fredericoagrizziiwand

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

PROJETO DE GRADUAÇÃO

ESTUDO TÉCNICO-ECONÔMICO DE IMPLANTAÇÃO DE UM GRUPO GERADOR DE EMERGÊNCIA EM FÁBRICA DE

REFRIGERANTES

FREDERICO AGRIZZI IWAND

VITÓRIA – ES SETEMBRO/2007



REFRIGERANTES

Parte manuscrita do Projeto de Graduação do aluno Frederico Agrizzi Iwand, apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

VITÓRIA – ES SETEMBRO/2007



REFRIGERANTES

COMISSÃO EXAMINADORA:

___________________________________ Prof. Dr. Wilson Correia Pinto de Aragão Filho. Orientador

___________________________________ Eng. Leonardo Perini Zanotelli Examinador

___________________________________ Prof. Dr. Paulo José Mello Menegáz. Examinador

Vitória - ES, 28, Setembro de 2007

i

DEDICATÓRIA

Aos amigos que foram companheiros nesses longos anos de graduação. A

Letícia e Patrícia pela paciência, compreensão e carinho.

ii

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, que está presente em todos os momentos da

minha vida.

A Wilson Aragão, pela orientação.

A todas as pessoas que contribuíram para que esse trabalho fosse realizado.

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fluxo Térmico para Motor Diesel.............................................................. 18

Figura 2 - Demanda Mensal Registrada...................................................................... 36

Figura 3 - Consumo Mensal........................................................................................ 36

Figura 4 - Enchedora da Linha de Produção 1............................................................ 40

Figura 5 - Paletizadora da Linha de Produção 2 ......................................................... 41

Figura 6 - Analisador de Nível da Linha de Produção 3............................................. 42

Figura 7 - Câmara Fria ................................................................................................ 43

Figura 8 - Gerador Caterpillar Modelo 3412 .............................................................. 45

Figura 9 - Fluxo de Desconto no Tempo .................................................................... 48

iv

LISTA DE TABELA

Tabela 1 - Fator de Simultaneidade ............................................................................ 14

Tabela 2 - Emissões de um Motor Diesel ................................................................... 22

Tabela 3 - Histórico de Demanda de Energia Elétrica Ativa...................................... 35

Tabela 4 - Fator de Carga............................................................................................ 37

Tabela 5 - Energia e Demanda Reativas ..................................................................... 38

Tabela 6 - Indicador de Qualidade.............................................................................. 39

Tabela 7 - Características do Gerador Caterpillar Modelo 3412 ................................ 46

v

GLOSSÁRIO

PIB - Produto Interno Bruto

FP - Fator de Potência

HP - Horse Power

CV - Cavalo Vapor

CONAMA - Conselho Nacional de Meio Ambiente

Vibra-Stop - Amortecedor entre Grupo-Gerador e base de concreto

Ox

- Frequência de Vibração

e

- Frequência Natural de Vibração

VPL - Valor Presente Líquido

vi

SUMÁRIO

DEDICATÓRIA...........................................................................................................I

AGRADECIMENTOS............................................................................................... II

LISTA DE FIGURAS ...............................................................................................III

LISTA DE TABELA.................................................................................................IV

GLOSSÁRIO.............................................................................................................. V

SUMÁRIO .................................................................................................................VI

RESUMO ................................................................................................................VIII

INTRODUÇÃO........................................................................................................... 9

1 GERADORES ........................................................................................................ 10

1.1 Grupo Gerador.................................................................................................. 10

1.2 Potências Mecânica e Elétrica.......................................................................... 11

1.3 Consumidores Elétricos.................................................................................... 12

1.4 Determinação da Potência................................................................................ 13

1.5 Fator de Simultaneidade................................................................................. 143

1.6 Fator de Potência.............................................................................................. 14

1.7 Tipos de Carga ............................................................................................... 145

1.8 Influência Exercida pela Ligação de Motores Elétricos em Grupos Geradores146

1.9 Energia Térmica do Combustível................................................................... 147

1.10 O Combustível.............................................................................................. 148

1.11 Gases de Escape / Emissões ........................................................................... 21

1.12 Instalação........................................................................................................ 22

1.13 Vibração ......................................................................................................... 23

1.14 Biodiesel em Motores..................................................................................... 24

2 DIESEL OU GÁS NATURAL? ........................................................................... 25

2.1 Emissões........................................................................................................... 26

2.2 Rendimento ...................................................................................................... 27

2.3 Custos de Investimento .................................................................................. 248

2.4 Custo de Manutenção ....................................................................................... 28

vii

2.5 Custo da Energia Gerada.................................................................................. 28

2.6 Manuseio do Combustível................................................................................ 29

2.7 Condições de Operação.................................................................................... 29

3 TARIFAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ......................................................... 30

3.1 Tarifa Convencional......................................................................................... 31

3.2 Tarifa Horo-Sazonal......................................................................................... 31

3.2.1 Tarifa Horo-Sazonal Azul ...................................................................... 32

3.2.2 Tarifa Horo-Sazonal Verde .................................................................... 33

4 DESENVOLVIMENTO DOS PROCEDIMENTOS PARA O PROJETO...... 34

4.1 Análise do Consumo de Energia Elétrica da Fabrica de Refrigerantes ........... 34

4.1.1 Fator de Carga......................................................................................... 37

4.1.2 Fator de Potência .................................................................................... 38

4.2 Cargas Críticas na Fábrica de Refrigerantes .................................................... 39

4.2.1 Enchedora da Linha de Produção 1 ........................................................ 40

4.2.2 Paletizadora da Linha de Produção 2 ..................................................... 41

4.2.3 Analisador de Nível da Linha de Produção 3 ......................................... 42

4.2.4 Câmara Fria ............................................................................................ 43

5 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO TÉCNICO-ECONÔMICO ................ 44

5.1 Gerador de Emergência para a Fábrica ............................................................ 44

5.2 Estudo Econômico............................................................................................ 46

5.2.1 Preço do kWh ......................................................................................... 46

5.2.2 Viabilidade do Grupo Gerador ............................................................... 47

6 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 49

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................... 50

viii

RESUMO

As fontes de energia elétrica de emergência são importantes porque

asseguram a confiabilidade necessária a quaisquer serviços, especialmente àqueles

ditos essenciais, que são uma necessidade crescente nos dias atuais.

Em vários ramos de atividades, as interrupções de fornecimento de

energia elétrica representam um alto risco de prejuízos que muitas vezes não são

apenas financeiros. A segurança de pessoas também está envolvida em vários casos.

Grandes Shoppings, hipermercados, hospitais e muitas unidades industriais dos mais

diversos ramos de atividade, não podem prescindir de um sistema de geração de

energia de emergência.

Portanto, foi elaborado um estudo sobre os principais equipamentos

usados nos sistemas de emergência e suas principais características, bem como as

maneiras pelas quais esses sistemas se comportam na ocasião de uma falha de

alimentação principal.

Numa empresa de produção de refrigerantes, onde a produção trabalha

24 hs em regime permanente, pode-se constatar que qualquer interrupção do

fornecimento de energia elétrica representa uma alteração significativa no volume de

produção.

Se o gerador de emergência for usado também no horário de ponta, pode

trazer uma redução no consumo e pode ter um impacto significativo no custo de

produção em um mês. Se for considerado um ano, esta redução de custo pode ser

compatível com o retorno de um investimento inicial.

Confiabilidade e segurança no abastecimento são requisitos

preponderantes na escolha da filosofia do sistema de emergência.

ix

INTRODUÇÃO

O Consumo de energia elétrica no Brasil cresce a uma taxa aproximada de

4,0% ao ano, independentemente do crescimento do PIB. Historicamente, o consumo

de energia elétrica em taxas superiores às de crescimento do PIB vem se repetindo há

cerca de 30 anos e deve se manter assim no futuro próximo. Nos últimos 15 anos, tem

sido crescente a expectativa de crise no setor energético brasileiro, em função da

defasagem entre o crescimento da demanda e a necessidade de investimentos, que até

então vinham sendo feitos somente pelo setor público. Com a privatização, viabilizam-

se os investimentos do setor privado e tenta-se inverter essa tendência de crise.

Nos planos do governo brasileiro, a elevação do nível tarifário no suprimento

é fundamental para a atratividade da atividade de geração de energia elétrica,

incluindo-se nesta a autoprodução. A própria separação das tarifas de geração e de

transmissão pode trazer uma pressão de elevação dessa tarifa, na medida em que se

procure manter um nível de rentabilidade compatível em cada um desses segmentos.

De qualquer modo, qualquer elevação que haja deverá ser temporalmente gradual,

como vem ocorrendo atualmente.

Em função do atual regime de tarifas, cresce o número de empresas que, por

motivos de economia, optam pela contratação do fornecimento de energia elétrica pelo

regime de tarifa horo-sazonal (tarifa azul ou tarifa verde) e utilizam grupos geradores

para o suprimento de energia elétrica nos horários de ponta, reduzindo seus custos com

o consumo de energia elétrica. A autoprodução, portanto, vem crescendo por motivos

de economia dos consumidores, que tem a possibilidade de gerar sua própria energia

elétrica a partir de óleo Diesel ou Gás Natural.

10

1 GERADORES

1.1 Grupo Gerador [1]

Denomina-se grupo gerador o conjunto de motor e gerador de corrente

alternada, denominado alternador, convenientemente montados, dotados 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 ou gás. Em função dos consumidores de energia elétrica a que se destinam, os

grupos geradores são construídos com características especiais que os tornam

apropriados para diversas aplicações. São muitos os fatores a serem considerados antes

da aquisição do sistema adequado. Os fornecedores de grupos geradores tendem a

padronizar seus produtos, evitando fornecimentos especiais sob encomenda o que na

prática é inviável, pois há situações em que alguns requisitos do ambiente e dos

consumidores não podem deixar de serem atendidos. É o caso, por exemplo, dos

equipamentos de telecomunicações, que necessitam de tensão e freqüência sem

oscilações, com baixos fatores de interferência, que somente se consegue em grupos

geradores com alternadores fabricados especificamente para esta finalidade. Outros

fatores, como nível de ruído, capacidade de operar em paralelo com outro grupo ou

com a rede local, tempo de partida, capacidade de partida e parada automática,

telemetria e controle remoto, em muitos casos são exigências inerentes aos

consumidores a serem atendidas pelo equipamento. Em todas as situações, uma

avaliação criteriosa deve ser feita como parte do projeto da instalação de um grupo

gerador. Na maioria das vezes, o grupo gerador de prateleira, ou seja, modelo padrão

encontrado em estoque e para pronta entrega, oferecido pelo fornecedor, não é a

melhor solução.

Para o dimensionamento correto do grupo gerador, algumas perguntas devem

ser respondidas antecipadamente, tais como:

- Qual tipo de carga? (Iluminação, motores de indução, fornos, canteiros de

obras, retificadores de corrente, equipamentos de telecomunicação?)

11

- Qual o ambiente do serviço? (Mar, terra, atmosfera explosiva?)

- Quais as características do local? (Temperatura ambiente dominante,

altitude, nível de contaminação do ar por partículas sólidas?)

- Qual o regime de operação? (O grupo gerador é a única fonte de energia

elétrica? É reserva da rede local ou de outro grupo gerador? Quantas horas de operação

por dia?)

- Quanto tempo os consumidores podem ficar desligados?

- Quais os riscos envolvidos no caso de uma interrupção do fornecimento de

energia por defeito no equipamento?

Uma vez definidas as necessidades, calcula-se a potência do grupo gerador.

1.2 Potências Mecânica e Elétrica [1,2]

Quando se fala de potência elétrica, é necessário ter em mente a diferença

entre potência aparente (Volt-Ampere) e potência ativa (Watt). A potência aparente é

aquela necessária para que com determinados valores de tensão e fluxo de corrente um

certo consumidor funcione corretamente. A potência ativa é a potencia efetivamente

consumida ou transformada pelo mesmo consumidor. A relação entre as duas

potências é definida como Fator de Potência (FP) e conhecida como cos( ) = kW /

kVA. O FP será abordado com mais detalhe no tópico 1.6 deste trabalho.

A potência do grupo gerador, definida em kVA (potência aparente), está em

relação direta com a potência em Horse-Power (HP) ou Cavalo Vapor (CV) do motor.

No cálculo para definir a potência do grupo gerador, são consideradas as perdas

(rendimento no alternador) e a potência mecânica do motor que é convertida

diretamente em kW. Universalmente utiliza-se FP = 0,8, para a construção de

máquinas elétricas. Entretanto, atualmente o valor limite estabelecido como mínimo

admitido pelas concessionárias de energia elétrica é de FP = 0,92. Instalações com

fator de potência inferior a 0.92 têm tarifas mais elevadas (multas) pois, para consumir

12

uma determinada quantidade de kWh, colocam em circulação uma corrente mais

elevada do que a que seria suficiente com um fator de potência mais alto.

Assim, a potência em HP do motor, pode ser calculada em função da potência

em kVA e do fator de potência do alternador, pela relação:

7457,0

8,0kVAHP ,

onde representa o rendimento do alternador. Para o cálculo em CV, basta substituir

0,7457 por 0,7355.

O rendimento do alternador não é constante e se aproxima de seu valor

máximo com a carga entre 80 e 100% da potência máxima. Alternadores pequenos têm

rendimentos mais baixos do que os alternadores maiores ( = 0,93 acima de 250 kVA),

e devem ser informados pelo fabricante para cálculos mais seguros. Quando se tratar

de cálculos estimativos, pode ser igual a 90%, que é adotado pelos montadores de

grupos geradores em geral.

1.3 Consumidores Elétricos [3]

Ao se projetar novas instalações, já é calculada a potência requerida para a

conexão à rede publica. Para o dimensionamento do grupo gerador de emergência, é

necessário conhecer além da potência ativa (kW), também a potência aparente (kVA)

ou o fator de potência (cos( )) e o fator de simultaneidade (será abordado no tópico

1.5 deste trabalho).

Durante todo o projeto de um grupo gerador de emergência, com

consumidores já instalados, a potência ativa (kW) pode ser obtida facilmente quando

da leitura do consumo de energia indicado pelo medidor de kWh, quando todos os

consumidores essenciais, com direito ao suprimento de energia, estiverem ligados, sob

aplicação de carga por uma hora. Todavia pode-se proceder também como no projeto

de uma instalação nova.

13

1.4 Níveis das Seções [1]

Depois de definidas as características da aplicação, o mais importante é

determinar a potência do grupo gerador. Ao mesmo tempo, deve-se considerar a

conveniência da subdivisão da potência total requerida em vários grupos geradores e

de menor porte. Os fatores determinantes do grupo gerador são:

- Soma da potência de todos os consumidores. Para grupos geradores de

emergência, deve-se fazer distinção entre consumidores essenciais e consumidores não

essenciais e seus respectivos tempos de interrupção admissíveis.

- Nem todos os consumidores estão ligados simultaneamente ou atingem, ao

mesmo tempo, seu consumo máximo de energia.

- Alguns consumidores absorvem exclusivamente potência ativa enquanto

outros absorvem potência aparente.

- Consumidores especiais, por exemplo, com características de carga brusca

(golpe) ou requisitos extremos em relação à constância de tensão e freqüência, devem

ser levados em conta.

- Os valores de corrente, tensão e freqüência deverão corresponder aos valores

nominais da rede pública local.

1.5 Fator de Simultaneidade [1]

Este fator indica a porcentagem do consumo total de energia instalada que

estará em operação ao mesmo tempo. Em geral, não se pressupõe que todos os

consumidores existentes estejam ligados simultaneamente. Com uma avaliação lógica

do fator de simultaneidade, o grupo gerador pode ser dimensionado com potência

menor do que a soma de todos os consumidores potenciais. Todavia a potência

nominal do grupo gerador não deverá ser calculada muito abaixo da potência total

requerida pelos consumidores, porque, após sua instalação, freqüentemente anexam-se

outros novos consumidores. O fator de simultaneidade deve ser avaliado para cada

14

projeto. Deve ser evitada a adoção de um fator muito baixo. Alguns valores práticos

para o fator de simultaneidade:

Tabela 1. Fator de Simultaneidade

Hospitais 0,4 a 0,8

Prédios Administrativos 0,8 a 0,9

Grandes Shoppings 0,9 a 1,0

Indústria Química Até 1,0

Hotéis Até 1,0

Fonte: [1]

1.6 Fator de Potência [3]

O Fator de Potência (FP) indica a relação entre a potência ativa e a potência

aparente. É calculado como:

kVA

kWFP cos ,

O FP é sempre determinado pelo tipo do consumidor. Assim, por exemplo,

transformadores e motores elétricos representam um quinhão considerável da potência

reativa indutiva, enquanto que lâmpadas incandescentes, aquecedores e outras cargas

puramente resistivas, absorvem apenas potência ativa. A potência reativa capacitiva

não é muito freqüente e, em geral, pode ser desprezada. O FP de um setor que consiste

de vários consumidores distintos, pode ser determinado de maneira segura,

estabelecendo-se a soma das potências ativas (kW) e a soma das potências aparentes

(kVA). O resultado da divisão é o fator de potência do setor considerado.

Com um fator de potência menor, a potência do motor poderá ser reduzida

correspondentemente enquanto que com um fator de potência maior, esta deve ser

elevada, o que será imprescindível levar em conta no projeto.

15

1.7 Tipos de Carga [4]

A aplicação da carga ativa (kW) ocasiona uma queda temporária (dinâmica)

da velocidade. Se isto não implicar em carga no motor além de sua potência máxima

pré-ajustada de bloqueio, a velocidade subirá novamente até a velocidade nominal

dentro de um tempo de recuperação relativamente breve, dependendo das

características do governador utilizado no motor (fornece um controle de precisão nas

velocidades).

Em caso de uma sobrecarga momentânea de potência ativa, pode ser

eventualmente possível compensar o pico de potência por meio de um volante

particularmente pesado do motor, não sendo portanto necessário um super

dimensionamento do motor e alternador em função de sobre cargas temporárias.

Carga brusca significa a aplicação súbita de uma parte considerável da carga

nominal ou ainda a aplicação temporária de sobrecarga.

Ao dimensionar o grupo gerador, é preciso observar se os motores elétricos

trifásicos de maior porte são ligados diretamente (partida direta) ou se por meio de

dispositivos auxiliares de partida, como chave estrela-triângulo ou compensadora por

autotransformador (partida com tensão reduzida). Em caso de partida direta, a corrente

de partida poderá superar em até 6 ou mais vezes a corrente nominal, dependendo da

construção adotada. Neste caso o alternador pode estar sujeito a uma carga de corrente

tão elevada que a tensão atingirá a ruptura. Como conseqüência disto, os contactores e

relés que compõem o sistema atuam e o sistema de energia é interrompido.

16

1.8 Influência Exercida pela Ligação de Motores Elétricos em Grupos Geradores

[4]

O Fator de Potência, cos( ), de motores elétricos trifásicos durante o período

de partida pode ser adotado entre 0,4 até 0,6, a depender da carga. Disto resulta uma

sobrecarga do motor situada acima de uma relação de correntes normalmente

admitidas, conforme abaixo:

cos( ) = 0,6, tem-se 3,1Ina

Ip,

cos( ) = 0,4, tem-se 0,2Ina

Ip.

Ip = corrente de partida

Ina = corrente nominal do alternador

Deve-se considerar como corrente nominal do grupo gerador aquela que

corresponde à potência do alternador juntamente com o FP tomado por base para o

projeto, correspondente à potência do motor. A corrente nominal do alternador poderá

ser maior, por exemplo, no caso de alternador super dimensionado. A corrente nominal

do alternador é essencial para queda de tensão no caso de partida de motores elétricos

trifásicos, ou seja, com o alternador super dimensionado a queda de tensão pode ser

mantida dentro dos limites restritos.

Para grupos geradores sujeitos a uma carga inicial aplica-se também a relação

de correntes de 1,33 ou 2,0 se à corrente inicial for adicionada a corrente de partida.

No caso de alternadores trifásicos, a corrente nominal pode ser ligada quando

da partida de motores elétricos trifásicos, sem que haja uma queda de tensão superior a

aproximadamente 18%. Aumentando-se a corrente de partida em mais de 25% da

corrente nominal do alternador, deve se contar com mais uma queda de tensão da

ordem de 4%. Isto significa que a um alternador em vazio podem ser ligados

diretamente motores elétricos até uma ordem de grandeza de aproximadamente 20%

da sua capacidade nominal sem que o motor diesel sofra uma queda de velocidade

anormal nem que haja queda de tensão transitória do alternador além de 20% entre 0,1

e 0,5 segundo.

17

Quando se necessita partir motores cuja corrente de partida ultrapassa os

limites das relações acima é necessário estabelecer o limite de queda de tensão

admissível pelos demais consumidores.

A queda de tensão que se verifica durante a partida de motores elétricos

depende também do tipo de excitação do alternador. Excitação dinâmica tem um

tempo de resposta ligeiramente superior à excitação estática.

Em resumo, para um projeto normal de grupo gerador, a sua potência ativa

não deverá exceder a potência máxima admissível do motor diesel (levando-se em

conta o rendimento do alternador). A corrente de partida de motores elétricos trifásicos

não deverá ser (inclusive a carga inicial do alternador) superior a 1,2 vezes a corrente

nominal do alternador.

Para efetuar o cálculo da queda de tensão do alternador durante a partida de

motores elétricos, utilize os valores de reatância do alternador, informados pelo

fabricante, e aplique a equação:

100

"1

100

"

Ig

XdIp

Xd

Ig

Ip

v

v = Queda de tensão;

Ip = Corrente de partida;

Ig = Corrente nominal do alternador;

Xd” = Reatância transitória do alternador.

1.9 Energia Térmica do Combustível [1]

A energia térmica liberada na combustão não é totalmente aproveitada para a

realização de trabalho no motor. Na realidade, a maior parcela da energia é

desperdiçada de várias formas. Motores Diesel de grande porte e baixa rotação têm

melhor aproveitamento da energia obtida na combustão. O calor gerado pelo poder

calorífico do óleo Diesel se dispersa e apenas uma parcela é transformada em energia

18

útil. Para os motores Diesel de pequeno porte e alta rotação, em média, o rendimento

térmico se situa entre 36% e 40%, o que para máquinas térmicas, é considerado alto. A

seguir vê-se um diagrama de fluxo térmico para o motor Diesel de grande cilindrada

(diagrama Sankey), onde se pode ter uma idéia de como o calor é aproveitado.

Figura 1. Fluxo térmico para motor Diesel

Fonte: [1]

1.10 O Combustível [1]

Motores Diesel precisam, para 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, e é característica importante para o

desempenho do combustível.

O óleo Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulição entre

200 e 360º C, obtido pela destilação do petróleo por hidrogenação, síntese, ou

craqueamento catalítico a baixas temperaturas. 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

19

principal contaminante e deve ser removida, por centrifugação ou filtragem especial

com decantadores. Como os componentes das bombas e bicos injetores são

construídos com folga 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.

Os hidrocarbonetos não carburados (perdas na exaustão e por vazamentos nas

vedações dos pistões), o formaldeído (reação parcial da mistura de combustível e ar), o

monóxido de carbono, os óxidos nítrico (reação do ar com pressão e temperatura

elevadas) e todos os componentes de mal cheiro como a fuligem podem causar

problemas.

O gás natural é definido como uma mistura de hidrocarbonetos e outros

compostos químicos. A sua ocorrência se apresenta de duas formas: em fase gasosa ou

em solução com o petróleo em reservatórios subterrâneos. Devido a estas formas de

ocorrência, o gás natural apresenta duas classificações: o gás natural associado e o gás

natural não-associado. A forma associada é aquela em que o gás está dissolvido no

líquido, ou seja, no petróleo e/ou depositado sobre a superfície do líquido. A outra

forma, não associada, reflete a situação em que o gás se encontra em depósito

subterrâneo onde não há coexistência com o petróleo.

A composição do gás natural, como já citado, é basicamente de

hidrocarbonetos mais leves da série das parafinas (hidrocarbonetos saturados) cuja

fórmula geral é CnH2n+2. Dentre os compostos presentes na sua composição os que se

apresentam em maior proporção são o metano (CH4), o etano (C2H6), o propano

(C3H8), o butanos (C4H10) e hexanos (C4H14). Em termos quantitativos, cerca de

90% do seu volume é composto por uma mistura de metano e etano.

A composição apresentada, basicamente hidrocarbonetos leves, confere ao gás

natural características técnicas bastante interessantes. Eficiência energética, alto poder

calorífico por unidade de volume, o que faz com que o gás natural seja um energético

de destaque no setor. Eficiente em termos ambientais, a queima mais limpa reduz a

20

emissão de poluentes atmosféricos, fazendo deste uma boa alternativa para a redução

de impactos ambientais.

A versatilidade do gás natural é notória. Além da sua utilização como um

energético de alta eficiência energética, a indústria de fertilizantes o utiliza como

matéria-prima. No entanto, o seu principal uso é como energético. A gama de

utilização energética é bastante vasta, ou seja, consome-se gás natural desde

sofisticados processos industriais até simples cocção de alimentos. De maneira mais

explícita, utiliza-se o gás natural como combustível na indústria para a geração de

vapor, aquecimento de fornos etc. Outra ampla possibilidade de utilização industrial é

a cogeração de energia, bastante discutida atualmente em função da reestruturação do

setor elétrico.

No tocante ao setor elétrico, o esgotamento do potencial hidráulico da região

Sudeste tem feito com que novas alternativas tenham suas potencialidades de uso

avaliadas pelo setor. A construção do gasoduto Brasil-Bolívia, cortando o estado de

São Paulo, possibilita a construção de várias termoelétricas na região, abrindo um

mercado forte para o gás natural.

Além das já destacadas vantagens do gás natural, cumpre ressaltar que o gás

natural pode se constituir em um elemento de modernização do parque industrial

brasileiro. O baixo custo cerca de 0,8715 R$/m³, limpeza, abundância, diante da

construção do gasoduto, entre outras propriedades, coloca o gás natural como um dos

energéticos mais adequados ao novo modo de produção mundial que requer hoje, com

a globalização, maior qualidade por menor preço.

Nos últimos anos a discussão sobre uma maior participação do gás natural na

matriz energética brasileira tem se aprofundado. Muitos fatores têm contribuído como

a perspectiva de déficits energéticos na região Sudeste, a questão ambiental etc. Neste

cenário, de um possível aumento de mercado para o gás natural, deve-se ressaltar que a

adesão dos consumidores é função de aspectos econômicos, dentre os quais se destaca

o preço competitivo do gás frente ao energético substituído.

21

1.11 Gases de Escape / Emissões [4]

Nos motores em geral o processo de combustão oxida uma parcela dos

componentes que são admitidos no interior dos cilindros. O combustível,

principalmente o derivado de petróleo, é na realidade uma mistura de hidrocarbonetos

que contém também outros materiais, tais como enxofre, vanádio, sódio, potássio, etc.

Por outro lado, o ar, utilizado como comburente, é uma mistura de gases diversos,

como sabemos. O oxigênio contido no ar é o que realmente interessa ao processo de

combustão. Os demais gases, como o nitrogênio, ao se combinarem com alguns outros

componentes do combustível, podem produzir compostos indesejáveis, os quais são

lançados na atmosfera, misturando-se ao ar que respiramos. Alguns desses compostos

como o Anidrido Sulfuroso (SO2) são prejudiciais e atualmente são objeto de

preocupação mundial. As organizações internacionais, como a Enviromental

Protection Agency (EPA) nos Estados Unidos, o Conselho Nacional do Meio

Ambiente (CONAMA) no Brasil e outras entidades vêm estabelecendo padrões para

controle dos níveis de emissões desses poluentes e, se considerarmos os milhões de

motores existentes no planeta emitindo milhões de toneladas deste produto

diariamente, veremos que realmente existem motivos para preocupações.

Os motores diesel produzidos atualmente necessitam atender a limites

estabelecidos em normas internacionais a fim de obrigar os fabricantes a

desenvolverem motores capazes de produzir potência com máximo aproveitamento do

combustível com o mínimo de emissões. Segue tabela de emissões de um motor diesel

novo em boas condições de operação e aprovado em testes de emissões:

22

Tabela 2. Emissões de um motor Diesel

g / HP.h

HC Hidrocarbonetos não queimados 2,4

NOx Óxidos de Nitrogênio como N2 11,49

CO Monóxido de Carbono 0,4

PM Material Particulado 0,5

SO2 Anidrido Sulfuroso 0,62

CO2 Gás Carbônico 510

N2 Nitrogênio 3400

O2 Oxigênio 490

H2O Vapor de Água 180

Fonte: [1]

1.12 Instalação [1,5]

Na maioria dos casos, não há necessidade de fundações especiais para suportar

o grupo gerador. Entretanto, em qualquer situação, é necessário avaliar o peso do

conjunto e as freqüências envolvidas, para verificar a necessidade de reforço adicional

para o piso ou estruturas.

Uma maneira prática de avaliar a resistência das fundações para suportar o

peso, isolar vibrações e assegurar o alinhamento do conjunto é calculando a espessura

da base de concreto armado, necessária para o equipamento, considerando que o peso

da base deve ser igual ao peso do grupo gerador.

CI

Pe

2500,

e = espessura da base de concreto (m);

P = peso total do grupo gerador (Kg);

2500 = densidade do concreto (Kg/m3);

I = largura da base (m);

C = comprimento da base (m).

23

Os valores da largura da base e do comprimento da base devem ser os da base

do grupo gerador acrescidos de 12” (30,48cm) para cada lado.

Se o grupo gerador utiliza amortecedores de vibração (vibra-stop, por

exemplo), considerar o peso da base igual ao do grupo gerador. Multiplicar o valor da

base calculada por 1,25, quando não utilizar amortecedores de vibração, e por 2,0

quando se tratar de grupo geradores que operam em paralelo.

A ferragem para a armação do concreto pode ser feita com uma malha

trançada de vergalhões com espaçamento de 3”, e a base metálica do grupo gerador

deve ser conectada ao sistema de aterramento geral da subestação local. Em algumas

instalações o neutro da rede local é separado do aterramento da instalação. Neste caso,

conectar o neutro alternador ao neutro da rede e o terra da base ao aterramento geral.

Tratando-se de instalação em que o grupo gerador é a única fonte de energia,

um sistema de aterramento deve ser construído caso existam consumidores que

demandem energia com tensão entre fase e neutro do alternador. Observar que as

cargas que serão alimentadas pelo grupo gerador devem estar distribuídas entre as

fases do alternador de modo que não resulte desequilíbrio superior a 15%.

Os cabos elétricos para interligação do alternador ao quadro de comando e

destes aos consumidores, devem ser dimensionados obedecendo às recomendações das

normas técnicas aplicáveis. Sobrecarga em cabos elétricos produz aquecimento dos

mesmos, com conseqüente risco de danos ao isolamento e possibilidade de curto-

circuito.

Os principais cuidados de instalações dizem respeito às vibrações, ao nível de

ruído, sistema de combustível, circulação de ar e exaustão dos gases de escape.

1.13 Vibração [1]

Um motor Diesel de quatro tempos de 6 cilindros, por exemplo, trabalhando a

1.800 rpm, terá 3 tempos-motor a cada volta completa da árvore de manivelas. Estes

24

impulsos, para efeito de cálculos de freqüência, são chamados excitadores principais, e

sua freqüência é Ox = 3 x 1.800 x (2p / 60). A freqüência natural ou própria do sistema

( e) é uma composição de harmônicos e subharmônicos resultante dos movimentos

das massas. Quando ocorre a igualdade das freqüências dos excitadores principais com

a freqüência natural, acontece o que se conhece como ressonância, com todas as

manifestações perigosas que costumam acompanhá-la. A velocidade em que este

fenômeno ocorre é conhecida como velocidade crítica.

Para evitar que vibrações indesejáveis sejam transmitidas às edificações, entre

a base e o piso de apoio, são utilizados amortecedores de borracha ou de molas, que

devem ser adquiridos juntamente com o equipamento, pois, no caso das molas, estas

são calculadas pelo fabricante em função de peso e freqüência de trabalho.

É possível que, em determinadas aplicações seja necessário conhecer a

freqüência natural de algum componente do ambiente da instalação, para saber dos

riscos de ressonância com a freqüência dos excitadores principais do grupo gerador.

Havendo necessidade estudos mais profundos, pode-se solicitar ao fabricante do

motor, mediante pagamento, um cálculo de vibrações torsionais para um determinado

acoplamento.

Há casos em que o grupo gerador foi fabricado sob encomenda e o

acoplamento empregado foi objeto de estudo e cálculo de vibrações torsionais, como

por exemplo, um grupo gerador de uso naval. Quando for este o caso, a substituição do

acoplamento, se necessária, somente deverá ser feita por outro idêntico.

1.14 Biodiesel em Motores [6]

O biodiesel é um combustível que pode ser fabricado a partir de uma grande

variedade de matérias-primas vegetais oleoginosas renováveis como, por exemplo, os

óleos de soja, pinhão-manso, macaúba, babaçu, dendê, girassol, mamona e outros. O

processamento destes óleos resulta no B100 que é o Biodiesel a 100%. Quando o

biodiesel é misturado ao diesel destilado de petróleo, temos os chamados BXX, onde

25

XX representa a porcentagem de biodiesel na mistura. Por exemplo: B5 é uma mistura

de 5% de biodiesel com 95% de diesel destilado de petróleo. Numa comparação dos

combustíveis dosados com biodiesel, este último fornece 5% a 7% menos energia.

O biodiesel é um dos principais meios para contaminação e o desenvolvimento

microbiano. Isto pode causar corrosão no sistema de combustível e entupimento

prematuro do filtro de combustível. Em comparação com o combustível diesel

destilado, a probabilidade de existência de água é muito maior no biodiesel.

As muitas variações do biodiesel e seus efeitos em longo prazo no

desempenho, durabilidade ou conformidade com os padrões de emissões para motores

diesel ainda não estão totalmente avaliados. Desta forma, não é proibido, nem mesmo

aprovado o uso deste combustível por algumas empresas fabricantes de grupo

geradores.

Pontos Críticos do biodiesel que estão sendo estudados:

- Densidade maior – desgaste prematuro em bombas injetoras.

- Viscosidade alta – maior esforço.

- Efeitos de envelhecimentos (se não estiver conforme com a norma).

- Depósitos no sistema de injeção.

- “Resinificação” – “Verniz” no filtro.

- Formação de ácido fórmico – Corrosão.

- O B5 permite manter as características físico-químicas do diesel.

- Formação de sabões (sais metálicos da corrosão por ácido fórmico).

- O B5 piora a estabilidade oxidativa para diesel “Surfur-Free” (Enxofre < 10

ppm).

2 DIESEL OU GÁS NATURAL?

Considerando o interesse que o uso do gás natural vem despertando no

segmento de geração de energia, basicamente fundamentado no conceito de "energia

26

limpa", são apresentadas a seguir as características inerentes a cada opção de grupo

gerador, a Diesel e Gás Natural.

2.1 Emissões [1]

Diesel

O óleo Diesel é considerado poluente atmosférico, na medida em que os

produtos da combustão, basicamente gás carbônico acompanhado de outros compostos

nocivos, são expelidos para o ambiente, em alguns casos, na forma de fumaça negra.

As regulamentações ambientais no Brasil, ditadas pelo CONAMA, assim como em

outros paises, por meio das suas agências reguladoras, estabelecem limites para a

composição dos gases de combustão, segundo padrões que definem valores cada vez

menores ao longo dos anos futuros, para que os fabricantes introduzam inovações de

desenvolvimento tecnológico capazes de assegurarem a redução dos níveis atuais de

poluição ambiental. Entretanto, com o crescimento exponencial da população de

motores desse tipo, o aumento de volume de poluentes emitidos tem se mostrado

inevitável.

Gás Natural

O gás natural é considerado não poluente, embora a sua combustão, como

ocorre com qualquer combustível, produza gás carbônico (CO2) em elevadas

proporções, em kg/kW.h, contribuindo para o efeito estufa de forma semelhante. Além

disso, há muitas incertezas quanto à composição do gás natural, dado que a mesma não

é fixa e permanente. Os gases podem conter frações significativas de gases inertes

(nitrogênio e hélio), de compostos sulfurosos (H2S) e de CO2. A queima de gás natural

"impuro" provocará impacto sobre a mudança no clima diferente do causado por

hidrocarbonetos puros. O impacto da queima do gás natural sobre o aquecimento

global pode ser maior do que o normalmente suposto. Também, há que se considerar

27

que o gás natural, como subproduto da produção de petróleo, necessita ser queimado,

para que não seja lançado na atmosfera e produza um efeito poluente dez vezes maior.

Para ambos os combustíveis, o uso de catalisadores é recomendável, visando à

redução de emissões, especialmente no caso do óleo Diesel, considerando a produção

de maior volume de material particulado, fuligem, monóxido de carbono e compostos

sulfídricos, como o SO2, cujas presenças são reduzidas no gás natural.

2.2 Rendimento [4]

Diesel

Entre 36% e 41% de rendimento com combustível Diesel comercial "D",

poder calorífico típico de 10.500 kcal/kg. Para geração de energia, o consumo

específico fica em torno de 0,26 litro por kW.h gerado em regime de carga acima de

70% da capacidade nominal do motor. O motor acionador não deve ser utilizado com

carga inferior a 30% da sua capacidade.

Gás Natural

Entre 34% e 38% de rendimento, para regime de carga de 80% da capacidade

nominal, podendo se reduzir consideravelmente em função de cargas menores. Os

valores são para poder calorífico médio de 9.400 kcal/m3. No Brasil, a definição dos

parâmetros para o gás natural se faz conforme método ASTM D 3588, classificando o

Poder Calorífico Superior (PCS) em três faixas:

A) - Baixo, de 8.000 a 9.000;

B) - Médio, de 8.800 a 10.200 e

C) - Alto, de 10.000 a 12.500 kcal/m3.

Para produção de energia elétrica, estima-se um consumo específico da ordem

0,30 m3/kW.h gerado.

28

2.3 Custo de Investimento [7]

Diesel

De R$ 650,00 a R$ 800,00 por kW de potência instalada.

Gás Natural

De R$ 1.100,00 a R$ 1.400,00 por kW de potência instalada.

2.4 Custo de Manutenção [7]

Diesel

De R$ 35,00 a R$ 50,00 por MW.h de energia gerada. Nas instalações de

emergência, onde a taxa de utilização é reduzida, estima-se o custo de manutenção em

1,0% (oscila de 0,5 a 1,5%, em função da complexidade) do custo de implantação, por

mês. Para uma instalação de 2.000 kW, o custo anual de manutenção seria de

aproximadamente R$ 15.000,00. (R$ 1.250,00 por mês).

Gás Natural

De 20,00 a R$ 25,00 por MW.h de energia gerada. O motor a gás natural tem

maior durabilidade e, como conseqüência, menor custo específico de manutenção.

Normalmente, não é indicado para geração de energia de emergência.

2.5 Custo da Energia Gerada

Diesel

Da ordem de R$ 0,50 por kW.h gerado, considerando custos de combustível e

de manutenção e operação.

29

Gás Natural

Variável em função do volume consumido. A atual política de

comercialização do gás natural fixa tarifas decrescentes em função do crescimento do

volume contratado. Para pequenos consumidores, o custo do kW.h gerado é bem

superior aos R$ 0,50 alcançados pelo Diesel.

2.6 Manuseio do Combustível [6]

Diesel

Necessidade de armazenamento de quantidade compatível com a expectativa

de uso do grupo gerador. Cuidados adicionais e medidas de segurança para prevenir

riscos de incêndios, vazamentos e contaminação.

Gás Natural

Não há armazenamento de combustível, sendo o gás canalizado e suprido pela

concessionária. O risco de colapso no suprimento em decorrência de problemas na

rede de abastecimento, rompimento de tubulações ou outras falhas de abastecimento

deve ser considerado. Embora este risco seja baixo, há que se levar em conta os casos

de calamidade, em que o suprimento possa ser comprometido.

2.7 Condições de Operação [7]

Diesel

- Tempo de partida e entrada em carga de 1,0 a 2,0 segundos após uma falha

de energia da concessionária.

- Absorção de carga instantânea até 100% da capacidade nominal do grupo

gerador.

- Boa capacidade para partida de grandes motores elétricos.

30

- Recomendado para todas as aplicações como fonte de emergência.

- Relação peso/potência menor

- Pouco recomendado para as aplicações de cogeração.

Gás Natural

- Tempo de partida longo, sendo necessário de 5 até 10 segundos para entrar

em carga.

- Não aceita surto de carga. A carga deve ser aplicada em degraus, cujos

percentuais em relação à capacidade do grupo gerador deverão ser informados e

assegurados pelo fabricante

- Em virtude das características acima, tem baixa capacidade de partida de

grandes motores elétricos.

- Uso limitado como fonte de emergência.

- Relação peso/potência maior

- Fortemente recomendado para as aplicações de cogeração

3 TARIFAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

As tarifas de energia elétrica para unidades consumidoras atendidas na tensão

igual ou superior a 2,3 kV, ou seja, pertencentes ao Grupo A, são estruturadas em

convencional e horo-sazonal verde ou Azul. No caso da tarifa horo-sazonal, existe uma

diferenciação quanto ao instante do dia e também a época do ano em que a energia

elétrica é consumida.

Respeitados os critérios de classificação obrigatória, o cliente responsável por

unidade consumidora do Grupo A, atendida por tensão inferior a 69 kV, poderá optar

pela tarifa que melhor lhe convier, para aplicação na sua conta de energia. Com base

nos dados de sua demanda e consumo, poderá fazer uma análise econômica criteriosa,

simulando o faturamento de sua conta, para efeito de comparação, com a aplicação das

tarifas verde, azul e convencional.

31

3.1 Tarifa Convencional [2]

Estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas de consumo de energia

elétrica e/ou demanda de potência independentemente das horas de utilização do dia e

dos períodos do ano. É também conhecida como tarifa binômia. Esta tarifa é indicada

para unidades consumidoras comerciais e condomínios residenciais, onde o período de

maior utilização da energia elétrica ocorre por volta das 18 às 21 horas.

Estrutura Tarifária

Preço: um preço para a energia e outro para a demanda (Tarifa Binômia).

Aplicação: Tensão igual ou superior a 2,3 kV e inferior a 69 kV. Demanda

inferior a 300 kW.

3.2 Tarifa Horo-Sazonal [2]

Estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de

energia elétrica e de demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia

e dos períodos do ano. As distinções dos períodos são:

Horário de ponta (P): período definido pela concessionária e composto por 3

(três) horas diárias consecutivas, exceção feita aos sábados, domingos e feriados

nacionais.

Horário fora de ponta (F): período composto pelo conjunto das horas diárias

consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta.

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

os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano

seguinte.

32

Período seco (S): período de 7 (sete) meses consecutivos, compreendendo os

fornecimentos abrangidos pelas leituras de maio a novembro.

3.2.1 Tarifa Horo-Sazonal Azul

Modalidade estruturada para aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de

energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano, bem

como de tarifas diferenciadas de demanda de potência de acordo com as horas de

utilização do dia. É mais indicada para a unidade consumidora que consegue paralisar

suas atividades no período de horário de ponta, considerando que a tarifa de consumo

daquele horário é muito mais cara.


Preço:

1 – Demanda de potência ativa (kW)

a) Um preço para o horário de ponta

b) Um preço para o horário fora da ponta

2 – Consumo de energia elétrica ativa (kWh)

a) Um preço para o horário de ponta no período úmido;

b) Um preço para o horário fora da ponta no período úmido;

c) Um preço para o horário de ponta no período seco;

d) Um preço para o horário fora da ponta no período seco.

Aplicação:

1 – Compulsória:

a) Tensão igual ou superior a 69 kV;

b) Tensão inferior a 69 kV, com demanda igual ou superior a 300

kW, desde que não tenha optado pela estrutura tarifária horo-sazonal VERDE;

c) Tensão inferior a 69 kV, em unidade consumidora faturada na

estrutura tarifária convencional que houver apresentado, nos últimos 11 (onze) ciclos

33

de faturamento, 03 (três) registros consecutivos ou 06 (seis) alternados de demandas

medidas iguais ou superiores a 300 kW;

2 – Opcional:

a) Tensão inferior a 69 kV com demanda contratada inferior a 300

kW

3.2.2 Tarifa Horo-Sazonal Verde

Modalidade estruturada para aplicação de tarifas diferenciadas de

consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos

do ano, bem como de uma única tarifa de demanda de potência. É mais recomendada

às unidades consumidoras industriais que tenham dificuldade em diminuir ou paralisar

suas atividades no horário de ponta, e portanto, apresentam um consumo significativo

de energia elétrica nesse período, além de apresentarem um elevado grau de eficiência

na utilização da Demanda Contratada, ou seja, apresentam um consumo maior por

quilowatt de demanda.


Preço:

1 – Demanda de potência ativa (kW):

a) Um único preço

2 – Consumo de energia elétrica ativa (kWh):

a) Um preço para o horário de ponta no período úmido

b) Um preço para o horário fora da ponta no período úmido;

c) Um preço para o horário de ponta no período seco;

d) Um preço para o horário fora da ponta no período seco;

Aplicação

1 - Opcional:

a)Tensão inferior a 69 kV, com manifestação formal pela opção

34

4 DESENVOLVIMENTO DOS PROCEDIMENTOS PARA O

PROJETO

4.1 Análise do Consumo de Energia Elétrica em Fábrica de Refrigerantes

A análise das contas de fornecimento permite avaliar as condições gerais de

utilização da energia elétrica pela unidade consumidora, apresentando a possibilidade

de aumentar a racionalidade de seu uso. Além disso, o resultado da análise permite que

o contrato de fornecimento com a concessionária torne-se adequado às necessidades da

empresa consumidora, podendo implicar em redução de despesas com eletricidade.

Independentemente do sistema tarifário, recomenda-se que a análise das

faturas de fornecimento seja efetuada sobre um período mínimo de 12 meses

consecutivos, de modo que uma possível sazonalidade no consumo de energia da

empresa seja incluída na análise.

A fábrica de refrigerantes da Coca-Cola atualmente é alimentada pela

concessionária Espírito Santo Centrais Elétricas SA (Escelsa), que é a única

fornecedora de energia elétrica para a região da Grande Vitória. Atualmente a fabrica

está classificada na categoria A4 com fornecimento de 11,4 kVolts podendo variar de

10,6 kV até 11,97 kV. Também está na categoria horo-sazonal Verde, com demanda

contratada de 1700 kW. Veja tabela a seguir:

35

Tabela 3 – Histórico de Demanda de Energia Ativa

Histórico de Demanda de Energia Ativa

Mês/Ano Demanda

Ponta (kW) Demanda Fora de

Ponta (kW) Consumo Ponta

(kWh) Consumo Fora de Ponta

(kWh)

jul/07 - 1.819 52.090 531.897

jun/07 - 1.780 63.921 612.129

mai/07 - 1.800 68.523 753.201

abr/07 - 1.859 70.592 766.524

mar/07 - 1.891 69.685 722.921

fev/07 - 1.932 72.639 798.931

jan/07 - 1.842 65.221 664.952

dez/06 - 1.862 80.960 807.650

nov/06 - 1.801 76.794 828.268

out/06 - 1.735 62.281 695.461

set/06 - 1.781 58.627 711.686

ago/06 - 1.788 65.297 635.746

jul/06 - 1.757 59.246 558.202

jun/06 - 1.716 48.222 521.243

mai/06 - 1.682 48.647 540.913

abr/06 - 1.875 61.556 646.753

mar/06 - 1.911 69.856 738.814

fev/06 - 1.927 70.907 767.566

jan/06 - 1.964 54.571 600.462

dez/05 - 1.937 71.206 728.632

nov/05 - 1.848 48.477 615.427

out/05 - 1.873 64.512 663.451

set/05 - 1.657 48.022 557.263

ago/05 - 1.708 56.797 534.115 Fonte: Escelsa, 2007

36

Figura 2 – Demanda Mensal Registrada

Fonte: Escelsa, 2007

Ponta

Fora de Ponta

Figura 3 – Consumo Mensal

Fonte: Escelsa, 2007

37

4.1.1 Fator de Carga

O fator de carga é um índice que reflete o regime de funcionamento de uma

dada instalação. Um fator elevado, próximo a 1, indica que as cargas elétricas foram

distribuídas ao longo do tempo. Por outro lado, um fator de carga baixo indica que

houve concentração de consumo de energia elétrica em um curto período de tempo,

determinando uma demanda alta.

Para melhorar o fator de carga, deve-se adotar um sistema de gerenciamento

do uso de energia procurando-se deslocar cargas que contribuem para formação de

pico, para os horário de menor demanda de potência (vales).

Analisar o fator de carga, além de mostrar se a energia elétrica está sendo

utilizada de modo racional, traz uma conclusão importante para definir o tipo de tarifa

mais adequada a uma instalação. Para a tarifa verde (caso em estudo) temos:

730kW

kWhFC ,

FC = Fator de Carga;

kW = demanda registrada;

kWh = consumo registrado no mês;

730 = número de horas de um mês médio.

Tabela 4 – Fator de Carga

Mês/Ano

Fator de Carga Mês/Ano

Fator de Carga

jul/07 0,4398 jul/06 0,4814 jun/07 0,5203 jun/06 0,4546 mai/07 0,6254 mai/06 0,4802 abr/07 0,6169 abr/06 0,5175 mar/07 0,5742 mar/06 0,5797 fev/07 0,6180 fev/06 0,5961 jan/07 0,5430 jan/06 0,4569 dez/06 0,6537 dez/05 0,5657 nov/06 0,6884 nov/05 0,4921 out/06 0,5983 out/05 0,5324 set/06 0,5925 set/05 0,5004 ago/06 0,5371 ago/05 0,4739

38

Pode-se observar que o fator de carga da planta está com uma média de

0,5474, que é bem abaixo do desejado. Isso demonstra que o consumo não é

distribuído uniformemente durante o dia.

4.1.2 Fator de Potência

Como já visto no tópico 1.6, o fator de potência reflete a proporção entre a

energia ativa e a reativa, numa instalação elétrica. O Consumo de Energia Reativa

(UFER) corresponde ao consumo de energia reativa excedente à quantidade permitida

pelo fator de potência referente no período do faturamento. Já a Demanda de Potência

Reativa (UFDR), corresponde à demanda de potência reativa excedente à quantidade

permitida pelo fator de potência de referência no período de faturamento.

Tabela 5 – Energia e Demandas Reativas

Mês/Ano

UFDR Ponta

UFDR Fora de Ponta UFER Ponta

UFER Fora de Ponta

Faturamento Excedente

jul/07 - - 1445 14687 5413,94

jun/07 - - 1860 16647 6692,15

mai/07 - 8 2174 22063 7934,75

abr/07 - 39 2332 22423 7827,18

mar/07 - 29 2214 21369 7998,04

fev/07 - 34 2327 25141 9430,97

jan/07 - - 2104 19173 6686,24

dez/06 - 9 2755 24184 8162,99

nov/06 - 25 2738 25074 9843,58

out/06 - - 1795 21242 7928,69

set/06 - - 1547 18829 6250,02

ago/06 - - 576 10329 2815,14

jul/06 - - 428 9301 2137,27

jun/06 - - 433 9697 2213,69

mai/06 - - 368 9259 2067,1

abr/06 - - 822 12261 2913,43

mar/06 - - 830 13959 2345,74

fev/06 - - 748 12691 2112,68

jan/06 - - 544 9697 1624,11

dez/05 - - 807 11782 1998,62

nov/05 - - 260 8974 1596,52

out/05 - 17 734 10222 2199,9

set/05 - - 135 5001 879,88

ago/05 - - 362 7425 1273,27 Fonte: Escelsa, 2007

39

No tocante à qualidade do fornecimento de energia, a Escelsa possui algumas

metas a serem cumpridas, no quesito interrupção do fornecimento. Na tabela a seguir,

pode-se constatar que nem todas as obrigações neste sentido estão sendo cumpridas.

Tabela 6 – Indicadores de Qualidade

Indicadores de Qualidade

Mensal DEC FEC DIC FIC DMIC

Meta 0,03 0,02 14 11 7

janeiro 0,65 0,41 0 0 0

fevereiro 0,42 0,53 0 0 0

março 0,33 0,33 0,68 1 0,68

abril 0 0 0 0 0

maio 0 0 0 0 0

junho 0 0 0 0 0

julho 0 0 0 0 0

agosto 0 0 0 0 0

setembro 0 0 0 0 0

outubro 0 0 0 0 0

novembro 0 0 0 0 0

dezembro 0 0 0 0 0 Fonte: Escelsa, 2007

Legenda

DEC - Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (hs).

DIC - Duração de Interrupção Individual por Unidade Consumidora (hs).

FEC - Freqüência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora.

FIC – Freqüência de Interrupção por Unidade Consumidora.

DMIC – Duração máxima de interrupção contínua por unidade consumidora.

4.2 Cargas Críticas em Fábrica de Refrigerantes [8]

Na época atual em que tempo não é apenas dinheiro, mas sinônimo de

“sobrevivência”, é irreal (e dispendioso/inaceitável/inadmissível) imaginar que uma

carga crítica possa estar parada devido a problemas de fornecimento de energia pela

rede elétrica da concessionária. Nesse contexto, em que existem cada vez mais opções

40

de investimentos em infra-estrutura, reforça-se a idéia de um sistema de fornecimento

de energia mais gerenciável, robusto e tolerante a falhas, composto por um conjunto de

equipamentos que forneçam energia confiável para a manutenção do funcionamento

normal da estrutura como um todo.

Nas linhas de produção têm-se equipamentos de significativa importância no

processo de fabricação das bebidas.

4.2.1 Enchedora da Linha de Produção 1

Atualmente a enchedora trabalha com a capacidade de 40000 garrafas/hora

para a linha de garrafas de 290 ml e 15600 garrafas/hora para a linha de 1 litro. Ela

possui 70 válvulas que enchem as garrafas ao mesmo tempo.

O custo unitário de uma garrafa de 290 ml é de R$ 0,3854, com isso uma hora

de produção parada equivale a R$ 15.416,00 de perda na produção. Na produção de

garrafas de 1 litro (c.u. R$ 0,5213), esse valor se altera para R$ 8.132,28.

Figura 4 – Enchedora da Linha de Produção 1

Fonte: Coca-Cola, 2007

41

4.2.2 Paletizadora da Linha de produção 2

Equipamento da marca IEF, tem a finalidade de empilhar os pacotes formando

grupos denominados “Pallets”. Os pacotes empilhados em 4 ou 5 camadas uma sobre a

outra são intercaladas por chapas de um material denominado “chapatex” que são

inseridos por um braço mecânico que utiliza sucção para pegar as chapas e colocá-las

sobre as camadas. As camadas podem conter 22 pacotes para as garrafas de 1,5 litros e

20 pacotes para as garrafas de 2,0 litros. A capacidade de produção é de 12.000

garrafas/hora. É um equipamento que tem grande importância, pois a sua parada

devido a queima de um dos seus um motor, causa uma perda grande na capacidade da

linha.

O custo unitário de uma garrafa de 2 l é de R$ 0,8432, com isso uma hora de

produção parada equivale a R$ 10.118,00 de perda na produção. Na produção de

garrafas de 1,5 litro (c.u. R$ 0,8212), esse valor se altera para R$ 9.854,40.

Figura 5 – Paletizadora da Linha de Produção 2


42

4.2.3 Analisador de Nível da Linha de Produção 3

O Sistema Gestor de Enchimento para Latas (FMS) Filtec-FT100 é um sistema

controlado por computador que aumenta a eficiência de um enchedor. Controla em

tempo real as válvulas do enchedor e os cabeçotes, reduzindo perda de produto e de

recipiente. Sua capacidade é de 60.000 latinhas/hora.

O tempo de parada relacionado com coleta de amostra se reduz uma vez que o

enchedor é regulado na velocidade de produção. Para um uso mais fácil e para resistir

a lavagens, todos os controles, dados e instruções são exibidos numa tela em cores

sensível ao toque.

O custo unitário de uma latinha de 350 ml é de R$ 0,4025, com isso uma hora

de produção parada equivale a R$ 24.150,00 de perda na produção.

Figura 6 – Analisador de Nível da Linha de Produção 3


43

4.2.4 Câmara Fria

Setor da fabrica onde são armazenados os concentrados de refrigerantes e

sucos. Sua temperatura de operação está entre 4 e 8°C. A carga térmica é de 24.000

kcal/h e tem dimensões de 5 x 17 x 2,2 metros.

Considerando um estoque de concentrado de refrigerantes com valor de R$

100.000,00, uma hora de falta de energia faz com que a temperatura se eleve podendo

ultrapassar os 8°C.

Figura 7 – Câmara Fria


44

5 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO TÉCNICO-ECONÔMICO

5.1 Gerador de Emergência para a Fábrica [5,7]

Uma vez conhecido o funcionamento dos geradores, sabendo as diferenças

entre os geradores a Diesel e a Gás e também conhecendo a unidade consumidora, é

hora de começar a dimensionar o gerador. Para dimensionar o grupo gerador, é

importante responder às questões a seguir:

Questionário Grupo Gerador:

Queda de tensão permitida: 10%

Queda de freqüência permitida: 5%

Pico de tensão permitido: 10%

Altitude do local de operação (metros ou pés acima do nível do mar): Zero

um grupo gerador ou mais de um em paralelo: 3 em paralelo

Tensão: 380/220 Volts

Freqüência: 60 Hz

Temperatura ambiente: 30ºC

Máxima elevação de temperatura do alternador: 125ºC

Regime de operação: Emergência/Contínuo

Questionário sobre as cargas:

Motores elétricos:

Tipo de motor: vários modelos

Acionamento de freqüência Variável

Standard NEMA

Alto rendimento NEMA padrão B

Potência: 1700 kW ou mais.

Letra Código NEMA

45

Método de Partida: Direta da linha, Estrela-Triângulo e Autotransformador

Fator de Potência: 0,92

Rendimento: 0,85

Ciclos de carga: Operação contínua

Tendo as características necessárias em mãos, escolhe-se o modelo que melhor

se adapte à unidade consumidora. Para qualquer que seja a aplicação, sempre há

características inerentes às cargas, regime de operação, condições ambientais, níveis

de confiabilidade, disponibilidade e segurança, além de potência, que determinam a

eficiência e a economicidade da instalação. Outros fatores, tais como durabilidade,

custo da energia gerada e requisitos de operação e manutenção também podem se

tornar importantes em função dos consumidores. O dimensionamento é a parte mais

importante do processo de implantação, porém, por si só, não assegura a melhor

relação custo benefício. Leve-se em conta os benefícios de elaborar uma especificação

técnica que contemple as reais necessidades, antes de submeter a intenção de compra

aos fornecedores.

Atualmente existem na fábrica 3 transformadores, sendo 2 com potência de

500 kVA e 1 de 1.000 kVA totalizando 2.000 kVA. Sendo assim, um grupo-gerador

que se adapta bem, tecnicamente, é o Caterpilar Modelo 3412 a Diesel. Usando 3

unidades deste aparelho, conseguem-se potências nominais de 2.718 kVA e 2.175 kW.

O modelo 3412 da Caterpillar Família 3400 a diesel, tem as características conforme

tabela.

Figura 8 – Gerador Caterpillar Modelo 3412

Fonte: [5]

46

Tabela 7 – Características do Gerador Caterpillar Modelo 3412

MODELO Emergência

Contínua

DO 1800 rpm 1800 rpm MOTOR 60 Hz 60 Hz

Dimensões

kVA/kWe kVA/kWe COMP.

LARG.

ALT. PESO

em mm

em mm

em mm

em kg

3412 1000/800 906/725 4514 1827 1990 6740 Fonte: [5]

5.2 Estudo Econômico [9]

A ferramenta fundamental para se decidir por uma alternativa de investimento

é a análise econômica. A análise econômica é uma ferramenta que permite comparar

soluções tecnicamente diferentes. E todo o fundamento da analise econômica se baseia

na Matemática Financeira, que se preocupa com o valor do dinheiro no tempo.

É a engenharia econômica que fornece os critérios da decisão para seleção de

um projeto entre diversas alternativas. Neste estudo será usado o método do Valor

Presente Líquido (VPL) ou método do valor atual. O VPL é a fórmula matemático-

financeira para se determinar o valor presente de pagamentos futuros descontados a

uma taxa de juros apropriada, menos o custo do investimento inicial. Basicamente, é o

calculo de quanto os futuros pagamentos somados a um custo inicial estariam valendo

atualmente.

5.2.1 Preço do kWh

O custo do kWh da concessionária no horário de ponta conforme visto no

capítulo 4 é de R$ 1,477649 já incluídos os impostos. O custo do kWh dos 3 geradores

se calcula da seguinte forma:

47

manut

Potg

DieselconskWhPr

Pr kWh = Preço do kWh (R$/hr)

Cons = Consumo do gerador (litro/hr)

Diesel = Valor de 1 litro de Diesel (R$/litro)

Potg = Potência do gerador (kW)

Manut = Custo de manutenção (R$.hr)

7151,030,02175

50,14,602Pr kWh

Portanto, tem-se que o custo do kWh gerado pelo grupo-gerador é mais barato

quando comparado com o valor da concessionária. Esta diferença está em torno de R$

0,7625. Como o consumo no horário de ponta está em torno de 65.000 por mês, pode-

se economizar R$ 49.562,50 por mês.

5.2.2 Viabilidade do Grupo-Gerador

Com a solução técnica em mãos, faz-se o levantamento de preço e custos da

implantação desta solução para saber a viabilidade.

Custo do Gerador Modelo 3412: R$ 400.000,00.

Custo dos equipamentos periféricos: R$ 50.000,00.

Custo da obra civil: R$ 90.000,00.

Sendo 3 geradores o valor total do investimento será de R$ 1.620.000,00 e com

economia de R$ 50.000,00 mensais, aplica-se a equação do VPL e observa-se que o

tempo de retorno para este investimento considerando 1% de juros (valor médio do

juros para aplicações com grau de risco equivalente) é de 36 meses.

48

Figura 9 – Fluxo de desconto no tempo

n

t ti

FCtI

0 )1(

i = taxa de desconto

n = número de períodos do projeto

FCt = fluxo de caixa líquido para o período t

= investimento inicial

O tempo de retorno é 36 meses. A partir do 37° mês a fabrica irá economizar

R$ 50.000 com o grupo gerador em operação no horário de ponta.

49

6 CONCLUSÕES

Este estudo descreveu uma possibilidade de implantar um grupo-gerador na

fabrica de refrigerantes, que atualmente não possui tal aparelho. É verdade que para

operar como um gerador de emergência num momento de falta de energia proveniente

da rede da concessionária, não se justifica economicamente. Entretanto se o gerador

for usado no momento do horário de ponta, este aparelho se justifica pela economia na

fatura de Energia Elétrica.

Através dos cálculos realizados e tendo em vista um eventual aumento de

preço da energia devido sua escassez, esse investimento se paga em 3 anos. Por se

tratar de um investimento bem seguro de retorno, este estudo pode auxiliar a fábrica a

tomar a decisão de investir ou não em um grupo-gerador.

50

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] MOTORES E GERADORES. Princípios de funcionamento, instalação,

operação e manutenção. Disponível em http://www.joseclaudio.eng.br

[capturado em

abril de 2007]

[2] ESCELSA, Manual do Cliente Horo-sazonal. Disponível em

http://www.escelsa.com.br [capturado em dezembro de 2004.

[3] INSTALAÇÕES ELÉTRICAS. Cotrim, Ademaro A. M. B. 4ª edição. Prantice

Hall. São Paulo, 2003.

[4] SISTEMAS ELÉTRICOS DE SUPRIMENTO DE ENERGIA PARA

CARGAS. Disponível em http://www.perfectum.eng.br [capturado em abril de 2007]

[5] DIESEL GENERATOR SET. Product Sheet. Disponível em

http://www.caterpillar.com [capturado em maio de 2007]

[6] BIODIESEL. Disponível em http://www.br.com.br

[capturado em maio de

2007]

[7] ENGENHEIRO FÁBIO LOUREIRO. Email [email protected]

[consultado em agosto de 2007]

[8] ENGENHEIRO SAULO MOREIRA. Email [email protected]

[consultado em abril de 2007]

[9] CARVALHÃES, Frederico Gomes. MIGRAÇÃO PARA O MERCADO

LIVRE DE ENERGIA OU RETORNO AO MERCADO CATIVO: Aplicação de um

Modelo de Decisão Utilizando Opções Reais. Dissertação de Mestrado. FUCAPE.

Vitória, 2006.

http://www.joseclaudio.eng.br

http://www.escelsa.com.br

http://www.perfectum.eng.br

http://www.caterpillar.com

http://www.br.com.br

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