RACIONALIZAÇÃO DO USO DE ENERGIA NO CAMPUS · PDF filerepassar-nos um importante contato com a empresa Stemac, o Sr. Marcus Miritz, que nos forneceu a cotação de preços de alguns

Universidade de Brasília – UnB Faculdade de Tecnologia – FT Departamento de Engenharia Elétrica – ENE

Brasília – Julho de 2004

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 99/17047 Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza 99/17179

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - ii -

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 - iii -

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 1.1 - Motores Diesel ...................................................................................................................... 1 1.1.1 - Definição ................................................................................................................... 1 1.1.2 - Princípio de Funcionamento ..................................................................................... 2 1.1.3 - Motores de Quatro Tempos ...................................................................................... 3 1.1.4 - Motores de Dois Tempos .......................................................................................... 4 1.1.5 - Combustão no Motor Diesel ..................................................................................... 5 1.1.6 - Baterias ..................................................................................................................... 6 1.1.7 - Componentes Elétricos ............................................................................................. 7 1.1.8 - Relação entre Potência Mecânica e Potência Elétrica .............................................. 7 1.1.9 - Reservatório de Combustível .................................................................................... 8 1.2 - Alternador ............................................................................................................................. 9 1.2.1 - Número de fases ....................................................................................................... 10 1.2.2 - Limitações ................................................................................................................. 11 1.2.3 - Tensão do Alternador ............................................................................................... 11 1.2.4 - Potência do Alternador ............................................................................................. 12 1.2.5 - Rendimento Mecânico do Alternador ....................................................................... 13 1.2.6 - Freqüência de um Alternador ................................................................................... 14 1.2.7 - Excitação ................................................................................................................... 14 1.2.8 - Componentes de Supervisão e Controle ................................................................... 17

Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB ........................................................................................ 21

2 - Dados dos Grupos Motor-Gerador do Campus da UnB ................................................................. 21

2.1 - Grupo Motor-Gerador – Cespe (Centro de Seleção e Promoção de Eventos) ..................... 22 2.1.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Subestação × GMG ............................................ 22 2.1.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 23 2.1.3 - Generalidades ........................................................................................................... 24 2.1.4 - Instalações Elétricas .................................................................................................. 26 2.1.5 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 27 2.1.6 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 28 2.1.7 - Motor Diesel ............................................................................................................. 29 2.2 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Fitopatologia ......................................................... 30 2.2.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 30 2.2.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 30 2.2.3 - Generalidades ........................................................................................................... 31 2.2.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 32 2.2.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 34 2.2.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 35

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - iv -

2.3 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Chagas (Faculdade de Saúde) ............................... 36 2.3.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 36 2.3.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 36 2.3.3 - Generalidades ........................................................................................................... 37 2.3.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 38 2.3.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 39 2.3.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 40 2.4 - Grupo Motor-Gerador – Instituto de Química (Central Analítica) ....................................... 41 2.4.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 41 2.4.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 41 2.4.3 - Generalidades ........................................................................................................... 42 2.4.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 43 2.4.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 45 2.4.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 45 2.5 - Grupo Motor-Gerador – Centro Comunitário ....................................................................... 46 2.5.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Subestação × GMG ............................................ 46 2.5.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 47 2.5.3 - Generalidades ........................................................................................................... 47 2.5.4 - Instalações Elétricas .................................................................................................. 49 2.5.5 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 50 2.5.6 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 51 2.5.7 - Motor Diesel ............................................................................................................. 51 2.6 - Grupo Motor-Gerador – Instituto de Química (Central Analítica) ....................................... 52 2.6.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 52 2.6.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 53 2.6.3 - Generalidades ........................................................................................................... 53 2.6.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 55 2.6.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 56 2.6.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 56 2.7 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Biologia Molecular (BIOMOL) ............................ 57 2.7.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 57 2.7.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 58 2.7.3 - Generalidades ........................................................................................................... 58 2.7.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 59 2.7.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 60 2.7.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 60 2.8 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Bioquímica ............................................................ 60 2.8.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 60 2.8.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 61 2.8.3 - Generalidades ........................................................................................................... 62 2.8.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 63 2.8.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 64 2.8.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 64 2.9 - Grupo Motor-Gerador – Restaurante Universitário .............................................................. 65 2.9.1 - Diagrama Elétrico Unifilar Geral: Rede Local × GMG ........................................... 65 2.9.2 - Dados de Placa do Grupo Motor-Gerador ................................................................ 65 2.9.3 - Generalidades ........................................................................................................... 66 2.9.4 - Grupo Motor Gerador – GMG .................................................................................. 67 2.9.5 - Alternador Síncrono .................................................................................................. 68 2.9.6 - Motor Diesel ............................................................................................................. 68 2.10 - Rede Elétrica Aérea ou Subterrânea ..................................................................................... 69

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - v -

Capítulo 3 - Estudo das Conexões de Rede .......................................................................................... 71

3 - Operação do Grupo Motor-Gerador ................................................................................................ 71

3.1 - Sistemas de Controle de Grupo Motor-Gerador .................................................................. 71 3.2 - Princípio de Funcionamento dos Geradores Síncronos ......................................................... 73 3.3 - Tipos de Sincronização de Geradores Síncronos com a Rede .............................................. 75 3.3.1 - Grupo Motor-Gerador em Transferência Automática .............................................. 75 3.3.2 - Grupo Motor-Gerador em Sincronismo com a Rede da Concessionária .................. 85

Capítulo 4 - Estudo sobre a Viabilização Técnica ............................................................................... 95

4 - Introdução ....................................................................................................................................... 95 4.1 - Opções de Controle Microprocessados ................................................................................. 95 4.1.1 - Controle Microprocessado da Stemac ST2030 ......................................................... 96 4.1.2 - Controle Microprocessado da Stemac ST2040 ......................................................... 97 4.1.3 - Controle Microprocessado da Stemac ST2060 ......................................................... 98 4.1.4 - Controle Microprocessado da Woodward GCP-22 .................................................. 99 4.2 - Solução Técnica para a Conexão do Paralelismo ................................................................. 100 4.2.1 - Grupo Motor-Gerador – Centro Comunitário ........................................................... 100 4.2.2 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Fitopatologia ............................................. 102 4.2.3 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Chagas (Faculdade de Saúde) ................... 104 4.2.4 - Grupo Motor-Gerador – Instituto de Química (Central Analítica) ........................... 105 4.2.5 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Microssonda Eletrônica ............................ 108 4.2.6 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Bioquímica ............................................... 109 4.2.7 - Grupo Motor-Gerador – Laboratório de Biologia Molecular (BIOMOL) .............. 111 4.2.8 - Grupo Motor-Gerador – Cespe (Centro de Seleção e Promoção de Eventos) .......... 113 4.2.9 - Grupo Motor-Gerador – Restaurante Universitário ................................................... 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....................................................... 117 5.1 - Definição de demanda e consumo......................................... ................................................ 117 5.2 - Tarifas de energia elétrica em sistemas de distribuição.......................................................... 117 5.2.1 - Consumidores de energia......................................... .................................................. 117 5.2.2 - Estruturas Tarifárias......................................... .......................................................... 119 5.3 - Gerenciadores de energia e registradores de dados no campus.............................................. 122 5.3.1 - Localização dos Equipamentos de Gerenciamento da Energia.................................. 123 5.3.2 - Esquema de Funcionamento do Sistema de Gerenciamento de Energia.................... 123 5.4 - Levantamento das curvas de carga da UnB............................................................................ 126 5.4.1 - Pontos de Entrega de Energia no Campus.................................................................. 126 5.4.2 - Curvas de Carga Padronizadas................................................................................... 127 Capítulo 6 - Análise Econômica da Utilização dos Grupos Motor-Gerador Diesel.............................. 135

6- Análise econômica da utilização dos GMG diesel .......................................................................... 135 6.1 - Custo de operação dos grupos motor-gerador diesel.................................... ......................... 135 6.2 - Análise da utilização diária do GMG do cespe: 450 kVA...................................................... 137 6.2.1 - Economia Máxima com a Diminuição da Demanda Contratada................................ 138 6.2.2 - Utilização do GMG do Cespe (405 kW) no Horário de Ponta................................... 140

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - vi -

6.2.3 - Utilização do GMG do Cespe (405 kW) no Horário Fora da Ponta......................... 143

6.2.4 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do Controle Microprocessado...................................................................................................... 145

6.2.5 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do GMG de 450 kVA............... 147 6.3 - Análise da utilização diária do GMG do RU: 100 kVA......................................................... 148 6.3.1 - Utilização do GMG do RU (90 kW) no Horário de Ponta....................................... 149

6.3.2 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do Controle Microprocessado...................................................................................................... 152

6.3.3 - Tempo de Retorno do Investimento para Aquisição do GMG de 100 kVA............ 153 6.4 - Comparação dos resultados obtidos para cada GMG............................................................. 154 6.5 - Fatura pelas estruturas tarifárias horo-sazonal azul e verde................................................... 156 6.5.1 - Cálculo da Fatura Mensal Pela Estrutura Tarifária Horo-sazonal Azul................... 157 6.5.2 - Cálculo da Fatura Mensal Pela Estrutura Tarifária Horo-sazonal Verde................. 159 6.5.3 - Comparações dos Resultados para as Estruturas Horo-sazonal Azul e Verde......... 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.............................................................................................................. 1b B.2- Curvas de carga................................................................................................................. 2b

B.2.1- Demanda Durante o Período Úmido Letivo........................................................ 2b B.2.2- Demanda Durante o Período Seco Letivo........................................................... 8b

Anexo C

C.1- Atividades de manutenção preventiva e corretiva do motor............................................. 1c C.2- Plano de manutenção do alternador................................................................................... 3c

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - vii -

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 .......................... 22 Tabela 2.2 - Dados de placa do GMG do Cespe .................................................................................. 24 Tabela 2.3 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Fitopatologia ............................................. 31 Tabela 2.4 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Chagas ....................................................... 37 Tabela 2.5 - Dados de placa do GMG do Instituto de Química ........................................................... 42 Tabela 2.6 - Dados de placa do GMG do Centro Comunitário ........................................................... 47 Tabela 2.7 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Microssonda Eletrônica ............................. 53 Tabela 2.8 - Dados de placa do GMG do Laboratório de BIOMOL ................................................... 58 Tabela 2.9 - Dados de placa do GMG do Laboratório de Bioquímica ................................................ 61 Tabela 2.10 - Dados de placa do GMG do Restaurante Universitário .................................................. 66

Capítulo 3 - Estudo das conexões de Rede

Tabela 3.1 - Descrição dos relés pelo No. ANSI para Transferência Automática .............................. 83 Tabela 3.2 - Descrição dos relés pelo No. ANSI para Paralelismo Permanente .................................. 90 Tabela 3.3 - Descrição dos relés pelo No. ANSI para Paralelismo Momentâneo................................ 93

Capítulo 4 - Estudo sobre a Viabilização Técnica

Tabela 4.1 - Dados do grupo motor-gerador do Centro Comunitário................................................... 101 Tabela 4.2 - Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Fitopatologia..................................... 102 Tabela 4.3 - Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Chagas.............................................. 104 Tabela 4.4 - Dados do grupo motor-gerador do Instituto de Química.................................................. 106 Tabela 4.5 - Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Microssonda Eletrônica..................... 108 Tabela 4.6 - Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica........................................ 110 Tabela 4.7 - Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Biologia Molecular........................... 111 Tabela 4.8 - Dados do grupo motor-gerador do Cespe.......................................................................... 113 Tabela 4.9 - Dados do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário.......................................... 115

Capítulo 5 - Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB

Tabela 5.1 - Subgrupos do Grupo B..................................................................................................... 118 Tabela 5.2 - Subgrupos do Grupo A. ................................................................................................... 118 Tabela 5.3 - Enquadramento tarifário para unidades consumidoras do Grupo A. .............................. 119 Tabela 5.4 - Estrutura tarifária horo-sazonal verde.............................................................................. 121 Tabela 5.5 - Estrutura tarifária horo-sazonal azul................................................................................ 122 Tabela 5.6 - Localização dos equipamentos gerenciadores de energia................................................ 122 Tabela 5.7 - Pontos de entrega de energia no campus da UnB............................................................ 126 Tabela 5.8 - Período de análise para o levantamento das curvas de carga padronizadas..................... 128

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - viii -

Capítulo 6 - Análise econômica da utilização dos GMG diesel diariamente

Tabela 6.1 - Valor da manutenção preventiva do GMG...................................................................... 135 Tabela 6.2 - Tarifa horo-sazonal azul................................................................................................... 137 Tabela 6.3 - Comparação entre a tarifa horo-sazonal azul da CEB e a tarifa do GMG de 405 kW..... 137 Tabela 6.4 - Sugestões de valores para a demanda contratada na ponta e fora da ponta..................... 138 Tabela 6.5 - Economia mensal pela utilização na ponta do GMG de 405 kW.................................... 145 Tabela 6.6 - Esquema da divisão dos períodos do ano acadêmico....................................................... 146 Tabela 6.7 - Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 405 kW....................... 147 Tabela 6.8 - Comparação entre a tarifa horo-sazonal azul da CEB e a tarifa do GMG de 90 kW....... 148 Tabela 6.9 - Economia mensal pela utilização na ponta do GMG de 90 kW...................................... 152

Tabela 6.10- Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 90 kW......................... 152 Tabela 6.11- Fluxo de caixa (i = 1% a.m.) e cálculo do VPL para o GMG de 100 kVA..................... 153 Tabela 6.12- Comparação das receitas mensais obtidas com o uso dos geradores na ponta................ 155 Tabela 6.13- Comparação do tempo de retorno dos investimentos para cada GMG............................ 156 Tabela 6.14- Energia e demanda mensais no período seco letivo com GMG de 405 kW.................... 157 Tabela 6.15- Fatura mensal dos dias úteis no período seco letivo........................................................ 157 Tabela 6.16- Economia perante a CEB com ICMS............................................................................... 158 Tabela 6.17- Despesa operacional mensal com o GMG de 405 kW..................................................... 158 Tabela 6.18- Economia líquida por mês no período seco letivo com o uso do GMG de 405 kW........ 159 Tabela 6.19- Fatura mensal com ICMS.................................................. .............................................. 159 Tabela 6.20- Tarifa horo-sazonal verde.................................................. ............................................. 159 Tabela 6.21- Energia e demanda mensais no período seco letivo com GMG de 405 kW.................... 160 Tabela 6.22- Fatura mensal dos dias úteis no período seco letivo........................................................ 160 Tabela 6.23- Economia perante a CEB com ICMS............................................................................... 161 Tabela 6.24- Despesa operacional mensal com o GMG de 405 kW..................................................... 161 Tabela 6.25- Economia líquida por mês no período seco letivo com o uso do GMG de 405 kW........ 162 Tabela 6.26- Fatura mensal com ICMS.................................................. .............................................. 162 Tabela 6.27- Comparação entre as estruturas tarifárias azul e verde.................................................... 162

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - ix -

Lista de Figuras Capítulo 1 - Introdução Teórica Figura 1.1 - Motor diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte ............................................... 2 Figura 1.2 - Esquema do motor de quatro tempos .............................................................................. 3 Figura 1.3 - Motor de dois tempos ...................................................................................................... 4 Figura 1.4 - Conexão de bateria no motor do grupo motor-gerador do Centro-Comunitário ............. 6 Figura 1.5 - Tanque de combustível do grupo motor-gerador do Centro-Comunitário ...................... 8 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 ................................. 9 Figura 1.7 - Alternador do grupo motor-gerador do Laboratório da Biologia Molecular ................... 10 Figura 1.8 - Esquema das conexões em estrela dos alternadores trifásicos ........................................ 12 Figura 1.9 - Esquema das conexões em triângulo ou delta dos alternadores trifásicos ...................... 12 Figura 1.10 - Representação gráfica do rendimento de alternadores em função da carga (%) ............. 14 Figura 1.11 - Esquema da excitação estática do alternador .................................................................. 15 Figura 1.12 - Esquema da excitação Brushless do alternador ............................................................... 16 Figura 1.13 - Esquema da excitação por imã permanente do alternador .............................................. 17 Figura 1.14 - Painel local de instrumentos do grupo motor-gerador do Centro Comunitário .............. 19 Figura 1.15 - (a) Vista externa e (b) vista interna do quadro de comando do Instituto de Química ..... 20 Capítulo 2 - Grupos Motor-Gerador da UnB Figura 2.1 - Localização dos geradores no campus da UnB................................................................. 21 Figura 2.2 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Cespe – Subestação × GMG ....... 23 Figura 2.3 - Vista externa do GMG do Cespe ..................................................................................... 24 Figura 2.4 - Controle microprocessado do GMG do Cespe ................................................................ 25 Figura 2.5 - Detalhe do alternador e motor do GMG do Cespe .......................................................... 25 Figura 2.6 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Fitopatologia ...... 30 Figura 2.7 - Vista externa do GMG do Laboratório de Fitopatologia ................................................. 31 Figura 2.8 - Vista do alternador do GMG do Laboratório de Fitopatologia ....................................... 32 Figura 2.9 - Tanque de combustível do GMG do Laboratório de Fitopatologia ................................ 32 Figura 2.10 -- Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Chagas ............... 36 Figura 2.11 - Vista do GMG do Laboratório de Chagas ....................................................................... 37 Figura 2.12 - Quadro de Comando do GMG do Laboratório de Chagas .............................................. 38 Figura 2.13 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Instituto de Química ................... 41 Figura 2.14 - Vista do GMG do instituto de Química ........................................................................... 42 Figura 2.15 - Vista do abrigo do GMG do Instituto de Química .......................................................... 43 Figura 2.16 - Tanque de combustível do GMG do Instituto de Química .............................................. 43 Figura 2.17 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Centro Comuntário ..................... 46 Figura 2.18 - GMG do Centro Comunitário .......................................................................................... 47 Figura 2.19 - Casa do GMG do Centro Comunitário ............................................................................ 48 Figura 2.20 - Tanque de Combustível do GMG do Centro Comunitário .............................................. 48 Figura 2.21 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Microssondas

Eletrônicas ....................................................................................................................... 52 Figura 2.22 - GMG do Lab. de Microssonda Eletrônica ....................................................................... 53 Figura 2.23 - Quadro de transferência automático ................................................................................ 54 Figura 2.24 - Reservatório de Combustível ........................................................................................... 54

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - x -

Figura 2.25 - Casa subterrânea do grupo motor-gerador ....................................................................... 55 Figura 2.26 - GMG abandonado sob uma lona de plástico ................................................................... 59 Figura 2.27 - GMG pertencente ao Laboratório de Biologia Molecular ............................................... 59 Figura 2.28 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Bioquímica ........ 61 Figura 2.29 - GMG do Laboratório de Bioquímica .............................................................................. 62 Figura 2.30 - GMG visto de lado .......................................................................................................... 62 Figura 2.31 - Vista de perto do GMG ................................................................................................... 63 Figura 2.32 - Tanque de combustível incorporado à base do GMG ..................................................... 63 Figura 2.33 - Diagrama Unifilar Geral das conexões do GMG do Restaurante Universitário ............. 65 Figura 2.34 - Grupo motor-gerador Diesel do Restaurante Universitário ............................................. 66 Figura 2.35 - Tanque do combustível externo ....................................................................................... 67 Figura 2.36 - Detalhe do tanque ............................................................................................................ 67 Figura 2.37 - Diagrama Unifilar da Rede Área e Subterrânea da UnB ................................................. 70 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 .. 72 Figura 3.2 - (a) Vista externa e (b) Vista interna do Quadro de Comando eletrônico do Grupo

Motor-Gerador do Laboratório de Fitopatologia ............................................................. 73 Figura 3.3 - Sincronismo de um gerador síncrono (alternador) com a rede para operação em

paralelo ............................................................................................................................ 74 Figura 3.4 - Chave reversora ou comutadora do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário.. 75 Figura 3.5 - Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Quadro de

Transferência Automática (QTA) .................................................................................... 77 Figura 3.6 - Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Transferência

Automática por chave comutadora .................................................................................. 78 Figura 3.7 - Chave reversora manual de três posições ........................................................................ 79 Figura 3.8 - Grupo motor-gerador para atendimento de cargas essenciais ......................................... 80 Figura 3.9 - Grupo motor-gerador para atendimento de cargas essenciais ......................................... 81 Figura 3.10 - (a) Esquema de par de contatores e (b) Contatores ......................................................... 81 Figura 3.11 - (a) Esquema de par de contatores com sinalizadores e (b) Contatores ........................... 82 Figura 3.12 - Esquema dos sistemas de controle ou USCA’s com os relés .......................................... 83 Figura 3.13 - Consumidor primário com proteção direta ...................................................................... 84 Figura 3.14 - Consumidor primário com proteção indireta ................................................................... 85 Figura 3.15 - Transferência com rampa de carga .................................................................................. 86 Figura 3.16 - Curva da potência do grupo motor-gerador na condição de emergência ........................ 87 Figura 3.17 - Curva da potência do grupo motor-gerador na condição de horário de ponta ................ 88 Figura 3.18 - Diagrama unifilar do paralelismo permanente Rede/Gerador na baixa tensão ............... 89 Figura 3.19 - Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com

proteção direta ................................................................................................................. 91 Figura 3.20 - Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com

proteção indireta .............................................................................................................. 92 Capítulo 4 - Estudo sobre a Viabilização Técnica Figura 4.1 - Controle do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário ..................................... 96 Figura 4.2 - Foto do controle microprocessado ST2030 ..................................................................... 96 Figura 4.3 - Foto do controle microprocessado ST2040 ..................................................................... 98

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - xi -

Figura 4.4 - Foto do controle microprocessado ST2060 ..................................................................... 98 Figura 4.5 - Foto do controle microprocessado da Woodward GCP-22 ............................................. 100 Figura 4.6 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Centro Comunitário ............................... 101 Figura 4.7 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Fitopatologia ................. 103 Figura 4.8 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Chagas ........................... 105 Figura 4.9 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Instituto de Química .............................. 107 Figura 4.10 -- Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Microssonda Eletrônica.. 109 Figura 4.11 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica .................... 110 Figura 4.12 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Biologia Molecular

(BIOMOL) ....................................................................................................................... 112 Figura 4.13 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Cespe ..................................................... 113 Figura 4.14 - Antigo GMG de 180 kVA do Cespe ............................................................................... 115 Figura 4.15 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Restaurante Universitário ...................... 116 Capítulo 5 - Demanda e Consumo de Energia Elétrica no Campus da UnB Figura 5.1 - Esquema da alimentação elétrica da UnB......................................................................... 119 Figura 5.2 - Distribuição dos equipamentos gerenciadores de energia pelo campus........................... 123 Figura 5.3 - Esquema de obtenção dos dados de energia elétrica nas subestações do ICC Sul e

Norte.................................................................................................................................. 123 Figura 5.4 - Transdutor CCK 4200 recebendo os sinais de corrente através de um TC para cada

fase.....................................................................................................................................124

Figura 5.5 - Registrador de dados CCK 5500....................................................................................... 124 Figura 5.6 - Aquisição de dados via medição da concessionária (CEB).............................................. 125 Figura 5.7 - Software da CCK para visualização dos valores de energia medidos............................... 125 Figura 5.8 - Curvas de carga a serem padronizadas.............................................................................. 127 Figura 5.9 - Curvas de carga máxima para os dias úteis do período úmido letivo................................ 128 Figura 5.10 -- Curva de carga padrão (Curva 1) para os dias úteis do período úmido letivo................... 129 Figura 5.11 - Curvas de carga máxima para os dias úteis do período seco letivo................................... 130 Figura 5.12 - Curva de carga padrão (Curva 2) para os dias úteis do período seco letivo...................... 130 Figura 5.13 - Curvas de carga máxima para os dias úteis do período de férias...................................... 131 Figura 5.14 - Curva de carga padrão (Curva 3) para os dias úteis do período de férias......................... 132 Figura 5.15 - Curvas de carga máxima para os fins de semana e feriados............................................. 133 Figura 5.16 - Curva de carga padrão (Curva 4) para os sábados............................................................ 134 Figura 5.17 - Curva de carga padrão (Curva 5) para os domingos e feriados......................................... 134 Capítulo 6 - Análise econômica da utilização dos GMG diesel diariamente Figura 6.1 - Diminuição da demanda contratada com o uso de um GMG de potência PGMG............... 139 Figura 6.2 - Tempo mínimo de geração na ponta no período seco letivo. ........................................... 141 Figura 6.3 - Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo.......................................... 142 Figura 6.4 - Tempo mínimo de geração fora da ponta no período seco letivo..................................... 144 Figura 6.5 - Fluxo de caixa para o investimento no controle microprocessado.................................... 146 Figura 6.6 - Fluxo de caixa para o investimento no GMG de 405 kW................................................. 147 Figura 6.7 - Tempo mínimo de geração na ponta no período seco letivo............................................. 149 Figura 6.8 - Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo.......................................... 151 Figura 6.9 - Receita mensal no período seco letivo referente à potência do GMG.............................. 154

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - xii -

Lista de Abreviaturas e Símbolos

A - Ampères BIOMOL - Biologia Molecular

Ccomb - Custo do combustível diesel Cespe - Centro de Seleção e Promoção de Eventos CGMG - Consumo de combustível do GMG Cman - Custo de manutenção do GMG

COGMG - Custo de operação do GMG cos φ - Fator de Potência (Considerando as formas de onda de tensão e corrente perfeitamente senoidal) CV - Cavalo Vapor DC - Demanda contratada

DEGMG - Despesa de energia do GMG Dfp - Demanda no horário fora da ponta Dp - Demanda no horário de ponta DU - Demanda máxima permitida de ultrapassagem E - Tensão de linha

EGMG - Energia fornecida pelo GMG Ep - Energia no horário de ponta Epf - Energia no horário fora da ponta

f - Freqüência GMG - Grupo Motor-Gerador

HP - Horse Power Hz - Hertz I - Corrente de linha n - Velocidade de rotação p - Número de pólos

Pel - Potência Elétrica PGMG - Potência ativa do GMG Pmec - Potência Mecânica QTA - Quadro de Transferência Automática

RDGMG - Receita de demanda do GMG rpm - Rotações por minuto RU - Restaurante Universitário

SGMG - Potência aparente do GMG TD - Tarifa de demanda TDp - Tarifa de demanda na ponta TDpf - Tarifa de demanda fora da ponta TE - Tarifa de energia

TEGMG - Tarifa de energia do GMG TEp - Tarifa de energia na ponta TEpf - Tarifa de energia fora da ponta TGMG - Tempo de operação do GMG UnB - Universidade de Brasília

USCA - Unidade de Supervisão de Corrente Alternada V - Volts

Vcc Volts (Corrente Contínua) η - Rendimento

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - xiii -

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.

Capítulo 1 – Introdução Teórica

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - 1 -


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.



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



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.


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 auto-

ignição (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).



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.


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.



1.1.5 - COMBUSTÃO NO MOTOR DIESEL

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.

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.

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.



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.



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 motor-

gerador, 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:

)(736,0)(CVP

kWP

mec

el

×=η

ou )(746,0)(HPP

kWP

mec

el

×=η

(1.1)

Como

)(cos)( kVAPkWP elel ×= ϕ (1.2)



a potência do motor diesel pode ser calculado por:

ηϕ

××

=736,0

)(cos)(

kVAPCVP el

mec

ou ηϕ

××

=746,0

)(cos)(

kVAPHPP el

mec

(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.



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.



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.



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.



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.


Figura 1.9 – Esquema das conexões em triângulo ou delta dos alternadores trifásicos.




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:

( ) ( ) ( )222 varkkWkVA += (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:

ϕ coskVAkW potência de fator == (1.5)

Assim, a potência ativa pode ser calculada pela seguinte expressão:

( ) 00013

. cosIEP kWϕ⋅⋅⋅

= (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.

( )

( )mecãnico

elétrico

kWkW

=η (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.



Figura 1.10 – Representação gráfica do rendimento de alternadores em função da carga (%).


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.

120pnf ⋅

= (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.



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.


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



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.


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



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.


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.



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.



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]



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 pré-

aquecimento 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.

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:

Figura 2.1 – Localização dos geradores no campus da UnB.

6

3

9 1

5

2

4

7

8



Tabela 2.1 – Identificação e Descrição de potências de cada Grupo Motor-Gerador.

A pesquisa de levantamento de dados sobre a quantidade, localização e estado dos grupos motor-

gerador 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 motor-

gerador.

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

No. Localização do Grupo Motor-Gerador Potência (kVA) Potência (kW) 1 Cespe - Centro de Seleção e Promoção de Eventos 450 360 2 Laboratório de Fitopatologia 30 24 3 Laboratório de Chagas 33 26 4 Laboratório de Química 11,7 / 10,2 9,36 / 8,16 5 Centro Comunitário 45 42 6 Laboratório de Microsonda Eletrônica 55 44 7 Laboratório de Biologia Molecular – BIOMOL 81 / 79 64,8 / 63,2 8 Laboratório de Bioquímica 40 32 9 Restaurante Universitário - RU 100 80

TOTAL 845,7 682,16



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.



Tabela 2.2 – Dados de placa do GMG do Cespe. Data 01/2004 Motor Mercedes Benz

Potência (cv) 542 Cilindros 6 cilindros Potência (kVA) 450/405 Refrigeração A água por radiador Potência (kW) 360/324 Combustível Óleo Diesel

Fator de Potência 0,80 Reservatório Externo, 350L Corrente (A) 683 Consumo motor (L/h) 81 Tensão (V) 380/220 Acionamento Automático / Manual

Rotação (rpm) 1.800 Transferência Automática / Manual Excitação (V / A) - Pré Aquecimento Incorporado

Fase 3 Bateria 12V Freqüência (Hz) 60 Carregador de Bateria Incorporado

Pronto para ser utilizado Sim Manutenção 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.



Figura 2.4 – Controle microprocessado do GMG do Cespe.

Figura 2.5 – Detalhe do alternador e motor do GMG do Cespe.



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.

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.

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



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.

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.

USCA/QTA



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

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 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.

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

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.

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.



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.


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.



Tabela 2.3 – Dados de placa do GMG do Laboratório de Fitopatologia. Data 08/2000 Motor Perkins

Potência (cv) 45 Cilindradas 4 cilindros Potência (kVA) 30 Refrigeração A água por radiador Potência (kW) 24 Combustível Óleo Diesel

Fator de Potência 0,80 Reservatório Externo, 300L Corrente (A) 45.6 Consumo motor (L/h) 7,0 Tensão (V) 380/220 Acionamento Automático / Manual

Rotação (rpm) 1.800 Transferência Automática / Manual Excitação (V / A) 42 2 Pré Aquecimento Incorporado


Pronto para ser utilizado Sim Manutenção Corretiva


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.



Figura 2.8 – Vista do alternador do GMG do Laboratório de Fitopatologia.

Figura 2.9 – Tanque de combustível do GMG do Laboratório de Fitopatologia.




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.




a) Potência do grupo – 30 kVA (Nominal).






g) Combustível – Óleo diesel – Reservatório.

h) Reservatório – Somente externo, cilíndrico vertical com capacidade de aproximadamente de 100

litros.




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.

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.



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


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.


As características elétricas do alternador



potência igual a 0,80.

c) A freqüência nominal do alternador é 60 Hz elétricas correspondente a 1800 r.p.m. mecânicas.


neutro acessível.

As características construtivas do alternador



c) O rotor possui enrolamento amortecedor, constituído por barras localizadas na peça polar, e









Características gerais






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.



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.


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.



Tabela 2.4 – Dados de placa do GMG do Laboratório de Chagas. Data 04/1983 Motor MWM

Potência (cv) 42 Cilindradas 4 cilindros Potência (kVA) 33 Refrigeração A água por radiador Potência (kW) 26,4 Combustível Óleo Diesel

Fator de Potência 0,80 Reservatório Externo, 100L Corrente (A) 51 Consumo motor (L/h) 6,0 Tensão (V) 380/220 Acionamento Automático / Manual

Rotação (rpm) 1.800 Transferência Automática / Manual Excitação (V / A) 60 3 Pré Aquecimento Incorporado





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.



Figura 2.12 – Quadro de Comando do GMG do Laboratório de Chagas.




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.


a) Potência do grupo – 33 kVA (Nominal).






g) Combustível – Óleo diesel – Reservatórios.

h) Reservatório – Somente externo, cilíndrico vertical com capacidade de 100 litros.






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.

USCA/QTA


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




motor.

h) Bateria de Partida


105Ah.










neutro acessível.





a) Tipo: motor alternativo de combustão interna três tempos, de ignição por compressão, com





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.



2.4 - GRUPO MOTOR-GERADOR – INSTITUTO DE QUÍMICA (CENTRAL ANALÍTICA)


Figura 2.13 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Instituto de Química.


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.



Tabela 2.5 – Dados de placa do GMG do Instituto de Química. Data 03/2002 Motor LOB

Potência (cv) 12 Cilindradas 1 cilindro Potência (kVA) 11,7/10,2 Refrigeração A água por radiador Potência (kW) 9,36/8,16 Combustível Óleo Diesel

Fator de Potência 0,80 Reservatório Externo, 15L Corrente (A) 28 Consumo motor (L/h) 3,0 Tensão (V) 220 Acionamento Automático / Manual

Rotação (rpm) 1.800 Transferência Automática / Manual Excitação (V / A) - Pré Aquecimento Incorporado





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.



Figura 2.15 – Vista do abrigo do GMG do Instituto de Química.

Figura 2.16 – Tanque de combustível do GMG do Instituto de Química.




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.




a) Potência do grupo – 11,7/10,2 kVA (Nominal).




e) Cilindradas – 1 cilindro.


g) Combustível – Óleo diesel – Reservatório.

h) Reservatório – Acoplado ao motor, cúbico metálico com capacidade de 10 litros.




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.

USCA/QTA


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


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



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.






c) A freqüência nominal do alternador é 60Hz elétrica correspondente a 1800 r.p.m. mecânica.


neutro acessível.

As características construtivas do alternador:



c) O rotor possui enrolamento amortecedor, constituído por barras localizadas na peça polar, e









sistema de injeção direta (Motor diesel).






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.




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 08/2000 Motor Perkins



Rotação (rpm) 1.800 Transferência Automática / Manual Excitação (V / A) 30 2,5 Pré Aquecimento Incorporado




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 motor-

gerador 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.



Figura 2.19 – Casa do GMG do Centro Comunitário.

Figura 2.20 – Tanque de Combustível do GMG do Centro Comunitário.



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 pára-

raios 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:

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.

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



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.

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.

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.





motor.

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.

Bateria de Partida:

A bateria do grupo Motor Gerador existente é do tipo chumbo ácido, tensão 12 Vcc e capacidade de

150 Ah.


Características elétricas do alternador:

a) Tensão nominal: 380 V trifásicos e 220 V monofásicos.





neutro acessível.

e) A excitatriz é rotativa, acoplada ao eixo do alternador.





b) Potência: 67 cv.

Sistema de operação (entrada/transferência/espera/saída):



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.

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


Figura 2.21 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Microsondas

Eletrônicas.




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 09/1996 Motor MWM D229-4 Potência (cv) 60 Cilindradas 4 cilindros

Potência (kVA) 55 Refrigeração A água por radiador Potência (kW) 44 Combustível Óleo Diesel






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.



Figura 2.23 – Quadro de transferência automático.

Figura 2.24 – Reservatório de Combustível.



Figura 2.25 – Casa subterrânea do 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.

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



de pré-aquecimento.

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.



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.



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



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.

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)




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.


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.


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.

Data 11/2001 Motor MWM D229-6 Potência (cv) 89 Cilindradas 6 cilindros


Fator de Potência 0,8 Reservatório Não há Corrente (A) 98 Consumo motor (L/h) 13,6 Tensão (V) 380/220 Acionamento Não há

Rotação (rpm) 1.800 Transferência Não há Excitação (V / A) 30 2,5 Pré Aquecimento Incorporado

Fase 3 Bateria Não há Freqüência (Hz) 60 Carregador de Bateria Incorporado

Pronto para ser utilizado Não Manutenção Não há



Figura 2.26 – GMG abandonado sob uma lona de plástico.

Figura 2.27 – GMG pertencente ao Laboratório de Biologia Molecular.







trabalhando nas condições ambientes de Brasília – DF com o fator de potência igual a 0,8.


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.


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.


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.


a) Tipo: motor alternativo de combustão interna e de ignição por compressão, com sistema de

injeção direta.

b) Potência: 89 cv.

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



Figura 2.28 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do gerador do Laboratório de Bioquímica.


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 2001 Motor MWM D229-3 Potência (cv) 45 Cilindros 4 cilindros


Fator de Potência 0,8 Reservatório Interno, 60L Corrente (A) 100 Consumo motor (L/h) 7,2 Tensão (V) 380/220 Acionamento Automático / Manual

Rotação (rpm) 1.800 Transferência Automática / Manual Excitação (V / A) 32,1 3,1 Pré Aquecimento Incorporado





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.



Figura 2.31 – Vista de perto do GMG.

Figura 2.32 – Tanque de combustível incorporado à base do GMG.


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.






b) Tensão Nominal: 380Vac entre fases e 220Vac entre fase.



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


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.






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



a) O tanque de combustível é incorporado à base, localizado abaixo da carenagem metálica, com

capacidade de 60 litros.



2.9 - GRUPO MOTOR-GERADOR - RESTAURANTE UNIVERSITÁRIO


Figura 2.33 – Diagrama Unifilar Geral das conexões do GMG do Restaurante Universitário.


A Tabela 2.10 mostra as principais especificações técnicas do grupo motor-gerador que alimenta o

Restaurante Universitário.



Tabela 2.10 – Dados de placa do GMG do Restaurante Universitário. Data Não disponível Motor Perkins


Fator de Potência 0,8 Reservatório Externo, 5.000L Corrente (A) 262/152/131 Consumo motor (L/h) 19,2 Tensão (V) 380/220/440 Acionamento Automático / Manual


Fase 3 Bateria 12V Freqüência (Hz) 60 Carregador de Bateria Incorporado Pronto para ser

utilizado Sim

Manutenção Corretiva


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.



Figura 2.35 – Tanque do combustível externo.

Figura 2.36 – Detalhe do tanque.





trabalhando nas condições ambientes de Brasília/DF com o fator de potência igual a 0,8.

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,



trifásica.

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.




b) Tensão Nominal: 380Vac entre fases e 220Vac entre fase e neutro ajustável em ± 15%.



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


h) Inexistência de escovas, o que elimina a possibilidade de faiscamento.






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



O motor é suprido por um tanque externo de capacidade de armazenamento de combustível igual a



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.



Figura 2.37 – Diagrama Unifilar da Rede Área e Subterrânea da UnB.

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]



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.



Figura 3.2 - (a) Vista externa e (b) Vista interna do Quadro de Comando eletrônico do Grupo Motor-

Gerador 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.



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]



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.



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 motor-

gerador.

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.



Figura 3.5 – Diagrama unifilar das conexões de Grupo Motor-Gerador com Quadro de Transferência

Automática (QTA).



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



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:

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;

Riscos para pessoas e possibilidades de incêndios, provocados por descargas elétricas sobre

materiais combustíveis, como conseqüência de evento citado no item anterior;

Energização indevida da rede elétrica da concessionária, podendo vitimar eletricistas que estejam

trabalhando na rede ou no quadro de medição;

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.



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.



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



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 curto-

circuito. 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 motor-

gerador. 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:



Tabela 3.1 – Descrição dos relés pelo No. ANSI para Transferência Automática. No. ANSI Função

27/47

* 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.

50/51 – 50/51 N

* 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.

59 * Relé de sobretensão de fase, para detectar tensões inadequadas da rede e comandar o desligamento do disjuntor geral de entrada.

81 * 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.



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.



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.



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.



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 motor-

gerador. 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.



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.



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.



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. No. ANSI Função

27/47

* 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.

27 * 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.

67 * 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.

50/51 – 50/51 N

* 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.

32/62 * 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.

59/59 N * Relé de sobretensão de fase e de neutro, para detectar tensões inadequadas da rede e comandar o desligamento do disjuntor 1 (geral de entrada).

S.O.P.

* 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.


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.



Figura 3.19 – Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com

proteção direta.



Figura 3.20 – Diagrama unifilar do paralelismo momentâneo Rede/Gerador na baixa tensão com

proteção indireta.



Portanto, as Normas NTD 6.005 e 6.008 da Eletropaulo, respectivamente para conexão de motor-

gerador 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 Função

27/47

* 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.

27 * 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.

67 * 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.

50/51 – 50/51 N

* 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.

32/62 * 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.

59 * Relé de sobretensão de fase, para detectar tensões inadequadas da rede e comandar o desligamento do disjuntor 1 (geral de entrada).

S.O.P.

* 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.




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.



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.



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.



a) Possui todas as aplicações do ST2030.

b) Operação em emergência e horário de ponta.









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;



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.



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:



Tabela 4.1 – Dados do grupo motor-gerador do Centro Comunitário Dados de placa Valores

Potência 45 kVA Tensão nominal 380 V – 220 V

Freqüência nominal 60 Hz Fator de potência 0,92 Rotação do motor 1.800 rpm

Transferência Automático - Manual Acionamento Automático - Manual Contatores Sim

Transformadores de corrente 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.



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 Valores




Transformadores de corrente Sim Controle de Transferência

Automática (Digital) Sim


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.



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



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 Valores





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.



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)



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 Valores

Potência 11,7/10,2 kVA Tensão nominal 380 V – 220 V





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.



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, nota-

se 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.



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 Valores







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.



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:



Tabela 4.6 – Dados do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica. Dados de placa Valores

Potência 30,4 kVA Tensão nominal 380 V – 220 V





Figura 4.11 – Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Laboratório de Bioquímica.


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



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 Valores Potência 81 kVA

Tensão nominal 380 V – 220 V Freqüência nominal 60 Hz Fator de potência 0,8 Rotação do motor 1.800 rpm

Transferência Não Acionamento Não Contatores Não

Transformadores de corrente Não Controle de Transferência

Automática (Digital) 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



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).



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 Valores






Figura 4.13 - Diagrama unifilar do grupo motor-gerador do Cespe.



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.



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 Valores Potência 100 kVA

Tensão nominal 380 V – 220 V Freqüência nominal 60 Hz Fator de potência 0,80 Rotação do motor 1.800 rpm




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 4.15 – 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).

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.



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

AS inferior a 2,3 kV, atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição

Fonte: Resolução nº 456/2000, Art. 2º, inciso XXII.



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.

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 Opção Tarifária Tarifa

estrutura tarifária convencional convencional

verde inferior a 69 kV inferior a 300 kW estrutura tarifária horo-sazonal

azul

igual ou superior a 69 kV – estrutura tarifária horo-sazonal azul

verde inferior a 69 kV igual ou superior a 300 kW estrutura tarifária horo-sazonal

azul

Fonte: Resolução nº 456/2000, Art. 53º.

... Rede da CEB

13,8 kV

TC

TP

Componentes de medição (SG 12)

Ponto de entrega (SG 12)



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 horo-

sazonal 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

TE = Tarifa de energia

E = Energia consumida

TD = Tarifa de demanda

D = Demanda contratada

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:

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.

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:

Período úmido: período de 5 (cinco) meses consecutivos, compreendendo os fornecimentos

abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte.



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

horário de ponta preço – TEpu período úmido horário de fora de ponta preço – TEfpu

horário de ponta preço – TEps energia [R$/kWh]

período seco 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:


TEp = Tarifa de energia na ponta

Ep = Energia mensal consumida na ponta

TEfp = Tarifa de energia na fora da ponta

Ep = Energia mensal consumida fora da ponta

TD = Tarifa de demanda

D = Demanda contratada

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. horário de ponta preço – TDp

demanda [R$/kW] horário de fora de ponta preço – TDfp

horário de ponta preço – TEpu período úmido horário de fora de ponta preço – TEfpu

horário de ponta preço – TEps energia [R$/kWh]

período seco horário de fora de ponta preço – TEfps



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:


TEp = Tarifa de energia na ponta

Ep = Energia mensal consumida na ponta

TEfp = Tarifa de energia na fora da ponta

Ep = Energia mensal consumida fora da ponta

TDp = Tarifa de demanda na ponta

Dp = Demanda contratada na ponta

TDfp = Tarifa de demanda fora da ponta

Dfp = Demanda contratada 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 Dispositivos

Medição Geral (cubículo CEB) 5100 (gerenciador de energia) 1 SG 12

Medição do RU/Caldeiras (cubículo CEB) 5100

Subestação, CDT, GRACO, NMI 4200 (transdutor de energia) 2

Faculdade de Tecnologia Sala de HUB’s 5500 (registrador de dados)

Subestação ICC Sul (3 trafos) 4200 e 5500 3

Instituto Central de Ciências Subestação ICC Norte (3 trafos) 4200 e 5500



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.

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.

Rede AT

13,8 kV

TC

4200

TC

4200

TC

4200

5500

RS 485

RS 485

RS 485

ETHERNET



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.



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.

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.

Cubículo de medição da

CEB 5100

ETHERNET



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.



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.

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.

Período úmido(Curva 1)

Período seco(Curva 2)

Período letivo Período de Férias(Curva 3)

Dias úteis

Sábados(Curva 4)

Domingos e Feriados(Curva 5)

Fins de semanae feriados

Curva de Carga



Tabela 5.8 – Período de análise para o levantamento das curvas de carga padronizadas. Período Tempo de análise

úmido 01/12/2003 até 17/12/2003

15/03/2004 até 31/04/2004

seco 03/10/2003 até 30/11/2003

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)

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

terça-feirasegunda-feira

quarta-feira

sexta-feira

quinta-feira

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.



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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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.



Curvas de Carga máximas - Dias úteis da semana (período seco)

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

400000

:15

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

segunda-feira

sexta-feira

terça-feira

quinta-feira

quarta-feira

Figura 5.11 – Curvas de carga máxima para os dias úteis do período seco letivo.

Curva de Carga máxima - Terça-feira (período seco)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura 5.12 – Curva de carga padrão (Curva 2) para os dias úteis do período seco letivo.



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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

segunda-feira

sexta-feira

terça-feira

quinta-feira

quarta-feira

Figura 5.13 – Curvas de carga máxima para os dias úteis do período de férias.



Curva de Carga média - Quinta-feira (Férias)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

350000

:15

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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.



Curvas de Carga máxima - Fins de Semana

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

350000

:15

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

domingos e feriados

sábado

Figura 5.15 – Curvas de carga máxima para os fins de semana e feriados.

Curva de Carga máxima - Sábados

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura 5.16 – Curva de carga padrão (Curva 4) para os sábados.



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

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura 5.17 – Curva de carga padrão (Curva 5) para os domingos e feriados.

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* R$ 0,46/h

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 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 *Balde, 20 litros. Total: R$ 794,82 R$ 0,8722/h

Fonte: Comunicação pessoal, Marcus Miritz, STEMAC.



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.

0,8722/h R$Cman = 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:

1,43/L R$Ccomb = 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:

(h)T(R$/h)C(h)T(L/h)C(R$/L)C(R$)CO GMGmanGMGGMGcombGMG ⋅+⋅⋅= 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:

(kWh)E(R$)CO

GMG pelo fornecida EnergiaGMG do operação de CustoTE

GMG

GMGGMG == 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.

[ ](h)T(kW)P

(h)T(R$/h)C(L/h)C(R$/L)CTE

GMGGMG

GMGman.GMGcomb.GMG ⋅

⋅+⋅= eq. 6.5

(kW)P(R$/h)C(L/h)C(R$/L)C

TEGMG

man.GMGcomb.GMG

+⋅= 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.

(kW)P(R$/h) 0,8722(L/h)C(R$/L) 1,43

(R$/kWh)TEGMG

GMGGMG

+⋅= eq. 6.7



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:

(kVA) S0,9(kW) P GMGGMG ⋅= 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:

kW 4054500,9P CespeGMG =⋅= 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:

(kW) 405(R$/h) 0,8722(L/h) 81(R$/L) 1,43TE CespeGMG

+⋅= eq. 6.10

/kWh0,28815358 R$TE CespeGMG = eq. 6.11

Tabela 6.2 – Tarifa horo-sazonal azul. Subgrupo R$/kW R$/MWh

A4 (2,3 a 25 kV) Ponta F Ponta Ult. P Ult FP P Seca P Úmida FP Seca FP Úmida

Sem ICMS 29,30 9,60 87,91 28,79 195,08 179,05 94,80 83,98 Com ICMS 38,969 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 horário Tarifa CEB (R$/kWh)

GMG 405 kW (R$/kWh)

TECEB – TEGMG

(R$/kWh)

ponta 0,2594564 0,28815358 -0,02869718 seco

fora de ponta 0,1260840 0,28815358 -0,16206958

ponta 0,2381365 0,28815358 -0,05001708 úmido

fora de ponta 0,1116934 0,28815358 -0,17646018



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




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

2213

3663

2618

2012

3330

2380

1500

2000

2500

3000

3500

4000

16:3

0

16:4

5

17:0

0

17:1

5

17:3

0

17:4

5

18:0

0

18:1

5

18:3

0

18:4

5

19:0

0

19:1

5

19:3

0

19:4

5

20:0

0

20:1

5

20:3

0

20:4

5

21:0

0

21:1

5

21:3

0

21:4

5

22:0

0

22:1

5

22:3

0

tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

+ 10%

+ 10%

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:

(kW)DC1,1(kW)DU antigaantiga ⋅= 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:

(kW)DC1,1(kW)DU novanova ⋅= 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:

(kW)P(kW)DU(kW)DU GMGantiganova −= eq. 6.14

DUantiga

DUnova

PGMG

DCGMG

DCantiga

DCnova



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:

(kW)DC1,1(kW)DC1,1(kW)P novaantigaGMG ⋅−⋅= eq. 6.15

[ ](kW)DC(kW)DC1,1(kW)P novaantigaGMG −⋅= 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:

(kW)DC(kW)DC(kW)DC novaantigaGMG −= 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:

(kW)DC1,1(kW)P GMGGMG ⋅= eq. 6.18

(kW)P909090,01,1(kW)P

(kW)DC GMGGMG

GMG ⋅== 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:

kW81,3681,1

405DC CespeGMG == 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:

(R$/kW) TD(kW) DC(R$) RD GMGGMG ⋅= 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



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

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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:

h 38,5h 1,7522TGMG =⋅= 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:

[ ](R$/kWh)TETE(h)T(kW) P(R$)DE CEBGMGGMGGMGGMG −⋅⋅= 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:



447,46 R$(R$/kWh) 0,02869718(h) 38,5(kW) 405DE GMG =⋅⋅= 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:

(R$/kW) TDp(kW) DCRD GMGCespeGMG ⋅= eq. 6.25

14.347,68 R$(R$/kW) 38,969(kW) 368,18RD CespeGMG =⋅= 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:

(R$)DE(R$)RD(R$)Lucro GMGGMGGMG −= eq. 6.27

13.900,22 R$46,44768,347.14Lucro CespeGMG =−= 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

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura 6.3 – Tempo mínimo de geração na ponta no período úmido letivo.



Assim, o tempo de operação mensal do GMG no período úmido letivo é:

h 33h 1,522TGMG =⋅= eq. 6.29

A despesa mensal oriunda da utilização do GMG para geração de energia elétrica é dada por:


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:

668,48 R$(R$/kWh) 0,05001708(h) 33(kW) 405DE GMG =⋅⋅= 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:



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:


14.347,68 R$068,347.14Lucro CespeGMG =−= 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



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.


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

3340

3663

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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:

h 5,28h 3,7522TGMG =⋅= eq. 6.37





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:

5.415,15 R$(R$/kWh) 0,16206958(h) 5,28(kW) 405DE GMG =⋅⋅= eq. 6.39


contratada fora da ponta. Assim, para o GMG do Cespe de 405 kW, fora da ponta, a receita mensal é:

(R$/kW) TDfp(kW) DCRD GMGCespeGMG ⋅= eq. 6.40


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:


714,20- R$15,415.595,700.4Lucro CespeGMG =−= 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 motor-

gerador 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 405 kW

ponta (período seco) 1,75 h Tempo de operação diário (dias úteis) ponta (período úmido) 1,5 h

seco letivo R$ 13.900,22

úmido letivo R$ 13.679,20 Economia mensal período

de férias R$ 14.347,68



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.

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).

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:

.635,332 R$33,615.2700,980.2401,1

20,679.1301,1

68,347.1400,980.24VPL 2 =+−=++−= 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.

Setembro Outubro Novembro

Período seco 2º semestre do ano

Dezembro Março Abril

Período úmido aulas

1º semestre do ano Maio Junho

Período seco

Janeiro Fevereiro

Período úmido

Ano Acadêmico (12 meses)

férias Julho Agosto Período seco

0 1 2

14.347,68 13.679,20

24.980,00

janeiro

fevereiro março



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 motor-

gerador 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.

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 -219.000,00 -219.000,00 -219.000,00

fev 1 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

FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN … JUL

14.347 13.679 13.679 13.900 13.900 14.347 14.347 13.900 13.900 13.900 13.679 14.347 … 14.347

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 18

219.000



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:

kW 900010,9P CespeGMG =⋅= 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:

(kW) 90(R$/h) 0,8722(L/h) 2,91(R$/L) 1,43TE CespeGMG

+⋅= eq. 6.45

/kWh0,31475778 R$TE CespeGMG = 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 horário Tarifa CEB (R$/kWh)

GMG 405 kW (R$/kWh)

TECEB – TEGMG

(R$/kWh)

ponta 0,2594564 0,31475778 -0,05530138 seco

fora de ponta 0,1260840 0,31475778 -0,18867378

ponta 0,2381365 0,31475778 -0,07662128 úmido

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:

kW818,811,1

90DC RUGMG == eq. 6.47



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.


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

2530

2618

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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:

h 5,16h 75,022TGMG =⋅= eq. 6.48





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:

82,12 R$(R$/kWh) 0,05530138(h) ,561(kW) 09DE GMG =⋅⋅= eq. 6.50


contratada na ponta. Assim, para o GMG de 90 kW, a receita mensal é:

(R$/kW) TDp(kW) DCRD GMGCespeGMG ⋅= eq. 6.51


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:



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:

h 5,5h 25,022TGMG =⋅= eq. 6.55



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:

37,93 R$(R$/kWh) 0,07662128(h) 5,5(kW) 09DE GMG =⋅⋅= eq. 6.57



Curva de Carga máxima - Terça-feira (período úmido) com GMG de 90 kW na ponta

1000

1500

2000

2500

3000

3500

400000

:15

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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:



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:


37,188.3 R$037,188.3Lucro CespeGMG =−= 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.



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

ponta (período seco) 0,75 h Tempo de operação diário (dias úteis) ponta (período úmido) 0,25 h

seco letivo R$ 3.106,26

úmido letivo R$ 3.150,45 Economia mensal período

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.


jan 0 -24.980,00 -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.



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.


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



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

3.106,252.567,121.746,861.386,611.255,241.032,95913,87

359,67

0,00

2.000,00

4.000,00

6.000,00

8.000,00

10.000,00

12.000,00

14.000,00

10,53 27 29,7 36 40,5 49,5 72,9 90 405

Potência do GMG (kW)

Rec

eita

men

sal (

R$)

Figura 6.9 – Receita mensal no período seco letivo referente à potência do GMG.



Tabela 6.12 – Comparação das receitas mensais obtidas com o uso dos geradores na ponta.

Local GMG diesel tarifa de energia

(R$/kWh) período Lucro mensal (R$)

seco letivo 13.900,22

úmido letivo 13.679,20 Cespe

450 kVA

405 kW

(81 L/h)

0,28815358

férias 14.347,67


úmido letivo 3.150,44 RU

100 kVA

90 kW

(19,2 L/h)

0,31475778

férias 3.188,37


úmido letivo 2.582,58 Lab.

BIOMOL

81 kVA

72,9 kW

(13,6 L/h)

0,27874074

férias 2.582,58



Microssonda

55 kVA

49,5 kW

(8,8 L/h)

0,27184242

férias 1.753,61


úmido letivo 1.434,77 Centro

Comunitário

45 kVA

40,5 kW

(9,8 L/h)

0,36756049

férias 1.434,77



Bioquímica

40 kVA

36 kW

(7,2 L/h)

0,31022778

férias 1.275,35


úmido letivo 1.052,16 Lab. Chagas

33 kVA

29,7 kW

(6 L/h)

0,31825589

férias 1.052,16

seco letivo 913,87

úmido letivo 956,51 Lab.

Fitopatologia

30 kVA

27 kW

(7 L/h)

0,40304444

férias 956,51

seco letivo 359,67

úmido letivo 373,04 Lab.

Química

11,7 kVA

10,53 kW

(3 L/h)

0,49023746

férias 373,04



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 NOVO

GMG DIESEL Investimento

(R$)

Tempo de retorno

(i = 1% a.m.)

Investimento

(R$)

Tempo de retorno

(i = 1% a.m.)

405 kW (450 kVA) 24.980,00 2 meses 219.000,00 18 meses


72,9 kW (81 kVA) 24.980,00 14 meses 65.000,00 30 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.



6.5.1 – CÁLCULO DA FATURA MENSAL PELA ESTRUTURA TARIFÁRIA HORO-SAZONAL AZUL


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 kWh

Energia diária fora da ponta (Edfp) 48.866,400

Energia diária na ponta (Edp) 6.222,025

Demanda mensal solicitada 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


Demanda contratada na ponta (Dp) 2.012,000


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

R$ Fatura mensal total (dias úteis)

292.298,36



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)


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

Por dia útil 1,75 Horas de funcionamento

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)



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.



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.


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 kWh

Energia diária fora da ponta (Edfp) 48.866,400

Energia diária na ponta (Edp) 5.715,775

Demanda mensal solicitada 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


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

R$ Fatura mensal total (dias úteis)

315.614,87



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)


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)


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

Por dia útil 3 Horas de funcionamento

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)



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 R$

TOTAL: 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

horo-sazonal

Receita mensal com o uso

do GMG de 405 kW Fatura mensal total

azul R$ 13.893,13 R$ 320.764,06

verde R$ 29.094,50 R$ 344.489,46



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.



Capítulo 7 – Conclusão



No Capítulo 1 deste projeto, foram apresentados alguns conceitos referentes aos Grupos Motor-

Gerador 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



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.



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 motor-

gerador 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 horo-

sazonal azul para verde.



Anexo A

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - 1a -

Anexo A

Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo A


Anexo B

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - 1b -

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 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

Setembro/2003

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

Outubro/2003

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 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

Dezembro/2003

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

Fonte: www.unb.br/deg/daa/Calendarios/cronologico12003.htm

Anexo B


A Tabela B.2 mostra o período letivo do primeiro semestre de 2004 da Universidade de Brasília..

Tabela B.2 – Período letivo do primeiro semestre de 2004 da UnB.

Março/2004 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

Abril/2004

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

Maio/2004 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

Junho/2004 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

Julho/2004

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

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.

Anexo B


Curva de Carga Média - Segunda-feira (Período úmido letivo)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

350000

:15

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.2 – Curva de carga máxima para uma segunda-feira durante o período úmido letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.4 – Curva de carga máxima para uma terça-feira durante o período úmido letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.6 – Curva de carga máxima para uma quarta-feira durante o período úmido letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.7– Curva de carga média para uma quinta-feira durante o período úmido letivo.

Curva de Carga máxima - Quinta-feira (período úmido)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.8 – Curva de carga máxima para uma quinta-feira durante o período úmido letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.9– Curva de carga média para uma sexta-feira durante o período úmido letivo.

Curva de Carga máxima - Sexta-feira (período úmido)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.10 – Curva de carga máxima para uma sexta-feira durante o período úmido letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.11– Curva de carga média para uma segunda-feira durante o período seco letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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.

Anexo B


Curva de Carga média - Terça-feira (período seco)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

350000

:15

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.14– Curva de carga máxima para uma terça-feira durante o período úmido letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.15– Curva de carga média para uma quarta-feira durante o período seco letivo.

Curva de Carga máxima - Quarta-feira (período seco)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:1

5

01:0

0

01:4

5

02:3

0

03:1

5

04:0

0

04:4

5

05:3

0

06:1

5

07:0

0

07:4

5

08:3

0

09:1

5

10:0

0

10:4

5

11:3

0

12:1

5

13:0

0

13:4

5

14:3

0

15:1

5

16:0

0

16:4

5

17:3

0

18:1

5

19:0

0

19:4

5

20:3

0

21:1

5

22:0

0

22:4

5

23:3

0

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.16 – Curva de carga máxima para uma quarta-feira durante o período seco letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.17– Curva de carga média para uma quinta-feira durante o período seco letivo.

Curva de Carga máxima - Quinta-feira (período seco)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.18– Curva de carga máxima para uma quinta-feira durante o período seco letivo.

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)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.19– Curva de carga média para uma sexta-feira durante o período seco letivo.

Curva de Carga máxima - Sexta-feira (período seco)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:1

5

01:1

5

02:1

5

03:1

5

04:1

5

05:1

5

06:1

5

07:1

5

08:1

5

09:1

5

10:1

5

11:1

5

12:1

5

13:1

5

14:1

5

15:1

5

16:1

5

17:1

5

18:1

5

19:1

5

20:1

5

21:1

5

22:1

5

23:1

5

Tempo (h)

Dem

anda

(kW

)

Figura B.20 – Curva de carga máxima para uma sexta-feira durante o período seco letivo.

Anexo C

Fábio Hoshino Shirahige & Luiz Guilherme Camargo Campos de Souza - 1c -

Anexo C

C.1 – ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA E CORRETIVA DO MOTOR

Verificação e Tarefas de Manutenção a Executar

Diariamente Cada 250h Cada 1500 h Cada 4500 h

SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO Verificar vazamentos X Verificar o nível do lubrificante X Trocar o óleo lubrificante do motor

X

Trocar o elemento do filtro de óleo lubrificante

X

Trocar o elemento do filtro desvio óleo (By-Pass)

X

Verificar o nível de óleo no regulador hidráulico

X

Anotar a pressão do lubrificante X SISTEMA DE COMBUSTÍVEL

Verificar vazamentos X Verificar trincas na tubulação do combustível

X

Drenar água ou sedimentos do tanque e filtros de combustível

X

Trocar o elemento do filtro do combustível

X

Verificar pressão da bomba de combustível

X

SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR Verificar e limpar filtro de ar X Limpar o pó da cuba do filtro X Verificar o indicador de restrição (se houver)

X

Verificar a conexão de ar entre AFC e coletor de admissão

X

Examinar a tubulação de ar X Drenar a água dos tanques de ar X Trocar o elemento do filtro de ar X Examinar a folga axial do tubo compressor

X

Limpar a turbina e o difusor do tubo compressor

X

Reapertar os coletores de admissão

X

Anexo C




SISTEMA DE ARREFECIMENTO Verificar nível de refrigerante X Trocar elemento do filtro anti-corrosivo

X

Limpar o radiador externamente X OUTRAS MANUTENÇÕES

Verificar tensão das correias X Verificar articulação externas de comando

X

Verificar nível de eletrolítico na bateria

X

Observar ruídos estranhos com o motor em movimento

X

Ajustar injetores e válvulas X Limpar ou substituir elemento de respiro do cárter

X

Inspecionar a polia tensora da bomba d’água

X

Limpar e calibrar os injetores X Limpar e calibrar a bomba de combustível

X

Examinar a parte elétrica X Recondicionar e/ou substituir o tubo compressor

X

Recondicionar e/ou substituir o amortecedor de vibrações

X

Recondicionar e/ou substituir o compressor de ar

X

Recondicionar e/ou substituir a bomba d’água

X

Recondicionar e/ou substituir o cubo do ventilador

X

Recondicionar e/ou substituir a polia tensora

X

Verificar folga axial do virabrequim

X

Anexo C


C.2 – PLANO DE MANUTENÇÃO DO ALTERNADOR



SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO Observar os ruídos estranhos com o gerador em movimento

X

Inspecionar a ventilação (fluxo de ar)

X

Verificar resistência de isolamento X Verificar e reapertar os parafusos e terminais de ligação

X

Verificar os níveis de vibração e ruídos

X

Inspecionar rolamentos X Inspecionar as conexões do regulador de tensão

X

Limpar o gerador interna e externamente

X

Inspecionar o funcionamento e ligações dos acessórios (resistência de aquecimento, detectores de temperatura...)

X

Inspecionar os diodos X Lubrificar os rolamentos 1 Trocar os rolamentos 2 Revisão completa do gerador 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.

Documents

RACIONALIZAÇÃO DO USO DE ENERGIA NO CAMPUS · PDF filerepassar-nos um importante contato com a empresa Stemac, o Sr. Marcus Miritz, que nos forneceu a cotação de preços de alguns