tempos.
b) Combustível: diesel.
c) Com servo-mecanismo regulador de rotação em 60Hz ± 0,5Hz.
d) Potência: a potência deverá ser a mínima necessária para a geração de 40kVA, entregues a
carga elétrica, em regime permanente de funcionamento.
e) Sistema de Partida: por motor elétrico de corrente contínua deslizante, alimentado na tensão de
12Vcc.
f)
Sistema de Parada: por dispositivo eletromagnético, atuando diretamente sobre o dispositivo de
estrangulamento de combustível, controlado pelo quadro de comando.
¾ Sistema Diesel de abastecimento (reservatório de serviço)
a) O tanque de combustível é incorporado à base, localizado abaixo da carenagem metálica, com
capacidade de 60 litros.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 64 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
2.9 - GRUPO MOTOR-GERADOR - RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO
2.9.1 - DIAGRAMA ELÉTRICO UNIFILAR GERAL: REDE LOCAL × GMG
Figura 2.33 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do GMG do Restaurante Universitário.
2.9.2 - DADOS DE PLACA DO GRUPO MOTOR-GERADOR
A Tabela 2.10 mostra as principais especificações técnicas do grupo motor-gerador que alimenta o
Restaurante Universitário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 65 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Tabela 2.10 – Dados de placa do GMG do Restaurante Universitário.
Data
Potência (cv)
Potência (kVA)
Potência (kW)
Fator de Potência
Corrente (A)
Tensão (V)
Rotação (rpm)
Excitação (V / A)
Fase
Freqüência (Hz)
Pronto para ser
utilizado
Não disponível
125
100
80
0,8
262/152/131
380/220/440
1.800
30
1,72
3
60
Motor
Cilindradas
Refrigeração
Combustível
Reservatório
Consumo motor (L/h)
Acionamento
Transferência
Pré Aquecimento
Bateria
Carregador de Bateria
Perkins
4 cilindros
A água por radiador
Óleo Diesel
Externo, 5.000L
19,2
Automático / Manual
Automática / Manual
Incorporado
12V
Incorporado
Sim
Manutenção
Corretiva
2.9.3 - GENERALIDADES
Nesta descrição serão apresentadas as características técnicas relativas ao GMG que alimenta em
caso de emergência o Restaurante Universitário. As figuras abaixo mostram o GMG e o seu reservatório
de combustível externo.
Figura 2.34 – Grupo motor-gerador Diesel do Restaurante Universitário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 66 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.35 – Tanque do combustível externo.
Figura 2.36 – Detalhe do tanque.
2.9.4 - GRUPO MOTOR-GERADOR
O grupo motor-gerador consiste num motor diesel, elasticamente acoplado a um alternador síncrono
trifásico sem escovas, sendo o conjunto montado em uma base metálica comum. A potência nominal é a
potência em regime contínuo do alternador, expressa em 100 kVA, calculada com o motor diesel
trabalhando nas condições ambientes de Brasília/DF com o fator de potência igual a 0,8.
¾ USCA – Unidade de Supervisão de Corrente Alternada:
a) Modos de operação: desligado, manual e automático.
b) Com intertravamento elétrico e mecânico entre contatores da rede e do gerador.
c) Chave de operação emergência que permite a alimentação da carga pela rede em caso de falha
do Quadro de Comando e execução de testes ou manutenção do sistema sem o desligamento da contatora
da rede, mantendo a carga alimentada nestas situações.
d) Construída para operar nas tensões compatíveis com a rede e alternador 380/220/440 V, 60Hz,
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 67 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
trifásica.
¾ Acoplamento:
a) O acoplamento do motor ao alternador é feito através de luva elástica, de modo a neutralizar os
efeitos de trepidações e impedir o desalinhamento do rotor do alternador.
2.9.5 - ALTERNADOR SÍNCRONO
¾ Características elétricas do alternador:
a) Configuração: trifásico em estrela, com neutro disponível.
b) Tensão Nominal: 380Vac entre fases e 220Vac entre fase e neutro ajustável em ± 15%.
c) Potência Nominal: 100kVA.
d) Fator de Potência: 0,8 (indutivo).
e) Freqüência Nominal: 60Hz elétricos correspondentes a 1.800 rpm mecânicos do motor.
f)
A resistência de isolamento dos enrolamentos é de 5MΩ.
g) Excitatriz: rotativa, do tipo
BRUSHLESS,
com enrolamento de campo de excitatriz fixo, e
enrolamento de armadura girante.
h) Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.
2.9.6 - MOTOR DIESEL
¾ Características gerais
a) Tipo: estacionário, de combustão interna, quatro tempos.
b) Combustível: diesel.
c) Com servo-mecanismo regulador de rotação em 60Hz ± 0,5Hz.
d) Potência: a potência deverá ser a mínima necessária para a geração de 100kVA, entregues a
carga elétrica, em regime permanente de funcionamento.
e) Sistema de Partida: por motor elétrico de corrente contínua deslizante, alimentado na tensão de
12 Vcc.
f)
Sistema de Parada: por dispositivo eletromagnético, atuando diretamente sobre o dispositivo de
estrangulamento de combustível, controlado pelo quadro de comando.
¾ Sistema Diesel de abastecimento (reservatório de serviço)
O motor é suprido por um tanque externo de capacidade de armazenamento de combustível igual a
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 68 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
5.000 litros. Esse tanque também fornece combustível para as caldeiras, localizadas próximas ao grupo
motor-gerador.
2.10 - REDE ELÉTRICA AÉREA OU SUBTERRÂNEA
Nesta parte foi feito um levantamento da rede aérea e subterrânea, de acordo com os dados
fornecidos pelo engenheiro Luiz César Bezerra de Oliveira da PRC (Prefeitura do Campus da UnB), as
características da rede de alta tensão e proteção do sistema estão apresentadas no diagrama unifilar da
Figura 2.37.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 69 -
Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB
Figura 2.37 – Diagrama Unifilar da Rede Área e Subterrânea da UnB.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 70 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Capítulo 3 – Estudo das Conexões de Rede
3. OPERAÇÃO DO GRUPO MOTOR-GERADOR
As necessidades de energia elétrica nas indústrias, estabelecimentos comerciais e consumidores
individuais são supridos quase que exclusivamente por geradores síncronos. Em muitos dos grandes
pólos industriais do país, algumas das empresas utilizam a geração de energia própria por fontes
alternativas que podem ser provenientes de motores diesel, de gás natural e até mesmo de biogás, como
uma forma de preencher suas necessidades. O propósito deste capítulo é descrever alguns dos princípios
que permite a conexão em regime permanente de alternadores que operam em paralelo e os tipos de
conexões que o grupo motor-gerador pode fazer com a rede.
3.1 – SISTEMAS DE CONTROLE DE GRUPO MOTOR-GERADOR
O mercado brasileiro não era receptivo aos controles eletrônicos para grupos geradores até o
advento da tecnologia digital neste segmento. Havia um entendimento geral de que os controles para
grupos geradores deveriam ser simples de operar e oferecer o máximo em termos de facilidade de
manutenção. As inovações eletrônicas introduzidas pelos fabricantes eram limitadas, já que a maior
parcela do volume das suas vendas era gerada por encomendas sob especificação, as quais recusavam
componentes desconhecidos. Os montadores, buscando competitividade, ofereciam muitas alternativas,
resultando daí que os clientes, usuários de muitos equipamentos, como as empresas de telecomunicações
e outros, não conseguiam um nível de padronização aceitável para os equipamentos, como ainda ocorre
atualmente. [Referência: Del Toro]
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 71 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.1 – Vista externa do Quadro de Comando em conjunto com a USCA (Unidade de Supervisão de
Corrente Alternada) do Grupo Motor-Gerador do Centro Comunitário.
Na década de 70, começaram a surgir os primeiros controles eletrônicos montados no Brasil e como
havia a proteção de mercado para a indústria nacional, praticamente nenhuma tecnologia importada era
acrescentada aos produtos vendidos na época. Além disso, as primeiras unidades lançadas no mercado
apresentavam desempenho medíocre e falhas constantes, acabando por cair no descrédito do consumidor.
Existia ainda uma certa rejeição por parte das empresas de telecomunicação que, como maiores usuários
de grupos geradores, eram formadoras de opinião, tornando os controles eletrônicos aceitáveis por outros
clientes apenas em função do preço, uma vez que eram mais baratos.
Conceitualmente, há diferenças entre as práticas adotadas nos mercados americanos e europeus. No
Brasil, assimila-se o padrão europeu com maior facilidade, provavelmente porque as normas brasileiras
derivam, em muitos casos, das normas européias e também por estarem mais familiarizadas com os
sistemas métricos.
Para a maioria dos usuários, o Quadro de Comando Automático ou USCA (Unidade de Supervisão
de Corrente Alternada) inclui a chave de transferência automática de carga (QTA - Quadro de
Transferência Automática), mas que somente em casos excepcionais, em função das distâncias envolvidas
na instalação, visando à economia de cabos, admite-se a utilização de QTA à distância, em separado da
USCA.
A grande maioria das especificações técnicas elaboradas pelas empresas de engenharia para
aquisição de grupo motor-gerador, prevê a utilização de um único quadro de comando auto-suportado,
onde se encontram os controles, instrumentos e chave de transferência automática.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 72 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.2 - (a) Vista externa e (b) Vista interna do Quadro de Comando eletrônico do Grupo MotorGerador do Laboratório de Fitopatologia.
Somente com o advento dos controles digitais observa-se a tendência de mudança desses conceitos.
Por entender que esta tecnologia é mais confiável, o consumidor tende aceitar mais facilmente o “Quadro
de Comando Integrado”. Há, ainda, a dificuldade de aceitação do fato de alguns dispositivos serem
inerentes exclusivamente à Chave de Transferência (em armário à distância), como sensores de tensão e
freqüência, por exemplo. [Referência: Site www.joseclaudio.eng.br]
3.2 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS GERADORES SÍNCRONOS
Para uma análise introdutória, apresenta-se o principio de funcionamento de um gerador síncrono
em paralelo com a rede da concessionária, com a finalidade de se compreender o comportamento
sobretudo das tensões e correntes das fases constituídas do sistema trifásico.
Considere a operação de um gerador síncrono, G1, em paralelo com a rede da concessionária, para
alimentar uma carga trifásica, como indicado na Figura 3.3, por meio de uma chave fechada, e que opera
na freqüência nominal e na tensão nominal.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 73 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.3 – Sincronismo de um gerador síncrono (alternador) com a rede para operação em paralelo.
Para evitar choques severos entre a rede e o gerador, um processo definido, chamado de
procedimento de sincronização, deve ser seguido, antes que as chaves (ou disjuntores) que colocam o
grupo motor-gerador em paralelo com a rede possam ser fechadas. O processo é iniciado ajustando-se a
velocidade do agente motor do gerador G1, de forma que a freqüência da tensão gerada seja o mais
próximo possível da freqüência da rede da concessionária. A corrente de campo de G1 é, então, ajustada
para produzir a mesma tensão nominal entre as linhas a, b e c. Um grupo adequado de lâmpadas é
colocado em série com as linhas a`- a, b`- b, c`- c, como indicado na Figura 3.3. Estas lâmpadas irão
acender se tanto a tensão como a freqüência da rede diferirem ligeiramente da tensão e freqüência de G1.
Quando as duas freqüências são idênticas mas os módulos das tensões de linha são ligeiramente
diferentes, as lâmpadas ficarão acesas firmemente. Um ajuste subseqüente na corrente de campo de G1
pode ser usado para fazer com que as lâmpadas se apaguem. Nesta oportunidade, a chave de
sincronização pode ser fechada. Desta forma, portanto colocando o gerador em paralelo com a rede, sem
incidentes. Por outro lado, se os dois conjuntos de tensões trifásicas forem iguais em módulo mas um
pouco diferentes em freqüência, as lâmpadas irão acender novamente mas, agora, vão piscar numa taxa
igual à diferença de freqüências. Em um ponto deste ciclo de diferença, a tensão nas lâmpadas irá atingir
duas vezes a tensão de linha; meio ciclo depois, será zero. Um ajuste na velocidade do agente motor pode
ser usado para reduzir essa diferença de freqüência a um valor muito pequeno. Então, quando um período
escuro se aproxima, a chave de linha pode ser fechada com pouca ou nenhuma perturbação. [Referência:
Del Toro]
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 74 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
3.3 – TIPOS DE SINCRONIZAÇÃO DE GERADORES SÍNCRONOS COM A REDE
Existem várias maneiras de se conectar um grupo motor-gerador com a rede. Uma das opções mais
utilizadas é a conexão com transferência automática. Outra forma de se conectar é em paralelismo,
podendo ser de duas formas: momentâneo ou permanente. A seguir, serão apresentadas as características
das conexões mencionadas, bem como os tipos de proteção que devem ser utilizadas em cada uma delas.
Vale ressaltar que, a CEB – Companhia Energética de Brasília (concessionária local), ainda não
publicou uma norma específica a respeito dos procedimentos de sincronização e paralelismo, mas
segundo informações obtidas, através de contato com alguns engenheiros eletricistas da área responsável,
ela está em elaboração e em breve estará disponível. Portanto, os procedimentos descritos neste capítulo
serão baseados sobre a norma técnica da Eletropaulo [Referência: Anexo A].
3.3.1 – GRUPO MOTOR-GERADOR EM TRANSFERÊNCIA AUTOMÁTICA
Toda instalação, onde se utiliza o grupo motor-gerador como fonte de energia, além da própria
concessionária, necessita, obrigatoriamente, de uma chave reversora ou comutadora de fonte. Somente
nos casos onde o grupo motor-gerador é utilizado como fonte única de energia, pode-se prescindir da
utilização deste dispositivo.
Figura 3.4 – Chave reversora ou comutadora do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário.
A chave reversora ou comutadora tem a finalidade de comutar as fontes de alimentação entre a rede
da concessionária e o grupo motor-gerador. Além disso, ela impede a ligação das cargas com a rede e o
grupo motor-gerador em ligação simultânea. Para isso, as chaves comutadoras de fonte são construídas
de diversas formas e dotadas de recursos que vão desde o tipo faca, manual, até as mais sofisticadas
construções com controles eletrônicos digitais, comandos e sinalizações locais e remotas, passando pelos
tipos de estado sólido, de ação ultra-rápida.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 75 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Uma das maneiras mais utilizadas na conexão de grupos motor-gerador nesta modalidade, envolve
basicamente um quadro de transferência automática entre a rede e o grupo motor-gerador, como mostrado
pela Figura 3.5. Por definição, o sistema de transferência automática com interrupção consiste em um
sistema concebido por dois circuitos distintos em baixa tensão, sendo um proveniente da rede da
concessionária e outro do grupo motor-gerador, separados fisicamente por disjuntores, contatores ou
chave comutadora (reversora).
O sistema opera automaticamente em regime de emergência através de sensores (relés), que
detectam falta de tensão da rede, acionando a abertura do disjuntor/contator de rede, fechando o
disjuntor/contator do gerador e iniciando a partida do grupo motor gerador que assume a carga a ele
destinada. Após o aguardo de um tempo de confirmação do retorno da tensão da rede, o sistema inicia o
procedimento inverso, acionando a abertura do disjuntor/contator do gerador e fechamento do
disjuntor/contator de rede, iniciando-se o processo de resfriamento e desligamento do grupo motorgerador.
Nos sistemas onde é utilizada a chave comutadora (reversora), o procedimento operacional é
semelhante ao acima descrito, porém, como não há a existência de disjuntores/contatores, o fechamento
do circuito se dá através dos contatos da referida chave reversora, ou seja, o contato do lado da rede ou
contato do lado do gerador, não havendo a possibilidade de fechamento do dois contatos
simultaneamente, conforme se pode visualizar pelo diagrama unifilar mostrado pela Figura 3.6.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 76 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.5 – Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Quadro de Transferência
Automática (QTA).
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 77 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.6 – Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Transferência Automática
por chave comutadora.
A concepção mais simples de chave reversora seria de contato reversível, conhecida como SPDT
(Single Pole Double Throw) utilizada nos relés. Nos grupos motor-gerador, a chave reversora,
geralmente, é de três pólos (nos grupos motor-gerador trifásicos). A opção manual, tipo faca, aberta,
fabricada para operação sem carga, ainda encontra aplicações, seguindo-se os modelos para montagem de
painel e as de acionamento elétrico, automáticas, constituídas por pares de contatores ou disjuntores
motorizados com comandos à distância para abertura ou fechamento.
As chaves reversoras com comandos elétricos, na sua extensa maioria, são constituídas por pares de
contatores ou disjuntores motorizados. As chaves dedicadas, isto é, construídas com a finalidade
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 78 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
específica de efetuar a comutação das fontes, não são muito conhecidas, especialmente no Brasil, onde
não há fabricante que ofereça esta opção aos montadores de grupo geradores.
A não utilização da chave reversora pode causar sérios riscos às instalações e às pessoas, da
seguinte forma:
¾ Queima de equipamentos, no momento do retorno da energia fornecida pela concessionária, caso
o grupo motor-gerador esteja funcionando sem chave reversora e o disjuntor geral encontre-se
indevidamente ligado;
¾ Riscos para pessoas e possibilidades de incêndios, provocados por descargas elétricas sobre
materiais combustíveis, como conseqüência de evento citado no item anterior;
¾ Energização indevida da rede elétrica da concessionária, podendo vitimar eletricistas que estejam
trabalhando na rede ou no quadro de medição;
¾ O acionamento da chave reversora (se manual) somente deve acontecer com os equipamentos
desligados (sem carga);
Figura 3.7 – Chave reversora manual de três posições.
Todas as concessionárias de energia exigem que as chaves reversoras sejam dotadas de
intertravamento mecânico. Adicionalmente, nas chaves com acionamento elétrico, são utilizados contatos
auxiliares para fazer o intertravamento elétrico.
Para sistemas com reversão de carga em transição fechada (em paralelo com a rede) há exigências
específicas que devem ser atendidas, conforme o estabelecido nos contratos de fornecimento e de uso e
conexão, firmados entre a concessionária e as unidades consumidoras.
As concessionárias de energia determinam que os circuitos de emergência supridos por grupos
motor-gerador devem ser instalados independentemente dos demais circuitos, em eletrodutos exclusivos.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 79 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Não é permitida qualquer interligação desses circuitos com a rede alimentada pela concessionária. Os
grupos motor-gerador devem ser localizados em áreas arejadas, protegidos por intempéries e isolados do
contato com pessoas leigas, principalmente crianças. Recomendam, ainda, a observância as normas
técnicas, em especial a NBR-5410 da ABNT, em conformidade com o Decreto 41019 de 26/02/57 do
Ministério de Minas e Energia e Resolução No. 456 da ANEEL sobre as condições gerais de
fornecimento de energia.
Na maioria das aplicações, o grupo motor-gerador é utilizado como fonte de emergência para
atender apenas cargas essenciais, casos em que há um circuito de emergência em separado dos
consumidores essenciais.
Figura 3.8 – Grupo motor-gerador para atendimento de cargas essenciais.
Também se pode dividir o circuito de emergência, de forma que, havendo a disponibilidade de
energia da fonte de emergência, estabelece-se prioridades para os circuitos alimentados.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 80 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.9 - Grupo motor-gerador para atendimento de cargas essenciais.
Usualmente, adota-se como base do sistema de transferência a solução do par de contatores
montados lado a lado:
Figura 3.10 – (a) Esquema de par de contatores e (b) Contatores.
Na figura anterior, a trava mecânica impede que os dois contatores possam ser fechados
simultaneamente. Além disso, as bobinas dos contatores K1 e K2 são intertravadas eletricamente por meio
de contatos ou relés auxiliares, de forma que impossibilite a alimentação de uma se a outra estiver
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 81 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
energizada. Adicionalmente, podem-se acrescentar lâmpadas de sinalização para indicar o estado de
transferência.
Figura 3.11 - (a) Esquema de par de contatores com sinalizadores e (b) Contatores.
Nos sistemas automáticos, as funções de liga e desliga da rede e gerador, são executadas por
contatos de relés comandados pelos sistemas de controle.
Na entrada do grupo gerador é indispensável um meio de desconexão e proteções contra curtocircuito. As empresas de telecomunicações exigem que, tanto o lado da rede quanto o grupo gerador
sejam protegidos com blocos de fusíveis de ação retardada. Os disjuntores termomagnéticos, quando
utilizados, devem ter tempo de desconexão de 5 Hz, ou seja, cerca de 80 ms.
Para tornar o sistema automático, deve-se acrescentar um dispositivo sensor da rede, capaz de
perceber as falhas de tensão ou freqüência e fechar um contato para comando da partida do grupo motorgerador. Estes sensores devem ter seus parâmetros ajustáveis, incluindo um tempo de confirmação da
falha, para evitar partidas do grupo gerador em decorrência de picos instantâneos de tensão. Deve
monitorar o retorno da rede à normalidade e acionar um contato para retornar a transferência da carga,
devendo, a partir daí, o sistema de controle permitir o funcionamento do grupo motor-gerador em vazio
para resfriamento, antes de acionar o dispositivo de parada. Quando não incluídos no sistema de controle,
sensores de tensão e freqüência para o grupo motor-gerador também devem ser previstos. O
monitoramento ideal é sobre as três fases, sendo freqüente o uso de sensores monofásicos no lado do
grupo motor-gerador, principalmente. Em geral, ajusta-se para variações de 20% de tensão e 5% de
freqüência, para mais ou para menos,e um tempo de confirmação de dois a cinco segundos.
Por definição, os sensores de tensão e freqüência executam as seguintes funções de relés ANSI:
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 82 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Tabela 3.1 – Descrição dos relés pelo No. ANSI para Transferência Automática.
No. ANSI
27/47
50/51 – 50/51
N
59
81
Função
* Relé de subtensão e inversão de fase, para abrir o disjuntor geral de
entrada na ocorrência de qualquer um desses eventos, com
temporizador para não abrir o mesmo, no caso de uma falta transitória
quando o consumidor estiver sendo alimentado pela rede.
* Relés de sobrecorrente instantâneos e temporizados de fase e de
neutro, para abrir o disjuntor geral de entrada no caso de faltas
internas no consumidor.
* Relé de sobretensão de fase, para detectar tensões inadequadas da
rede e comandar o desligamento do disjuntor geral de entrada.
* Relé de freqüência. Dispositivo que opera quando a freqüência (ou sua
taxa de variação) está fora dos limites determinados.
* Fonte: Norma NT 6.008 da Eletropaulo.
A maioria dos fornecedores de GMG utiliza estes dispositivos como parte integrante dos seus
sistemas de controle ou USCA, de fabricação própria. No mercado, podem ser encontrados diversos
fornecedores destes dispositivos, tanto analógicos quanto digitais, alguns dotados de múltiplas funções
integradas.
Figura 3.12 – Esquema dos sistemas de controle ou USCA com os relés.
Eventualmente, a função 81 pode não ser utilizada para rede, baseando-se no pressuposto de que
não ocorrem variações de freqüência da rede. Entretanto, dependendo do local da instalação, estas
variações podem ocorrer. Mas, em muitas aplicações, são utilizados disjuntores com comandos
motorizados em substituição aos contatores. Alguns fornecedores disponibilizam conjuntos montados,
com opção de adição de componentes definidos pelo cliente.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 83 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Para as concessionárias de energia elétrica, os sistemas de proteção apresentados em suas normas,
geralmente abordam a proteção como sendo direta ou indireta, como se observam nas Figuras 3.13 e 3.14.
Verifica-se que na Norma da Eletropaulo NTD 6.008, as proteções, tanto direta quanto indireta, estão
localizadas na rede de média tensão da concessionária.
Figura 3.13 – Consumidor primário com proteção direta.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 84 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.14 – Consumidor primário com proteção indireta.
3.3.2 – GRUPO MOTOR-GERADOR EM SINCRONISMO COM A REDE DA CONCESSIONÁRIA
Cada circuito consumidor tem características próprias, resultantes dos dispositivos alimentados.
Um edifício comercial difere fundamentalmente de uma indústria com a mesma capacidade instalada.
Enquanto no edifício predominam cargas de iluminação, elevadores, pequenos no-breaks, computadores e
ar condicionado, na indústria a carga predominante, provavelmente, será de motores elétricos.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 85 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Quando ocorre uma falta de energia, o grupo motor-gerador de emergência dotado com um
sistema de transferência automática é acionado e no intervalo médio de 10 a 15 segundos assume as
cargas. Este intervalo é suficiente para que os motores em funcionamento parem de girar e todos os
circuitos se desenergizem. Entretanto, quando ocorre o retorno da concessionária, o sistema aciona o
desligamento do gerador e o acionamento da rede, um após o outro, num intervalo médio de 100 a 200
ms. Isto faz com que, ao ser religada a rede, os motores, por inércia, ainda estejam girando praticamente
na mesma rotação. O mesmo ciclo acontece nas transferências onde se utilizam grupos motor-gerador nos
horários de ponta, quando no início se transfere a carga da rede para o gerador e no final, quando ocorre a
transferência inversa. Os motores em movimento, sem receber energia, geram tensão que percorre o
circuito em sentido inverso, no intervalo de transferência, que irá se contrapor à fornecida pela fonte que
assume a carga, produzindo um surto capaz de trazer perturbações e queima de equipamentos. Quando há
este tipo de problema, a solução é a transferência num intervalo de tempo programado, desligando-se uma
fonte e aguardando um tempo suficiente para que todos os motores parem, antes de efetuar o ligamento da
fonte substituta. A isto, habitualmente, chama-se de transferência com transição programada.
Figura 3.15 – Transferência com rampa de carga.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 86 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Para os edifícios comerciais com muitos elevadores, uma alternativa freqüentemente adotada é
incluir no sistema um relé programado para fechar um contato durante o tempo suficiente para que todos
os elevadores sejam desligados no andar térreo (ou mais próximo de onde se encontram), permanecendo
desligados até que a transferência da rede para o gerador permita que os elevadores sejam acionados um
após o outro, reduzindo assim o surto de corrente de partida que ocorreria com a partida simultânea de
todos elevadores ao mesmo tempo.
Uma outra forma de efetuar a transferência sem perturbações é a transição fechada, em paralelo
com a concessionária, que pode ser instantânea ou com rampa de carga. Para adotar esta solução, é
necessário consultar a concessionária e, conforme o caso, aditar o contrato de conexão e uso, para prever
esta função. É a forma mais conveniente para quem utiliza grupo motor-gerador para geração no horário
de ponta.
A transferência instantânea significa aplicação de carga brusca e a rampa de carga só pode ser
utilizada nas transferências com duas fontes presentes e normais. No caso de uma falta de energia, a
entrada do grupo motor-gerador na condição de emergência é feita em barramento morto, assumindo
todas as cargas que estiverem ligadas, instantaneamente.
Já a transferência com rampa de carga em transição fechada é executada em paralelo com a rede
durante um tempo programado. O sistema de transferência necessita monitorar, por meio de
transformadores de corrente, a energia circulante e atuar sobre o sistema de combustível do grupo motorgerador. Sua utilização requer proteções definidas pela concessionária local.
A transferência com rampa de carga é feita sincronizando o grupo motor-gerador com a rede e, em
seguida, comandando o fechamento das chaves em paralelismo, de acordo com os contatores ou
disjuntores (52) ilustrados na Figura 3.15. O paralelismo, feito por um sincronizador automático, controla
a tensão e freqüência do grupo motor-gerador e verifica a seqüência de fases. No caso de falta na rede e
entrada do grupo motor-gerador na condição de emergência, tem-se a seqüência:
Figura 3.16 – Curva da potência do grupo motor-gerador na condição de emergência.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 87 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
No caso da partida do grupo motor-gerador com a rede presente (horário de ponta):
Figura 3.17 – Curva da potência do grupo motor-gerador na condição de horário de ponta.
Existem chaves que afetam a transferência em transição fechada com tempo de paralelismo menor
do que 5 graus elétricos (0,00023 segundos). Como as proteções normalmente exigidas pelas
concessionárias têm tempos de atuação de 100 ms, estas se tornam desnecessárias, porém, podem ser
exigidas, a critério da concessionária, por condições contratuais.
O sistema deve supervisionar o fluxo de corrente e manter a dosagem do combustível para que, no
momento do fechamento de 52G, o grupo motor-gerador não entre em carga nem seja motorizado pela
rede. Uma vez fechado 52G, tem inicio o processo de transferência de carga numa taxa programada com
incremento em kW por segundo e o limite não pode exceder a potência do gerador.
Em geral, o mesmo sistema pode ser utilizado para suprimento de energia em regime de peak
shaving, ou seja, o grupo motor-gerador permanece em paralelo com a rede suprindo a energia que
exceder à demanda prefixada para a rede. As configurações de operação são oferecidas em diversas
modalidades e praticamente todos os fornecedores atualmente dispõem de sistemas digitais que podem ser
configurados para atender às necessidades do cliente.
Assim, as concessionárias permitem a geração do consumidor, podendo assumir totalmente ou
parcialmente a carga da instalação, sendo de responsabilidade do consumidor a ocorrência eventual de
qualquer acidente decorrente da interligação indevida intencional ou acidental da alimentação das cargas
em paralelo com o sistema distribuidor da concessionária.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 88 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
A fim de obter uma proteção e seletividade adequada, as concessionárias permitem conexões de
geradores com paralelismo permanente com a rede em instalações que forem projetadas ou possuam
proteção através de relés indiretos no disjuntor geral de entrada, conforme se pode observar pelo
diagrama retirado da Norma NTD 6.008 da Eletropaulo, ilustrada pela Figura 3.18.
Figura 3.18 – Diagrama unifilar do paralelismo permanente Rede/Gerador na baixa tensão.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 89 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Considerando a Norma NTD 6.008 da Eletropaulo, ela permite um fluxo reverso de potência
máximo de 150 kVA, ajuste do relé direcional de potência (32), durante 500 ms para a rede da
concessionária, durante o período de operação em paralelo, em virtude da equalização de potência entre a
rede e o gerador na ocasião de variação sensível de carga. Na ocorrência de uma falta na rede da
concessionária durante a operação de paralelismo, o sistema de paralelismo deverá desligar o disjuntor de
interligação (disjuntor 2 da Figura 3.18) e isolar o consumidor da rede, antes do primeiro religamento do
circuito alimentador da concessionária.
Por definição, os sensores de tensão e freqüência ilustrados no diagrama unifilar da Figura 3.18
executam as seguintes funções de relés ANSI:
Tabela 3.2 – Descrição dos relés pelo No. ANSI para Paralelismo Permanente.
o
N . ANSI
27/47
27
67
50/51 – 50/51
N
32/62
59/59 N
S.O.P.
Função
* Relé de subtensão e inversão de fase, para abrir o disjuntor geral de
entrada na ocorrência de qualquer um desses eventos, com
temporizador para não abrir o mesmo, no caso de uma falta transitória
quando o consumidor estiver sendo alimentado pela rede.
* Relé de subtensão, para abrir o disjuntor 2 na ausência de tensão da
rede da Concessionária e/ou inicializar a transferência de carga do
gerador particular para a rede da Concessionária no retorno de tensão.
* Relé de sobrecorrente direcional instantâneo e temporizado de fase,
para abrir o disjuntor 2 no caso do gerador contribuir para uma falta na
rede, quando o sistema estiver em paralelo.
* Relés de sobrecorrente instantâneos e temporizados de fase e de
neutro, para abrir os disjuntores 1 e 2 no caso de faltas internas no
consumidor.
* Relé direcional de potência, para abrir o disjuntor 2 quando fluir para
a rede um fluxo de potência maior do que o preestabelecido, quando o
sistema estiver em paralelo, com temporizador.
* Relé de sobretensão de fase e de neutro, para detectar tensões
inadequadas da rede e comandar o desligamento do disjuntor 1 (geral
de entrada).
* Sistema de sincronismo, para comandar abertura e fechamento dos
disjuntores que permitem o paralelismo, quando os dois circuitos
estiverem nos limites desejados de freqüência e ângulo de fase para
realizarem a operação.
* Fonte: Norma NT 6.008 da Eletropaulo.
Mas, da mesma forma que o paralelismo permanente, as concessionárias permitem conexões de
geradores com paralelismo momentâneo com a rede, com um sistema de proteção podendo ser de maneira
direta ou indireta, conforme se pode observar pelos diagramas retirados da Norma NTD 6.005 da
Eletropaulo, ilustradas pelas Figuras 3.19 e 3.20.
Por definição, os sensores de tensão e freqüência ilustrados no diagrama unifilar da Figura 3.19
executam as seguintes funções de relés ANSI mostrada pela Tabela 3.3.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 90 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.19 – Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com
proteção direta.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 91 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Figura 3.20 – Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com
proteção indireta.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 92 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Portanto, as Normas NTD 6.005 e 6.008 da Eletropaulo, respectivamente para conexão de motorgerador com a rede da concessionária em paralelismo momentâneo e permanente, possuem praticamente
as mesmas exigências quanto aos aspectos de proteção, operação e segurança, porém um dos itens que se
deve ressaltar na Norma NTD 6.005 é o tempo máximo de permanência do paralelismo é de 15s quando
da transferência de carga da rede para o gerador e vice-versa.
Tabela 3.3 – Descrição dos relés pelo No. ANSI para Paralelismo Momentâneo.
No. ANSI
27/47
27
67
50/51 – 50/51
N
32/62
59
S.O.P.
Função
* Relé de subtensão e inversão de fase, para abrir o disjuntor geral de
entrada na ocorrência de qualquer um desses eventos, com
temporizador para não abrir o mesmo, no caso de uma falta transitória
quando o consumidor o consumidor estiver sendo alimentado pela rede.
* Relé de subtensão, para abrir o disjuntor 2 na ausência de tensão da
rede da Concessionária e/ou inicializar a transferência de carga do
gerador particular para a rede da Concessionária no retorno de tensão.
* Relé de sobrecorrente direcional instantâneo e temporizado de fase,
para abrir o disjuntor 2 no caso do gerador contribuir para uma falta na
rede, quando o sistema estiver em paralelo.
* Relés de sobrecorrente instantâneos e temporizados de fase e de
neutro, para abrir os disjuntores 1 e 2 no caso de faltas internas no
consumidor.
* Relé direcional de potência, para abrir o disjuntor 2 quando fluir para
a rede um fluxo de potência maior do que o preestabelecido, quando o
sistema estiver em paralelo, com temporizador.
* Relé de sobretensão de fase, para detectar tensões inadequadas da
rede e comandar o desligamento do disjuntor 1 (geral de entrada).
* Sistema de sincronismo, para comandar abertura e fechamento dos
disjuntores que permitem o paralelismo, quando os dois circuitos
estiverem nos limites desejados de freqüência e ângulo de fase para
realizarem a operação.
* Fonte: Norma NT 6.009 da Eletropaulo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 93 -
Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 94 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
4 – INTRODUÇÃO
A partir dos dados apresentados no capítulo 2 e das possibilidades de conexão dos grupos
geradores propostos no capítulo 3, este capítulo apresenta uma abordagem referente à viabilização técnica
de cada GMG do campus da UnB. Nesta avaliação são levadas em conta: as condições das instalações de
cada GMG, a maneira em que ele é acionado (se a transferência é manual ou automática), a potência do
gerador, a característica da carga acionada (se tem barramento de emergência ou barramento único de
alimentação), entre outros aspectos.
É importante ressaltar que no capítulo anterior, levou-se em conta, as Normas da Eletropaulo, a
NTD 6.005, 6.008 e 6.009, referente aos requisitos mínimos para interligação de gerador de consumidor
primário com a rede de distribuição da concessionária com Paralelismo Momentâneo, Transferência
Automática e Paralelismo Permanente, respectivamente. Porém, de acordo com a concessionária local de
Brasília – Distrito Federal, a CEB – Companhia Energética de Brasília, algumas condições técnicas para
instalação de grupos motor-gerador estão sendo elaboradas, ou seja, a concessionária local ainda não
possui uma norma publicada referente ao paralelismo momentâneo e permanente, não permitindo a seus
consumidores a conexão com esses tipos de manobra.
Mas, para efeito de estudo deste projeto, as opções de conexões dos grupos motor-gerador podem
ser feitas pela transferência automática, ou pelo paralelismo momentâneo e permanente, uma vez que
essas condições de operação representam uma tendência em todos os sistemas.
4.1 – OPÇÕES DE CONTROLE MICROPROCESSADOS
Com o advento da tecnologia digital, a opção por controles microprocessados é facilmente
aceitável devido ao fato de serem controles mais confiáveis, além de que possuem todas as suas funções
integradas, ou seja, dentro do mesmo quadro possuem a USCA (Unidade de Supervisão de Controle
Alternada) e a QTA (Quadro de Transferência Automática) microprocessadas.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 95 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.1 – Controle do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário.
Para efetuar as conexões de paralelismo entre o GMG e a rede da concessionária, atualmente,
existem várias opções de controle microprocessado no mercado brasileiro. O objetivo deste item é
apresentar algumas opções de controle de GMG, além das suas funções e características de
funcionamento.
Um dos controles microprocessados mais utilizados é o da Stemac, apresentado nas versões
ST2030, ST2040, ST2060, ST2080 e ST2090, sendo estas duas últimas versões para configurações com
vários grupos motor-gerador. A seguir, estão apresentados as principais funções de cada um dos controles
microprocessados da Stemac.
4.1.1 – CONTROLE MICROPROCESSADO DA STEMAC ST2030
Figura 4.2 – Foto do controle microprocessado ST2030.
Fonte: Site www.stemac.com.br.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 96 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
As suas funções são:
a) Controle e proteção do motor e alternador;
b) Comando de chaves de transferência com interrupção;
c) Controle de pré-aquecimento;
d) Operação em automático, manual ou teste;
e) Configurações com grupos geradores singelos;
f) Operação em emergência;
g) Operação com redes mono, bi ou trifásicas;
h) Freqüência de operação em 50 e 60 Hz;
i) Proteções de sub/sobretensão para grupo gerador e rede;
j) Proteções de sub/sobrefreqüência para grupo gerador e rede;
k) Proteções de sobrecarga para grupo gerador;
l) Proteções de sobrecorrente de fase para grupo gerador;
m) Proteções de baixa pressão do óleo do motor;
n) Proteções de alta temperatura do motor;
o) Medições de tensão fase-fase e fase-neutro do grupo gerador e rede;
p) Medições de freqüência do grupo gerador e rede;
q) Medições de corrente das três fases do grupo gerador;
r) Medições de potência ativa e aparente do grupo gerador;
s) Medições de energia ativa do grupo gerador;
t) Medições de temperatura do motor;
u) Medições de número de partidas do grupo gerador;
v) Medições de tempo de funcionamento e para manutenção do grupo gerador;
w) Medições de tensão da bateria de partida do grupo gerador.
4.1.2 – CONTROLE MICROPROCESSADO DA STEMAC ST2040
As suas funções são:
a) Possui todas as aplicações do ST2030.
b) Operação em emergência e horário de ponta.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 97 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.3 – Foto do controle microprocessado ST2040.
Fonte: Site www.stemac.com.br.
4.1.3 – CONTROLE MICROPROCESSADO DA STEMAC ST2060
Figura 4.4 – Foto do controle microprocessado ST2060.
Fonte: Site www.stemac.com.br.
As suas funções são:
a) Possui todas as aplicações do ST2040;
b) Operação em automático, semi-auto., manual e teste;
c) Sistema de transferência de carga em rampa (STR);
d) Paralelismo permanente com a rede (PPR);
e) Operação com sistemas em baixa ou média tensão;
f) Efetua todas as proteções do ST2040;
g) Proteções de sobrecarga para grupo gerador e rede;
h) Proteções de sobrecorrente de fase para grupo gerador e rede;
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 98 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
i) Proteções de potência inversa para grupo gerador e rede;
j) Proteções de check de sincronismo;
k) Proteções de sequência de fase para grupo gerador e rede;
l) Proteções de fator de potência para grupo gerador e rede;
m) Proteções de perda de excitação do alternador;
n) Efetua todas as medições realizadas pelo ST2040;
o) Medições de corrente das três fases para grupo gerador e rede;
p) Medições de potência reativa para grupo gerador e rede;
q) Medições de energia ativa e reativa para grupo gerador e rede;
r) Medições de fator de potência para grupo gerador e rede;
s) Ângulo de fase entre grupo gerador e rede;
t) Medições de distorção harmônica de 3ª, 5ª e 7ª ordem e total (DHT);
u) Medições de rotações por minuto do grupo gerador (RPM).
Também é possível encontrar outras opções no mercado, como:
4.1.4 – CONTROLE MICROPROCESSADO DA WOODWARD GCP-22
Este dispositivo é um controle digital para GMG, com a capacidade de operação em paralelo com
a rede da concessionária, podendo ser utilizado em aplicações de redução de demanda da ponte.
Supervisiona a partida e a parada do motor e protege contra sobre-velocidade, temperatura, pressão,
tensão, corrente, freqüência, sobrecarga e outras falhas. Inclui proteção de seqüência de fases, um total de
14 entradas digitais, 4 entradas de sinal de motor e 4 saídas de relés configuráveis. Tem a capacidade
adicional de controlar dois contatores principais, detecção de falha da concessionária e controle de chave
em transferência automática, além da capacidade de transferência com transição fechada em rampa.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 99 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.5 – Foto do controle microprocessado da Woodward GCP-22.
Fonte: Site www.woodward.com.
4.2 – SOLUÇÃO TÉCNICA PARA A CONEXÃO DO PARALELISMO
A seguir, serão apresentadas as soluções técnicas para cada GMG da UnB (Universidade de
Brasília) ser conectado em paralelismo permanente com a rede, objetivando a redução da demanda e do
consumo de energia elétrica da universidade. Em seguida, será apresentado um resumo de elementos que
será necessário para executar esta modificação.
4.2.1 – GRUPO MOTOR-GERADOR – CENTRO COMUNITÁRIO
Com os dados informados no capítulo 2, para uma melhor análise elaborou-se a Tabela 4.1, a
seguir, para ilustrar os principais dados do GMG do Centro Comunitário, assim:
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 100 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Tabela 4.1 – Dados do grupo motor-gerador do Centro Comunitário
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Valores
45 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,92
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.1, que a atual instalação deste GMG contém alguns dos
elementos essenciais, como contatores trifásicos e transformadores de corrente, para modificar a
transferência automática em paralelismo, bastando apenas acrescentar um controle microprocessado,
como por exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22, em conjunto com os contatores trifásicos, alguns
relés e transformadores de corrente.
Figura 4.6 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Centro Comunitário.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 101 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
A partir do diagrama unifilar (Figura 4.6), observa-se que para conectar o GMG em paralelo com
a rede da concessionária, basta apenas acrescentar o controle microprocessado. Além disso, pode-se
manter o barramento de emergência (QGBTE), fazendo o GMG trabalhar em sincronismo com a rede da
concessionária por um tempo determinado e até mesmo em estado de emergência por falta de energia da
rede. Porém, conforme descrito no capítulo 3, deve-se tomar um cuidado maior na instalação desta
configuração, pois devem ser previstas duas chaves contatoras tripolar, uma após o GMG e a outra após o
disjuntor de 100 A.
Porém, vale salientar que o Centro Comunitário é um espaço para eventos e que estes são
executados em ocasiões distintas, ou seja, tecnicamente, a sua curva de carga não é definida, ocasionando
um alto consumo quando há eventos e baixo consumo quando não há eventos. Assim, como na maior
parte do tempo ou até mesmo estes altos consumos não coincidem com o horário de ponta do consumo da
UnB – Universidade de Brasília, esta viabilidade técnica pode ser esbarrada pela inviabilidade econômica,
que será estudada nos próximos capítulos.
4.2.2 – GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE FITOPATOLOGIA
Da mesma forma apresentada pelo GMG do Centro Comunitário, elaborou-se a Tabela 4.2, a
seguir, para ilustrar os principais dados do GMG do Laboratório de Fitopatologia, assim:
Tabela 4.2 – Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Fitopatologia.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Controle de Transferência
Automática (Digital)
Valores
30 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,92
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Sim
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.2, que a atual instalação deste GMG contém alguns dos
elementos essenciais para modificar a transferência automática em paralelismo, bastando apenas
acrescentar um controle microprocessado, como por exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22 e
contatores trifásicos, transformadores de corrente para medição.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 102 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
De acordo com as visitas técnicas feitas ao Laboratório de Fitopatologia, tal GMG apresenta-se no
modo inoperante, sem um programa de manutenção periódica e uma política de compra de combustível,
sendo necessárias tais medidas para que o GMG volte ao pleno funcionamento.
Relacionando as conexões existentes neste GMG com o do Centro Comunitário, a modificação na
instalação do Laboratório de Fitopatologia é mais simples pois a lógica da instalação do controle de
transferência automática existente é muito semelhante ao controle microprocessado, diferenciando apenas
em algumas funções, o qual oneram mais dispositivos para executar de suas funções, como, por exemplo,
chaves contatoras entre o GMG/controle microprocessado e entre a rede da concessionária/controle
microprocessado, além de mais relés para proteção para o funcionamento do paralelismo.
Figura 4.7 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Fitopatologia.
Ao contrário do GMG do Centro Comunitário, a característica das cargas deste GMG, para este
tipo de laboratório que contém cargas, como por exemplo, congeladores de baixíssimas temperaturas,
exigem um alto consumo de energia durante as 24 horas, além de necessitar de um funcionamento
intermitente devido à suas experiências que devem sempre estar em baixas temperaturas, sendo ideal a
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 103 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
utilização do GMG em paralelo com a rede da concessionária, pois diminui o consumo de energia e a
demanda em horários de tarifas de maior valor.
4.2.3 – GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE CHAGAS (FACULDADE DE SAÚDE)
Da mesma forma apresentada pelo GMG do Laboratório de Fitopatologia, elaborou-se a Tabela
4.3, a seguir, para ilustrar as principais especificações do GMG do Laboratório de Chagas, localizado na
Faculdade de Saúde, assim:
Tabela 4.3 – Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Chagas.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Valores
33 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,92
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.3, que a atual instalação deste GMG contém elementos
essenciais para modificar a transferência automática em paralelismo, bastando apenas acrescentar um
controle microprocessado, como por exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22 e contatores trifásicos,
transformadores de corrente para medição.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 104 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.8 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Chagas.
De acordo com as visitas técnicas feitas ao Laboratório de Chagas, tal GMG apresenta-se
operando normalmente, porém sem um programa de manutenção periódica, sendo os problemas
solucionados na medida em que se apresentam e uma política de compra de combustível sendo feita na
medida da necessidade para manter o GMG em funcionamento.
A partir do diagrama unifilar do GMG do Laboratório de Chagas, representado pela Figura 4.8,
observa-se que para conectar o GMG em paralelo com a rede da concessionária, basta apenas acrescentar
o controle microprocessado. Além disso, pode-se manter o barramento de emergência (QGBTE), fazendo
o GMG trabalhar em sincronismo com a rede da concessionária por um tempo determinado e até mesmo
em estado de emergência por falta de energia da rede. Porém, conforme descrito no capítulo 3, deve-se
tomar um cuidado maior na instalação desta configuração, pois devem ser previstas duas chaves
contatoras tripolar, uma após o GMG e a outra após o disjuntor de 50 A.
4.2.4 – GRUPO MOTOR-GERADOR – INSTITUTO DE QUÍMICA (CENTRAL ANALÍTICA)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 105 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Para analisar tecnicamente o GMG do Instituto de Química, elaborou-se a Tabela 4.4, a seguir,
para ilustrar as principais especificações do seu GMG, localizado no final do Instituto Central de Ciências
(ICC) Sul, assim:
Tabela 4.4 – Dados do grupo motor-gerador do Instituto de Química.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Controle de Transferência
Automática (Digital)
Valores
11,7/10,2 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,92
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Sim
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.4, que a atual instalação deste GMG contém alguns
elementos essenciais para modificar a transferência automática em paralelismo, bastando apenas
acrescentar um controle microprocessado, como por exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22, além de
chaves contatoras tripolar, transformadores de corrente para medição. Tecnicamente, a modificação não
traria muita dificuldade, pois o controle instalado para este GMG é da série ST2000B da Stemac,
compatível ao controle microprocessado da mesma marca de série ST2060, diferenciando apenas nas
funções, onde o controle microprocessado ST2060 executa um maior número de funções devido à
supervisão mais rigorosa para manter a rede e GMG.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 106 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.9 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Instituto de Química.
De acordo com as visitas técnicas feitas ao Instituto de Química, tal GMG apresenta-se operando
normalmente, com um programa de manutenção periódica e uma política de compra de combustível
sendo feita na medida da necessidade para manter o GMG em funcionamento.
A partir do diagrama unifilar do GMG do Instituto de Química, representado pela Figura 4.9, notase que a alimentação do GMG é exclusivamente para o suprimento de emergência do equipamento de
ressonância e para o circuito de iluminação da sala no qual está presente. Além disso, para evitar a falta
de energia quando ocorrer a transferência de carga da rede para o GMG, tem-se instalado um sistema de
no-break auxiliar, que não deixa faltar por nenhum instante a energia para o equipamento. Então, para
conectar o GMG em paralelo com a rede da concessionária, basta apenas acrescentar o controle
microprocessado. Além disso, pode-se manter o barramento de emergência (QGBTE), fazendo o GMG
trabalhar em sincronismo com a rede da concessionária por um tempo determinado e até mesmo em
estado de emergência por falta de energia da rede. Porém, devem ser previstas duas chaves contatoras
tripolar, uma após o GMG/controle microprocessado e a outra após o disjuntor de 25 A.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 107 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
4.2.5 – GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE MICROSSONDA ELETRÔNICA
Para analisar tecnicamente o GMG do Laboratório de Microssonda Eletrônica, elaborou-se a
Tabela 4.5, a seguir, para ilustrar as principais especificações do seu GMG, localizado no centro do
Instituto Central de Ciências (ICC), assim:
Tabela 4.5 – Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Microssonda Eletrônica.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Controle de Transferência
Automática (Digital)
Valores
55 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,8
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Sim
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.5, que a atual instalação deste GMG contém elementos
essenciais, como chaves contatoras e transformadores de corrente, para modificar a transferência
automática em paralelismo, bastando apenas acrescentar um controle microprocessado, como por
exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22, contatores trifásicos, transformadores de corrente para
medição.
De acordo com as visitas técnicas feitas ao Laboratório de Microssonda Eletrônica, tal GMG
apresenta-se operando normalmente, porém sem um programa de manutenção periódica, sendo os
problemas solucionados na medida em que se apresentam e uma política de compra de combustível sendo
feita na medida da necessidade para manter o GMG em funcionamento.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 108 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.10 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Microssonda Eletrônica.
A partir do diagrama unifilar do GMG do Laboratório de Microssonda Eletrônica, representado
pela Figura 4.10, da mesma forma que o GMG do Laboratório de Chagas, a característica das cargas deste
GMG, como por exemplo, câmaras frias, ar condicionado e freezers exigem um alto consumo de energia
durante as 24 horas, além de necessitar de um funcionamento intermitente devido à suas experiências que
devem sempre estar em baixas temperaturas, portanto este tipo de carga é ideal para a utilização do GMG
em paralelo com a rede da concessionária, pois diminui o consumo de energia e demanda em horários de
tarifas de maior valor frente à rede concessionária local.
4.2.6 – GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE BIOQUÍMICA
Para analisar tecnicamente o GMG do Laboratório de Bioquímica, elaborou-se a Tabela 4.6, a
seguir, para ilustrar as principais especificações do seu GMG, localizado no final do Instituto Central de
Ciências (ICC) sul, assim:
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 109 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Tabela 4.6 – Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Controle de Transferência
Automática (Digital)
Valores
30,4 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,8
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Sim
Figura 4.11 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica.
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.6, que a atual instalação deste GMG contém elementos
essenciais, como contatores trifásicos e transformadores de corrente, para modificar a transferência
automática em paralelismo, bastando apenas acrescentar um controle microprocessado, como por
exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22. Relacionando as conexões existentes neste GMG com os
relatados anteriormente, a modificação na instalação do Laboratório de Bioquímica é simples, bastando
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 110 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
acrescentar alguns dispositivos para executar suas funções de medição e proteção conforme consta nas
normas, como por exemplo, chaves contatoras tripolar entre o GMG/controle microprocessado e entre a
rede da concessionária/controle microprocessado, e os dispositivos de proteção (relés) para o
funcionamento do paralelismo e transformadores de corrente para medição.
De acordo com as visitas técnicas feitas ao Laboratório de Bioquímica, tal GMG apresenta-se
operando normalmente, porém sem um programa de manutenção periódica, sendo os problemas
solucionados na medida em que se apresentam e uma política de compra de combustível sendo feita na
medida da necessidade para manter o GMG em funcionamento.
4.2.7 – GRUPO MOTOR-GERADOR – LABORATÓRIO DE BIOLOGIA MOLECULAR (BIOMOL)
Este grupo motor-gerador, conforme já relatado no capítulo 2, encontra-se não instalado, devido à
não construção de um abrigo para o GMG. De acordo com o levantamento feito, existem apenas o motor
a diesel e o alternador, fixados por uma base metálica. Assim, analisando com base no objetivo do estudo
proposto por este capítulo, já que há a necessidade da instalação deste GMG, é valido investir na
instalação de um sistema que efetue o paralelismo, pois quando houver a necessidade de reduzir o
consumo no horário de ponta ou nos horários de maior demanda, o sistema já estará instalado. Porém nos
capítulos subseqüentes, a análise econômica pode concluir se o investimento é viável ou não num sistema
com esta faixa de potência.
Mas, este tipo de conexão requer um cuidado maior, para analisar tecnicamente o GMG do
Laboratório de Biologia Molecular, elaborou-se a Tabela 4.7, a seguir, para ilustrar as principais
especificações do seu GMG, localizado no Instituto Central de Ciências (ICC) sul, assim:
Tabela 4.7 – Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Biologia Molecular.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Controle de Transferência
Automática (Digital)
Valores
81 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,8
1.800 rpm
Não
Não
Não
Não
Não
Assim, para conexão deste GMG em paralelo com a rede da concessionária, primeiramente teria
que se fazer um projeto de alocação do GMG, juntamente com o projeto de acústica, de alocação
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 111 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
estratégica do tanque de combustível e um sistema de anti-vibração e refrigeração do GMG. Em seguida,
tem-se a parte elétrica do projeto, supondo a viabilidade do investimento na conexão em paralelo do
GMG em relação à rede da concessionária, deve-se adquirir alguns dos principais dispositivos a seguir:
a) Controle microprocessado para efetuar o paralelismo, por exemplo: ST2060 ou a Woodward
GC-22.
b) Relés de proteção.
c) Transformadores de correntes para medição.
Resultando no diagrama unifilar projetado:
Figura 4.12 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Biologia Molecular
(BIOMOL).
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 112 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
4.2.8 – GRUPO MOTOR-GERADOR – CESPE (CENTRO DE SELEÇÃO E PROMOÇÃO DE EVENTOS)
Para analisar tecnicamente o GMG do Cespe, elaborou-se a Tabela 4.8, a seguir, para ilustrar as
principais especificações do seu GMG, localizado junto ao abrigo das caldeiras do Restaurante
Universitário (RU), tem-se:
Tabela 4.8 – Dados do grupo motor-gerador do Cespe.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Controle de Transferência
Automática (Digital)
Valores
450 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,8
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Sim
Figura 4.13 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Cespe.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 113 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.8, que a atual instalação deste GMG contém um controle
microprocessado ST2000P da Stemac, capaz de realizar as seguintes funções:
a) Supervisão de rede;
b) Partida, parada e Transferência Automática;
c) Indicação digital (F-F e F-N), freqüência, número de partidas horas de operação, temperatura
do fluido de arrefecimento do motor, horas para manutenção e tensão de bateria;
d) Proteção contra alta temperatura, baixa pressão de óleo, tensão/freqüência anormais, falha na
partida/parada;
e) Controle de pré-aquecimento;
f)
Funcionamento manual/automático/teste;
g) Comunicação serial (opcional) com seis entradas/saídas analógicas e digitais para serem
configuradas.
h) Indicação digital para potência ativa, reativa, consumo e fator de potência e proteções contra
sobrevelocidade, sobrecorrente e sobrecarga.
i)
Operação automática em horário de ponta, paralelismo com outras unidades e /ou rede;
j)
Transferência ininterrupta em rampa;
k) Controle de demanda (rejeição ou inclusão de cargas);
l)
Operação automática em picos de demanda (redução de demanda na ponta);
m) Regulagem eletrônica digital de velocidade.
Portanto, dentre todos os GMG instalados na UnB, este GMG é o único capaz de executar o
paralelismo permanente sem a necessidade de investimento.
De acordo com as visitas técnicas feitas ao GMG do Cespe, no 2º. Semestre de 2003 havia
instalado um GMG de 180 kVA, conforme registrado na Figura 4.14, porém em janeiro de 2004, o Cespe
fez a aquisição de um GMG de 450/405 kVA, devido ao aumento da demanda das cargas de emergências,
o qual foi relatado anteriormente no capítulo 2. Em termos de manutenção, o atual GMG, apresenta-se
operando normalmente, com um programa de manutenção periódica executado pelo próprio fabricante, e
com garantia de manutenção por 2 anos, e uma política de compra de combustível sendo feita na medida
da necessidade para manter o GMG em funcionamento.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 114 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.14 – Antigo GMG de 180 kVA do Cespe.
4.2.9 – GRUPO MOTOR-GERADOR – RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO
Para analisar o GMG do Restaurante Universitário, elaborou-se a Tabela 4.9, a seguir, para ilustrar
os principais dados do GMG do Centro Comunitário, assim:
Tabela 4.9 – Dados do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário.
Dados de placa
Potência
Tensão nominal
Freqüência nominal
Fator de potência
Rotação do motor
Transferência
Acionamento
Contatores
Transformadores de corrente
Valores
100 kVA
380 V – 220 V
60 Hz
0,80
1.800 rpm
Automático - Manual
Automático - Manual
Sim
Sim
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.9, que a atual instalação deste GMG contém alguns dos
elementos essenciais, como contatores trifásicos e transformadores de corrente, para modificar a
transferência automática em paralelismo, bastando apenas acrescentar um controle microprocessado,
como por exemplo, a ST2060 ou a Woodward GC-22, em conjunto com os contatores trifásicos, alguns
relés e transformadores de corrente.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 115 -
Capítulo 4 – Estudo sobre a Viabilização Técnica
Figura 4.15 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário.
A partir do diagrama unifilar (Figura 4.15), observa-se que para conectar o GMG em paralelo com
a rede da concessionária, basta apenas acrescentar o controle microprocessado. Além disso, pode-se
manter o barramento de emergência (QGBTE), fazendo o GMG trabalhar em sincronismo com a rede da
concessionária por um tempo determinado e até mesmo em estado de emergência por falta de energia da
rede. Porém, conforme descrito no capítulo 3, deve-se tomar um cuidado maior na instalação desta
configuração, pois devem ser previstas duas chaves contatoras tripolar, uma após o GMG e a outra após o
disjuntor de 160 A.
Porém, vale salientar que de acordo com as visitas técnicas feitas ao GMG do RU, ele apresenta-se
operando apenas em transferência manual, sendo a transferência automática com defeito, além da
inexistência de um programa de manutenção periódica, e uma política de compra de combustível sendo
feita na medida da necessidade para manter o GMG e as caldeiras em funcionamento (Tanque de
combustível do GMG e caldeiras são juntos).
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 116 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia
Elétrica no Campus da UnB
5 – DEMANDA E CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA NO CAMPUS DA UNB
5.1 – DEFINIÇÃO DE DEMANDA E CONSUMO
Neste presente trabalho, o termo “demanda” será tratado como a potência (em kW) solicitada pela
instalação ao longo do tempo. A demanda é sempre o valor de potência que uma determinada carga
necessita para seu funcionamento. A soma das demandas pertencentes aos diversos equipamentos
existentes em uma instalação representará a demanda de potência elétrica da instalação durante
determinado intervalo de tempo.
O termo “consumo” corresponderá à energia elétrica (em kWh) absorvida da rede em um
determinado período. O consumo de energia é o resultado da multiplicação dos valores de demanda (kW)
pelas horas de funcionamento das cargas.
5.2 – TARIFAS DE ENERGIA ELÉTRICA EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO
5.2.1 – CONSUMIDORES DE ENERGIA
De acordo com o Art. 2º, da Resolução nº 456/2000 da ANEEL, é denominado consumidor a
pessoa física ou jurídica que solicitar à concessionária o fornecimento de energia elétrica e assumir a
responsabilidade pelo pagamento das faturas e pelas demais obrigações fixadas em normas e
regulamentos da ANEEL. Os consumidores são divididos em dois grupos, em função da tensão de
fornecimento de energia elétrica, chamados de Grupo A e Grupo B.
O mesmo artigo ainda define os contratos de fornecimento e adesão. Contrato de fornecimento é o
instrumento contratual em que a concessionária e o consumidor responsável por unidade consumidora do
Grupo A ajustam as características técnicas e as condições comerciais do fornecimento de energia
elétrica. Contrato de adesão é o instrumento contratual com cláusulas vinculadas às normas e
regulamentos aprovados pela ANEEL, não podendo o conteúdo das mesmas ser modificado pela
concessionária ou consumidor.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 117 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Assim, os consumidores do Grupo A (que recebem sua energia em alta tensão) devem, portanto,
estabelecer um contrato de fornecimento de energia elétrica. Os do Grupo B, atendidos em baixa tensão,
estabelecem com a concessionária um contrato de adesão de fornecimento de energia elétrica.
5.2.1.1 – CONSUMIDORES DE ENERGIA DO GRUPO B
O Grupo B é o grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão
inferior a 2,3 kV, ou ainda, atendidas em tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste Grupo em caráter
opcional. O grupo B é caracterizado pela estruturação tarifária monômia – onde a tarifa de fornecimento
de energia constituída é por preços aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa – é
subdividido nos subgrupos mostrados na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 – Subgrupos do Grupo B.
Subgrupo
Tipo de Unidade Consumidora
B1
residencial
B1
residencial de baixa renda
B2
rural
B2
cooperativa de eletrificação rural
B2
serviço público de irrigação
B3
demais classes
B4
iluminação pública
Fonte: Resolução nº 456/2000, Art. 2º, inciso XXIII.
5.2.1.2 – CONSUMIDORES DE ENERGIA DO GRUPO A
O Grupo A é o grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão
igual ou superior a 2,3 kV, ou ainda, atendidas em tensão inferior a 2,3 kV a partir de sistema subterrâneo
de distribuição e faturadas neste Grupo em caráter opcional. O grupo A caracterizado pela estruturação
tarifária binômia – conjunto de tarifas de fornecimento de energia elétrica constituída por preços
aplicáveis ao consumo de energia elétrica ativa e à demanda faturável – é subdividido nos subgrupos
apresentados na Tabela 5.2.
Tabela 5.2 – Subgrupos do Grupo A.
Subgrupo
Tensão de Fornecimento
A1
igual ou superior a 230 kV
A2
entre 88 kV e 138 kV
A3
69 kV
A3a
entre 30 kV e 44 kV
A4
entre 2,3 kV e 25 kV
inferior a 2,3 kV, atendidas a partir de
sistema subterrâneo de distribuição
AS
Fonte: Resolução nº 456/2000, Art. 2º, inciso XXII.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 118 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
A Figura 5.1 mostra um esquema da alimentação principal da UnB. Um ramal subterrâneo
proveniente da rede área da CEB de 13,8 kV passa pelo prédio SG 12, onde acontece a medição da CEB.
Da medição, o alimentador se ramifica em ramais secundários que irão alimentar as subestações
localizadas no campus. Por ser atendida em 13,8 kV, a UnB pertence ao Grupo A, subgrupo A4.
...
TC
Rede da CEB
13,8 kV
Ponto de entrega
(SG 12)
TP
Componentes de
medição (SG 12)
Figura 5.1 – Esquema da alimentação elétrica da UnB.
5.2.2 – ESTRUTURAS TARIFÁRIAS
A estrutura tarifária é formada por um conjunto de tarifas aplicáveis aos componentes de consumo
de energia elétrica e/ou demanda de potência ativas de acordo com a modalidade de fornecimento. As
tarifas de energia elétrica variam de acordo com a opção tarifária firmada entre o consumidor e a
concessionária.
As unidades consumidoras pertencentes ao Grupo A pagarão conforme contrato firmado com a
concessionária pelos valores de energia (kWh) e demanda (kW) nas opções de tarifas Convencional, Azul
ou Verde. Para este grupo é prevista uma tarifa de ultrapassagem que é aplicável sobre a diferença
positiva entre a demanda medida e a contratada quando a demanda medida exceder o limite de 10% da
demanda contratada (para unidade consumidora atendida em tensão inferior a 69 kV).
Os critérios de inclusão na estrutura tarifária convencional ou horo-sazonal aplicam-se conforme
as condições estabelecidas na Tabela 5.3.
Tabela 5.3 – Enquadramento tarifário para unidades consumidoras do Grupo A.
Tensão de Fornecimento
Demanda
inferior a 69 kV
inferior a 300 kW
Opção Tarifária
Tarifa
estrutura tarifária convencional
convencional
estrutura tarifária horo-sazonal
igual ou superior a 69 kV
–
estrutura tarifária horo-sazonal
inferior a 69 kV
igual ou superior a 300 kW
estrutura tarifária horo-sazonal
verde
azul
azul
verde
azul
Fonte: Resolução nº 456/2000, Art. 53º.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 119 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Como a UnB é atendida com tensão inferior a 69 kV, e sua demanda contratada é superior a 300
kW em qualquer segmento horo-sazonal, existem duas opções para a escolha da estrutura tarifária em seu
contrato de fornecimento: estrutura tarifária verde ou azul. Atualmente, a modalidade escolhida é a horosazonal azul.
5.2.2.1 – ESTRUTURA TARIFÁRIA CONVENCIONAL
Estrutura caracterizada por possuir um único valor de tarifa para o consumo de energia (kWh) e
um único valor de tarifa para a demanda (kW), independente das horas de utilização do dia e dos períodos
do ano. Assim, o faturamento na estrutura convencional é dado por:
FT = (TE × E) + (TD × D) + impostos
eq. 5.1
onde:
FT = Faturamento total
TD = Tarifa de demanda
TE = Tarifa de energia
D = Demanda contratada
E = Energia consumida
Impostos = ICMS
5.2.2.2 – ESTRUTURA TARIFÁRIA HORO-SAZONAL
Devido a características de comportamento da carga ao longo do dia e ao longo do ano, foi
concebida uma estrutura tarifária denominada horo-sazonal. Esta aplica preços diferenciados a energia
elétrica, de acordo com o horário do dia (horários de ponta e fora de ponta) e o período do ano (seco e
úmido).
O objetivo dos contratos horo-sazonais é o de estimular o uso de energia elétrica em outros
horários, que não sejam o de ponta, e reduzir seu consumo nos períodos secos.
A Resolução nº 456/2000 da ANEEL, em seu Art. 2º, possui as seguintes definições:
ƒ
Horário de ponta: período definido pela concessionária e composto por 3 (três) horas diárias
consecutivas, exceção feita aos sábados, domingos e feriados definidos por lei federal.
ƒ
Horário fora de ponta: período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e
complementares àquelas definidas no horário de ponta.
Em função da disponibilidade hídrica de energia elétrica no país, foram classificadas duas épocas
do ano:
ƒ
Período úmido: período de 5 (cinco) meses consecutivos, compreendendo os fornecimentos
abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 120 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
ƒ
Período seco: período de 7 (sete) meses consecutivos, compreendendo os fornecimentos
abrangidos pelas leituras de maio a novembro.
A concessionária local, CEB, que fornece energia à UnB, adota como horário de ponta as três
horas consecutivas entre as 18:00 horas e as 21:00 horas.
5.2.2.2.1 – ESTRUTURA TARIFÁRIA HORO-SAZONAL VERDE
Nesta estrutura existe um preço único para a demanda, e preços variados para a energia, conforme
é visto no esquema abaixo.
Tabela 5.4 – Estrutura tarifária horo-sazonal verde.
demanda [R$/kW]
preço único – TD
período úmido
energia [R$/kWh]
período seco
horário de ponta
preço – TEpu
horário de fora de ponta
preço – TEfpu
horário de ponta
preço – TEps
horário de fora de ponta
preço – TEfps
O faturamento na estrutura horo-sazonal Verde, de acordo com o período do ano (seco ou úmido),
é dado por:
FT = (TEp × Ep) + (TEfp × Efp) + (TD × D) + impostos
eq. 5.2
onde:
FT = Faturamento total
Ep = Energia mensal consumida fora da ponta
TEp = Tarifa de energia na ponta
TD = Tarifa de demanda
Ep = Energia mensal consumida na ponta
D = Demanda contratada
TEfp = Tarifa de energia na fora da ponta
Impostos = ICMS
5.2.2.2.2 – ESTRUTURA TARIFÁRIA HORO-SAZONAL AZUL
Nesta estrutura, existem preços variados tanto para demanda quanto para energia, como mostra o
esquema abaixo.
Tabela 5.5 – Estrutura tarifária horo-sazonal azul.
demanda [R$/kW]
horário de ponta
preço – TDp
horário de fora de ponta
preço – TDfp
período úmido
energia [R$/kWh]
período seco
horário de ponta
preço – TEpu
horário de fora de ponta
preço – TEfpu
horário de ponta
preço – TEps
horário de fora de ponta
preço – TEfps
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 121 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
O faturamento na estrutura horo-sazonal Azul, de acordo com o período do ano (seco ou úmido), é
dado por:
FT = (TEp × Ep) + (TEfp × Efp) + (TDp × Dp) + (TDfp × Dfp) + impostos
eq. 5.3
onde:
FT = Faturamento total
TDp = Tarifa de demanda na ponta
TEp = Tarifa de energia na ponta
Dp = Demanda contratada na ponta
Ep = Energia mensal consumida na ponta
TDfp = Tarifa de demanda fora da ponta
TEfp = Tarifa de energia na fora da ponta
Dfp = Demanda contratada fora da ponta
Ep = Energia mensal consumida fora da ponta
Impostos = ICMS
5.3 – GERENCIADORES DE ENERGIA E REGISTRADORES DE DADOS NO CAMPUS
Atualmente, o consumo diário do campus da UnB é monitorado por um sistema computacional de
medição da energia em alguns pontos da rede elétrica da UnB. Este sistema de medição realiza aferições
da potência (demanda) que está sendo consumida a cada 15 minutos durante todo o dia, tornando possível
o levantamento da curva de carga diária da UnB. Este processo é repetido diariamente e mensalmente,
sem interrupções, o que possibilitou a criação de um banco de dados com as curvas de carga diárias da
UnB de diversos períodos do calendário acadêmico.
O sistema de medição instalado no campus é o SISTEMA CCK DE GERENCIAMENTO DE
ENERGIA E UTILIDADES, desenvolvido pela empresa CCK AUTOMAÇÃO. O sistema permite o
gerenciamento de energia elétrica e é composto de equipamentos de aquisição de dados, medição de
energia e de programas de computadores para o sistema operacional WINDOWS 95/98/NT que permite a
operação centralizada de todo o sistema através de um microcomputador que pode estar conectado em
rede, permitindo o acesso, de pelo menos um único ponto, a todos os setores da instalação.
5.3.1 – LOCALIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DE GERENCIAMENTO DA ENERGIA
Os locais onde existem tais aparelhos são listados na Tabela 5.6 e mostrados na Figura 5.2.
Tabela 5.6 – Localização dos equipamentos gerenciadores de energia.
Local
1
SG 12
2
Faculdade de
Tecnologia
3
Instituto Central de
Ciências
Dispositivos
Medição Geral (cubículo CEB)
5100 (gerenciador de energia)
Medição do RU/Caldeiras (cubículo CEB)
5100
Subestação, CDT, GRACO, NMI
4200 (transdutor de energia)
Sala de HUB’s
5500 (registrador de dados)
Subestação ICC Sul (3 trafos)
4200 e 5500
Subestação ICC Norte (3 trafos)
4200 e 5500
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 122 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
1
1
2
2
2
2
3
3
Figura 5.2 – Distribuição dos equipamentos gerenciadores de energia pelo campus.
5.3.2 – ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA
Basicamente, a aquisição dos dados de energia consumida e potência demandada perante à
concessionária é realizada de duas formas. A primeira é a aquisição feita no circuito secundário (220/380
V) da instalação elétrica da UnB. A Figura 5.3 mostra como exemplo o esquema de obtenção dos dados
de energia nas subestações do ICC Sul e do ICC Norte.
TC
4200
Rede AT
RS 485
TC
13,8 kV
4200
RS 485
5500
ETHERNET
TC
4200
RS 485
Figura 5.3 – Esquema de obtenção dos dados de energia elétrica nas subestações do ICC Sul e Norte.
O dispositivo da CCK 4200 é um transdutor para medição de energia elétrica que opera com sinais
de tensão até 500 VAC e sinais de corrente até 5 A. Quando conectado ao circuito secundário 220/380 V, o
transdutor 4200 recebe os sinais de tensão diretamente de cada uma das 3 fases do circuito, necessitando
apenas da utilização de um TC em cada fase do circuito secundário para receber os sinais de corrente,
como pode ser visto na Figura 5.4.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 123 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Figura 5.4 – Transdutor CCK 4200 recebendo os sinais de corrente através de um TC para cada fase.
A saída serial RS 485 do equipamento CCK 4200 envia os dados colhidos até o registrador de
dados CCK 5500, que armazena as informações e as envia por rede ETHERNET até o microcomputador
(ou rede corporativa de microcomputadores), do qual é possível, a partir de um software específico da
CCK, o gerenciamento total do sistema. A Figura 5.5 ilustra o dispositivo CCK 5500 (placa eletrônica)
recebendo as informações pelo cabeamento serial RS 485 provenientes dos medidores CCK 4200.
Figura 5.5 – Registrador de dados CCK 5500.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 124 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
A segunda maneira de aquisição dos dados de energia elétrica é realizada diretamente pela
medição da CEB através do dispositivo gerenciador de energia CCK 5100, como mostra o esquema da
Figura 5.6.
Cubículo de
medição da
CEB
5100
ETHERNET
Figura 5.6 – Aquisição de dados via medição da concessionária (CEB).
As distribuidoras de energia elétrica utilizam um medidor de energia denominado medidor THS,
específico para a modalidade tarifária horo-sazonal. Uma das características deste medidor é possuir uma
saída denominada saída do usuário, que é uma saída serial de dados que segue uma norma da ABNT onde
são disponibilizadas as informações de consumo de energia ativa e reativa para o intervalo de 15 minutos
corrente (tempo de medição utilizado para faturamento) separado por posto horário (ponta e fora de ponta
indutivo e fora de ponta capacitivo). É nesta saída onde pode ser conectado o gerenciador de energia
CCK 5100, que integra funções como aquisição e registro em memória das informações de consumo de
energia proveniente do medidor.
A saída dos dados registrados pelo gerenciador CCK 5100 é feita através da rede ETHERNET,
que transfere as informações até o software de gerenciamento da CCK presente no microcomputador
conectado à rede. A Figura 5.7 mostra duas janelas do sofware da CCK: uma para escolher qual o ponto
de medição deseja-se as informações e a outra com informações dos dados de energia relativa à medição
geral da UnB.
Figura 5.7 – Software da CCK para visualização dos valores de energia medidos.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 125 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
O software de gerenciamento de energia da CCK, parte integrante do SISTEMA CCK DE
GERENCIAMENTO DE ENERGIA, foi elaborado de forma a emitir uma gama de relatórios e gráficos
analíticos de utilização de energia elétrica, que permitirão ao usuário uma visão geral do uso de energia
elétrica. O software permite ainda a formação de um banco de dados de utilização de energia elétrica que
permitirá ao seu usuário, por exemplo, uma análise do contrato de fornecimento de energia com
otimização da demanda através do estudo do perfil registrado.
5.4 – LEVANTAMENTO DAS CURVAS DE CARGA DA UNB
A curva de carga permite ao administrador da instalação verificar o perfil de sua demanda ao
longo do dia, identificando os períodos de maior e menor valor e o momento onde ocorrem os picos de
demanda. O levantamento da curva de carga da UnB possibilitará a avaliação econômica do uso de
grupos motor-gerador diesel em determinados períodos do dia.
Utilizando-se o banco de dados do consumo da UnB formado a partir do SISTEMA CCK DE
GERENCIAMENTO DE ENERGIA instalado no campus, será possível definir curvas de cargas padrões
para determinados períodos do ano (úmido e seco) e épocas do calendário acadêmico da UnB (aulas e
férias).
5.4.1 – PONTOS DE ENTREGA DE ENERGIA NO CAMPUS
A Resolução nº 456/2000, em seu Art. 2º, define ponto de entrega como o ponto de conexão do
sistema elétrico da concessionária com as instalações elétricas da unidade consumidora, caracterizando-se
como o limite de responsabilidade do fornecimento. No campus da UnB existem ao todo 3 pontos de
entrega, não considerando os existentes no Hospital Universitário de Brasília (HUB) e na Colina. A
Tabela 5.7 mostra os localização dos pontos de entrega e qual o tipo de medição realizada.
Tabela 5.7 – Pontos de entrega de energia no campus da UnB.
Local
Ponto de entrega
Medição
SG 12
em alta (13,8 kV)
em alta (13,8 kV)
Centro Olímpico (CO)
em alta (13,8 kV)
em alta (13,8 kV)
Biologia Experimental
em alta (13,8 kV)
em alta (13,8 kV)
A medição realizada no ponto de entrega do SG 12 – medição geral – corresponde à grande
maioria da energia demandada no campus. Deste modo, para o levantamento das curvas de carga da UnB,
somente será considerada a medição do consumo e da demanda proveniente da medição no SG 12.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 126 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
5.4.2 – CURVAS DE CARGA PADRONIZADAS
Para possibilitar a análise econômica da influência dos grupos motor-gerador diesel na curva de
carga da UnB, é necessário considerar uma curva que possa ser usada como um padrão para os dias úteis,
uma outra que seja padrão para os sábados e uma que seja padrão para domingos e feriados. Mais ainda,
por causa da variação do consumo na época de férias e na época de aulas do calendário acadêmico, se faz
necessário também definir curvas padronizadas para cada um destes períodos. Por último, em decorrência
da diferença tarifária de demanda e energia durante o período úmido e o período seco, também será
necessário o levantamento de uma curva de carga padrão para cada um destes dois períodos.
Deste modo, será feito o levantamento das curvas de carga padronizadas para os dias úteis da
semana, sábados e domingos e feriados, durante a época de aulas e a época de férias, no período úmido e
no período seco. A Figura 5.8 mostra um esquema relacionando quais curvas de cargas deverão ser
escolhidas para servirem como um padrão diário durante o período de estudo.
Curva de Carga
Dias úteis
Período letivo
Período úmido
(Curva 1)
Período de Férias
(Curva 3)
Fins de semana
e feriados
Sábados
(Curva 4)
Domingos e Feriados
(Curva 5)
Período seco
(Curva 2)
Figura 5.8 – Curvas de carga a serem padronizadas.
Apenas as curvas de carga do período letivo serão diferenciadas entre os períodos úmido e seco,
definidos pela Resolução nº 456/2000 da ANEEL. Para a época de férias e fins de semana e feriados, o
consumo da UnB não varia de modo significativo entre o período úmido e seco. Assim, uma única curva
de carga padrão, que englobe os períodos úmido e seco, para a época de férias e fins de semana e feriados
é suficiente para análise econômica.
O Anexo B apresenta com detalhe o período de análise do calendário acadêmico da UnB, e a
padronização individual das curvas de carga média e máxima para cada dia útil da semana (no período
úmido e seco na época de aulas), para os dias úteis na época de férias, e para os sábados e domingos e
feriados.
A Tabela 5.6 mostra os períodos dos calendários acadêmicos de 2003 e 2004 da UnB analisados
para a formação das curvas de carga padrões para dias úteis e fins de semana e feriados.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 127 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Tabela 5.8 – Período de análise para o levantamento das curvas de carga padronizadas.
Período
Tempo de análise
01/12/2003 até 17/12/2003
úmido
15/03/2004 até 31/04/2004
03/10/2003 até 30/11/2003
seco
01/05/2004 até 02/06/2003
5.4.2.1 – CURVA DE CARGA 1: DIAS ÚTEIS – PERÍODO LETIVO ÚMIDO
A Figura 5.9 apresenta as curvas de carga máxima (com os maiores valores de demanda
encontrados para cada dia) dos dias úteis do período úmido letivo.
Curva de Carga máxima - Dias úteis da semana (período úmido)
3500
segunda-feira
terça-feira
3000
Demanda (kW)
quarta-feira
2500
quinta-feira
sexta-feira
2000
1500
1000
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
500
Tempo (h)
Figura 5.9 – Curvas de carga máxima para os dias úteis do período úmido letivo.
O horário de ponta da concessionária local, das 18:00 horas até às 21:00 horas, está em destaque.
Nota-se que a curva de carga com maior demanda no período úmido é a curva de carga máxima das
terças-feiras.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 128 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Para se avaliar a demanda contratada com a CEB, deve-se supor o pior caso de solicitação de
potência, que é o padronizado pela curva de carga máxima das terças-feiras. Assim, essa curva, vista
sozinha na Figura 5.10, é a curva de carga padronizada para a época de aulas no período úmido (curva 1).
Curva de carga máxima - Terça-feira (Período úmido letivo)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.10 – Curva de carga padrão (Curva 1) para os dias úteis do período úmido letivo.
5.4.2.2 – CURVA DE CARGA 2: DIAS ÚTEIS – PERÍODO LETIVO SECO
A Figura 5.11 apresenta as curvas de carga máxima (com os maiores valores de demanda
encontrados para cada dia) dos dias úteis do período seco letivo.
Apesar da curva de carga máxima das quartas-feiras possuir o maior valor de demanda fora da
ponta, apresenta valores de demanda na ponta menores que outras curvas. Assim, pode-se escolher como
padrão da curva de carga no período seco letivo a curva de carga máxima das terças-feiras, vista sozinha
na Figura 5.12, por ser a de maior demanda na ponta e a segunda maior fora da ponta.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 129 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Curvas de Carga máximas - Dias úteis da semana (período seco)
4000
terça-feira
quarta-feira
3500
Demanda (kW)
3000
quinta-feira
2500
sexta-feira
2000
1500
1000
segunda-feira
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
500
Tempo (h)
Figura 5.11 – Curvas de carga máxima para os dias úteis do período seco letivo.
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período seco)
4000
3500
Demanda (kW)
3000
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.12 – Curva de carga padrão (Curva 2) para os dias úteis do período seco letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 130 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
5.4.2.3 – CURVA DE CARGA 3: DIAS ÚTEIS – PERÍODO DE FÉRIAS
A Figura 5.13 apresenta as curvas de carga máxima levantadas para o período de férias do
calendário acadêmico anual da UnB. De acordo com a figura, a curva de carga máxima das quartas-feiras
apresenta um dos maiores valores de demanda fora da ponta e na ponta. Assim, esta curva, vista sozinha
na Figura 5.13, será adotada como a curva padrão para os dias úteis durante o período de férias.
Curvas de carga máxima - Dias úteis (Férias)
3500
quinta-feira
3000
quarta-feira
Demanda (kW)
2500
2000
sexta-feira
1500
1000
terça-feira
500
segunda-feira
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.13 – Curvas de carga máxima para os dias úteis do período de férias.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 131 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Curva de Carga média - Quinta-feira (Férias)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.14 – Curva de carga padrão (Curva 3) para os dias úteis do período de férias.
5.4.2.4 – CURVA DE CARGA 4: SÁBADOS
As curvas de carga máxima para os fins de semana e feriados são mostradas na Figura 5.15.
Percebe-se que a demanda máxima não ultrapassa os 1.500 kW, e a curva de carga máxima dos sábados é
maior que a dos domingos e feriados em quase todo o dia, se igualando a partir das 17:00 h. A Figura
5.16 apresenta a curva de carga padronizada para os sábados.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 132 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
Curvas de Carga máxima - Fins de Semana
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
sábado
1500
1000
domingos e feriados
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.15 – Curvas de carga máxima para os fins de semana e feriados.
Curva de Carga máxima - Sábados
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.16 – Curva de carga padrão (Curva 4) para os sábados.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 133 -
Capítulo 5 – Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB
5.4.2.5 – CURVA DE CARGA 5: DOMINGOS E FERIADOS
A curva de carga padronizada para os domingos e feriados é mostrada na Figura 5.17.
Curva de Carga máxima - Domigos e Feriados
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura 5.17 – Curva de carga padrão (Curva 5) para os domingos e feriados.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 134 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos
Grupos Motor-Gerador Diesel
6 – ANÁLISE ECONÔMICA DA UTILIZAÇÃO DOS GMG DIESEL
Este capítulo tem como primeiro objetivo avaliar se o uso dos grupos motor-gerador diesel
(presentes no campus da UnB) para geração diária é viável economicamente em relação à economia da
energia consumida e da demanda contratada perante a concessionária local, CEB. Obtendo-se um
resultado positivo em relação ao uso dos GMG na geração diária, realiza-se uma segunda análise para
verificar em quanto tempo ocorre o retorno financeiro do investimento para aquisição dos controles
microprocessados (vide Capítulo 4), que permitem a sincronização dos geradores com a rede da
concessionária. Em seguida, é feita uma outra análise econômica sobre o tempo de retorno do
investimento para aquisição de um GMG, usado para geração diária. Por fim, é analisada a mudança da
estrutura tarifária da UnB de azul para verde com a geração diária dos GMG.
6.1 – CUSTO DE OPERAÇÃO DOS GRUPOS MOTOR-GERADOR DIESEL
A manutenção de um grupo motor-gerador diesel está especificada no Anexo C, onde são
apresentadas tabelas referentes à troca periódica de peças para o motor diesel e para o gerador síncrono. A
Tabela 6.1 mostra as peças que devem ser trocadas, o período de troca, o seu preço, e o preço por hora de
funcionamento do GMG.
Tabela 6.1 – Valor da manutenção preventiva do GMG.
Peça/Componente
Período de troca
Preço
Preço/h
Óleo lubrificante do motor
250 h
R$ 114,33*
Elemento do filtro desvio de óleo (By-Pass)
250 h
R$ 21,50
R$ 0,086/h
Elemento do filtro de combustível
250 h
R$ 12,45
R$ 0,05/h
Elemento do filtro de ar
R$ 0,46/h
1.500 h
R$ 64,38
R$ 0,043/h
Elemento do filtro anti-corrosivo
250 h
R$ 7,49
R$ 0,03/h
Elemento de respiro do cárter
250 h
R$ 18,35
R$ 0,074/h
Turbo compressor
4.500 h
R$ 228,23
R$ 0,051/h
Amortecedor de vibrações
4.500 h
R$ 18,87
R$ 0,0042/h
Compressor de ar
4.500 h
R$ 223,58
R$ 0,05/h
Bomba d’água
4.500 h
R$ 68,12
R$ 0,02/h
Polia tensora
4.500 h
R$ 17,52
R$ 0,004/h
Total:
R$ 794,82
R$ 0,8722/h
*Balde, 20 litros.
Fonte: Comunicação pessoal, Marcus Miritz, STEMAC.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 135 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Portanto, o custo referente à manutenção (Cman) é de R$ 0,8722 a cada hora de funcionamento do
GMG, como mostra a equação 6.1.
C man = R$ 0,8722/h
eq. 6.1
Como este custo é relativamente pequeno comparado ao custo de combustível, ele será
generalizado para todos os grupos motor-gerador. O custo com o combustível diesel do GMG é dado pelo
preço por litro do diesel. Para uma compra de 1.500 litros de combustível diesel, feita pelo Cespe em
junho de 2004, perante uma distribuidora da Petrobrás, Royal Diesel, o preço de compra do combustível
foi R$ 1,43 por litro de diesel. Assim, o custo com combustível dos GMG é dado por:
C comb = R$ 1,43/L
eq. 6.2
O custo de operação mensal de um grupo motor-gerador diesel é a soma das parcelas relacionadas
às despesas de combustível e de manutenção, como mostra a equação 6.3:
CO GMG (R$) = C comb (R$/L) ⋅ C GMG (L/h) ⋅ TGMG (h) + C man (R$/h) ⋅ TGMG (h)
eq.6.3
onde:
CGMG = consumo do motor em litros por hora
TGMG = tempo mensal de utilização do GMG em horas
Para facilitar a comparação entre os gastos de utilização do GMG para a produção de energia
elétrica com os valores cobrados pela concessionária local, CEB, é calculada uma tarifa de energia para
cada grupo motor-gerador, dada pela equação 6.4:
TE GMG =
CO GMG (R$)
Custo de operação do GMG
=
Energia fornecida pelo GMG E GMG (kWh)
eq. 6.4
Desmembrando a esquação acima, é obtida a equação 6.5, que mostra que a tarifa de energia do
GMG não depende do seu tempo de utilização, mas apenas do seu consumo (CGMG) , do preço do
combustível (Ccomb), do custo da manutenção (Cman) , e da potência elétrica ativa (PGMG) que o grupo
motor-gerador pode fornecer à carga.
TE GMG =
TE GMG =
[C comb. (R$/L) ⋅ C GMG (L/h) + C man. (R$/h)] ⋅ TGMG (h)
PGMG (kW) ⋅ TGMG (h)
C comb. (R$/L) ⋅ C GMG (L/h) + C man. (R$/h)
PGMG (kW)
eq. 6.5
eq. 6.6
Como o preço do combustível diesel será fixado em R$ 1,43/L e o custo de manutenção em
R$ 0,8722/h, o valor da tarifa de energia de cada GMG depende apenas do seu consumo de combustível e
da potência ativa que pode fornecer, como mostra a equação 6.7.
TE GMG (R$/kWh) =
1,43 (R$/L) ⋅ C GMG (L/h) + 0,8722 (R$/h)
PGMG (kW)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
eq. 6.7
- 136 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.2 – ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DIÁRIA DO GMG DO CESPE: 450 KVA
Adota-se um fator de potência para as cargas a serem alimentadas pelo GMG igual a 0,9. Deste
modo, a potência ativa disponibilizada pelo GMG é dada por:
PGMG (kW) = 0,9 ⋅ S GMG (kVA)
eq 6.8
onde P é a potência ativa em kW e S é a potência aparente em kVA. Assim, para o GMG do Cespe, a
potência ativa que ele pode atender, para uma carga com fator de potência igual a 0,9, é:
PGMG Cespe = 0,9 ⋅ 450 = 405 kW
eq. 6.9
De posse da potência ativa do gerador, PGMG = 405 kW, e do seu consumo de combustível,
Ccomb = 81 L/h, é calculado o valor da tarifa de energia do GMG do Cespe. Substituindo os valores na
equação 6.7, obtém-se o seguinte resultado:
TE GMG Cespe =
1,43 (R$/L) ⋅ 81 (L/h) + 0,8722 (R$/h)
405 (kW)
eq. 6.10
TE GMG Cespe = R$ 0,28815358/kWh
eq. 6.11
Tabela 6.2 – Tarifa horo-sazonal azul.
Subgrupo
A4 (2,3 a 25 kV)
R$/kW
Ponta
Sem ICMS
29,30
Com ICMS
38,969
F Ponta
R$/MWh
Ult. P
Ult FP
P Seca
P Úmida
FP Seca
FP Úmida
9,60
87,91
28,79
195,08
179,05
94,80
83,98
12,768
116,92
38,29
259,4564
238,1365
126,084
111,6934
Fonte: Site da CEB: www.ceb.com.br.
A Tabela 6.2 mostra os valores de tarifa horo-sazonal azul cobrados pela concessionária de
energia CEB, sem e com o imposto ICMS. O valor do ICMS foi calculado de modo a valer 25% do valor
final da fatura da conta de luz. Mas de fato, o valor do ICMS vale 33% em relação ao valor total da fatura
sem imposto, o que corresponde a aumentar em aproximadamente 33% o valor da tarifa sem ICMS.
A Tabela 6.3 mostra a comparação entre os valores da tarifa de energia elétrica da CEB com
ICMS e do GMG do Cespe de 405 kW.
Tabela 6.3 – Comparação entre a tarifa horo-sazonal azul da CEB e a tarifa do GMG de 405 kW.
período
seco
úmido
horário
Tarifa CEB
(R$/kWh)
GMG 405 kW
(R$/kWh)
TECEB – TEGMG
(R$/kWh)
ponta
0,2594564
0,28815358
-0,02869718
fora de ponta
0,1260840
0,28815358
-0,16206958
ponta
0,2381365
0,28815358
-0,05001708
fora de ponta
0,1116934
0,28815358
-0,17646018
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 137 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Pela Tabela 6.3, percebe-se que a tarifa do GMG de 405 kW é maior que a da CEB para todos os
períodos, mostrando que não vale a pena gerar apenas pela economia de energia elétrica, pois haveria um
gasto maior para obtenção da mesma quantidade de energia. Este aumento no gasto é proporcional a
diferença entre a tarifa da CEB e a do GMG (TECEB – TEGMG). O valor negativo da diferença
multiplicado pela energia gerada pelo GMG, resulta no prejuízo oriundo do uso do GMG. Se a diferença
fosse positiva, o resultado da multiplicação pela energia gerada seria o lucro proveniente da utilização do
GMG.
Basta saber agora se o ganho com a demanda – o uso do GMG possibilita diminuir o valor da
demanda contratada e, conseqüentemente, a despesa da fatura de energia relacionada à demanda –
compensa financeiramente o prejuízo de energia originário do maior valor de tarifa de energia elétrica do
GMG do que da concessionária.
6.2.1 – ECONOMIA MÁXIMA COM A DIMINUIÇÃO DA DEMANDA CONTRATADA
Atualmente, a Universidade de Brasília não possui um contrato de fornecimento com a
concessionária local, CEB, por problemas jurídicos envolvendo a UnB, a CEB e o Governo do Distrito
Federal, que isentou a universidade de pagar pela conta de luz desde o ano de 1999. Assim, não há
nenhum valor de demanda contratada na ponta ou fora da ponta.
Para poder efetuar a análise econômica, são sugeridos valores de demanda contratada na ponta e
fora da ponta, com base na curva de carga com os maiores valores de demanda registrados durante o ano
(vide Figura 6.1). A Tabela 6.4 mostra os valores sugeridos para a demanda contratada, respeitando o
limite de ultrapassagem máximo igual a 10% dos valores contratados.
Tabela 6.4 – Sugestões de valores para a demanda contratada na ponta e fora da ponta.
Sugestão para a demanda contratada
fora da ponta
kW
Demanda solicitada
3.663,000
Demanda contratada (Dfp)
3.330,000
Tolerância de ultrapassagem (10%)
3.663,000
Sugestão para a demanda contratada
na ponta
kW
Demanda solicitada
2.615,000
Demanda contratada (Dp)
2.380,000
Tolerância de ultrapassagem (10%)
2.618,000
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 138 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
A máxima economia mensal de demanda na fatura de energia elétrica está relacionada à máxima
diminuição da demanda contratada perante a concessionária. Acontece que esta diminuição da demanda
contratada não é igual à potência ativa (PGMG) disponibilizada pelo GMG, e sim, a um valor inferior a
esta. A Figura 6.1 mostra a diminuição da demanda contratada (DCGMG) na ponta com o uso de um GMG
de potência PGMG.
Curva de carga - demanda contratada e de ultrapassagem na ponta
4000
3663
Demanda (kW)
3500
+ 10%
3330
3000
DUantiga
2618
+ 10%
2500
PGMG DCantiga
2380
2213
2000
DCGMG
DUnova
2012
DCnova
22:30
22:15
22:00
21:45
21:30
21:15
21:00
20:45
20:30
20:15
20:00
19:45
19:30
19:15
19:00
18:45
18:30
18:15
18:00
17:45
17:30
17:15
17:00
16:45
16:30
1500
tempo (h)
Figura 6.1 – Diminuição da demanda contratada com o uso de um GMG de potência PGMG.
Considerando DUantiga como o máximo valor da demanda de ultrapassagem permitido antes do uso
do GMG, ou seja, 10% maior que o valor antigo da demanda contrata (DCantiga), tem-se a equação 6.12:
DU antiga (kW) = 1,1 ⋅ DC antiga (kW)
eq. 6.12
Da mesma forma, para os novos valores (após o uso do GMG) da demanda máxima de
ultrapassagem e da demanda contratada, a relação se mantém:
DU nova (kW) = 1,1 ⋅ DC nova (kW)
eq. 6.13
Para a modificação do valor da demanda contratada, utiliza-se a curva de carga máxima no ano, e
procura-se pelo maior valor de demanda solicitada no horário de interesse (ponta ou fora da ponta).
Considerando este maior valor de demanda solicitada (DUantiga) como a demanda máxima que ultrapassa
em 10% o valor da demanda contratada, ao se utilizar o GMG, este valor diminui pela potência do
gerador PGMG. Assim, o novo valor permitido da demanda máxima que ultrapassa em 10% a contratada é:
DU nova (kW) = DU antiga (kW) − PGMG (kW)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
eq. 6.14
- 139 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Utilizando as equações 6.12, 6.13 e 6.14, é obtida uma expressão para a potência do gerador PGMG,
como é mostrado a seguir:
PGMG (kW) = 1,1 ⋅ DC antiga (kW) − 1,1 ⋅ DC nova (kW)
[
PGMG (kW) = 1,1 ⋅ DC antiga (kW) − DC nova (kW)
]
eq. 6.15
eq. 6.16
A diferença entre a demanda contratada antes e após o uso do GMG é igual ao valor de demanda
contratada que diminui com o uso do GMG (DCGMG), como mostra a equação 6.17:
DC GMG (kW) = DC antiga (kW) − DC nova (kW)
eq. 6.17
Desta maneira, pode-se obter uma equação que expressa o valor de DCGMG, como é visto na
equação 6.19. Utilizando as equações 6.16 e 6.17, obtém-se:
PGMG (kW) = 1,1 ⋅ DC GMG (kW)
DC GMG (kW) =
PGMG (kW)
= 0,909090 ⋅ PGMG (kW)
1,1
eq. 6.18
eq. 6.19
Assim, o valor da demanda contratada que diminui após a utilização do grupo motor-gerador é
menor que a potência PGMG fornecida pelo gerador. Para o GMG do Cespe de 405 kW, a diminuição da
demanda contratada é igual a:
DC GMG Cespe =
405
= 368,18kW
1,1
eq. 6.20
Esta diminuição da demanda contratada multiplicada pela tarifa de demanda é igual à receita
mensal proveniente do ganho financeiro com a demanda, como mostra a equação abaixo:
RD GMG (R$) = DC GMG (kW) ⋅ TD (R$/kW)
eq. 6.21
6.2.2 – UTILIZAÇÃO DO GMG DO CESPE (405 KW) NO HORÁRIO DE PONTA
Como já foi dito anteriormente, não há vantagem em usar o GMG apenas para produção de
energia elétrica. Deste modo, deve-se supor o tempo mínimo que este grupo motor-gerador deva ficar
operando para que se possa diminuir ao máximo o valor da demanda contratada no horário de ponta. Esta
suposição pode ser feita ao se analisar as curvas de carga máxima (pior hipótese) dos meses
padronizados: período letivo seco e úmido, e período de férias.
6.2.2.1 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO SECO LETIVO
Considerando a curva de carga da Figura 5.12 como o padrão para os dias úteis do período seco
letivo, é observada a demanda máxima na ponta. A Figura 6.2 mostra a curva de carga com o GMG
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 140 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
operando durante determinado tempo no horário de ponta. A energia gerada pelo GMG é mostrada em
amarelo (ou seja, a parte em amarelo representa a curva de carga antes do uso do GMG). Percebe-se que o
GMG só opera durante o tempo em que a demanda na ponta é superior ao limite máximo da demanda de
ultrapassagem (curva em vermelho). A curva em azul indica a demanda máxima de ultrapassagem na
ponta antes do uso do GMG.
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período seco) com GMG de 405 kW na ponta
4000
3500
Demanda (kW)
3000
2500
2000
1500
1000
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
500
Tempo (h)
Figura 6.2 – Tempo mínimo de geração na ponta no período seco letivo.
De acordo com a Figura 6.2, o grupo motor-gerador deve funcionar diariamente (supondo que esta
curva se repetirá para todos os dias úteis do período seco letivo) no mínimo 1h e 45min. Para realizar a
análise econômica, o mês será considerado como um mês comercial de 30 dias, com 4 finais de semana (4
sábados e 4 domingos) e 22 dias úteis. Assim, mensalmente, o tempo de operação do GMG é:
TGMG = 22 ⋅ 1,75 h = 38,5 h
eq. 6.22
A partir do tempo de operação do GMG, calcula-se a energia mensal fornecida pelo gerador.
Como a tarifa de energia do GMG é maior que a da CEB, a despesa mensal oriunda da utilização do
GMG para geração de energia elétrica é dada por:
DE GMG (R$) = PGMG (kW) ⋅ TGMG (h) ⋅ [TE GMG − TE CEB ](R$/kWh)
eq. 6.23
onde TEGMG – TECEB é a diferença tarifária apresentada na Tabela 6.3. Assim, para o GMG do Cespe de
405 kW, a despesa mensal de energia associado ao seu uso no período seco letivo é:
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 141 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
DE GMG = 405 (kW) ⋅ 38,5 (h) ⋅ 0,02869718 (R$/kWh) = R$ 447,46
eq. 6.24
Pela equação 6.21, pode-se calcular o valor da receita mensal com a diminuição da demanda
contratada na ponta. Assim, para o GMG do Cespe de 405 kW, a receita mensal é:
RD GMG Cespe = DC GMG (kW) ⋅ TDp (R$/kW)
eq. 6.25
RD GMG Cespe = 368,18 (kW) ⋅ 38,969 (R$/kW) = R$ 14.347,68
eq. 6.26
Assim, o lucro mensal no período seco letivo resultante da utilização do GMG do Cespe de 405
kW na hora de ponta, é dado por:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
eq. 6.27
Lucro GMG Cespe = 14.347,68 − 447,46 = R$ 13.900,22
eq. 6.28
Portanto, compensaria financeiramente a geração na hora de ponta no período seco letivo.
6.2.2.2 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO ÚMIDO LETIVO
Analisando a curva padronizada para o dia útil no período úmido letivo, mostrada na Figura 6.3, o
grupo motor-gerador deve funcionar diariamente no mínimo 1h e 30min a fim de respeitar o novo valor
permitido de demanda de ultrapassagem (curva em vermelho).
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período úmido) com GMG de 405 kW na ponta
4000
3500
Demanda (kW)
3000
2500
2000
1500
1000
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
500
Tempo (h)
Figura 6.3 – Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 142 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Assim, o tempo de operação mensal do GMG no período úmido letivo é:
TGMG = 22 ⋅ 1,5 h = 33 h
eq. 6.29
A despesa mensal oriunda da utilização do GMG para geração de energia elétrica é dada por:
DE GMG (R$) = PGMG (kW) ⋅ TGMG (h) ⋅ [TE GMG − TE CEB ](R$/kWh)
eq. 6.30
onde TEGMG – TECEB é a diferença tarifária de energia na ponta no período úmido apresentada na Tabela
6.3. Assim, para o GMG do Cespe de 405 kW, a despesa mensal de energia associado ao seu uso no
período úmido letivo é:
DE GMG = 405 (kW) ⋅ 33 (h) ⋅ 0,05001708 (R$/kWh) = R$ 668,48
eq. 6.31
Como a receita financeira mensal proveniente da diminuição da demanda contratada, calculada
para o mês do período seco letivo, se mantém constante ao longo do ano, o lucro mensal no período
úmido letivo resultante da utilização do GMG do Cespe de 405 kW na hora de ponta, é dado por:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
eq. 6.32
Lucro GMG Cespe = 14.347,68 − 668,48 = R$ 13.679,20
eq. 6.33
Portanto, compensaria financeiramente a geração na hora de ponta no período úmido letivo.
6.2.2.3 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO DE FÉRIAS
Observando a curva padronizada para o período de férias (vide Figura 5.14), a máxima demanda
encontrada no horário de ponta é inferior ao valor máximo permitido da demanda de ultrapassagem.
Assim, neste período o GMG não deve funcionar, ocasionando uma despesa de energia igual a zero.
Portanto, o lucro mensal no período de férias é igual a:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
eq. 6.34
Lucro GMG Cespe = 14.347,68 − 0 = R$ 14.347,68
eq. 6.35
No período de férias, por causa do baixo valor de demanda, mesmo com o GMG ocioso, a receita
de demanda se mantém constante, e o lucro mensal é maior que nos outros períodos.
6.2.3 – UTILIZAÇÃO DO GMG DO CESPE (405 KW) NO HORÁRIO FORA DA PONTA
Como já foi dito anteriormente, não há vantagem em usar o GMG de 405 kW apenas para
produção de energia elétrica, tanto na ponta como fora da ponta. Deste modo, deve-se supor o tempo
mínimo que este grupo motor-gerador deva ficar operando para que se possa diminuir ao máximo o valor
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 143 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
da demanda contratada no horário fora da ponta. Para fazer esta suposição, deve-se analisar a curva de
carga com os valores máximos de demanda durante o ano.
6.2.3.1 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO SECO LETIVO
A Figura 6.4 mostra a curva de carga com o GMG operando durante determinado tempo no
horário fora da ponta. A energia gerada pelo GMG é mostrada em amarelo (ou seja, a parte em amarelo
representa a curva de carga antes do uso do GMG). Percebe-se que o GMG só opera durante o tempo em
que a demanda fora da ponta é superior ao limite máximo da demanda de ultrapassagem (curva em
vermelho). A curva em azul indica a demanda máxima de ultrapassagem fora da ponta antes do uso do
GMG.
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período seco) com GMG de 405 kW fora da ponta
4000
3663
Demanda (kW)
3500
3340
3000
2500
2000
1500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
1000
Tempo (h)
Figura 6.4 – Tempo mínimo de geração fora da ponta no período seco letivo.
De acordo com a Figura 6.4, o grupo motor-gerador deve funcionar diariamente (supondo que esta
curva se repetirá para todos os dias úteis do período seco letivo) no mínimo 3h e 45min. Assim, o tempo
de operação mensal do GMG é:
TGMG = 22 ⋅ 3,75 h = 82,5 h
eq. 6.37
A despesa mensal oriunda da utilização do GMG para geração de energia elétrica é dada por:
DE GMG (R$) = PGMG (kW) ⋅ TGMG (h) ⋅ [TE GMG − TE CEB ](R$/kWh)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
eq. 6.38
- 144 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
onde TEGMG – TECEB é a diferença tarifária de energia fora da ponta no período seco apresentada na
Tabela 6.3. Assim, para o GMG do Cespe de 405 kW, a despesa mensal de energia associado ao seu uso
no período seco letivo, fora da ponta é:
DE GMG = 405 (kW) ⋅ 82,5 (h) ⋅ 0,16206958 (R$/kWh) = R$ 5.415,15
eq. 6.39
Pela equação 6.21, pode-se calcular o valor da receita mensal com a diminuição da demanda
contratada fora da ponta. Assim, para o GMG do Cespe de 405 kW, fora da ponta, a receita mensal é:
RD GMG Cespe = DC GMG (kW) ⋅ TDfp (R$/kW)
eq. 6.40
RD GMG Cespe = 368,18 (kW) ⋅ 12,768 (R$/kW) = R$ 4.700,95
eq. 6.41
Assim, o lucro mensal no período seco letivo resultante da utilização do GMG do Cespe de 405
kW fora da hora de ponta, é dado por:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
eq. 6.42
Lucro GMG Cespe = 4.700,95 − 5.415,15 = R$ - 714,20
eq. 6.43
Portanto, ao se utilizar o GMG para diminuir a demanda fora da ponta, haveria um prejuízo de
R$ 714,35, já que a receita obtida com a diminuição da demanda contratada seria inferior à despesa com a
energia gerada pelo GMG. Deste modo, não é viável economicamente a utilização do grupo motorgerador fora do horário de ponta.
6.2.4 – TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO PARA AQUISIÇÃO DO CONTROLE MICROPROCESSADO
No Capítulo 4 foram apresentadas soluções técnicas para o sincronismo do grupo motor-gerador
com a rede da concessionária, envolvendo o uso de controles microprocessados, possibilitando a geração
diária automática, em períodos programados, do GMG. Todos os geradores encontrados no campus da
UnB são utilizados apenas como grupos geradores de emergência. Para que possam ser usados na geração
diária, a fim de diminuir a demanda contratada, deveria ser instalado um controle microprocessado.
Assim, esta análise diz respeito ao tempo de retorno do investimento para aquisição de um controle
microprocessado. A Tabela 6.5 mostra um resumo das receitas mensais com o uso do GMG de 405 kW
no horário de ponta.
Tabela 6.5 – Economia mensal pela utilização na ponta do GMG de 405 kW.
Grupo motor-gerador
Tempo de operação diário
(dias úteis)
Economia mensal
405 kW
ponta (período seco)
1,75 h
ponta (período úmido)
1,5 h
período
seco letivo
R$ 13.900,22
úmido letivo
R$ 13.679,20
de férias
R$ 14.347,68
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 145 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
O preço médio de um controle microprocessado é R$ 24.980,00 (valor obtido por comunicação
pessoal com um representante da empresa STEMAC). Para realizar a análise econômica do tempo de
retorno dos investimentos, o ano acadêmico da UnB será composto por 12 meses, constituídos de 2
semestres com duração de 4 meses cada, sendo o restante dos 4 meses do ano o período de férias da UnB,
como mostra a Tabela 6.6.
Tabela 6.6 – Esquema da divisão dos períodos do ano acadêmico.
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
Março
Abril
Maio
Junho
2º semestre do ano
aulas
Ano Acadêmico
(12 meses)
1º semestre do ano
férias
Janeiro
Fevereiro
Julho
Agosto
Período seco
Período úmido
Período seco
Período úmido
Período seco
É fácil perceber que em dois meses o investimento no controle microprocessado estaria pago.
Supondo que o investimento aconteça no começo do ano, em janeiro, e o retorno pela economia mensal
de energia começasse a partir dos meses seguintes, no caso, fevereiro e março, ambos os meses do
período úmido, pode-se formular um fluxo de caixa para esta situação (Figura 6.5).
14.347,68
13.679,20
janeiro
0
1
fevereiro
2
março
24.980,00
Figura 6.5 – Fluxo de caixa para o investimento no controle microprocessado.
Assim, considerando uma taxa i de 1% ao mês, pode-se calcular o valor presente para a data de
aquisição do equipamento:
VPL = −24.980,00 +
14.347,68 13.679,20
+
= −24.980,00 + 27.615,33 = R$ 2.635,33
1,01
1,012
eq. 6.36
onde VPL é o valor presente líquido em janeiro. Como o valor presente é maior que zero, pode-se afirmar
que em dois meses o investimento do controle microprocessado estaria pago.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 146 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.2.5 – TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO PARA AQUISIÇÃO DO GMG DE 450 KVA
Será considerado agora o tempo de recuperação do investimento em um novo grupo motorgerador diesel de 450 kVA (405 kW). O preço do GMG do Cespe instalado foi de R$ 219.000,00. Será
mostrado a seguir, que após 19 meses o investimento já terá sido recuperado. O fluxo de caixa para essa
análise é mostrado na Figura 6.6.
14.347
13.679
1
FEV
2
MAR
13.679
13.900
13.900
14.347
3
ABR
4
MAI
5
JUN
6
JUL
14.347
7
AGO
13.900
13.900
8
SET
9
OUT
13.900
13.679
10
NOV
11
DEZ
14.347
… 14.347
12
JAN …
18
JUL
219.000
Figura 6.6 – Fluxo de caixa para o investimento no GMG de 405 kW.
Na Tabela 6.7 é visto o mesmo fluxo de caixa numa planilha do Excel, mostrando o período em
que o valor presente líquido torna-se positivo. Percebe-se que o VPL torna-se zero entre o período 17
(julho do ano seguinte ao investimento) e o período 18 (agosto do ano seguinte ao investimento), pois até
o período 17, o VPL é igual a R$ -1.621,05 e no período 18 o VPL é igual a R$ 9.999,77.
Tabela 6.7 – Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 405 kW.
período
R$
VP (R$)
VPL (R$)
jan
0
fev
1
-219.000,00 -219.000,00 -219.000,00
14.347,68
14.205,62
-204.794,38
mar
2
13.679,20
13.409,67
-191.384,71
abr
3
13.679,20
13.276,90
-178.107,81
mai
4
13.900,22
13.357,84
-164.749,98
jun
5
13.900,22
13.225,58
-151.524,39
jul
6
14.347,68
13.516,16
-138.008,23
ago
7
14.347,68
13.382,34
-124.625,89
set
8
13.900,22
12.836,62
-111.789,27
out
9
13.900,22
12.709,52
-99.079,74
nov
10
13.900,22
12.583,69
-86.496,06
dez
11
13.679,20
12.260,99
-74.235,07
jan
12
14.347,68
12.732,84
-61.502,23
fev
13
14.347,68
12.606,77
-48.895,46
mar
14
13.679,20
11.900,40
-36.995,06
abr
15
13.679,20
11.782,57
-25.212,49
mai
16
13.900,22
11.854,40
-13.358,09
jun
17
13.900,22
11.737,03
-1.621,05
jul
18
13.900,22
11.620,82
9.999,77
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 147 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.3 – ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DIÁRIA DO GMG DO RU: 100 KVA
Para o GMG do Restaurante Universitário, a potência ativa que ele pode atender, para uma carga
com fator de potência igual a 0,9, é:
PGMG Cespe = 0,9 ⋅ 100 = 90 kW
eq. 6.44
De posse da potência ativa do gerador, PGMG = 90 kW, e do seu consumo de combustível,
Ccomb = 19,2 L/h, é calculado o valor da tarifa de energia do GMG do RU. Substituindo os valores na
equação 6.7, obtém-se o seguinte resultado:
TE GMG Cespe =
1,43 (R$/L) ⋅ 19,2 (L/h) + 0,8722 (R$/h)
90 (kW)
TE GMG Cespe = R$ 0,31475778/kWh
eq. 6.45
eq. 6.46
A Tabela 6.8 mostra a comparação entre os valores da tarifa de energia elétrica de CEB com
ICMS e do GMG do RU de 90 kW.
Tabela 6.8 – Comparação entre a tarifa horo-sazonal azul da CEB e a tarifa do GMG de 90 kW.
período
seco
úmido
horário
Tarifa CEB
(R$/kWh)
GMG 405 kW
(R$/kWh)
TECEB – TEGMG
(R$/kWh)
ponta
0,2594564
0,31475778
-0,05530138
fora de ponta
0,1260840
0,31475778
-0,18867378
ponta
0,2381365
0,31475778
-0,07662128
fora de ponta
0,1116934
0,31475778
-0,20306438
Como a tarifa do GMG de 90 kW é maior que a da CEB para todos os períodos, não compensa
financeiramente gerar apenas pela economia de energia elétrica perante a concessionária, pois haveria um
gasto maior para obtenção da mesma quantidade de energia com o GMG. Este aumento no gasto é
proporcional à diferença entre a tarifa da CEB e a do GMG (TECEB – TEGMG). O valor negativo da
diferença multiplicado pela energia gerada pelo GMG, resulta no prejuízo oriundo do uso do GMG.
O valor da demanda contratada que diminui após a utilização do grupo motor-gerador é menor que
a potência PGMG fornecida pelo gerador. Para o GMG do RU de 90 kW, a diminuição da demanda
contratada é igual a:
DC GMG RU =
90
= 81,818kW
1,1
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
eq. 6.47
- 148 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.3.1 – UTILIZAÇÃO DO GMG DO RU (90 KW) NO HORÁRIO DE PONTA
Não há vantagem em usar o GMG apenas para produção de energia elétrica. Deste modo, deve-se
supor o tempo mínimo que este grupo motor-gerador deva ficar operando para que se possa diminuir ao
máximo o valor da demanda contratada no horário de ponta. Esta suposição é feita ao se analisar as
curvas de carga máxima dos meses padronizados: período letivo seco e úmido, e período de férias.
6.3.1.1 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO SECO LETIVO
A Figura 6.7 mostra a curva de carga com o GMG operando durante determinado tempo no
horário de ponta. Percebe-se que o GMG só opera durante o tempo em que a demanda na ponta é superior
ao limite máximo da demanda de ultrapassagem (curva em vermelho). A curva em azul indica a demanda
máxima de ultrapassagem na ponta antes do uso do GMG.
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período seco) com GMG de 90 kW na ponta
4000
Demanda (kW)
3500
3000
2618
2500
2530
2000
1500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
1000
tempo (h)
Figura 6.7 – Tempo mínimo de geração na ponta no período seco letivo.
De acordo com a Figura 6.7, o grupo motor-gerador deve funcionar diariamente no mínimo 45
minutos. Assim, mensalmente, o tempo de operação do GMG é:
TGMG = 22 ⋅ 0,75 h = 16,5 h
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
eq. 6.48
- 149 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
A despesa mensal oriunda da utilização do GMG para geração de energia elétrica é dada por:
DE GMG (R$) = PGMG (kW) ⋅ TGMG (h) ⋅ [TE GMG − TE CEB ](R$/kWh)
eq. 6.49
onde TEGMG – TECEB é a diferença tarifária apresentada na Tabela 6.8. Assim, para o GMG do RU de 90
kW, a despesa mensal de energia associado ao seu uso no período seco letivo é:
DE GMG = 90 (kW) ⋅ 16,5 (h) ⋅ 0,05530138 (R$/kWh) = R$ 82,12
eq. 6.50
Pela equação 6.21, pode-se calcular o valor da receita mensal com a diminuição da demanda
contratada na ponta. Assim, para o GMG de 90 kW, a receita mensal é:
RD GMG Cespe = DC GMG (kW) ⋅ TDp (R$/kW)
eq. 6.51
RD GMG Cespe = 81,818 (kW) ⋅ 38,969 (R$/kW) = R$ 3.188,37
eq. 6.52
Assim, o lucro mensal no período seco letivo resultante da utilização do GMG do RU de 90 kW
na hora de ponta, é dado por:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
eq. 6.53
Lucro GMG Cespe = 3.188,37 − 82,12 = R$ 3.106,26
eq. 6.54
Portanto, compensaria financeiramente a geração na hora de ponta no período seco letivo.
6.3.1.2 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO ÚMIDO LETIVO
Analisando a curva padronizada para o dia útil no período úmido letivo, mostrada na Figura 6.8, o
grupo motor-gerador deve funcionar diariamente durante 15 minutos para respeitar o novo valor
permitido de demanda de ultrapassagem (curva em vermelho).
Assim, o tempo de operação mensal do GMG no período úmido letivo é:
TGMG = 22 ⋅ 0,25 h = 5,5 h
eq. 6.55
A despesa mensal oriunda da utilização do GMG para geração de energia elétrica é dada por:
DE GMG (R$) = PGMG (kW) ⋅ TGMG (h) ⋅ [TE GMG − TE CEB ](R$/kWh)
eq. 6.56
onde TEGMG – TECEB é a diferença tarifária de energia na ponta no período úmido apresentada na Tabela
6.8. A despesa mensal de energia associado ao uso do GMG de 90 kW no período úmido letivo é:
DE GMG = 90 (kW) ⋅ 5,5 (h) ⋅ 0,07662128 (R$/kWh) = R$ 37,93
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
eq. 6.57
- 150 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período úmido) com GMG de 90 kW na ponta
4000
Demanda (kW)
3500
3000
2500
2000
1500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
1000
tempo (h)
Figura 6.8 – Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo.
Como a receita financeira mensal proveniente da diminuição da demanda contratada, calculada
para o mês do período seco letivo, se mantém constante ao longo do ano, o lucro mensal no período
úmido letivo resultante da utilização do GMG do RU de 90 kW na hora de ponta, é dado por:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
eq. 6.58
Lucro GMG Cespe = 3.188,37 − 37,93 = R$ 3.150,45
eq. 6.59
Portanto, compensaria financeiramente a geração na hora de ponta no período úmido letivo.
6.3.1.3 – ECONOMIA MENSAL COM O USO DO GMG NO PERÍODO DE FÉRIAS
Observando a curva padronizada para o período de férias (vide Figura 5.14), a máxima demanda
encontrada no horário de ponta é inferior ao valor máximo permitido da demanda de ultrapassagem.
Como neste período o GMG de 90 kW não deve funcionar, não há despesa de energia. Portanto, o lucro
mensal no período de férias é igual a:
Lucro GMG (R$) = RD GMG (R$) − DE GMG (R$)
Lucro GMG Cespe = 3.188,37 − 0 = R$ 3.188,37
eq. 6.60
eq. 6.61
No período de férias, por causa do baixo valor de demanda, mesmo com o GMG ocioso, a receita
de demanda se mantém constante, e o lucro mensal é maior que nos outros períodos.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 151 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.3.2 – TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO PARA AQUISIÇÃO DO CONTROLE MICROPROCESSADO
O grupo motor-gerador do Restaurante Universitário só é usado como grupo gerador de
emergência. Para que pudesse ser usado na geração diária, a fim de diminuir a demanda contratada,
deveria ser instalado um controle microprocessado. Assim, esta análise diz respeito ao tempo de retorno
do investimento para aquisição de um controle microprocessado. A Tabela 6.9 mostra um resumo das
receitas mensais obtidas com o uso do GMG de 90 kW no horário de ponta.
Tabela 6.9 – Economia mensal pela utilização na ponta do GMG de 90 kW.
Grupo motor-gerador
90 kW
Tempo de operação diário
(dias úteis)
Economia mensal
ponta (período seco)
0,75 h
ponta (período úmido)
0,25 h
período
seco letivo
R$ 3.106,26
úmido letivo
R$ 3.150,45
de férias
R$ 3.188,37
O preço médio de um controle microprocessado é R$ 24.980,00 (mesmo valor considerado na
análise do GMG de 405 kW). Supondo que o investimento aconteça no começo do ano, em janeiro, e o
retorno pela economia mensal de energia começasse a partir dos meses seguintes, pode-se formular um
fluxo de caixa para esta situação (Tabela 6.10).
Tabela 6.10 – Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 90 kW.
VP (R$)
VPL (R$)
jan
período
0
-24.980,00
R$
-24.980,00
-24.980,00
fev
1
3.188,37
3.156,80
-21.823,20
mar
2
3.150,44
3.088,36
-18.734,83
abr
3
3.150,44
3.057,79
-15.677,05
mai
4
3.106,25
2.985,05
-12.692,00
jun
5
3.106,25
2.955,49
-9.736,51
jul
6
3.188,37
3.003,59
-6.732,92
ago
7
3.188,37
2.973,85
-3.759,07
set
8
3.106,25
2.868,57
-890,50
out
9
3.106,25
2.840,17
1.949,66
Pela Tabela 6.10, percebe-se que no período 9 o valor presente líquido torna-se positivo. Assim, o
retorno financeiro, resultante da geração na hora de ponta, após o investimento no controle
microprocessado, acontece após 9 meses de sua aquisição e instalação.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 152 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.3.3 – TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO PARA AQUISIÇÃO DO GMG DE 100 KVA
Será considerado agora o tempo de retorno de um possível investimento em um novo grupo
motor-gerador diesel de 100 kVA (90 kW). De posse do preço do gerador do Cespe (450 kVA) de R$
219.000,00, será estipulado o preço por kVA.
preço/kVA = 219.000/450 = R$ 486,67/kVA
eq. 6.62
Assim, aumentando em 45% o preço por kVA, é feita uma estimativa do preço de aquisição de um
GMG de 100 kVA:
GMG100kVA = 1,45 × 100 × 486,67 = R$ 70.567,15
eq. 6.63
A Tabela 6.11 mostra para o fluxo de caixa referente ao investimento do GMG de 100 kVA
juntamente com o cálculo do valor presente líquido.
Tabela 6.11 – Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 100 kVA.
período
R$
VP (R$)
VPL (R$)
jan
0
-70.567,15
-70.567,15
-70.567,15
fev
1
3.188,37
3.156,80
-67.410,35
mar
2
3.150,44
3.088,36
-64.321,98
abr
3
3.150,44
3.057,79
-61.264,20
mai
4
3.106,25
2.985,05
-58.279,15
jun
5
3.106,25
2.955,49
-55.323,66
jul
6
3.188,37
3.003,59
-52.320,07
ago
7
3.188,37
2.973,85
-49.346,22
set
8
3.106,25
2.868,57
-46.477,65
out
9
3.106,25
2.840,17
-43.637,49
nov
10
3.106,25
2.812,05
-40.825,44
dez
11
3.150,44
2.823,81
-38.001,62
jan
12
3.188,37
2.829,52
-35.172,11
fev
13
3.188,37
2.801,50
-32.370,61
mar
14
3.150,44
2.740,77
-29.629,84
abr
15
3.150,44
2.713,63
-26.916,21
mai
16
3.106,25
2.649,08
-24.267,13
jun
17
3.106,25
2.622,85
-21.644,29
jul
18
3.106,25
2.596,88
-19.047,41
ago
19
3.106,25
2.571,17
-16.476,24
set
20
3.106,25
2.545,71
-13.930,53
out
21
3.106,25
2.520,50
-11.410,03
nov
22
3.106,25
2.495,55
-8.914,48
dez
23
3.150,44
2.505,99
-6.408,48
jan
24
3.188,37
2.511,05
-3.897,43
fev
25
3.188,37
2.486,19
-1.411,24
mar
26
3.150,44
2.432,29
1.021,05
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 153 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Percebe-se que o VPL torna-se zero entre o período 25 (fevereiro do ano seguinte ao investimento)
e o período 26 (julho do ano seguinte ao investimento), pois até o período 25, o VPL é igual a
R$ -1.411,24 e no período 26 o VPL é igual a R$ 1.021,05. Assim, o retorno do investimento em um
GMG de 100 kVA (para geração na ponta) aconteceria após 26 meses de sua aquisição.
6.4 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS PARA CADA GMG
Seguindo o mesmo procedimento de cálculo que foi feito para os grupos motor-gerador diesel do
Cespe (405 kW) e do RU (90 kW), foram obtidos os resultados de tarifa para todos os GMG presentes no
campus da UnB, e das suas respectivas receitas mensais, procedentes da diminuição da demanda
contratada na ponta.
A Tabela 6.12 mostra os valores obtidos de tarifa e receita mensal para cada grupo moto-gerador
diesel presente no campus. Percebe-se que os dois maiores valores de tarifa de energia elétrica pertencem
aos dois grupos motor-gerador diesel de menor potência, o do Laboratório de Fitopatologia (27 kW) e o
do Laboratório de Química (10,53 kW). Entretanto, mesmo estes grupos geradores de menores potências
trazem benefício econômico mensal por causa da diminuição da demanda contratada.
A Figura 6.9 mostra uma curva formada pelos valores presentes na Tabela 6.12, indicando que o
aumento da potência do GMG representa um aumento da receita mensal por causa da utilização desse
gerador para diminuição da demanda contratada na ponta.
Receita mensal no período seco letivo X Potência do GMG
13.900,22
14.000,00
Receita mensal (R$)
12.000,00
10.000,00
8.000,00
6.000,00
4.000,00
2.567,12
2.000,00
913,87
1.032,95
27
29,7
1.255,24
1.386,61
3.106,25
1.746,86
359,67
0,00
10,53
36
40,5
49,5
72,9
90
405
Potência do GMG (kW)
Figura 6.9 – Receita mensal no período seco letivo referente à potência do GMG.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 154 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Tabela 6.12 – Comparação das receitas mensais obtidas com o uso dos geradores na ponta.
Local
GMG diesel
tarifa de energia
período
Lucro mensal (R$)
seco letivo
13.900,22
úmido letivo
13.679,20
(81 L/h)
férias
14.347,67
100 kVA
seco letivo
3.106,25
úmido letivo
3.150,44
(19,2 L/h)
férias
3.188,37
81 kVA
seco letivo
2.567,12
úmido letivo
2.582,58
(13,6 L/h)
férias
2.582,58
55 kVA
seco letivo
1.746,86
úmido letivo
1.753,61
(8,8 L/h)
férias
1.753,61
45 kVA
seco letivo
1.386,61
úmido letivo
1.434,77
(9,8 L/h)
férias
1.434,77
40 kVA
seco letivo
1.255,24
úmido letivo
1.275,35
(7,2 L/h)
férias
1.275,35
33 kVA
seco letivo
1.032,95
úmido letivo
1.052,16
(6 L/h)
férias
1.052,16
30 kVA
seco letivo
913,87
úmido letivo
956,51
(7 L/h)
férias
956,51
11,7 kVA
seco letivo
359,67
úmido letivo
373,04
férias
373,04
(R$/kWh)
450 kVA
Cespe
RU
Lab.
BIOMOL
Lab.
Microssonda
Centro
Comunitário
Lab.
Bioquímica
Lab. Chagas
Lab.
Fitopatologia
Lab.
Química
405 kW
90 kW
72,9 kW
49,5 kW
40,5 kW
36 kW
29,7 kW
27 kW
10,53 kW
(3 L/h)
0,28815358
0,31475778
0,27874074
0,27184242
0,36756049
0,31022778
0,31825589
0,40304444
0,49023746
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 155 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
A Tabela 6.13 mostra os valores do tempo de retorno, para os GMG mostrados na Tabela 6.12
com receita mensal acima de R$ 1.000,00, dos investimentos para aquisição de um controle
microprocessado e de um novo grupo motor-gerador.
Tabela 6.13 – Comparação do tempo de retorno dos investimentos para cada GMG.
CONTROLE MICROPROCESSADO
GMG DIESEL
GMG NOVO
Investimento
Tempo de retorno
Investimento
Tempo de retorno
(R$)
(i = 1% a.m.)
(R$)
(i = 1% a.m.)
405 kW (450 kVA)
24.980,00
2 meses
219.000,00
18 meses
90 kW (100 kVA)
24.980,00
9 meses
70.567,15
26 meses
72,9 kW (81 kVA)
24.980,00
14 meses
65.000,00
30 meses
49,5 kW (55 kVA)
24.980,00
16 meses
60.000,00
46 meses
40,5 kW (45 kVA)
24.980,00
20 meses
55.000,00
50 meses
36 kW (40 kVA)
24.980,00
23 meses
50.000,00
51 meses
29,7 kW (33kVA)
24.980,00
28 meses
41.040,00
51 meses
Todos os grupos motor-gerador diesel se mostraram rentáveis na geração diária para diminuição
da demanda contratada no horário de ponta. O tempo de retorno mais rápido do investimento em um
controle microprocessado pertence ao GMG de 450 kVA, sendo que o tempo do GMG de 33 kVA é o
mais demorado.
6.5 FATURA PELAS ESTRUTURAS TARIFÁRIAS HORO-SAZONAL AZUL E VERDE
O objetivo deste último item é demonstrar, a partir do cálculo da fatura de energia mensal, se
compensaria economicamente a mudança contratual da estrutura tarifária horo-sazonal azul para a verde
ao se utilizar um grupo moto-gerador para diminuição da demanda na ponta (na estrutura azul) e da
energia na ponta (na estrutura verde). A principal diferença entre estas duas estruturas tarifárias é que a
verde não distingue demanda na ponta e fora da ponta (havendo apenas uma única tarifa de demanda) e o
valor tarifário adotado para a energia cobrada no horário de ponta é excessivamente alto.
O mês escolhido para o cálculo da fatura é o mês padrão do período seco letivo (vide Figura 5.12).
Na análise, será adotado o GMG de 405 kW, pertencente ao Cespe. Primeiramente são mostrados os
procedimentos de cálculo para a estrutura tarifária azul, e posteriormente são realizados os cálculos para a
estrutura tarifária verde. Por último, é feita uma comparação dos resultados, concluindo-se qual é a
melhor opção para a UnB.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 156 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
6.5.1 – CÁLCULO DA FATURA MENSAL PELA ESTRUTURA TARIFÁRIA HORO-SAZONAL AZUL
Considerando a curva de carga da Figura 6.2 como o padrão para os dias úteis do período seco
letivo com a operação do GMG de 405 kW durante um 1h e 45min na ponta, foram calculadas a energia
consumida e a demanda solicitada diariamente.
Tabela 6.14 – Energia e demanda mensais no período seco letivo com GMG de 405 kW.
GRUPO MOTOR-GERADOR DE 405 KW
Consumo diário (dias úteis) de energia
Energia diária fora da ponta (Edfp)
Energia diária na ponta (Edp)
Demanda mensal solicitada
kWh
48.866,400
6.222,025
kW
Demanda fora da ponta
3.663,000
Demanda na ponta
2.210,000
Sugestão para a demanda contratada
kW
Demanda contratada fora da ponta (Dfp) 3.330,000
Tolerância de ultrapassagem (10%)
3.663,000
Demanda contratada na ponta (Dp)
2.012,000
Tolerância de ultrapassagem (10%)
2.213,200
Utilizando-se os valores da tarifa horo-sazonal azul mostrados na Tabela 6.2 (com ICMS), foram
calculados os gastos mensais dos dias úteis com demanda e energia, como mostra a Tabela 6.15.
Tabela 6.15 – Fatura mensal dos dias úteis no período seco letivo.
Gasto mensal com energia (dias úteis)
R$
TEp * Edp*22
TEfp * Edfp*22
total
35.515,57
135.547,97
171.063,54
Gasto mensal com demanda (dias úteis)
R$
TDp*Dp
TDfp*Dfp
total
78.717,38
42.517,44
121.234,82
Fatura mensal total (dias úteis)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
R$
292.298,36
- 157 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
A seguir é vista uma comparação das despesas com energia e demanda perante a CEB, para um
mês do período seco letivo, contando apenas os dias úteis, mostrando os valores sem e com o uso do
GMG de 405 kW na hora de ponta. Os valores de economia perante a CEB, oriunda da operação do
GMG, também são mostrados na Tabela 6.16.
Tabela 6.16 – Economia perante a CEB com ICMS.
Economia mensal com a CEB (dias úteis)
Gasto (R$) mensal com energia (com ICMS)
período
Sem GMG
Com GMG
Economia (R$)
na ponta
39.561,15
35.515,57
4.045,57
fora da ponta
135.547,97
135.547,97
0,00
Economia mensal com energia:
4.045,57
Gasto (R$) mensal com demanda (com ICMS)
período
Sem GMG
Com GMG
Economia (R$)
na ponta
92.746,22
78.405,63
14.340,59
fora da ponta
42.517,44
42.517,44
0,00
Economia mensal com demanda:
14.340,59
TOTAL:
18.386,17
A Tabela 6.17 mostra os dados de operação e o custo mensal previsto para o GMG de 405 kW.
Tabela 6.17 – Despesa operacional mensal com o GMG de 405 kW.
Operação do GMG
Horas de funcionamento
Por dia útil
1,75
Mensal
38,5
Consumo do motor (L/h)
81
Custo de manutenção por hora (R$/h)
0,8722
Combustível diesel (R$/L)
1,43*
Gasto mensal operacional do GMG
Manutenção
R$/h
h
TOTAL
0,8722
38,5
33,58
Combustível
L/h
h
R$/L
TOTAL
81
38,5
1,43
4.459,46
TOTAL:
4.493,03
*Fonte: Royal Diesel (distribuidora da Petrobrás)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 158 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Para calcular a receita líquida por mês, no período seco letivo, basta diminuir os gastos
operacionais com o uso mensal do GMG, como mostra a Tabela 6.18.
Tabela 6.18 – Economia líquida por mês no período seco letivo com o uso do GMG de 405 kW.
Economia mensal total com o uso do GMG
Economia TOTAL CEB
Custo operacional GMG
TOTAL
18.386,17
4.493,03
13.893,13
O valor da fatura mensal total, para a estrutura tarifária azul, com o uso do GMG de 405 kW, é
calculado considerando também a energia consumida nos sábados (Figura 5.16) e nos domingos e
feriados (Figura 5.17).
Tabela 6.19 – Fatura mensal com ICMS.
Com ICMS (Período seco letivo)
Gasto mensal com energia
R$
dias úteis
171.063,54
sábados
15.183,62
domingos
13.593,83
TOTAL: 199.840,99
Gasto mensal com demanda
R$
TOTAL: 120.923,07
Gasto mensal total
R$
Energia
199.840,99
Demanda
120.923,07
TOTAL: 320.764,06
6.5.2 – CÁLCULO DA FATURA MENSAL PELA ESTRUTURA TARIFÁRIA HORO-SAZONAL VERDE
A Tabela 6.20 mostra os valores de tarifa verde cobrados pela concessionária de energia CEB,
com e sem ICMS.
Tabela 6.20 – Tarifa horo-sazonal verde.
Subgrupo
R$/kW
R$/MWh
A4 (2,3 a 25 kV)
Ponta
Ult. P
P Seca
P Úmida
FP Seca
FP Úmida
Sem ICMS
9,65
28,94
818,39
803,02
95,12
84,07
Com ICMS
12,8345
38,4902
1.088,4587
1.068,0166
126,5096
111,8131
Fonte: Site da CEB: www.ceb.com.br.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 159 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Comparando os valores das tarifas de energia da CEB, com a tarifa de energia do GMG de 405
kW, igual a R$ 288,15358/MWh, percebe-se claramente que compensa financeiramente a utilização do
GMG no horário de ponta (dos períodos seco e úmido).
Pela forma da curva de carga da UnB, onde a demanda máxima ocorre fora da ponta, a utilização
do GMG na ponta não contribuirá com a diminuição da demanda contratada, na estrutura tarifária verde,
trazendo retorno econômico apenas pela energia economizada perante a concessionária.
Considerando a curva de carga da Figura 5.12 como o padrão para os dias úteis do período seco
letivo, e utilizando-se o GMG de 405 kW durante as 3 horas diárias (para os dias úteis) do horário de
ponta, são apresentadas a energia consumida e a demanda solicitada diariamente.
Tabela 6.21 – Energia e demanda mensais no período seco letivo com GMG de 405 kW.
GRUPO MOTOR-GERADOR DE 405 KW
Consumo diário (dias úteis) de energia
Energia diária fora da ponta (Edfp)
Energia diária na ponta (Edp)
Demanda mensal solicitada
kWh
48.866,400
5.715,775
kW
Demanda fora da ponta
3.663,000
Demanda na ponta
2.210,000
Sugestão para a demanda contratada
kW
Demanda contratada (D)
3.330,000
Tolerância de ultrapassagem (10%)
3.663,000
Utilizando-se os valores da tarifa horo-sazonal verde mostrados na Tabela 6.19 (com ICMS),
foram calculados os gastos mensais dos dias úteis com demanda e energia, como mostra a Tabela 6.22.
Tabela 6.22 – Fatura mensal dos dias úteis no período seco letivo.
Gasto mensal com energia (dias úteis)
R$
TEp * Edp*22
TEfp * Edfp*22
total
136.870,47
136.005,51
272.875,98
Gasto mensal com demanda (dias úteis)
R$
TD*D
total
42.738,89
42.738,89
Fatura mensal total (dias úteis)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
R$
315.614,87
- 160 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
A seguir é vista uma comparação das despesas com energia e demanda perante a CEB, para um
mês do período seco letivo, contando apenas os dias úteis, mostrando os valores sem e com o uso do
GMG de 405 kW na hora de ponta. Os valores de economia perante a CEB, oriunda da operação do
GMG, também são mostrados na Tabela 6.23.
Tabela 6.23 – Economia perante a CEB com ICMS.
Economia mensal com a CEB (dias úteis)
Gasto (R$) mensal com energia (com ICMS)
período
Sem GMG
Com GMG
Economia (R$)
na ponta
165.964,97
136.870,47
29.094,50
fora da ponta
136.005,51
136.005,51
0,00
Economia mensal com energia:
29.094,50
Gasto (R$) mensal com demanda (com ICMS)
período
Sem GMG
Com GMG
Economia (R$)
ponta e fora da ponta
42.738,89
42.738,89
0,00
Economia mensal com demanda:
0,00
TOTAL:
29.094,50
A Tabela 6.24 mostra os dados de operação e o custo mensal previsto para o GMG de 405 kW,
operando durante as 3 horas de ponta.
Tabela 6.24 – Despesa operacional mensal com o GMG de 405 kW.
Operação do GMG
Horas de funcionamento
Por dia útil
3
Mensal
66
Consumo do motor (L/h)
81
Custo de manutenção por hora (R$/h)
0,8722
Combustível diesel (R$/L)
1,43*
Gasto mensal operacional do GMG
Manutenção
R$/h
h
TOTAL
0,8722
66
57,57
Combustível
L/h
h
R$/L
TOTAL
81
66
1,43
7.644,78
TOTAL:
7.702,35
*Fonte: Royal Diesel (distribuidora da Petrobrás)
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 161 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Para calcular a receita líquida por mês, no período seco letivo, basta diminuir os gastos
operacionais com o uso mensal do GMG, como mostra a Tabela 6.25.
Tabela 6.25 – Economia líquida por mês no período seco letivo com o uso do GMG de 405 kW.
Economia mensal total com o uso do GMG
Economia TOTAL CEB
Custo operacional GMG
TOTAL
29.094,50
7.702,35
21.392,16
O valor da fatura mensal total, para a estrutura tarifária verde, com o uso do GMG de 405 kW, é
mostrado na Tabela 6.26.
Tabela 6.26 – Fatura mensal com ICMS.
Com ICMS (Período seco letivo)
Gasto mensal com energia
R$
dias úteis
272.875,98
sábados
15.234,87
domingos
13.639,72
TOTAL: 301.750,57
Gasto mensal com demanda
TOTAL:
R$
42.738,89
Gasto mensal total
R$
Energia
301.750,57
Demanda
42.738,89
TOTAL: 344.489,46
6.5.3 – COMPARAÇÕES DOS RESULTADOS PARA AS ESTRUTURAS HORO-SAZONAL AZUL E VERDE
A Tabela 6.27 mostra os valores de receita mensal obtidos com o uso do GMG no horário de
ponta, e a fatura mensal da UnB, para as estruturas tarifárias azul e verde.
Tabela 6.27 – Comparação entre as estruturas tarifárias azul e verde.
Estrutura tarifária
Receita mensal com o uso
horo-sazonal
do GMG de 405 kW
azul
R$ 13.893,13
R$ 320.764,06
verde
R$ 29.094,50
R$ 344.489,46
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
Fatura mensal total
- 162 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Percebe-se que a receita mensal com o uso do GMG é maior adotando-se a tarifa verde do que a
azul. Entretanto, deve-se observar que esta receita mensal é relativa, sendo igual à diferença entre o valor
gasto com a fatura de energia elétrica sem a utilização do GMG e com a utilização do GMG. Assim, a
receita mensal apenas compara a fatura mensal antes do uso do GMG e após sua utilização. Adotando-se
uma determinada estrutura tarifária para análise econômica, o valor da receita é o que se deixa de gastar
perante a concessionária com o uso do GMG.
A receita mensal pela estrutura tarifária verde é maior que a receita mensal pela estrutura tarifária
azul, mas a fatura mensal utilizando-se a tarifa verde é bem superior do que a obtida pela tarifa azul.
Deste modo, não é viável economicamente a alteração da estrutura tarifária azul para a verde, o que
ocasionaria um aumenta da fatura de energia elétrica mensal.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 163 -
Capítulo 6 – Análise Econômica da Utilização dos GMG Diesel
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 164 -
Capítulo 7 – Conclusão
Capítulo 7 – Conclusão
No Capítulo 1 deste projeto, foram apresentados alguns conceitos referentes aos Grupos MotorGerador a diesel. Inicialmente, foram abordados conceitos básicos do motor a diesel, como seu princípio
de funcionamento, tipos de ciclo de trabalho, etc. Viu-se, também, que a potência mecânica, dada em cv
(cavalo-vapor) ou em HP (Horse-Power), é a potência total que o motor cede ao alternador, dada pela
soma da energia fornecida à rede (potência ativa), em kVA, e as perdas elétricas e mecânicas do sistema.
Com isso, a relação entre a potência ativa e a potência mecânica, resulta no rendimento do GMG.
Verificou-se que o rendimento é maior quanto maior for a potência do GMG, com uma carga próxima à
sua carga nominal. Por último, foi feita uma breve explicação sobre alguns conceitos de relevância sobre
os alternadores, como o princípio de funcionamento, tipos de conexões (estrela/triângulo), as principais
excitações, etc.
No levantamento dos dados referentes aos Grupos Motor-Gerador existentes no campus da UnB,
devido à dificuldade de alguns GMG não possuírem nenhum tipo de documentação técnica e que
nenhuma pessoa responsável das Unidades Acadêmicas ou da Prefeitura tinha o conhecimento para
repassar algumas das informações mais específicas sobre os mesmos, que conseqüentemente, tornou o
andamento da pesquisa muito demorado e trouxe várias dificuldades. Com isso, os GMG, como o do RU
e do Laboratório de Bioquímica, ficaram com uma deficiência nos dados, em relação aos outros. Nesses
GMG, o levantamento de cargas existentes no Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT), não pode ser
avaliado, pois no caso do RU, no momento da visita técnica, este quadro encontrava-se trancado e o
funcionário responsável não tinha o conhecimento de como abri-lo, já no caso do Laboratório de
Bioquímica, o QGBT encontrava-se num lugar de acesso restrito. Nos outros casos, a maioria dos GMG
encontrava-se sem muito cuidados, sem nenhuma política de manutenção e aquisição de combustível.
Vale salientar, a situação em que se encontra o GMG do Laboratório de Biologia Molecular (BIOMOL),
parado e sem uma previsão de ser instalado, tanto que a sua garantia de fabricação já venceu. A
justificativa para esta situação, foi que o projeto arquitetônico do abrigo para o GMG foi orçado com o
preço superior ao próprio equipamento (GMG).
No Capítulo 3, o objetivo foi descrever os tipos de conexões que o GMG pode fazer com a rede.
Nos sistemas de transferência automática e chaves comutadoras (reversoras), o sistema opera
automaticamente em regime de emergência por meio de sensores (relés), que detectam falta de tensão da
rede, acionando a abertura do disjuntor/contator de rede, fechando o disjuntor/contator do gerador e
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 165 -
Capítulo 7 – Conclusão
iniciando a partida do GMG que assume a carga a ele destinada. Após o aguardo de um tempo de
confirmação do retorno da tensão da rede, o sistema inicia o procedimento inverso, acionando a abertura
do disjuntor/contator do gerador e fechamento do disjuntor/contator de rede, iniciando-se o processo de
resfriamento e desligamento do GMG. Já o paralelismo é feito através do princípio de transferência com
rampa de carga ou transferência com transição fechada, onde basicamente a comutação entre o GMG e a
rede ou vice-versa, é executada sem a interrupção no fornecimento de energia elétrica para as cargas. Este
processo muito semelhante entre o paralelismo momentâneo e permanente, diferenciando apenas no
tempo de permanência do paralelismo, sendo no momentâneo, de acordo com as normas brasileiras, por
cerca de 15s e o permanente podendo ser executado, por exemplo, no horário de ponta.
Com base no princípio de funcionamento do GMG em paralelo com a rede e de acordo com o as
normas brasileiras, mais especificamente as normas da Eletropaulo, fez-se as sugestões técnicas de cada
um dos GMG existentes na UnB. Basicamente, a maioria deles necessita da modificação do sistema de
Transferência Automática para um sistema de controle microprocessado que execute o paralelismo com a
rede. Assim, sugeriram-se alguns controles microprocessados mais utilizados no mercado brasileiro para
efetuar a alteração, como por exemplo, o modelo ST 2060 da Stemac ou GC-22 da Woodward. Porém a
única exceção, está no GMG do Cespe, pois como trata-se de um GMG recente e de grande potência, seu
mecanismo de Transferência já possui a função de paralelismo, conseqüentemente não necessitando de
mudanças na sua conexão. Por outro lado, tem-se o GMG da Biomol, o qual não foi nem instalado, assim
sugeriu-se na instalação elétrica dele, a presença do controle microprocessado que efetue o paralelismo,
pois tecnicamente seria fácil a sua instalação.
No Capítulo 5, foram apresentadas as curvas de carga padronizadas para os períodos definidos pela
Resolução nº 456/2000 da ANEEL e pelo calendário acadêmico da UnB, totalizando 5 curvas de carga
padrão: uma para os dias úteis de mês do período úmido letivo, outra para os dias úteis de um mês no
período seco letivo, uma curva de carga para os dias úteis durante a época de férias, e mais duas curvas de
carga, referentes aos sábados e domingos do ano acadêmico. Estas curvas de carga são tomadas como
referência do consumo diário da UnB, possibilitando a análise econômica sobre a utilização de grupos
motor-gerador diesel, de diferentes potências, na redução da demanda contratada e da energia consumida
perante a concessionária. O levantamento das curvas de carga padronizadas foi realizado a partir de um
banco de dados formado pelos valores da demanda solicitada pelo alimentador geral da UnB ao longo do
dia, para todos os dias do mês, durante o período compreendendo outubro de 2003 e junho de 2004. A
formação deste banco de dados foi possível por causa da implantação de um sistema de gerenciamento de
energia, composto por equipamentos transdutores de energia, realizando aferições da demanda solicitada
pela instalação a cada 15 minutos durante todos os dias do mês, e registradores de dados, que armazenam
os valores de demanda medidos.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 166 -
Capítulo 7 – Conclusão
A partir das curvas de carga padronizadas, que mostram o perfil de consumo da UnB em
determinadas épocas do calendário acadêmico, realizou-se a análise econômica sobre a viabilidade de
usar os grupos motor-gerador diesel (utilizados atualmente como grupos geradores de emergência) na
geração diária. Como a tarifa de energia dos GMG é maior do que as tarifas de energia da CEB (para a
estrutura tarifária horo-sazonal azul), não compensa financeiramente gerar apenas pela economia de
energia elétrica perante a concessionária, pois haveria um gasto maior para obtenção da mesma
quantidade de energia, usando o GMG. A receita mensal com o uso do GMG é a diferença do ganho
financeiro com a diminuição da demanda contratada, e o aumento da despesa com a energia elétrica,
gerada pelo GMG. A utilização dos GMG para geração diária só traz lucro mensal quando feita no
horário de ponta. A geração fora da ponta resulta em prejuízo, já que o ganho com a demanda é menor
por causa do valor mais baixo da tarifa de demanda fora da ponta, e também por que o período que o
GMG deve operar é maior do que na ponta, ocasionando um aumento da despesa operacional do GMG.
Para todos os grupos motor-gerador diesel funcionando no horário de ponta, foram encontrados receitas
positivas, proporcionais à potência do gerador. Quanto maior o GMG, maior é o retorno econômico pela
diminuição da demanda perante a concessionária.
De posse dos valores das receitas mensais, com a geração no horário de ponta, dos grupos motorgerador diesel, a análise financeira sobre o tempo de retorno dos investimentos para cada GMG, a
aquisição de um controle microprocessado e de um GMG similar ao analisado, revelou a quantidade de
meses em que cada investimento estaria pago. A aquisição de um controle microprocessado permite
utilizar o GMG para diminuir a demanda contratada na ponta, e com a receita mensal gerada por esta
economia, para o maior GMG (450 kVA), em 2 meses o investimento no controle estaria pago, enquanto
que para o menor GMG (33 kVA), o tempo de retorno seria de 28 meses. Já em relação ao investimento
na aquisição de um novo GMG, o tempo de retorno é igual a 18 meses, para o GMG de 450 kVA, e 51
meses, para o GMG de 33 kVA. Quanto menor a potência dos grupos motor-gerador, maior é o tempo de
retorno dos investimentos, porque estes GMG geram menores receitas mensais provenientes da economia
relacionada à diminuição da demanda contratada na ponta.
Na análise da mudança da estrutura tarifária horo-sazonal azul para verde, é visto que apesar do
aumento da receita mensal com o uso diário do GMG, a fatura de energia total do mês é bem maior ao se
utilizar a tarifa verde do que para a tarifa azul. Como na estrutura tarifária verde só é considerada uma
única tarifa de demanda, e a demanda máxima da curva de carga da UnB acontece fora do horário de
ponta, o uso do GMG na ponta acarreta apenas o ganho financeiro com a energia, não havendo mudança
na demanda contratada. Assim, não é viável economicamente a mudança da estrutura tarifária horosazonal azul para verde.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 167 -
Capítulo 7 – Conclusão
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 168 -
Anexo A
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 1a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 2a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 3a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 4a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 5a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 6a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 7a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 8a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 9a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 10a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 11a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 12a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 13a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 14a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 15a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 16a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 17a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 18a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 19a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 20a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 21a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 22a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 23a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 24a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 25a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 26a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 27a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 28a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 29a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 30a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 31a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 32a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 33a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 34a -
Anexo A
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 35a -
Anexo B
Anexo B
ANEXO B – CURVAS DE CARGA DA UNB NO PERÍODO ÚMIDO E SECO
B.1 – PERÍODO DE ESTUDO
A título de referência do período de estudo da demanda de energia elétrica do campus, serão
utilizados os dados das curvas de cargas referentes aos calendários acadêmicos da UnB do 2º semestre de
2003 e do 1º semestre de 2004, apresentados a seguir. O período letivo está sombreado em cinza e os
feriados em preto.
A Tabela B.1 mostra o período letivo do segundo semestre de 2003 da Universidade de Brasília...
Tabela B.1 – Período letivo do segundo semestre de 2003 da UnB.
Agosto/2003
D
S
T
Q
Q
Setembro/2003
S
S
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
D
T
Q
Q
S
S
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
5
6
7
14
15
16
17
18
19
20
12
13
14
21
22
23
24
25
26
27
19
20
21
28
29
30
26
27
28
D
S
T
Q
Q
S
S
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Novembro/2003
D
S
T
Q
Q
S
S
1
2
3
4
8
9
10
11
15
16
17
18
22
23
24
25
29
30
31
Dezembro/2003
D
S
T
Q
Q
S
2
3
4
5
6
7
S
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
1
30
Outubro/2003
S
Fonte: www.unb.br/deg/daa/Calendarios/cronologico12003.htm
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 1b -
Anexo B
A Tabela B.2 mostra o período letivo do primeiro semestre de 2004 da Universidade de Brasília..
ƒ
Tabela B.2 – Período letivo do primeiro semestre de 2004 da UnB.
Março/2004
D
Abril/2004
S
T
Q
Q
S
S
1
2
3
4
5
6
D
S
7
8
9
10
11
12
13
4
5
6
14
15
16
17
18
19
20
11
12
21
22
23
24
25
26
27
18
28
29
30
31
25
Q
S
S
1
2
3
7
8
9
10
2
3
4
5
6
7
8
13
14
15
16
17
9
10
11
12
13
14
15
19
20
21
22
23
24
16
17
18
19
20
21
22
26
27
28
29
30
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Junho/2004
D
S
T
Q
Maio/2004
D
S
T
Q
Q
S
S
1
Julho/2004
T
Q
Q
S
S
1
2
3
4
5
D
S
T
Q
Q
S
S
1
2
3
6
7
8
9
10
11
12
4
5
6
7
8
9
10
13
14
15
16
17
18
19
11
12
13
14
15
16
17
20
21
22
23
24
25
26
18
19
20
21
22
23
24
27
28
29
30
25
26
27
28
29
30
31
Fonte: www.unb.br/deg/daa/cronologico_2004.htm
B.2 – CURVAS DE CARGA
B.2.1 – DEMANDA DURANTE O PERÍODO ÚMIDO LETIVO
Para se obter uma curva de carga que sirva de modelo das curvas de carga dos dias úteis de aulas
da UnB durante o período úmido, serão utilizados os dados medidos entre os meses de dezembro de 2003
a abril de 2004, com exceção do período compreendendo 18 de dezembro de 2003 a 14 de março de 2004,
por se tratar do período de recesso das atividades acadêmicas desenvolvidas no campus da UnB, quando a
demanda de energia da UnB decresce, ocasionando um decaimento acentuado da curva de carga dos
alimentadores do campus.
Os dias de segunda-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 1,8 e 15 de dezembro de 2003; 15, 22 e 29 de março de 2004; 5, 12, 19 e 26 de abril de 2004.
A curva de carga média das segundas-feiras no período úmido letivo é mostrada na Figura B.1. As
curvas acima e abaixo à curva média são respectivamente a soma e a diferença da curva média com o
desvio padrão da população de dados de demanda referente a cada hora do dia.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 2b -
Anexo B
Curva de Carga Média - Segunda-feira (Período úmido letivo)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.1 – Curva de carga média para uma segunda-feira durante o período úmido letivo.
A curva de carga máxima de todas as segundas-feiras é mostrada na Figura B.2.
Curva de Carga Máxima - Segunda-feira (Período úmido)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
Tempo (h)
Figura B.2 – Curva de carga máxima para uma segunda-feira durante o período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 3b -
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Anexo B
Os dias de terça-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 2, 9 e 16 de dezembro de 2003; 16, 23 e 30 de março de 2004; 6, 13, 20 e 27 de abril de 2004.
A curva de carga média das terças-feiras no período úmido letivo é mostrada na Figura B.3.
Curva de Carga média - Terça-feira (Período úmido letivo)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.3 – Curva de carga média para uma terça-feira durante o período úmido letivo.
A curva de carga máxima das terças-feiras no período úmido letivo é mostrada na Figura B.4.
Curva de carga máxima - Terça-feira (Período úmido letivo)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
Tempo (h)
Figura B.4 – Curva de carga máxima para uma terça-feira durante o período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 4b -
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Anexo B
Os dias de quarta-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 3 e 10 de dezembro de 2003; 17, 24 e 31 de março de 2004; 7, 14 e 28 de abril de 2004. As curvas
de carga média e máxima das quartas-feiras são vistas nas Figuras B.5 e B.6.
Curva de Carga média - Quarta-feira (período úmido)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.5– Curva de carga média para uma quarta-feira durante o período úmido letivo.
Curva de Carga máxima - Quarta-feira (período úmido letivo)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
Tempo (h)
Figura B.6 – Curva de carga máxima para uma quarta-feira durante o período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 5b -
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Anexo B
Os dias de quinta-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 4 e 11 de dezembro de 2003; 18 e 25 de março de 2004; 1, 8, 15, 22 e 29 de abril de 2004. As
curvas de carga média e máxima das quintas-feiras são vistas nas Figuras B.7 e B.8.
Curva de Carga média - Quinta-feira (período úmido)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.7– Curva de carga média para uma quinta-feira durante o período úmido letivo.
Curva de Carga máxima - Quinta-feira (período úmido)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
Tempo (h)
Figura B.8 – Curva de carga máxima para uma quinta-feira durante o período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 6b -
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Anexo B
Os dias de sexta-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 5 e 12 de dezembro de 2003; 19 e 26 de março de 2004; 2, 16, 23 e 30 de abril de 2004. As curvas
de carga média e máxima das sextas-feiras são vistas nas Figuras B.9 e B.10.
Curva de Carga média - Sexta-feira (período úmido)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
22:15
23:15
22:15
23:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.9– Curva de carga média para uma sexta-feira durante o período úmido letivo.
Curva de Carga máxima - Sexta-feira (período úmido)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.10 – Curva de carga máxima para uma sexta-feira durante o período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 7b -
Anexo B
B.2.2 – DEMANDA DURANTE O PERÍODO SECO LETIVO
Para se obter uma curva de carga que sirva de modelo das curvas de carga dos dias úteis de aulas
da UnB durante o período seco, serão utilizados os dados medidos entre os meses de outubro de 2003 e
novembro de 2003 e maior de 2004 até o começo de junho.
Os dias de segunda-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 6, 13 e 20 de outubro de 2003; 3, 10, 17 e 24 de novembro de 2003; 3, 10, 17, 24 e 31 de maio de
2004.
A curva de carga média das segundas-feiras no período úmido letivo é mostrada na Figura B.11.
As curvas acima e abaixo à curva média são respectivamente a soma e a diferença da curva média com o
desvio padrão da população de dados de demanda referente a cada hora do dia.
Curva de Carga média - Segunda-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.11– Curva de carga média para uma segunda-feira durante o período seco letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 8b -
Anexo B
A curva de carga máxima das segundas-feiras no período úmido letivo é mostrada na Figura B.12.
Curva de Carga máxima - Segunda-feira (período seco)
4000
3500
Demanda (kW)
3000
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.12 – Curva de carga máxima para uma segunda-feira durante o período seco letivo.
Os dias de terça-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 7, 14 e 21 de outubro de 2003; 4, 11, 18 e 25 de novembro de 2003; 4, 11, 18 e 25 de maio de
2004; 1 de junho de 2004.
A curva de carga média das terças-feiras no período seco letivo é mostrada na Figura B.13.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 9b -
Anexo B
Curva de Carga média - Terça-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.13– Curva de carga média para uma terça-feira durante o período seco letivo.
A curva de carga máxima das terças-feiras no período seco letivo é mostrada na Figura B.14.
Curva de Carga máxima - Terça-feira (período seco)
4000
3500
Demanda (kW)
3000
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.14– Curva de carga máxima para uma terça-feira durante o período úmido letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 10b -
Anexo B
Os dias de quarta-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 8, 15, 22 e 29 de outubro de 2003; 5, 12, 19 e 26 de novembro de 2003; 5, 12, 19 e 26 de maio de
2004; 2 de junho de 2004. As curvas de carga média e máxima das quartas-feiras são vistas nas Figuras
B.15 e B.16.
Curva de Carga média - Quarta-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.15– Curva de carga média para uma quarta-feira durante o período seco letivo.
Curva de Carga máxima - Quarta-feira (período seco)
4000
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:30
22:45
22:00
21:15
20:30
19:45
19:00
18:15
17:30
16:45
16:00
15:15
14:30
13:45
13:00
12:15
11:30
10:45
10:00
09:15
08:30
07:45
07:00
06:15
05:30
04:45
04:00
03:15
02:30
01:45
01:00
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.16 – Curva de carga máxima para uma quarta-feira durante o período seco letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 11b -
Anexo B
Os dias de quinta-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 9, 16, 23 e 30 de outubro de 2003; 6, 13, 20 e 27 de novembro de 2003; 6, 13, 20 e 27 de maio de
2004. As curvas de carga média e máxima das quintas-feiras são vistas nas Figuras B.17 e B.18.
Curva de Carga média - Quinta-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.17– Curva de carga média para uma quinta-feira durante o período seco letivo.
Curva de Carga máxima - Quinta-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.18– Curva de carga máxima para uma quinta-feira durante o período seco letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 12b -
Anexo B
Os dias de sexta-feira em que foram analisados os dados de demanda coletados são listados a
seguir: 3, 10, 17, 24 e 31 de outubro de 2003; 7, 14, 21 e 28 de novembro de 2003; 7, 14, 21 e 28 de maio
de 2004. As curvas de carga média e máxima das sextas-feiras são vistas nas Figuras B.19 e B.20.
Curva de Carga média - Sexta-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.19– Curva de carga média para uma sexta-feira durante o período seco letivo.
Curva de Carga máxima - Sexta-feira (período seco)
3500
3000
Demanda (kW)
2500
2000
1500
1000
500
23:15
22:15
21:15
20:15
19:15
18:15
17:15
16:15
15:15
14:15
13:15
12:15
11:15
10:15
09:15
08:15
07:15
06:15
05:15
04:15
03:15
02:15
01:15
00:15
0
Tempo (h)
Figura B.20 – Curva de carga máxima para uma sexta-feira durante o período seco letivo.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 13b -
Anexo C
Anexo C
C.1 – ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA E CORRETIVA DO MOTOR
Verificação e Tarefas de
Manutenção a Executar
Verificar vazamentos
Verificar o nível do lubrificante
Trocar o óleo lubrificante do
motor
Trocar o elemento do filtro de
óleo lubrificante
Trocar o elemento do filtro desvio
óleo (By-Pass)
Verificar o nível de óleo no
regulador hidráulico
Anotar a pressão do lubrificante
Verificar vazamentos
Verificar trincas na tubulação do
combustível
Drenar água ou sedimentos do
tanque e filtros de combustível
Trocar o elemento do filtro do
combustível
Verificar pressão da bomba de
combustível
Verificar e limpar filtro de ar
Limpar o pó da cuba do filtro
Verificar o indicador de restrição
(se houver)
Verificar a conexão de ar entre
AFC e coletor de admissão
Examinar a tubulação de ar
Drenar a água dos tanques de ar
Trocar o elemento do filtro de ar
Examinar a folga axial do tubo
compressor
Limpar a turbina e o difusor do
tubo compressor
Reapertar os coletores de
admissão
Diariamente
Cada 250h
Cada 1500 h
Cada 4500 h
SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
X
X
X
X
X
X
X
SISTEMA DE COMBUSTÍVEL
X
X
X
X
X
SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR
X
X
X
X
X
X
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
X
X
X
X
- 1c -
Anexo C
Verificação e Tarefas de
Manutenção a Executar
Verificar nível de refrigerante
Trocar elemento do filtro anticorrosivo
Limpar o radiador externamente
Verificar tensão das correias
Verificar articulação externas de
comando
Verificar nível de eletrolítico na
bateria
Observar ruídos estranhos com o
motor em movimento
Ajustar injetores e válvulas
Limpar ou substituir elemento de
respiro do cárter
Inspecionar a polia tensora da
bomba d’água
Limpar e calibrar os injetores
Limpar e calibrar a bomba de
combustível
Examinar a parte elétrica
Recondicionar e/ou substituir o
tubo compressor
Recondicionar e/ou substituir o
amortecedor de vibrações
Recondicionar e/ou substituir o
compressor de ar
Recondicionar e/ou substituir a
bomba d’água
Recondicionar e/ou substituir o
cubo do ventilador
Recondicionar e/ou substituir a
polia tensora
Verificar folga axial do
virabrequim
Diariamente
Cada 250h
Cada 1500 h
Cada 4500 h
SISTEMA DE ARREFECIMENTO
X
X
X
OUTRAS MANUTENÇÕES
X
X
X
X
X
X
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
- 2c -
Anexo C
C.2 – PLANO DE MANUTENÇÃO DO ALTERNADOR
Verificação e Tarefas de
Manutenção a Executar
Diariamente
Cada 250h
Cada 1500 h
Cada 4500 h
SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
Observar os ruídos estranhos com
o gerador em movimento
Inspecionar a ventilação (fluxo de
ar)
Verificar resistência de isolamento
Verificar e reapertar os parafusos
e terminais de ligação
Verificar os níveis de vibração e
ruídos
Inspecionar rolamentos
Inspecionar as conexões do
regulador de tensão
Limpar o gerador interna e
externamente
Inspecionar o funcionamento e
ligações dos acessórios
(resistência de aquecimento,
detectores de temperatura...)
Inspecionar os diodos
Lubrificar os rolamentos 1
Trocar os rolamentos 2
Revisão completa do gerador
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1 – Verificar o intervalo de lubrificação e a quantidade de graxa.
2 – A troca do(s) rolamento deve ser efetuada a cada 20.000 horas ou quando apresentar defeito.
Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza
- 3c -