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FACULDADE SATC
VÍTOR GHISLANDI CÚNICO
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE GRUPOS GERADORES A DIESEL
APLICADOS EM INSTITUIÇÕES DE ENSINO SUPERIOR
Criciúma
Julho – 2016
VÍTOR GHISLANDI CÚNICO
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE GRUPOS GERADORES A DIESEL
APLICADOS EM INSTITUIÇÕES DE ENSINO SUPERIOR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso
de Graduação em Engenharia Elétrica, da Faculdade
SATC, como requisito parcial à obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Me. André Abelardo Tavares.
Coordenador do Curso: Prof. Me. André Abelardo Tavares.
Criciúma
Julho – 2016
VÍTOR GHISLANDI CÚNICO
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE GRUPOS GERADORES A DIESEL
APLICADOS EM INSTITUIÇÕES DE ENSINO SUPERIOR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso
de Graduação em Engenharia Elétrica, da Faculdade
SATC, como requisito parcial à obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Criciúma, (dia) de Julho de 2016
______________________________________________________
Professor e orientador André Abelardo Tavares, Me.
Faculdade SATC
______________________________________________________
Prof. Nome do Professor, Título.
Faculdade SATC
______________________________________________________
Prof. Nome do Professor, Título.
Faculdade SATC
A meu pai Herval, minha mãe Edilene e meus
irmãos, pelo constante apoio aos estudos. Aos
meus colegas de trabalho e de estudos, por
todas as dificuldades já enfrentadas e
superadas.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Herval e Edilene, aos meus irmãos, Cássio e Flávio, e toda minha
família. Por ser à base de meus princípios, apoio das minhas dificuldades, refúgio das minhas
frustrações e companhia de minhas conquistas.
A Deus, pelo dom da vida, pela saúde e pelas oportunidades que até hoje me
foram dispostas.
A todos os meus professores, pelo poder da transmissão do conhecimento e
companheirismo nos momentos pós hora aula.
Pelos colegas e amigos, que estavam presentes em todos bons e maus momentos
do curso.
Por todas as madrugadas, finais de semanas e feriados, dedicados aos estudos,
principalmente nas matérias de cálculo, física, eletromagnetismo e circuitos elétricos.
“O pessimista vê dificuldade em cada oportunidade. O otimista vê oportunidade
em cada dificuldade.” (Winston Churchill)
RESUMO
Os sistemas de autoprodução de energia elétrica à diesel são utilizados com frequência em
empresas, com intuito de obter maior segurança no sistema elétrico e menor custo no
fornecimento de energia elétrica. O estudo refere-se à análise de usinas geradoras a diesel,
com configurações distintas, aplicadas em duas instituições de ensino superior. Utilizando os
dados coletados nos sistemas de geração e nas plantas aplicadas, esse trabalho faz um
comparativo entre ambos, e apresenta os prós e contras de cada sistema. Ao final desta
análise, poderá ser concluído qual dos métodos se mostrou mais atraente para aplicação,
justificando, com base nos dados obtidos, o motivo dessa escolha. Também ressaltará meios
possíveis de aperfeiçoamento dos sistemas aplicados atualmente.
Palavras-chave: Grupos Geradores, Geradores à Diesel, Geração de Energia, Autoprodução.
LISTA DE FIGURAS
Fig. 1 - Arranjo típico de um grupo gerador a diesel: 1- Caixa de ligação; 2- Gerador
síncrono; 3- Motor à diesel; 4- Radiador; 5- Escapamento [7] ................................................ 10
Fig. 2 – Representação básica de geração centralizada e geração distribuída [Do autor, 2016]
.................................................................................................................................................. 11
Fig. 3 – Fluxograma de projeto dos grupos geradores [Do autor, 2016] .................................. 16
Fig. 4 – Diagrama unifilar de transferência em média tensão [16] .......................................... 20
Fig. 5 - Diagrama unifilar ligação em média tensão com transferência em baixa tensão [16]. 21
Fig. 6 - Diagrama unifilar interligação e transferência em baixa tensão [16] .......................... 22
Fig. 7 – Histórico de demanda máxima anual UNESC – Fora Ponta [Do autor, 2016] ........... 27
Fig. 8 – Histórico de demanda máxima anual SATC – Fora Ponta [Do autor, 2016] .............. 28
Fig. 9 – Configuração da rede elétrica interna UNESC [Do autor, 2016] ................................ 31
Fig. 10 – Configuração da rede elétrica interna SATC [Do autor, 2016]................................. 34
Fig. 11 – Histórico de demanda máxima anual UNESC – Ponta [Do autor, 2016] ................. 36
Fig. 12 – Fluxograma de análise dos resultados [Do autor, 2016] ........................................... 42
LISTA DE TABELAS
Tab. 1 – Funções do sistema de proteção do acessante (fronteira CELESC) [17] ................... 25
Tab. 2 – Características específicas do gerador UNESC [Do autor, 2016] .............................. 30
Tab. 3 – Características específicas do gerador SATC [Do autor, 2016] ................................. 33
Tab. 4 – Valores investimento implantação usina geradora UNESC [Do autor, 2016] ........... 38
Tab. 5 – Valores investimento implantação usina geradora SATC [Do autor, 2016] .............. 39
Tab. 6 – Valores médios de geração de energia com usina a diesel UNESC [Do autor, 2016]
.................................................................................................................................................. 40
Tab. 7 – Valores médios de geração de energia com usina a diesel SATC [Do autor, 2016] .. 41
Tab. 8 – Custos de Implantação - UNESC x SATC [Do autor, 2016] ..................................... 43
Tab. 9 – Custos de Operação - UNESC x SATC [Do autor, 2016] ......................................... 43
Tab. 10 – Eficiência geração de energia com usina a diesel SATC [Do autor, 2016] ............. 46
Tab. 11 – Eficiência geração de energia com usina a diesel UNESC [Do autor, 2016] .......... 46
Tab. 12 – Eficiência geração de energia - UNESC x SATC [Do autor, 2016] ........................ 47
Tab. 13 – Comparativo geral usinas geradoras – SATC x UNESC [Do autor, 2016] ............. 48
LISTA DE ABREVIAÇÕES
SIGLAS
ANEEL ___ Agência Nacional de Energia Elétrica
SATC ___ Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina
TUSD ___ Tarifas de Uso do Sistema de Distribuição
CELESC ___ Centrais Elétricas de Santa Catarina
UNESC ___ Universidade do Extremo Sul Catarinense
f.e.m. ___ Força Eletromotriz
SÍMBOLOS
dB [dB] Decibéis
[%] Rendimento do Gerador
[T] Indução do Campo Magnético
S [kVA] Potência Aparente
P [kW] Potência Ativa
cv [cv] Cavalo Vapor
hp [hp] Horse Power
A [Ampére] Unidade de corrente elétrica
k [Quilo] Múltiplo equivalente a 10³
Pg [kW] Potência Gerador
)(Cos ___ Fator de Potência.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO................................................................................................................... 5
1.1 JUSTIFICATIVA E CONTRIBUIÇÕES .......................................................................... 6
1.2 OBJETIVO GERAL .......................................................................................................... 6
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................................. 6
2 INTRODUÇÃO A GRUPOS GERADORES ................................................................... 8
2.1.1 Gerador síncrono........................................................................................................... 8
2.1.2 Geradores a diesel ......................................................................................................... 9
2.1.3 Classificação das unidades geradoras ....................................................................... 10
2.1.3.1 Geração distribuída ..................................................................................................... 12
2.1.3.2 Geração centralizada .................................................................................................. 12
2.2 CLASSIFICAÇÃO E TARIFAÇÃO DE ENERGIA ...................................................... 13
2.2.1 Tarifação da energia elétrica ...................................................................................... 14
2.2.1.1 Tarifa horo-sazonal azul ............................................................................................. 14
2.2.1.2 Tarifa horo-sazonal verde ........................................................................................... 15
2.3 PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE GERADORES ..................................................... 15
2.3.1 Classificação de usina geradora e regime de operação ............................................ 16
2.3.2 Dimensionamento do grupo gerador ......................................................................... 17
2.3.3 Alternativas de configuração de transferência de cargas ........................................ 19
2.3.3.1 Transferência em média tensão .................................................................................. 19
2.3.3.2 Ligação em média tensão com transferência em baixa tensão ................................... 21
2.3.3.3 Interligação e transferência em baixa tensão .............................................................. 22
2.3.4 Parâmetros para escolha do grupo gerador ............................................................. 23
2.3.5 Exigências para conexão do autoprodutor em rede pública ................................... 24
2.3.6 Custos de implantação ................................................................................................ 25
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ................................................................... 26
3.1 HISTÓRICO DAS FATURAS DE ENERGIA - UNESC ............................................... 27
3.2 HISTÓRICO DAS FATURAS DE ENERGIA - SATC .................................................. 28
3.3 CARACTERÍSTICAS DAS INSTALAÇÕES - UNESC ............................................... 29
3.4 CARACTERÍSTICAS DAS INSTALAÇÕES – SATC.................................................. 32
3.5 DIMENSIONAMENTO DOS GRUPOS GERADORES - UNESC ............................... 35
3.6 DIMENSIONAMENTO DOS GRUPOS GERADORES - SATC .................................. 37
3.7 CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO - UNESC ..................................................................... 38
3.8 CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO - SATC ........................................................................ 38
3.9 CUSTOS DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO - UNESC ............................................ 39
3.10 CUSTOS DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO - SATC ............................................... 40
4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .......................................................... 42
4.1 CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO ...................................................................................... 43
4.2 CUSTOS DE OPERAÇÃO ............................................................................................. 43
4.3 CONFIABILIDADE ........................................................................................................ 44
4.4 DESEMPENHO ............................................................................................................... 45
4.5 EFICIÊNCIA ................................................................................................................... 45
4.6 FLEXIBILIDADE ........................................................................................................... 47
5 CONCLUSÕES ................................................................................................................. 48
5.1 TRABALHOS FUTUROS .............................................................................................. 49
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 50
ANEXOS ................................................................................................................................. 52
ANEXO A – FATURA DE ENERGIA ELÉTRICA UNESC ............................................ 53
ANEXO B – FATURA DE ENERGIA ELÉTRICA SATC ................................................ 54
5
1 INTRODUÇÃO
O uso de grupo gerador a diesel é amplamente utilizado em empresas de médio e
grande porte, sendo para utilização na falta de energia da rede pública e/ou atuando no horário
de ponta para redução de custos. Mostram-se uma opção segura e robusta para essas
aplicações.
Com o intuito de reduzir os custos de operações das empresas, vários pontos são
levados em consideração, um deles é a “fatura de energia elétrica”, item amplamente
observado devido a sua alta contribuição no quesito custos.
Sendo assim, a utilização de grupos de geração a diesel se faz uma atraente opção
para consumidores que desejam reduzir seus custos com energia elétrica, sem a necessidade
de alterar as características de cargas já aplicadas na empresa.
As instituições de ensino SATC, Associação Beneficente da Indústria Carbonífera
de Santa Cataria, e a UNESC, Universidade do Extremo Sul Catarinense, atuam no segmento
de ensino técnico e superior abrangendo diversos cursos nas áreas de ciências exatas e
humanas. Visando à economia de custos em energia elétrica e também a segurança de
fornecimento em eventuais faltas de eletricidade, ambas as instituições optaram pelo uso dos
grupos geradores a diesel, porém, com características diversificadas.
No momento presente, a SATC faz o uso de grupos geradores de forma
distribuída, os quais são destinados à alimentação das edificações (cargas) de maneira
individual e isoladas. Já a UNESC, opera uma unidade geradora composta por quatro grupos
geradores instalado num mesmo local em paralelo, suprindo a demanda necessária a todo o
campus da instituição. Portanto, há duas alternativas distintas para a resolução do mesmo
problema.
Visando à busca pelo aperfeiçoamento das instalações, a maior eficiência em
geração, à confiabilidade do sistema e à orientação para futuras aplicações de grupos
geradores, faz-se necessário um estudo destes sistemas já inseridos e aplicados in loco. Desse
modo, será possível a visualização dos pontos positivos e negativos de cada método com a
verificação de dados reais extraídos das próprias plantas existentes.
Este trabalho tem por objetivo o estudo e análise comparativa entre os diferentes
métodos de geração aplicados, com o propósito de, associando os dados coletados em campo
e em pesquisa bibliográfica, apontar quais os pontos a serem melhorados e qual dos métodos
se mostra mais vantajoso, abordando a questão da confiabilidade, eficiência, flexibilidade e
também dos custos em instalação, geração e manutenção.
6
1.1 JUSTIFICATIVA E CONTRIBUIÇÕES
A utilização dos grupos geradores se tornou uma alternativa indispensável em
empresas que dependem de uma estabilidade de fornecimento de energia elétrica e em
paralelo procuram a redução de custos com eletricidade. Por esses motivos, é comum
encontrar aplicação de moto-geradores em todo território nacional e internacional.
Os grupos geradores à diesel são utilizados diariamente nas empresas SATC e
UNESC durante o horário de ponta e também nos momentos de faltas decorrentes de
tempestades, acidentes ou sobrecargas no sistema elétrico fornecido pela CELESC, Centrais
Elétricas de Santa Catarina. Sendo os geradores um sistema alternativo de fornecimento de
energia, os custos de implantação e operação, a estabilidade e qualidade de energia gerada são
pontos primordiais a serem analisados para aplicação dos mesmos.
O corrente trabalho contribuirá, principalmente, no auxílio da escolha de futuras
instalações de grupos geradores, de modo que poderá aumentar a confiabilidade, desempenho,
eficiência, e a economia do sistema de geração. Contribuirá, também, para as instituições
SATC e UNESC indicando pontos que podem ser aperfeiçoados em seus atuais sistemas.
1.2 OBJETIVO GERAL
- Apresentar qual dos métodos distintos de geração presentes nas instituições de
ensino, SATC e UNESC, se mostra mais vantajoso para aplicação.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Caracterizar os modelos distintos de geração presentes nas instituições SATC e
UNESC;
- Coletar dados das medições referentes à potência gerada, consumida e
demandada;
- Identificar as linhas de tarifação aplicadas às empresas estudadas conforme suas
características de consumo elétrico;
- Estruturar os custos de operação dos grupos geradores, incluindo despesas com
combustível e manutenção corretiva e preventiva;
7
- Comparar os modos distintos de geração presentes nas instituições SATC e
UNESC, e classificar prós e contras para cada alternativa; e
- Indicar qual dos métodos se mostrou ser mais vantajoso para aplicação.
8
2 INTRODUÇÃO A GRUPOS GERADORES
Após a crise do setor elétrico brasileiro em 2002, as indústrias foram motivadas a
pensar em novas formas de suprir suas demandas elétricas sem a dependência das
concessionárias. Uma opção robusta já conhecida, o grupo gerador a diesel, foi uma
alternativa amplamente visada na época. [1]
Atualmente, os grupos geradores já são utilizados para centros comerciais,
shopping centers, hotéis, hospitais entre outros. [1]
Os itens seguintes exibem, de forma simplificada, o funcionamento e constituição
dos geradores a diesel, assim como, suas possíveis classificações em relação aos tipos de
usinas geradoras.
2.1.1 Gerador síncrono
Os geradores síncronos são um dos principais responsáveis pela geração de
energia elétrica em sistemas de potência, podendo ser utilizados para compensação de energia
reativa e controle de tensão na rede. Esses geradores podem ser atuados por máquinas
primárias como turbinas a vapor, hidráulicas, motores à combustão interna com utilização de
combustíveis fósseis entre outros. [2]
Caracteriza-se máquina síncrona aquela que o número de rotações é diretamente
relacionado com a frequência das linhas de campo magnéticos geradas, ou seja, não possui
escorregamento entre o rotor e o campo girante. [3]
O princípio de funcionamento do gerador síncrono se da pela lei de Faraday que
evidencia que o valor das tensões induzidas em uma espira de material condutor é
proporcional à razão da variação das linhas de força que transpassam essa espira. Assim
sendo, pode-se obter o aumento da f.e.m. induzida gerada por meio da elevação da força do
campo magnético. [4]
Em um gerador, quanto maior a potência solicitada pela carga, maior será o torque
necessário para rotaciona-lo, por seguinte, maior o torque exigido à máquina primária. O
aumentando do torque na máquina primária ocasiona no maior consumo de combustível para
sistemas de combustão interna, e de forma análoga maior fluxo de água para sistemas
hidráulicos. A força motriz, por sua vez, é controlada conforme o sistema exige potência
necessária para suprir suas cargas. Em sua maioria, os geradores a diesel possuem sistema de
9
monitoramento de tensão, variando a corrente de excitação de forma automática de acordo
com a necessidade do sistema. [5]
A frequência da f.e.m. gerada depende exclusivamente do número de pares de
polos da máquina síncrona e da rotação que ela é operada. De modo que pode ser calculada
pela equação (1). [3]
60
npf
[Hz] (1)
Onde:
p : Número de pares de polos do alternador; e
n [r.p.m.]: Rotações por minuto.
Deseja-se operar em frequência fixa de 60 Hz conforme característica da rede
pública local, para isso, a rotação dos geradores será fixa, não devendo se alterar de forma
significativa com a variação de potência da carga suprida.
2.1.2 Geradores a diesel
A utilização dos grupos geradores se tornou uma alternativa muito visada para
empresas que procuram a redução de custos com eletricidade. Os geradores podem trabalhar
no horário de ponta a fim de gerar energia com custo inferior ao que é proposto pela
concessionária. Além disso, se mostra ser um sistema eficiente, confiável, estável e de baixo
custo de aplicação. [6]
Outras aplicações comuns aos geradores a diesel é o uso quando há faltas de
energia da concessionária, ou em instalações que ficam distantes da rede pública de energia.
[1]
O grupo gerador a diesel é composto, de forma simplificada, por um motor de
combustão interna, que a partir da queima do combustível, diesel, fornece força motriz na
ponta do eixo do motor. Esse eixo por sua vez é conectado ao eixo de um alternador, também
chamado de gerador síncrono, que converte a potência mecânica em potência elétrica.
Veja na Fig. 1, a imagem do arranjo típico de um gerador a diesel.
10
Fig. 1 - Arranjo típico de um grupo gerador a diesel: 1- Caixa de ligação; 2- Gerador síncrono; 3- Motor à
diesel; 4- Radiador; 5- Escapamento [7]
O Fig. 1 representa um gerador a diesel de forma aberta, como não possui
proteção para ambientes externos, o grupo deve ser protegido por construção em alvenaria,
carenagem ou com por container atenuador. [8]
O arranjo típico do grupo gerador pode ser decomposto em:
a) Caixa de ligação, local onde é feita a conexão dos cabos de potência do
alternador;
b) Gerador ou alternador síncrono, incumbido de transformar a energia mecânica
na ponta do eixo da máquina primária, em energia elétrica em seus terminais de ligação;
c) Motor à diesel, máquina primária responsável pela força de giro do alternador;
d) Radiador, sistema de arrefecimento do motor a diesel; e
e) Escapamento, liberação dos gases provenientes a queima de combustível no
motor. [9]
2.1.3 Classificação das unidades geradoras
A classificação das unidades geradoras pode ser designada como geração
distribuída ou geração centralizada, os critérios para essa classificação são desde o ponto de
conexão à rede de distribuição, tipo de geradores e até a potência máxima fornecida por
determinado gerador. [1; 3; 10]
11
Apesar disso, essa classificação é atribuída partindo do pressuposto que sua
referência é o sistema elétrico num todo, podendo ser regional em redes de sub-distribuição
ou até nacional em sistemas de distribuição.
A Fig. 2 ilustra a configuração básica de geração centralizada e distribuída de
energia.
Fig. 2 – Representação básica de geração centralizada e geração distribuída [Do autor, 2016]
Levado em consideração a classificação apresentada na Fig. 2, as duas formas de
geração presentes nesse estudo se classificariam como geração distribuída. Contudo, para uma
melhor organização e entendimento deste trabalhado, faz-se uma analogia entre o sistema
nacional e/ou regional, com os limites das instituições SATC e UNESC, alvo desta pesquisa.
Deste modo, a SATC se caracteriza como geração distribuída, por apresentar
diversos geradores conectados diretamente aos centros de cargas. Já a UNESC, pode-se
definir como geração centralizada, por se tratar de um único ponto de geração, necessitando
assim de um sistema de distribuição interno para conexão de todas as cargas da instituição.
Os conceitos de geração distribuída e centralizada podem ser compreendidos com
os próximos tópicos.
12
2.1.3.1 Geração distribuída
A geração distribuída é um termo utilizado para geração de energia com fim de
alimentar determinada carga local ou centros de cargas. Estes geradores podem ter conexão
direta ou próxima a estas cargas. [10]
a) Vantagens da geração distribuída
- Geração com ligação direta ao barramento de baixa tensão da carga, não
necessita de transformador elevador;
- Uso em cargas com pontos de consumo muito distantes; e
- Em caso de defeito da unidade geradora, as demais não são afetadas. [1; 3]
b) Desvantagens da geração distribuída
- Um único grupo gerador para operar com rendimento máximo, deve ser
carregado com sua carga nominal. Isso não será possível vendo que a carga oscilará conforme
uso da edificação;
- Em necessidade de reparos e manutenções, a edificação suprida pela máquina
ficará sem energia proveniente do gerador;
- Custos maiores por kW instalado; e
- Maior custo para manter uma capacidade de reserva, vendo que todos os
geradores, de forma individual, devem ter uma potência de reserva para eventuais
sobrecargas. [1; 3]
2.1.3.2 Geração centralizada
São aquelas que geram energia elétrica a partir de fontes geradoras de grande
porte, como grandes usinas hidroelétricas, grandes termoelétricas entre outros. Devido ao seu
tamanho físico elevado, comumente ocupando grandes áreas, é necessária sua instalação em
locais apropriados. Por sua vez, a geração acaba sendo localizada em pontos afastados das
cargas, carecendo assim de linhas de transmissão para transporte da energia gerada. [1]
Mesmo sendo concentrada a geração em um ponto, não é conveniente usar-se um
único gerador de elevada potência, e sim, múltiplos de potências menores. [3]
a) Vantagens da geração centralizada
- Custos menores por kW instalado;
- Custos menores para manter uma capacidade de reserva;
13
- Com uso de grupos em paralelo, se houver defeito num único gerador, os demais
podem assumir a carga excedente, mantendo o funcionamento da usina;
- No período de pequena demanda, podem ser desligados os geradores conforme
necessário, poupando custos com a geração e aumentando o rendimento das máquinas em
trabalho; e
- De modo simples, na necessidade de aumento de potência de geração, é possível
a inserção de mais unidades geradoras em paralelo às já existentes. [1; 3]
b) Desvantagens da geração centralizada
- Pode haver a necessidade de rede de distribuição de energia em média tensão;
- Se houver um defeito da rede elétrica de distribuição o sistema não conseguirá
alimentar parte das cargas existentes, podendo também ficar sem fornecimento de energia da
concessionária;
- Pode ser necessária a instalação de transformador elevador para distribuição da
energia gerada; e
- Com uso de grupos em paralelo sem haver potência reserva, se houver defeito
num único gerador, os demais podem não suprir a carga total da instalação, bloqueando o
funcionamento dos demais geradores. [1; 9]
2.2 CLASSIFICAÇÃO E TARIFAÇÃO DE ENERGIA
A classificação de tarifa segundo a resolução n° 414/2010 da Agência Nacional de
Energia Elétrica (ANEEL), é dada por dois grupos, o grupamento A e grupamento B.
Grupo A: grupamento composto por unidades consumidoras com fornecimento
em tensão igual ou superior a 2,3 kV, ou atendidas a partir de sistema subterrâneo de
distribuição em tensão secundária, caracterizado pela tarifa binômia. [11]
Grupo B: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em
tensão inferior a 2,3 kV, caracterizado pela tarifa monômia. [11]
O grupo A é subdividido da seguinte forma:
a) Subgrupo A1 - tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV;
b) Subgrupo A2 - tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV;
c) Subgrupo A3 - tensão de fornecimento de 69 kV;
d) Subgrupo A3a - tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV;
e) Subgrupo A4 - tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV; e
14
f) Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV, a partir de sistema
subterrâneo de distribuição. [11]
O grupo B é subdividido da seguinte forma:
a) Subgrupo B1 - residencial e residencial baixa renda;
a) Subgrupo B2 – rural;
b) Subgrupo B3 - demais classes; e
c) Subgrupo B4 - Iluminação pública. [11]
2.2.1 Tarifação da energia elétrica
As tarifas de energia elétrica para unidades pertencentes ao grupo A, são
classificadas em duas modalidades distintas de tarifação: tarifa horo-sazonal azul, tarifa horo-
sazonal verde. [12; 13]
As diferenças das tarifas se dão pela aplicação dos postos tarifários e da coleta dos
valores referentes à TUSD – (Tarifa de Uso do Sistema de Distribuição) no horário de ponta.
Na tarifação verde os custos são cobrados em energia (R$/MWh), já na azul os
custos de rede são cobrados em demanda (R$/kW). [12; 13]
O termo horo-sazonal é utilizado, pois, os preços das tarifas variam de acordo com
diferentes horários do dia (ponta e fora ponta), e seus períodos do ano (seco ou úmido). [12;
13]
2.2.1.1 Tarifa horo-sazonal azul
A tarifa horo-sazonal azul é caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de
energia e de demanda de potência, segundo as horas de utilização do dia. [12; 13]
Indicada aos consumidores que possuem alto fator de carga na ponta, tendo
capacidade de modulação de carga nesse período. [12; 13]
As tarifas são diferenciadas da seguinte forma:
a) Demanda na ponta;
b) Demanda fora da ponta;
c) Consumo na ponta; e
d) Consumo fora da ponta. [12; 13]
15
2.2.1.2 Tarifa horo-sazonal verde
A tarifa horo-sazonal verde é caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo
de energia, segundo as horas de utilização do dia, assim como é caracterizada por uma única
tarifa de demanda de potência. [12; 13]
Indicada aos consumidores que possuem baixo fator de carga na ponta, dispondo
de modulação limitada de carga nesse período. [12; 13]
As tarifas são diferenciadas da seguinte forma:
a) Demanda única, independente de posto horário;
b) Consumo na ponta; e
c) Consumo fora da ponta. [12; 13]
2.3 PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE GERADORES
O projeto para usinas geradoras dependerá de cada caso estudado, o número de
máquinas, suas potências, modos de operação, transferência entre outros itens, poderá ser
alterado conforme necessidade de cada instalação ou cliente.
A elaboração do projeto deve seguir as normas vigentes aplicáveis à grupos
geradores (ABNT NBR ISO 8528:2014), e a trabalhos em eletricidade (NR 10), assim como
as normas técnicas estabelecidas pelas autoridades locais, proporcionando assim, maior
confiabilidade e segurança ao sistema gerador. [9]
O fluxograma apresentado na Fig. 3 tem por objetivo organizar a estrutura de
projeto a ser aplicada na análise de grupos geradores.
16
Fig. 3 – Fluxograma de projeto dos grupos geradores [Do autor, 2016]
Os itens que segue nessa seção conforme ordem do fluxograma, apresentado na
Fig. 3, indicam os pontos principais a serem analisados no projeto e na escolha dos grupos a
diesel.
2.3.1 Classificação de usina geradora e regime de operação
A classificação das usinas de geração de energia elétrica dependerá de sua
capacidade de geração, aplicação e tipo de geração. As unidades de geração podem ser
classificadas como usinas para a produção de energia elétrica, usinas de co-geração, usinas de
autoprodução e usinas de emergência. [1]
As usinas de autoprodução e emergência são alvo desta pesquisa por
caracterizarem os sistemas instalados nas empresas estudadas.
17
Usinas de autoprodução são aquelas que geram energia para consumo próprio da
empresa, geralmente são utilizados motores de combustão interna a combustíveis líquidos ou
a gás natural e turbinas a gás natural ou a vapor. O regime de trabalho desse tipo de usina,
quando utilizado para geração em horário de ponta, denomina-se power prime. Pode ser
também classificado como Continuous Power, onde as instalações não possuem outra fonte de
energia, operando assim, 24 horas por dia pela usina a diesel. [1; 14]
O regime Power Prime é utilizado para trabalho em horário de ponta e serviços de
emergência. É recomentado a aplicação, segundo fabricante de alternadores síncronos, em
usinas cujo tempo de trabalho seja de 800 a 1.000 h/ano. [15]
As usinas de emergência são aquelas que geram energia para consumo próprio da
empresa quando ocorrem faltas de fornecimento de eletricidade por parte da concessionária
local. O regime de trabalho desse tipo de usina denomina-se Emergency Standby Power e é
limitado ao funcionamento de 500 horas por ano. [1; 14]
O regime Emergency Standby Power é indicado, segundo fabricante de
alternadores síncronos, para aplicações em usinas que trabalham até 300 h/ano, comumente
em situações de emergência. [15]
2.3.2 Dimensionamento do grupo gerador
O primeiro passo para o dimensionamento dos grupos geradores é o levantamento
das cargas da instalação. Quando não há a possibilidade de levantamento total das cargas,
deve-se fazer uma estimativa para o cálculo do dimensionamento inicial. Deve-se atentar a
grandes cargas, como, grandes motores de indução, linhas de produção, entre outras. [9]
Para cargas com potências acima de 500 kW, recomenda-se o uso de grupos
geradores conectados em paralelo com múltiplas máquinas. Porém, quando a instalação
demanda potências inferiores a 300 kW, o gerador singelo se mostra a melhor opção. [9]
O local disponível para instalação da usina geradora também é um ponto
extremamente importante para análise da aplicação dos geradores, podendo ser, singelos ou
múltiplos em paralelo. Locais com espaço reduzidos como terraços ou subsolos de prédios,
são mais propícios ao uso de pequenos geradores em paralelo. [9]
A potência do grupo gerador dependerá de seu regime de trabalho, podendo ser
classificados em Emergency Standby Power, Power Prime e Continuous Power, conforme
18
citado no item 2.3.1. A norma que regulamenta a classificação do regime de trabalho é a
ABNT NBR ISO 8528:2014. [14]
Para o dimensionamento em regime Emergency Standby Power é considerado a
potência nominal do conjunto gerador, ou seja, 100% da potência, sem possibilidade de
sobrecarga. [14]
Para o dimensionamento em regime Power Prime é considerado o uso para 90%
da potência nominal do conjunto gerador, possibilitando que o sistema atinja momentos de
sobrecarga, desde que respeite a temperatura de classe de isolamento. [14; 15]
Um terceiro tipo de regime, o Continuous Power, é a condição onde se faz a
utilização do grupo gerador no período de 24 horas por dia sob carga constante, geralmente
utilizado em locais onde não há o fornecimento de energia elétrica por parte da
concessionária. Para esse regime é considerado o uso para 80% da potência nominal do
conjunto gerador, possibilitando que o sistema atinja momentos de sobrecarga. Recomenda-se
a uso para usinas que trabalham em torno de 8.400 h/ano. [14; 15]
Deve-se atentar à diferença entre conceitos de potência ativa (kW) e potência
aparente (kVA). A potência ativa é a potência utilizada para realização de trabalho, enquanto
a potência aparente é o montante de energia absorvido pela instalação, ou a soma vetorial das
potências ativas e reativas (kVAr). [8]
Para determinar a potência ativa disponível do gerador, deve-se levar em
consideração o fator de potência do alternador e a potência aparente do grupo gerador,
conforme pode ser obtido pela equação (2). [15]
)(Cos
PgS [kVA] (2)
Onde:
S: Potência Aparente [kVA];
Pg: Potência Gerador [kW]; e
)(Cos : Fator de Potência do Alternador.
Com uso da equação (2), pode-se calcular a potência necessária do gerador a
diesel para atender as cargas da instalação.
19
2.3.3 Alternativas de configuração de transferência de cargas
As empresas com alimentação em média tensão devem atentar a alguns requisitos
quando houver a operação em regime de paralelismo momentâneo com a concessionária. Nos
próximos tópicos, são demostrados três configurações mais comuns ao acoplamento do
autoprodutor junto à rede pública de energia.
2.3.3.1 Transferência em média tensão
A geração de energia em média tensão é utilizada normalmente para instalações
com grande potência instalada, fazendo com que a corrente dispendida para alimentação das
mesmas, torne inviável e impraticável a utilização de cablagem de baixa tensão. Na prática,
isso ocorreria em instalações com exigência de correntes de 4.000 A ou mais. Também é
indicado o uso em média tensão, para instalações onde a distância, entre o gerador e a carga,
sejam consideravelmente longas. Geradores únicos com potências acima de 2,5 MVA, e usina
com múltiplos geradores com potência acima de 2 MVA são indicados para aplicação em
média tensão. [9]
A utilização de sistemas de média tensão pode ser feito com geração direta em
alta tensão, ou, geração em baixa tensão com elevação por transformador. O uso de
alternadores com geração de potências menores que 1 MW não são economicamente viáveis,
nesses casos, é preferível o uso de alternadores em baixa tensão em conjunto com
transformador elevador. [9]
A transferência em média tensão, pode ser feita com a instalação de um disjuntor
geral de média tensão e um segundo disjuntor interligador de média tensão para o sincronismo
e transferência das cargas do autoprodutor. [16]
20
Fig. 4 – Diagrama unifilar de transferência em média tensão [16]
a) Funções 50/51, 50/51N, 32 (62) e 67 - no disjuntor geral em média tensão;
b) Função 59N no disjuntor de interligação; e
c) “check” de Sincronismo (25), subtensão e USC (unidade de supervisão e
controle de rampa) no disjuntor de interligação e no disjuntor geral em média tensão. [16]
A Fig. 4 apresenta um diagrama unifilar de ligação em média tensão, e que pode
utilizar múltiplos transformadores, assim como múltiplos geradores. A configuração ilustrada
demonstra apenas uma unidade geradora, único transformador para o gerador e outro para as
cargas, contudo, podem ser utilizados diversos transformadores e geradores em paralelo
conforme necessidade de carga. [9]
21
2.3.3.2 Ligação em média tensão com transferência em baixa tensão
A ligação em média tensão com transferência em baixa tensão, pode ser feita com
a instalação de um disjuntor geral de média tensão e dois disjuntores interligadores de baixa
tensão, um próximo ao gerador e o segundo próximo à carga, para o sincronismo e
transferência das cargas do autoprodutor. [16]
Fig. 5 - Diagrama unifilar ligação em média tensão com transferência em baixa tensão [16]
a) funções 50/51, 50/51N, 32 (62) e 67 - no disjuntor geral em média tensão;
b) função 59N no disjuntor de interligação próximo ao gerador; e
c) “check” de Sincronismo (25), subtensão (27) e USC (unidade de supervisão e
22
controle de rampa) no disjuntor de interligação próximo ao gerador e no disjuntor geral em
média tensão. [16]
2.3.3.3 Interligação e transferência em baixa tensão
A interligação e transferência em baixa tensão são feitos com uso de um disjuntor
geral em média tensão, um disjuntor geral em baixa tensão e dois contatores de interligação,
um no lado da rede pública, e outro no lado da fonte geradora, para sincronismo e
transferência de carga. [16]
Fig. 6 - Diagrama unifilar interligação e transferência em baixa tensão [16]
a) funções 50/51 e 50/51N, 32 (62) e 67 - no disjuntor geral em média tensão; e
b) “check” de sincronismo (25), subtensão (27) e USC (unidade de supervisão e
23
controle de rampa) deverão atuar sobre os contatores de BT. [16]
A configuração de interligação e transferência em baixa tensão, Fig. 6, pode ser
utilizada em diversas instalações, como prédios, shoppings centers, indústrias entre outros
casos. Utilizando os contatores, junto ao módulo de transferência dedicado, o sistema, de fácil
operação, faz o intercâmbio do fornecimento de energia da concessionária para o grupo
gerador. [9]
2.3.4 Parâmetros para escolha do grupo gerador
A escolha do sistema gerador deve feita levando-se em conta diversos fatores,
sendo os principais:
- Tipo de usinas, emergência de autoprodução;
- Instalação de forma distribuída ou centralizada;
- Operação singela ou paralela com outros geradores;
- Tipos de partidas, fechada em rampa ou direta aberta;
- Acionamento automático ou manual;
- Análise da potência elétrica e demanda da empresa;
- Tipos e características de cargas (motores de indução de grande porte, fornos de
indução);
- Conexão do sistema em média (13.800 V) ou baixa (380 V) tensão;
- Isolamento acústico;
- Altitude; e
- Temperatura ambiente. [9; 15]
Conforme utilização e sistema escolhido serão necessários a utilização de
equipamentos de monitoramento e controle do grupo gerador. Também se deve observar a
necessidade do emprego de equipamentos e dispositivos de proteção que garantam o correto
funcionamento do grupo de forma segura e estável. [8]
Apesar de aparentar ser mais vantajosa, a instalação de único gerador de potência
elevada é menos versátil, e pode apresentar menor rendimento ao se sujeitarem ao trabalho em
baixas potências. Grupos geradores de pequeno porte possuem manutenção mais barata e
apresentam maior eficiência em relação às máquinas maiores. [9]
Um ponto importante para ser analisado é o desempenho, ou rigidez, dos grupos
geradores. Os geradores podem ser assemelhados à rede pública de energia, por se tratar de
24
um barramento “infinito” a rede pública sofre pouca, ou nenhuma, alteração de tensão e
frequência quando adicionado uma carga considerável. Essa característica da rede pública
pode ser considerada como um bom desempenho ou como um sistema rígido. [9]
Para aquisição dos grupos geradores, o mercado possui diversas empresas
fornecedoras de equipamentos e serviços que possuem linhas padronizadas de seus produtos.
Contudo, é recomendado que se faça o estudo de aplicação mais aprofundado do sistema a ser
alimentado, devido a cada caso possuir características específicas e então fabricar o gerador
conforme necessidade de aplicação.
2.3.5 Exigências para conexão do autoprodutor em rede pública
Quando o autoprodutor, com ou sem venda de energia excedente, tem sua geração
em paralelo com a rede de distribuição em alta tensão, deverão ser observados alguns critérios
para o correto funcionamento do sistema. Assim como por motivos de segurança devem ser
atendidas todas as normas vigentes sobre o tema abordado, como normas de segurança em
eletricidade, norma da concessionária local entre outras. [17; 9]
A CELESC, concessionária pública local, determina alguns critérios para conexão
do autoprodutor de energia elétrica, sendo alguns deles:
- Não é permitida a conexão do autoprodutor por meio de transformadores de
força protegidos por elos fusíveis; [17]
- A proteção deve ser por meio de disjuntores automáticos instalado no ponto de
interligação, deve ser acionado por relé secundário, que remova e bloqueie de forma imediata
a conexão, sempre que ocorrer uma anomalia (curto-circuito, queda de tensão anormal,
variação de frequência acentuada, falta de fase, etc) no sistema elétrico da concessionária ou
do acessante. [17]
- A proteção deverá ser capaz de detectar a desconexão da rede CELESC,
evitando que o sistema de geração opere de forma isolada e alimente outros consumidores. A
energização da rede da concessionária por parte do acessante pode comprometer a segurança
de técnicos de manutenção da rede. [17]
A Tab. 1 apresenta as funções do sistema de proteção do acessante, na fronteira
com a concessionária, essas funções dependerão da análise de cada conexão:
25
Tab. 1 – Funções do sistema de proteção do acessante (fronteira CELESC) [17]
Relé Tipo Função
59N Desequilíbrio de tensão Abertura do disjuntor, quando da ocorrência de
faltas à terra na rede ou linha de interligação
59Q Sequência negativa Abertura do disjuntor, quando da ocorrência de
faltas fase/terra, bifásico e fase aberta
27 Subtensão instantâneo Abrir e bloquear o fechamento do disjuntor,
quando da falta de tensão
81 Frequência Abertura do disjuntor
59 Sobretensão trifásica temporizado e
instantâneo
Abertura do disjuntor, em caso de sobretensão
67
Sobrecorrente direcional instantâneo Abertura do disjuntor, para faltas localizadas
na rede da Celesc com contribuição do
acessante
50/51 Sobrecorrente instantâneo / temporizado Abertura do disjuntor, em caso de ocorrência
de faltas localizadas na linha de interligação
32 Direcional de potência Abertura do disjuntor, quando fluir potência do
acessante para a rede da Celesc
25
Sincronismo Verificar se no ponto de interligação, os
parâmetros de frequência e ângulo de fase de
tensão estão dentro dos limites desejados para
permitir a conexão
Para o caso de autoprodutor sem venda de energia excedente é obrigatório à
instalação do rele 32, proteção por direcional de potência. [17]
2.3.6 Custos de implantação
Os custos de geração variam conforme requisitos e características de cada
aplicação. Os valores médios de uma usina geradora a diesel variam de US$300,00/kW à
US$600,00/kW de capacidade instalada. [1]
Os custos principais médios de implantação de uma usina são:
- motores a diesel: 47%;
- geradores: 13%;
- subestação elevadora: 9%;
- montagem e comissionamento: 12%;
- transporte: 3%; e
- obras civil: 16%.
No entanto, para elaboração de estudo de viabilidade econômica, é necessário o
uso de outros parâmetros, como custos de consumo específico de combustível e custos com
manutenção. [1]
26
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
O estudo se realizará sobre as instalações já existentes e aplicadas nas instituições
de ensino SATC e UNESC, as quais apresentam características semelhantes de cargas,
funcionamento, localização e fornecimento de energia elétrica. A SATC e UNESC são
instituições vizinhas e estão localizadas na cidade de Criciúma, Santa Catarina.
Foram levantadas a partir das faturas de energia elétrica das unidades consumidos
dados como:
a) Classificação de fornecimento;
b) Tarifação de energia existente;
c) Demanda contatada; e
d) Consumo fora ponta.
A partir dos dados obtidos nas faturas de energia, é possível, com auxílio de
planilhas de dados, obter a curva característica de demanda das instalações, auxiliando assim
no dimensionamento do grupo gerador. Quando há apenas o uso de autoprodução de energia
no horário de ponta, o consumo nesse período deverá ser obtido por meio do histórico de
geração dos grupos a diesel, já que esse dado não constará na fatura de energia da
concessionária.
As características das instalações serão expostas através dos dados obtidos na
instalação dos geradores efetivos.
Os custos de operação serão obtidos por meio de planilhas de controle interno de
cada instituição apresentando informações como:
a) Consumo de combustível;
b) Energia gerada;
c) Valor médio de energia gerada (R$/kWh); e
d) Custos de manutenção.
Os investimentos iniciais de aplicação dos grupos serão conseguidos mediante
valores reais aplicados às instalações.
Os dados levantados no estudo serão confrontados com as pesquisas bibliográficas
exposta no capítulo anterior e contribuirão para classificação da configuração de geração mais
indicada às instituições. As informações contidas no levantamento de dados são reais,
portanto, servem como uma fonte segura na orientação da pesquisa.
O fornecimento de energia elétrica consumida pela UNESC e SATC, por serem
localizadas de modo a serem vizinhas, ocorre através da mesma concessionária, a CELESC.
27
Com isso, possuem as mesmas opções de fornecimento e características de energia da rede
pública. Também desfrutam da disponibilidade das mesmas tarifas de energia elétrica.
3.1 HISTÓRICO DAS FATURAS DE ENERGIA - UNESC
Com uso da fatura apresentada no Anexo A, são mostrados os custos com a
compra de energia da concessionária no período de um mês, sendo que os dados da fatura
referem-se ao mês de março do ano de 2016.
Pode-se observar também a classificação da instituição como “GRUPO A” e
“Subgrupo A4”, tendo então, conforme item 2.2 deste trabalho, tensão de fornecimento de 2,3
kV a 25 kV.
Por motivo da variação de consumo de energia elétrica da UNESC, em
determinados meses do ano, no momento da utilização dos dados para o dimensionamento
dos grupos geradores, deverá ser considerado histórico anual de consumo conforme é
apresentado na Fig. 7.
Fig. 7 – Histórico de demanda máxima anual UNESC – Fora Ponta [Do autor, 2016]
Os dados demonstrados na Fig.7 são provenientes da demanda máxima registrada
pelo medidor da concessionária, CELESC, e indica o valor de maior consumo obtido no mês.
Esses dados são encontrados nas faturas de energia.
28
Pode-se observar, conforme gráfico da Fig. 7, que no período de férias letivas,
dezembro à janeiro, a demanda cai consideravelmente, enquanto em fevereiro e março se
obteve o ponto de maior consumo registrado, que foi de 1279,04 kW. Portanto, deve-se
atentar à verificação dessa demanda, quando for dimensionado o grupo gerador.
3.2 HISTÓRICO DAS FATURAS DE ENERGIA - SATC
Com uso da fatura apresentada no Anexo B, são mostrados os custos com a
compra de energia da concessionária no período de um mês, sendo que os dados da fatura
referem-se ao mês de março do ano de 2016.
Pode-se observar também a classificação da instituição como “GRUPO A” e
“Subgrupo A4”, tendo então, conforme item 2.2 deste trabalho, tensão de fornecimento de 2,3
kV a 25 kV.
Por motivo da variação de consumo de energia elétrica da SATC em alguns meses
do ano, no momento da utilização dos dados para o dimensionamento dos grupos geradores,
deverá ser considerado histórico anual de consumo, conforme é apresentado na Fig. 8.
Fig. 8 – Histórico de demanda máxima anual SATC – Fora Ponta [Do autor, 2016]
29
Os dados demonstrados na Fig. 8 são provenientes da demanda máxima registrada
pelo medidor da concessionária, CELESC, e indica o valor de maior consumo obtido no mês.
Esses dados são encontrados nas faturas de energia da instituição.
Observa-se, conforme gráfico da Fig. 8, que a variação de consumo é semelhante
à registrada para instituição UNESC presente na Fig. 7. Pode-se verificar que no período de
férias letivas, de dezembro à janeiro, a demanda cai consideravelmente, enquanto em
fevereiro e março se obteve o ponto de maior consumo registrado que foi de 704,64 kW.
Portanto, deve-se atentar à verificação dessa demanda, quando for dimensionado o grupo
gerador.
3.3 CARACTERÍSTICAS DAS INSTALAÇÕES - UNESC
As instalações das instituições de ensino não apresentam equipamentos que
proporcionem picos de demanda consideráveis, ou seja, não possuem linhas de produção
industriais ou motores de grande porte que ao serem ligados demandam grande potência em
um pequeno espaço de tempo. As cargas presentes nas instalações são basicamente do tipo
prediais, como, iluminação, computadores, bombas hidráulicas de pequeno porte e
equipamentos de refrigeração como chillers e ares condicionados.
A UNESC, classificada como subgrupo A4, tem sua alimentação fornecida em
média tensão, 13,8 kV. Possui subestação interna abrigada onde se encontram o medidor da
concessionária, os sistemas principais de proteção e alguns transformadores rebaixadores. Os
transformadores tem tensão de saída 220V entre fase e neutro e 380V entre fases, esses
alimentam alguns dos centros de cargas.
Como os centros de cargas, edificações, são distribuídos ao longo de todo o
campus, faz-se necessário o uso de uma rede de distribuição compacta interna da UNESC,
com tensão de 13,8 kV. Essa rede, por sua vez, alimenta diversos transformadores
rebaixadores e, portanto, os demais centros de cargas inseridos na instituição.
Como o sistema interno é totalmente interligado pela rede compacta de média
tensão, 13,8 kV, optou-se pela geração em 380 V pelo grupo a diesel, e com o auxílio de um
transformador elevador de 2,5 MVA, possibilitar a conexão dos geradores na rede interna.
No total, a UNESC possui quatro usinas geradoras de 700 kVA, totalizando 2,8
MVA, ligadas em paralelo num único ponto de geração, caracterizando, segundo item 2.1.3.2,
como um sistema de geração centralizada. Os geradores trabalham com frequência de 60 Hz e
30
tensão de geração de 220 V entre fase e neutro, e 380 V entre fases. A Tab. 2 apresenta, de
forma mais detalhada, as características específicas do gerador utilizado pela UNESC.
Tab. 2 – Características específicas do gerador UNESC [Do autor, 2016]
Marca do Motor SCANIA
Modelo do Motor DC16 48A
Regime de Operação POWER PRIME
Potência Total 700 kVA
Potência Aparente Máxima - Regime 630 kVA
Potência Ativa Máxima - Regime 504 kW
Potência Mecânica 839 CV
Número de Cilindros do Motor 8
Modo de Operação do Cilindro EM V
Massa 3510 kg
Consumo Combustível 100% de Carga 134,6 (L/h)
Consumo Específico 4,16 (kWh/L)
Rotação de Operação 1800 RPM
Frequência 60 Hz
Tensão de Fase 220 Vca
Tensão de Linha 380 Vca
Norma Vigente ABNT NBR ISO 8528:2014
Alternador WEG - 4 Pólos - Sem Escovas
Sistema de Controle NEMA
EspecificaçõesItem
A UNESC possui o sistema de transferência de cargas para a rede pública segundo
item 2.3.3.1, ou seja, transferência em média tensão. Pode-se observar, no esquema da Fig. 9,
a configuração de forma simplificada, das instalações da UNESC.
31
Fig. 9 – Configuração da rede elétrica interna UNESC [Do autor, 2016]
O transformador denominado T.1, na Fig. 9, é a representação do transformador
elevador do grupo gerador, já o T.2 representa todos os demais transformadores da instituição
de forma simplificada, devido a tratar-se de vários transformadores de potências distintas.
O sistema possui o Q.T.R.1 – M.T. (quadro de transferência em média tensão 1),
nele se encontra o disjuntor de média tensão, que faz a comutação de forma automática entre a
CELESC e a UNESC. Desse modo, quando em funcionamento, proporciona o isolamento do
sistema gerador diesel UNESC com a rede da concessionária. No Q.T.R.1 – M.T., também é
encontrado o relé de proteção exigido pela concessionária, conforme item 2.3.5 deste
trabalho.
32
O Q.T.R.2 – M.T. (quadro de transferência em média tensão 2), é responsável pela
conexão e desconexão do transformador elevador dos geradores, trabalha em paralelo com o
controle do Q.T.R.1 – M.T..
Para o correto funcionamento dos geradores em paralelo e com acoplamento em
rampa, cada grupo gerador, unidade de 700 kVA, possui um Q.T.R.P.-B.T. (quadro de
transferência em rampa paralelo em baixa tensão). Com o uso dos Q.T.R.P.-B.T., é possível
também ligar apenas o número de geradores conforme demanda instantânea necessária,
desligando os demais geradores e obtendo a faixa de potência de maior rendimento da
máquina.
Os geradores estão configurados para operação em horário de ponta e em
possíveis faltas da concessionária.
3.4 CARACTERÍSTICAS DAS INSTALAÇÕES – SATC
A SATC, classificada como subgrupo A4, tem sua alimentação fornecida em
média tensão, 13,8 kV. Possui subestação interna abrigada onde se encontram o medidor da
concessionária e os sistemas principais de proteção de entrada de energia.
Como os centros de cargas, edificações, são distribuídos ao longo de todo o
campus, faz-se necessário o uso de uma rede de distribuição compacta interna da SATC, com
tensão de 13,8 kV. Essa rede por sua vez alimenta diversos transformadores rebaixadores
abordando todas as cargas da instituição. Os transformadores distribuídos pelo campus têm
tensão de saída 220V entre fase e neutro e 380V entre fases.
A SATC atualmente dispõe de três usinas geradoras distribuídas pelo campus e
estão alocadas próximo aos centros de cargas. A usina 03 é composta por dois geradores de
260 kVA, enquanto as usinas 01 e 02 possuem um gerador de 260 kVA cada, totalizando 1,04
MVA. Os geradores possuem as mesmas características entre si, tanto no motor, quanto no
alternador. Os geradores trabalham com frequência de 60 Hz e tensão de geração de 220 V
entre fase e neutro, e 380 V entre fases.
A Tab. 3 apresenta, de forma mais detalhada, as características específicas do
gerador utilizado pela SATC.
33
Tab. 3 – Características específicas do gerador SATC [Do autor, 2016]
Marca do Motor MWM
Modelo do Motor 6.12TCA
Regime de Operação POWER PRIME
Potência Total 260 kVA
Potência Aparente Máxima - Regime 234 kVA
Potência Ativa Máxima - Regime 187,2 kW
Potência Mecânica 318 CV
Número de Cilindros do Motor 6
Modo de Operação do Cilindro EM LINHA
Massa 1713 kg
Consumo Combustível 100% de Carga 52 (L/h)
Consumo Específico 4,00 (kWh/L)
Rotação de Operação 1800 RPM
Frequência 60 Hz
Tensão de Fase 220 Vca
Tensão de Linha 380 Vca
Norma Vigente ABNT NBR ISO 8528:2014
Alternador WEG - 4 Pólos - Sem Escovas
Sistema de Controle STEMAC
EspecificaçõesItem
A SATC possui o sistema de transferência de cargas para a rede pública segundo
item 2.3.3.3, ou seja, interligação e transferência em baixa tensão. Pode-se observar, no
esquema da Fig. 10, a configuração de forma simplificada, das instalações da SATC.
34
Fig. 10 – Configuração da rede elétrica interna SATC [Do autor, 2016]
Os transformadores denominados T.1, T.2, T.3, na Fig. 10, são os responsáveis
pela alimentação das cargas com energia proveniente da concessionária.
O T.4 representa todos os demais transformadores da instituição de forma
simplificada, devido a tratar-se de vários transformadores de potências distintas. Essa parte
das cargas da instituição não é comportada pelo sistema de geração a diesel, ficando
susceptível às eventuais faltas de energia pela rede pública.
Para o correto funcionamento dos geradores na falta de energia ou horário de
ponta, cada grupo gerador, unidade de 260 kVA, possui um Q.T.R.-B.T. (quadro de
transferência em rampa em baixa tensão). Nesse quadro são encontrados dois contatores
35
responsáveis pela alternância da carga para ser alimentada pelo transformador ou pelos
geradores. A usina 03 também possui o sistema de paralelismo de geradores, devido a
atuarem duas máquinas de forma simultânea. Esse processo é feito em baixa tensão, de modo
que os transformadores fiquem isolados da carga enquanto o gerador está em funcionamento.
Os geradores estão configurados para operação em horário de ponta e em
possíveis faltas da concessionária.
3.5 DIMENSIONAMENTO DOS GRUPOS GERADORES - UNESC
O dimensionamento dos grupos geradores deverá ser efetuado levando em
consideração seu regime de operação, Emergency Standby Power, Power Prime ou
Continuous Power. Suas definições podem ser vistas no item 2.3.1 deste trabalho.
As usinas geradoras da SATC e UNESC atuam no horário de ponta da
concessionária, período esse compreendido das 18h30min às 21h30min, totalizando 3 horas
diárias, de segunda a sexta-feira com exceção de feriados. Por esse motivo, seu regime de
trabalho se caracteriza como Power Prime, onde é considerado, segundo item 2.3.2, o
dimensionamento do gerador para uso de no máximo 90% de sua potência nominal.
O dimensionamento do grupo diesel UNESC, como faz o uso de um único ponto
de geração, ou uma geração centralizada conectada no mesmo ponto do ramal interno de alta
tensão, deverá ser dimensionado a fim de suprir toda a demanda das instalações da
universidade.
Dessa maneira, além da análise dos valores de demanda máxima fora ponta
fornecido pela CELESC e indicados na Fig. 7, precisa-se levantar os valores máximos de
demanda registrados no período de ponta. Esses dados serão extraídos com auxílio de um
multimedidor que faz a medição no barramento de baixa tensão do transformador elevador
dos geradores. Caso não houvesse a instalação dos grupos geradores, esses dados poderiam
ser extraídos diretamente da fatura de energia, onde evidenciaria os pontos máximos de
demanda registrados.
Os dados demonstrados na Fig. 11 são provenientes da demanda máxima
registrada no horário de ponta.
36
Fig. 11 – Histórico de demanda máxima anual UNESC – Ponta [Do autor, 2016]
Pode-se observar, conforme gráfico da Fig. 11, e em comparação com o gráfico da
Fig. 7, que a demanda máxima obtida no sistema é durante o horário de ponta, portanto,
deverá ser considerado esse período como base para o dimensionamento do grupo gerador.
O valor de maior consumo registrado foi de 1417,50 kW no horário de ponta,
durante o mês de março de 2016. Esse valor de máxima registrada será utilizado para o
cálculo de dimensionamento dos grupos a diesel.
Considerando o regime power prime, utiliza-se 90% da potência total do grupo
gerador. Com o registro máximo de 1417,50 kW, necessita-se então de 1575,00 kW
disponíveis para suprir as cargas totais da instituição. Porém, deve-se considerar também o
fator de potência do gerador, nesse caso sendo igual a 0,8. Com o auxílio da equação (2)
apresentada no item 2.3.2, chega-se ao valor de potência total de 1968,75 kVA.
A UNESC atualmente possui o sistema com quatro geradores de 700 kVA cada,
totalizando 2800 kVA e 2016 kW, atendendo assim à condição mínima de funcionamento
para o regime power prime. É interessante frisar que a potência excedente pode ser utilizada
para possíveis ampliações nas cargas da instituição, como novos prédios ou laboratórios de
grande porte. Também diminui os riscos de queda do sistema, uma vez que, possa ocorrer
37
algum erro de operação em uma das quatro máquinas e a demanda excedente seja obrigada a
ser suportada pelas três máquinas restantes.
3.6 DIMENSIONAMENTO DOS GRUPOS GERADORES - SATC
O dimensionamento dos grupos diesel SATC, diferente do sistema da UNESC,
deve ser dimensionado de forma individual, de modo que cada usina geradora seja
responsável pela alimentação dos centros de carga, já que trabalham de forma isolada.
Também se leva em consideração que a instalação da SATC não dispõe o uso de geradores
para todas as cargas, conforme representado pelo T.4 da Fig. 10. Deste modo, para efetuar a
verificação do dimensionamento dos geradores, houve a necessidade de efetuar o teste de
carga por medição de potência fornecida no horário de ponta.
As medições foram registradas no período de maior consumo da instituição, ou
seja, no horário de ponta, onde se encontram em uso a maior parte das salas de aula,
equipamentos e iluminação pública. As potências registradas por usina foram:
- Usina 01: 88,2 kW;
- Usina 02: 77,1 kW; e
- Usina 03: 103,2 kW.
Considerando o mesmo regime da UNESC, o power prime utiliza 90% da
potência total do grupo gerador.
Deve-se considerar também o fator de potência do gerador, nesse caso, sendo
igual a 0,8, esse valor é identificado na placa do gerador.
A usina 03 é composta por dois geradores de 260 kVA, totalizando 520 kVA,
considerando 90% do regime de trabalho e fator de potência de 0,8, chega-se na potência ativa
máxima para uso de 374,4 kW. Já as usinas 01 e 02 possuem um gerador de 260 kVA cada,
atribuindo os fatores mencionados anteriormente, obtém-se 191,36 kW de potência ativa
máxima para uso para cada usina. Atendendo assim, conforme teste de carga, à condição
mínima de funcionamento para o regime power prime.
A soma das potências total das usinas compreende à 1040 kVA e 748,8 kW.
Da mesma forma das instalações da UNESC, a potência excedente pode ser
utilizada para possíveis ampliações nas cargas da instituição, como novos prédios,
laboratórios ou ainda climatização de salas de aula.
38
3.7 CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO - UNESC
Os investimentos, apresentados nas Tab. 4 e Tab. 5, são valores reais dos custos
aplicados para instalação dos grupos geradores a diesel das instituições.
O custo total de investimento de implantação pode ser dividido em motores a
diesel, geradores, subestação elevadora, quadros de transferência em baixa ou média tensão,
atenuadores e obras civis.
O investimento da UNESC, exposto na Tab. 4, pode ser analisado considerando
cada item de forma separada, podendo assim ser utilizado para estimativas de projetos
semelhantes.
Tab. 4 – Valores investimento implantação usina geradora UNESC [Do autor, 2016]
Conjunto Moto-Gerador 700kVA R$ 142.500,00 4 R$ 570.000,00 44%
Q.T.R.P.-BT R$ 24.500,00 4 R$ 98.000,00 8%
Q.T.R.-MT R$ 134.500,00 1 R$ 134.500,00 10%
Transformador 2,5MVA a seco + Cubículo R$ 95.500,00 1 R$ 95.500,00 7%
Container atenuado 85dB R$ 30.500,00 4 R$ 122.000,00 9%
Instalações Q.T.R.-MT.1 R$ 20.500,00 1 R$ 20.500,00 2%
Cubículo + Instalações Q.T.R.-MT.2 R$ 35.000,00 1 R$ 35.000,00 3%
Instalações baixa tensão geradores R$ 20.000,00 4 R$ 80.000,00 6%
Instalações comunicação e fibra óptica R$ 20.500,00 1 R$ 20.500,00 2%
Adequação rede compacta média tensão R$ 34.500,00 1 R$ 34.500,00 3%
Tanque auxiliar 10.000 litros - Comodato R$ - 1 R$ - 0%
Adequações Civis R$ 95.020,00 1 R$ 95.020,00 7%
R$ 1.305.520,00 100%
Valor TotalQuantidade
Total Geral
Valor unitárioItem Valor (% )
O total geral despendido pela UNESC é representado na Tab. 4, esse valor
comporta todos os itens necessários para instalação de uma usina geradora com capacidade de
2800 kVA e 2016 kW, em condições plenas de funcionamento para o regime power prime.
3.8 CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO - SATC
Os custos totais de implantação da usina geradora da SATC podem ser vistos na
Tab. 5 classificados por seus respectivos itens.
39
Tab. 5 – Valores investimento implantação usina geradora SATC [Do autor, 2016]
Conjunto Moto-Gerador 260kVA R$ 78.624,00 4 R$ 314.496,00 55%
Q.T.R.-BT, rede de comunicação e fibra óptica,
instalações elétricas em baixa tensão,
acessórios gerais.
R$ 54.180,00 3 R$ 162.540,00 28%
Tanque auxiliar 2.000L - Comodato R$ - 3 R$ - 0%
Adequações Civis R$ 33.000,00 3 R$ 99.000,00 17%
R$ 576.036,00 100%
Item Valor unitário Quantidade Valor Total Valor (% )
Total Geral
O total geral despendido pela SATC é representado na Tab. 5, esse valor comporta
todos os itens necessários para instalação de uma usina geradora com capacidade de 1040
kVA e 748 kW, em condições plenas de funcionamento para o regime power prime.
3.9 CUSTOS DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO - UNESC
Os custos de operação em usinas geradoras a diesel são atribuídos às manutenções
preventivas e corretivas, e, principalmente, pelo consumo de seu combustível, o diesel.
Será levantado o custo de geração em R$/kWh por meio de dados da usina
geradora no período de um ano. Consumo de óleo diesel, custo do combustível, energia total
gerada e, por final, o custo atribuído à manutenção dos equipamentos, são os itens necessários
para cálculo do custo de geração de energia elétrica.
A Tab. 6 representa o custo médio de geração de energia pela usina a diesel, esses
valores foram coletados através dos históricos de geração e consumo de combustível dos
grupos geradores. No período de um ano, entre março de 2015 e março de 2016, constatou-se
um valor médio geral de 0,70 R$/kWh para geração de energia, somando o custo de
manutenção, representando 0,024 R$/kWh, totaliza-se o custo de 0,73 R$/kWh.
40
Tab. 6 – Valores médios de geração de energia com usina a diesel UNESC [Do autor, 2016]
Valores médios de geração de energia com usina a diesel UNESC
Período do registro Custo médio de geração energia usina a
diesel (R$/kWh)
mar/15 R$ 0,69
abr/15 R$ 0,66
mai/15 R$ 0,67
jun/15 R$ 0,67
jul/15 R$ 0,69
ago/15 R$ 0,69
set/15 R$ 0,67
out/15 R$ 0,68
nov/15 R$ 0,69
dez/15 R$ 0,71
jan/16 R$ 0,75
fev/16 R$ 0,81
mar/16 R$ 0,76
Valor médio geral R$ 0,70
Custo médio manutenção (R$/kWh) R$ 0,024
Custo total geração e manutenção (R$/kWh) R$ 0,73
No período entre os meses de janeiro à fevereiro de 2016, houve reajuste no custo
do óleo diesel, passando de 2,52 R$/L, para 2,65 R$/L. O diesel atualmente utilizado é o S500
– comum.
A manutenção preventiva com troca de óleo lubrificante e filtros é feita a cada
250 horas de operação.
3.10 CUSTOS DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO - SATC
A Tab. 7 representa na coluna da direita, o custo médio de geração de energia pela
usina a diesel, esses valores foram coletados através dos históricos de geração e consumo de
combustível dos grupos geradores.
41
Tab. 7 – Valores médios de geração de energia com usina a diesel SATC [Do autor, 2016]
Valores médios de geração de energia com usina a diesel SATC
Período do registro Custo médio de geração energia usina a
diesel (R$/kWh)
mar/15 R$ 0,86
abr/15 R$ 0,91
mai/15 R$ 0,68
jun/15 R$ 0,69
jul/15 R$ 0,88
ago/15 R$ 1,04
set/15 R$ 1,02
out/15 R$ 0,79
nov/15 R$ 0,97
dez/15 R$ 1,06
jan/16 R$ 0,95
fev/16 R$ 0,91
mar/16 R$ 0,97
Valor médio geral R$ 0,90
Custo médio manutenção (R$/kWh) R$ 0,102
Custo total geração e manutenção (R$/kWh) R$ 1,00
No período de um ano, entre março de 2015 e março de 2016, constatou-se um
valor médio geral de 0,90 R$/kWh para geração de energia, somando o custo de manutenção,
representando 0,102 R$/kWh, totaliza-se o custo de 1,00 R$/kWh.
No período entre os meses de julho à agosto de 2015, houve reajuste no custo do
óleo diesel, passando de 2,61 R$/L para 2,82 R$/L, e posteriormente para 2,87 R$/L em
janeiro de 2016. O diesel atualmente utilizado é o S500 – comum.
A manutenção preventiva com troca de óleo lubrificante e filtros é feita a cada
250 horas de operação.
42
4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Nesta etapa, serão comparados os dados levantados nos procedimentos
metodológicos desse trabalho, evidenciando assim, as vantagens e desvantagens de cada
modo de geração.
A comparação dos métodos será apresentada e organizada conforme fluxograma
da Fig. 12.
Fig. 12 – Fluxograma de análise dos resultados [Do autor, 2016]
A afirmação de vantagem ou desvantagem será atribuída conforme informações
obtidas no estudo das usinas aplicadas e na pesquisa bibliográfica deste trabalho. Os itens 4.1
à 4.6 indicam os pontos principais para comparação das usinas da SATC e UNESC.
43
4.1 CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO
Os custos de implantação são apresentados na Tab. 8, onde foram considerados os
valores de potência ativa e aparente disponível para cada instalação, e os custos totais dos
investimentos.
Tab. 8 – Custos de Implantação - UNESC x SATC [Do autor, 2016]
Custos de Implantação - SATC x UNESC
ITEM Instituição
SATC UNESC
Custo total de implantação R$ 576.036,00 R$ 1.305.520,00
Potência aparente total disponível 1040 kVA 2800 kVA
Potência ativa total disponível 749 kW 2016 kW
Relação custo por kVA instalado 554 kVA 466,26 R$/kVA
Relação custo por kW instalado 769,28 R$/kW 647,58 R$/kW
Conforme esperado, segundo item 2.1.3.1, a UNESC obteve uma relação de custo
de instalação por potência instalada menor que a SATC. Provando assim que o sistema
centralizado de geração realmente tem um custo de aplicação menor do que as usinas
geradoras distribuídas.
4.2 CUSTOS DE OPERAÇÃO
Os custos de operação das usinas podem ser comparados na Tab. 9, onde são
apresentados os custos médios da energia gerada e manutenção dos sistemas. A soma dos
valores de manutenção e geração de energia representa a relação de custo de operação das
usinas.
Tab. 9 – Custos de Operação - UNESC x SATC [Do autor, 2016]
Custos de Operação - SATC x UNESC
ITEM Instituição
SATC UNESC
Custo médio de geração energia por kWh gerado 0,90 R$/kWh 0,70 R$/kWh
Custo médio manutenção por kWh gerado 0,102 R$/kWh 0,024 R$/kWh
Relação custo por kWh gerado 1,00 R$/kWh 0,73 R$/kWh
Conforme apresentado na Tab. 9, a UNESC obteve um custo de geração de
energia por potência gerada menor que a SATC.
44
Isso pode ser atribuído, conforme itens 2.3.4 e 2.1.3.2, devido à operação das
máquinas da SATC serem singelas, e então trabalham com a potência acima ou abaixo do seu
rendimento máxima. A UNESC, por trabalhar com as máquinas em paralelo e dispor do
controle de demanda, aciona apenas as máquinas necessárias conforme a carga a ser suprida,
fazendo com que os geradores trabalhem no ponto de seu melhor rendimento.
Como a SATC opera com as máquinas constantemente, sem a opção de
revezamento em controle de horas de trabalho, as manutenções preventivas, feitas a cada 250
horas de operação, acabam acontecendo num período mais curto que a UNESC. Esse fato
ocasionando também um maior custo de manutenção.
4.3 CONFIABILIDADE
Sendo os grupos geradores utilizados também como backup em situações de
emergências, a confiabilidade é um fator essencial no momento da escolha dos sistemas.
Por se tratar de uma geração distribuída, conforme item 2.1.3.1 desse trabalho, a
SATC possui uma vantagem, levando em conta que caso ocorra um defeito de uma unidade
geradora, as demais não serão afetadas.
A UNESC, tratando-se de uma geração centralizada, ao ocorrer um defeito em
uma das máquinas paralelas, as demais devem suprir a potência excedente da máquina
defeituosa. A instalação da UNESC atende a esse requisito de potência extra, porém, caso seu
consumo seja ampliado, o grupo pode não suportar a quebra de uma das unidades geradoras,
fazendo com que haja a desestabilização do sistema e consequentemente a queda de toda a
usina.
Outro ponto a ser analisado, caso haja um curto circuito na rede compacta de
média tensão interna da UNESC, os geradores podem entrar em falha, bloqueando assim, a
atuação dos mesmos. Esse fato também provocará o desligando da alimentação vinda da rede
pública. Esse fato pode acontecer em tempestades com ventos fortes, descargas atmosféricas,
acidentes internos de transito entre outros. De forma semelhante, havendo algum problema de
comunicação entre o controlador do quadro de transferência de média tensão, Q.T.R.1-M.T. e
o controlador de transferência de baixa tensão Q.T.R.P.-B.T., o grupo gerador ficará
inoperante até que a comunicação retorne ao seu estado normal.
45
4.4 DESEMPENHO
Como visto no item 2.3.4 desse trabalho, o desempenho, dos grupos geradores
deve ser rígido o suficiente para suportar a partida de suas maiores cargas sem que a
qualidade de energia seja afetada.
A SATC dispõe de unidades geradoras de forma distribuída, sendo que ao acoplar
uma grande carga à barra, o gerador tentará suprir a potência adicional atribuída a ele,
podendo haver variação na tensão ou frequência fornecida. As usinas 01 e 02 possuem
geradores singelos, logo, sendo menos rígidas. Diferente da usina 03 que possui duas
máquinas em paralelo e disponibiliza uma barra com maior capacidade.
A UNESC, por se tratar de quatro unidades paralelas, distribui a potência
excedente nas máquinas que estão trabalhando naquele instante, distribuindo assim, a potência
instantânea provocada pelo acoplamento das cargas. O efeito transiente é diminuído com a
distribuição das cargas.
4.5 EFICIÊNCIA
Eficiência é um item extremamente importante na análise dos grupos, sendo que,
seu principal objetivo para as instituições SATC e UNESC é a redução de custos com a
geração de energia no horário de ponta.
A Tab. 6 e Tab. 7, que apresentam os custos de operação, não foram utilizadas
para verificação de eficiência, devido aos valores de diesel pagos por cada instituição serem
diferentes.
De forma semelhante às tabelas de custos de operação apresentadas no item 3.9 e
3.10, são apresentados, na Tab. 10 e Tab. 11, os valores de consumo de combustível em litros
e energia gerada em kWh. Esses dados foram obtidos através de planilhas de controle de
geração e consumo das instituições.
A Tab. 10 apresenta o histórico de consumo e geração da usina SATC no período
de março de 2015 à março de 2016.
46
Tab. 10 – Eficiência geração de energia com usina a diesel SATC [Do autor, 2016]
Eficiência geração de energia com usina a diesel SATC
Período do registro Diesel Consumido
(L)
Energia Gerada
(kWh)
mar/15 7854 23715
abr/15 3799 10895
mai/15 3585 15102
jun/15 3334 13600
jul/15 3713 11595
ago/15 6266 16936
set/15 7632 18410
out/15 3551 14207
nov/15 3716 10805
dez/15 4313 11464
jan/16 2003 2719
fev/16 1737 7056
mar/16 7638 22454
Total Geral 59141 L 178958 kWh
Valor médio kWh gerado por litro 3,03 kWh/L
A Tab. 11 apresenta o histórico com consumo e geração da usina UNESC no
período de março de 2015 à março de 2016.
Tab. 11 – Eficiência geração de energia com usina a diesel UNESC [Do autor, 2016]
Eficiência geração de energia com usina a diesel UNESC
Período do registro Diesel Consumido
(L)
Energia Gerada
(kWh)
mar/15 17714 64636
abr/15 11454 43475
mai/15 10342 38791
jun/15 13587 50818
jul/15 8832 32456
ago/15 10426 37880
set/15 13445 50495
out/15 17334 64640
nov/15 11091 40658
dez/15 9992 35381
jan/16 8656 30123
fev/16 5387 19094
mar/16 18312 68481
Total Geral 156572 L 576928 kWh
Valor médio kWh gerado por litro 3,68 kWh/L
Com o auxílio da Tab. 12, podem-se comparar os valores médios de geração de
energia por litro de combustível consumido.
47
Tab. 12 – Eficiência geração de energia - UNESC x SATC [Do autor, 2016]
Eficiência geração de energia - SATC x UNESC
ITEM Instituição
SATC UNESC
Diesel Consumido 59141 L 156572 L
Energia Gerada 178958 kWh 576928 kWh
Valor médio kWh gerado por litro 3,03 kWh/L 3,68 kWh/L
Conforme Tab. 12 observa-se que a UNESC obteve uma relação de consumo e
geração mais eficiente que o sistema da SATC.
O maior rendimento, apresentado pela usina geradora da UNESC, está
relacionado, conforme item 2.3.4 e 2.1.3.2, à utilização de máquinas geradoras em paralelo
com controle de demanda. Esse controle tem, por objetivo, trabalhar apenas com as máquinas
necessárias para suprir as cargas no instante de operação, aumentando o rendimento das
máquinas operantes e desligando as máquinas desnecessárias.
4.6 FLEXIBILIDADE
A flexibilidade é um item importante para ser analisado em instalações com a
possibilidade de alterações futuras, o sistema deve ser flexível o suficiente para atender
ampliações de cargas de forma simples.
A UNESC possui um sistema com disponibilidade de potência para possíveis
ampliações de cargas, porém, ao passo que essa carga for alcançada, haverá a necessidade de
ampliação de sua infraestrutura civil, o acréscimo de geradores em paralelo aos existentes e
revisão do dimensionamento do transformador elevador.
A SATC, de forma semelhante, pode conectar máquinas em paralelo na eventual
necessidade de ampliação, porém, haverá a necessidade de instalação do sistema de
paralelismo de geradores. Como as usinas comportam apenas cargas pontuais, havendo o
acréscimo de cargas em toda a instituição, como a instalação de condicionadores de ar em
todas as salas de aulas e laboratórios, todas as usinas deverão ser analisadas e possivelmente
ampliadas.
48
5 CONCLUSÕES
Observado a crescente procura das empresas para redução de custos na utilização
de energia elétrica e maior segurança no seu fornecimento, percebe-se uma alternativa
amplamente utilizada, os grupos geradores a diesel. Porém, a escolha dos grupos geradores
possuem diversos fatores a serem analisados para a seleção da melhor opção. Esse trabalho
teve por objetivo a análise comparativa de sistemas geradores a diesel instalados in loco, de
modo a orientar a escolha desses em futuros projetos e instalações das usinas de
autoprodutores de energia.
Com as diretrizes do projeto de aplicação para grupos geradores, foi possível
coletar as informações necessárias para análise e comparação das usinas de geração
centralizada e distribuída, pertencentes às instituições UNESC e SATC, respectivamente.
A Tab. 13 apresenta a comparação final dos itens descritos na seção 4 desse
trabalho, nela podem ser observados os valores de implantação, operação, eficiência e
também o resultado de análise de confiabilidade e desempenho dos grupos geradores SATC e
UNESC.
Tab. 13 – Comparativo geral usinas geradoras – SATC x UNESC [Do autor, 2016]
SATC UNESC
Custos de Implantação 769,28 R$/kW 647,58 R$/kW -15,82% UNESC
Custos de Operação 1,00 R$/kWh 0,73 R$/kWh -27,63% UNESC
Confiabilidade x - SATC
Desempenho x - UNESC
Eficiência 3,03 kWh/L 3,68 kWh/L 21,77% UNESC
Flexibilidade x - UNESC
UNESC
Relação
Percentual
Análise
Parcial
Análise total geral
Comparativo geral usinas geradoras - SATC x UNESC
ITEMInstituição
Com a análise da Tab. 13, podem-se observar algumas considerações, são elas:
- Nos custos de implantação, a UNESC obteve relação, em R$/kW instalado, de
15,82 % menor que os valores apresentados pelas usinas geradoras SATC.
- A UNESC alcançou relação de custo de operação 27,63 % menor que os custos
exibidos pela usina SATC;
- A SATC apresentou possuir um sistema mais confiável e menos susceptível a
falhas que poderiam deixar as instalações sem fornecimento de energia elétrica;
49
- O desempenho da UNESC atingiu classificação superior à SATC devido ao seu
sistema mais rígido e robusto na ocasião de transientes de cargas;
- A melhor eficiência foi obtida pela usina geradora UNESC, indicando ser 21,77
% mais eficientes em comparação às usinas SATC; e
- A UNESC mostrou dispor um sistema mais flexível para ampliação de cargas e
alteração das instalações atuais.
Levando em conta todos os fatores analisado, conclui-se que a usina geradora à
diesel centralizada com operação paralela de máquinas e controle de demanda, da UNESC,
apresenta ser a alternativa mais atraente para aplicação, em comparação à usina geradora
distribuída da instituição SATC.
5.1 TRABALHOS FUTUROS
- Estudo de viabilidade econômica da migração de um consumidor cativo para o
mercado livre de energia;
- Projeto e análise de viabilidade econômica para alteração de transferência em
“baixa tensão” por sistema de transferência em “meia média tensão”, aplicado aos grupos
geradores SATC; e
- Estudo de variação de tensão no acoplamento, inrush, de transformadores de
potência, aplicados ao sistema de geração e distribuição UNESC.
50
REFERÊNCIAS
[1] MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
[2] KUNDUR, Prabha. Power System Stability and Control. New York: McGraw-Hill,
1994.
[3] MARTIGNONI, Alfonso. Máquinas de Corrente Alternada. São Paulo: Globo, 2005.
[4] KOSOW, Irving L. Máquinas Elétricas e Transformadores. São Paulo: Globo, 2005.
[5] CARVALHO DO NASCIMENTO JUNIOR, Geraldo. Máquinas Elétricas Teoria e
Ensaios. São Paulo: Érica, 2008.
[6] RAY, P. K. et al. Dynamic modeling and control of renewable energy based hybrid
system for large band wind speed variation. 2010 IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Conference Europe (ISGT Europe). p. 1-6, Out. 2010.
[7] Empresa Nema. Disponível em: <http://www.nema.com.br/wp-
content/uploads/2013/09/NEMA_Grupo_Gerador_a_Diesel_MAR_15.1.jpg >. Acesso em: 12
abr. 2016.
[8] DE SOUZA VARGAS, Tiago. Estudo de viabilidade econômica de migração de um
consumidor do mercado livre de energia para o mercado cativo. 2014. 66 f. Monografia
(Graduação em Engenharia Elétrica). Faculdade SATC. Criciúma, 2014.
[9] CUMMINS, Power Generation: Engenharia de Aplicações - Manual de Aplicações
para Grupos Geradores Arrefecidos a Água. Disponível em:
<http://www.cumminspower.com.br/pdf/engenharia/T030Portugu%C3%AAs.pdf>. Acesso:
02 jun. 2016.
[10] SANTOS, Fernando António; SANTOS, Fernando Miguel. Geração distribuída versus
centralizada. Millenium,Viseu, n. 35, nov. 2008. Disponível em:
<http://hdl.handle.net/10400.19/350>. Acesso em: 30 mai. 2016.
[11] ANEEL: Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica. Disponível em:
<http://www2.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/REN_414_2010_atual_REN_499_20
12.pdf >. Acesso: 12 abr. 2016.
51
[12] COPEL: Tarifas de Energia da COPEL. Disponível em:
<http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel
2.nsf%2F5d546c6fdeabc9a1032571000064b22e%2Fb2f4a2f0687eb6cf03257488005939b9>.
Acesso: 12 abr. 2016.
[13] ANEEL: ANEEL Altera Estrutura Tarifária para Consumidores de Alta Tensão.
Disponível em:
<http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm?Identidade=4922&id_ar
ea=90>. Acesso: 12 abr. 2016.
[14] MOREIRA, Saulo G. et al. Utilização de Controlador de Demanda e Gerador Diesel
em uma Universidade. II Congresso Brasileiro de Eficiência Energética. p. 1-6, Out. 2007.
[15] WEG. Características e especificações de geradores. 2014 [Apostila de Treinamento
para Clientes].
[16] CELESC: Conexão de Gerador Particular em Unidade Consumidora Ligada a Rede
de Distribuição. Disponível em: < https://pt.scribd.com/doc/299567083/i3210028-Conexao-
de-Gerador-Particular-Em-Unidade-Consumidora-Ligada-a-Rede-de-Distribuicao >. Acesso:
13 abr. 2016.
[17] CELESC: Requisitos Gerais para Conexão de Autoprodutor e Produtor
Independente de Energia à Rede da Celesc. Disponível em:
<http://novoportal.celesc.com.br/portal/images/arquivos/normas/I4320003.pdf >. Acesso: 12
abr. 2016.
52
ANEXOS
53
ANEXO A – FATURA DE ENERGIA ELÉTRICA UNESC
54
ANEXO B – FATURA DE ENERGIA ELÉTRICA SATC
![FACULDADE SATC GILIARD PAZeletrica.satc.edu.br/eletrica/attachments/2307/TCC EE.pdfFig. 2 – Técnica de câmaras e pilares [15] ..... 16 Fig. 3 – Componentes de uma ventilação](https://img.document.onl/doc/110x75/60988f530de4e447b0283285/faculdade-satc-giliard-eepdf-fig-2-a-tcnica-de-cmaras-e-pilares-15-.jpg)