ROSA, Daniel de Souza [1], CÂMARA, Patrícia Trabuco [2], ASCUÍ, Rogério Roman Mesquita de [3]
ROSA, Daniel de Souza; CÂMARA, Patrícia Trabuco; ASCUÍ, Rogério Roman Mesquita de. Orientações para Aplicação em Projeto de Reforma das Instalações Elétricas de Alta e Baixa Tensão, com Ampliação da Capacidade da Subestação Aérea e Estudo de Eficiência Energética com a Adoção de Tarifa Horo Sazonal. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 2, Vol. 16. pp. 406-418, Março de 2017. ISSN: 2448-0959
RESUMO
O objetivo principal deste projeto é o estabelecimento de orientações que serão aplicáveis, a partir de uma análise de caso concreto, que se propõem a reformulação e modernização das instalações elétricas, com previsão de ampliação de capacidade da Subestação elétrica, no âmbito das instalações elétricas da Coordenação Regional de Rio Branco-AC, abrangendo também o estudo comparativo entre as tarifas horo sazonais (azul e verde), dado que a convencional já não será aplicável, definindo a mais vantajosa a ser adotada. Este artigo tem como objetivo a análise e projeto das novas instalações elétricas, com fator de reserva, para a supracitada Sede. Realizou-se uma pesquisa bibliográfica considerando as contribuições de autores como MAMEDE (2012), CAVALIN (2014), CRUZ (2012), CREDER (2007), COTRIM (2009) e NISKIER (2013), entre outros, procurando o melhor embasamento técnico da literatura para consubstanciar os passos práticos e as decisões de projeto a serem adotadas quando na reforma da sede da CORE de Rio Branco-AC.
Palavras-chave: Elétrica, Subestação, Circuitos, Tarifas, Eficiência.
INTRODUÇÃO
O presente trabalho tem como foco o de fornecer diretrizes e orientações que serão aplicáveis, a partir de uma análise de caso concreto, que se propõem a reformulação e modernização das instalações elétricas, com previsão de ampliação de capacidade da Subestação elétrica do tipo aérea, no âmbito das instalações elétricas da Coordenação Regional de Rio Branco-AC, definindo-se as melhores disposições práticas a serem adotadas, a determinação dos componentes a serem utilizados e a ampliação da capacidade da Subestação aérea, focando na eficientização energética, com a adoção de materiais e equipamentos mais modernos e estudo de tarifa horo sazonal (azul ou verde).
Nesta perspectiva, construíram-se questões que nortearam este trabalho:
- Em quanto à capacidade da Subestação Aérea deve ser ampliada?
- Quais os materiais mais eficientes, do ponto de vista do consumo, que deverão ser empregados nas instalações elétricas?
- Qual a tarifa horo sazonal deve ser adotada: azul ou verde?
Quando se fala em projeto elétrico, especificamente, Mamede (2012) afirma que o referido deve ser precedido do conhecimento prévio dos dados relativos à condição de suprimento e das características funcionais do lugar de implementação. Além disso, é importante conhecer os planos expansionistas da direção da instituição, considerando os aspectos de flexibilidade, acessibilidade, confiabilidade e continuidade.
Vários autores entendem o projeto elétrico como sendo algo não estático, que não se resume a um simples trabalho mecânico de consulta a tabelas e de aplicação de formas e fórmulas padronizadas. É necessário um profundo conhecimento por parte do projetista, as normas aplicáveis e a constante preocupação com a conservação da energia.
Conforme Cotrim (2009, p.125),
Projetar uma instalação elétrica para qualquer tipo de prédio ou local consiste essencialmente em, de maneira racional, selecionar, dimensionar e localizar os equipamentos e outros componentes necessários para proporcionar, de modo seguro e efetivo, a transferência de energia elétrica de uma fonte até os pontos de utilização. O projeto é dinâmico e diretamente ligado aos avanços tecnológicos.
Neste contexto, o objetivo primordial deste estudo é, pois, orientar o projeto de reforma e ampliação das instalações elétricas da sede de acordo com as orientações normativas e as concepções técnicas de renomados autores da área.
Para alcançar os objetivos propostos, utilizou-se como recurso metodológico, a pesquisa bibliográfica, realizada a partir da análise pormenorizada de materiais técnicos já publicados e renomados na literatura.
O projeto foi alicerçado nas orientações normativas e concepções dos autores como: Mamede (2012), Cavalin (2014), Cruz (2012), Creder (2007), Cotrim (2009) e Niskier (2013).
Não obstante a relevância que será dada a opinião dos renomados autores citados, poderá haver adequações conforme a realidade fática no momento da implementação do projeto de reforma.
DESENVOLVIMENTO
Com relação à Parte Elétrica, foco deste trabalho, em virtude das alterações no layout atual e das reais necessidades de funcionalidade da Coordenação, há a necessidade de uma reformulação das instalações elétricas, com as definições de novos pontos de tomadas/interruptores, luminárias, além da substituição dos quadros de distribuição elétrica, eletrodutos, caixas de passagem, terminais, disjuntores, cabeamentos e sistema de aterramento e para-raios. Associam-se as condições encontradas, o tempo de utilização e condições encontradas de risco de incêndio em determinados pontos das instalações elétricas.
A subestação da referida sede possui a capacidade de 75 kVA. Após a estimativa dos circuitos terminais, para cada quadro de distribuição, e ainda, considerando uma margem de 30% de fator de reserva, visando futuras ampliações, faz-se necessário a substituição para um transformador de 112,5 kVA.
A Entrada de Energia Elétrica Polifásica, após medições, por meio de um alicate amperímetro e, a plena carga, foi possível contatar o funcionamento desbalanceado das fases do quadro de distribuição de entrada de energia elétrica.
Recomenda-se, portanto, quando na idealização e levantamento de necessidades de todos os circuitos terminais, para todos os quadros gerais e de distribuição, que seja realizado o devido balanceamento das fases R, S e T.
Os disjuntores encontrados nas instalações, todos do tipo NEMA, apresentam desgastes (soltos e/ou quebrados).
O cabeamento elétrico, em vários pontos das instalações, está exposto, sendo submetidos às intempéries (chuvas, ventos, umidade e outros) podendo, a qualquer momento, ocasionar acidentes elétricos. Inúmeras emendas e alto desgaste também foram percebidos em todas as partes das instalações, durante a visita técnica. Quanto aos eletrodutos, foi verificado que a taxa de ocupação máxima havia sido superada, ocasionando “estresse” no cabeamento.
As lâmpadas utilizadas são de vapor de mercúrio, mistas e fluorescentes, apresentando alto consumo, altos custos com manutenção (trocas) e baixa eficiência luminosa, associadas a reatores com baixo fator de potência.
É forçoso fazer um adendo, pois, o fator de potência reflete diretamente em quanto, da energia total utilizada pelos equipamentos, está sendo convertida em trabalho útil. Mede, na prática, a eficiência de toda a instalação elétrica.
Conforme Cavalin (2014, p.69),
É no campo da iluminação que existe a oportunidade para conservar a energia, ou seja, termos uma iluminação adequada dentro dos padrões estabelecidos pela norma, porém com economia de energia, sem, contudo, vivermos às escuras ou na obscuridade.
Conforme Niskier (2013, p.228),
Nos reatores de baixo fator de potência, ligados a uma lâmpada de 40 W, a perda chega a 8,5 W, e, nos de alto fator de potência, atinge 11 W. Os reatores apresentam perdas reduzidas – metade das perdas dos reatores eletromagnéticos.
A Iluminação, na parte traseira e na parte externa no entorno do terreno da CORE, mostrou-se insuficiente, com vários pontos de escuridão observados, dificultando a vigilância, e, ainda, altamente custosa, pois as lâmpadas são de vapor de mercúrio. Visando a solução deste problema, deve-se primeiramente fazer uso de lâmpadas do tipo LED, eliminando reatores, e, também, o aumento do número de postes na parte traseira do terreno.
Os pontos de energia destinados aos usuários (tomadas) encontram-se no antigo padrão de tomadas, carecendo de atualização. Além disto, não há identificação nas mesmas quanto à voltagem entregue a cada uma. Percebe-se ainda, a grave utilização de extensões e benjamins ligando vários aparelhos concomitantemente a tomadas que não haviam sido projetadas para alimentação de várias cargas.
Conforme Cruz (2012, p.152),
Há alguns pontos de uma residência em que é comum a concentração de diversos equipamentos eletrodomésticos e eletroeletrônicos. Assim, dependendo do local onde está prevista a instalação de tomada, principalmente no caso de tomada baixa, é interessante utilizar no mesmo ponto uma tomada dupla, ou até quádrupla, para evitar ao máximo o uso de benjamins.
Portanto, de posse de todos estes problemas, é absolutamente justificável a importância deste projeto sob qualquer ponto de vista que se possa analisar: segurança, economia, conforto e maior grau de usabilidade.
É notória a necessidade de um replanejamento e atualização de toda a instalação elétrica da sede.
Há aparelhos do tipo janelas, muito antigos, com baixíssima eficiência energética, com funcionamento anormal dos compressores, ruído excessivo, tomadas air stop de segurança quebradas, além disso, observaram-se instalações inadequadas das máquinas condensadoras de 60.000 BTU/h.
Existe um sistema de aterramento e SPDA, do tipo Franklin, no prédio da Autarquia. Após medições realizadas, após a utilização de um megômetro, um valor acima de 10 ohms. Importante observar que o máximo valor para esta resistência é de 10 ohms, de acordo com a norma NBR 5419:2015. Niskier (2013, p.126) sustenta o objetivo principal do aterramento:
Liga-se à terra para proteger edificações e pessoas contra descargas atmosféricas e cargas eletrostáticas geradas em instalações de grande porte. Em instalações elétricas, os objetivos da ligação à terra são a segurança do pessoal, a proteção do material e a melhoria do serviço.
Na oportunidade da visita técnica, foi possível constatar ainda que algumas carcaças metálicas e até mesmo alguns circuitos terminais não estavam ligados à terra. Esta situação pode, não raramente, ocasionar acidentes aos usuários (choques elétricos), além de danos aos aparelhos conectados à rede elétrica. O referido autor destaca ainda, com propriedade, a verdadeira função do aterramento:
O aterramento é a ligação de um equipamento ou de um sistema à terra, por motivo de proteção ou por exigência quanto ao funcionamento do mesmo. Essa ligação de um equipamento à terra realiza-se por meio de condutores de proteção conectados ao neutro, ou a massa do equipamento, isto é, a carcaça metálica dos motores, caixa dos transformadores, condutores metálicos, armações de cabos, neutro dos transformadores, neutro da alimentação de energia a um prédio. Com o aterramento, objetiva-se assegurar sem perigo o escoamento das correntes de falta e fuga para a terra, satisfazendo as necessidades de segurança das pessoas e funcionais das instalações. (NISKIER, 2013, p. 127)
ANÁLISE DE ENQUADRAMENTO TARIFÁRIO
Conforme Art. 57, parágrafo 6º, Inciso II, da Resolução Normativa 414/2010, da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, que regulamentou o processo de extinção da Modalidade Tarifária Convencional Binômia – modalidade em que a sede da CORE em Rio Branco-AC, unidade consumidora UC 10707, está inserida. As alterações contratuais devem acontecer nas seguintes condições:
- As unidades consumidoras pertencentes à modalidade convencional com demanda contratada mensal menor que 150 KW devem ser enquadradas na modalidade tarifária horária azul ou verde, vigorando os contratos atuais até 30 de novembro de 2017.
Para realização desta análise, foi utilizado o histórico de faturamento no sistema convencional, no período compreendido entre abril de 2015 a março de 2016, bem como uma estimativa de faturamento deste histórico nas modalidades tarifárias horo sazonal azul e verde.
Compararam-se tais modalidades para verificação da melhor opção para faturamento, de acordo com as fórmulas, valores de tarifas e os históricos e dados de medição disponibilizados pela empresa concessionária de energia elétrica Eletrobrás ACRE, da cidade de Rio Branco.
MODELOS PARA TARIFAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Para fins de migração do sistema binômio de tarifação há duas modalidades para escolha exclusiva do consumidor: a Azul e a Verde. As fórmulas aplicadas para os cálculos foram extraídas do manual de tarifação de energia elétrica elaborado pelo Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica – PROCEL, datado de agosto de 2011. Tais modalidades possuem as seguintes características:
HORO-SAZONAL VERDE
Caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica, de acordo com as horas de utilização do dia, assim como de uma única tarifa de demanda de potência.
As fórmulas determinadas são:
Pconsumo = [(Tarifa de Consumo na ponta) x (Consumo medido na ponta)] + [(Tarifa de Consumo fora da ponta) x (Consumo medido fora da ponta)];
Pdemanda = (Tarifa de demanda x Demanda contratada);
Pultrapassagem = [Tarifa de ultrapassagem x (Demanda medida – Demanda contratada)];
HORO-SAZONAL AZUL
Caracterizada por 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, bem como de tarifas diferenciadas de demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia.
As fórmulas determinadas são:
Pconsumo = [(Tarifa de demanda na ponta) x (Demanda contratada na ponta)] + [(Tarifa de Demanda fora da ponta) x (Consumo medido fora da ponta)];
Pdemanda = [(Tarifa de Consumo na ponta) x (Consumo medido na ponta)] + [(Tarifa de Consumo fora da ponta) x (Demanda contratada fora da ponta)];
Pultrapassagem = [Tarifa de ultrapassagem na ponta x (Demanda medida na ponta – Demanda contratada na ponta)] + [Tarifa de ultrapassagem fora da ponta x (Demanda medida fora da ponta – Demanda contratada fora da ponta)];
SIMULAÇÃO E COMPARAÇÃO DOS VALORES CONTRATUAIS MAIS ADEQUADOS ÀS DUAS MODALIDADES DE TARIFAÇÃO (AZUL E VERDE)
O valor pago anualmente pela sede da CORE de Rio Branco-AC, UC 10707, cuja tensão contratado é 13,8 Kv, sendo portanto pertencente ao grupo A, alta tensão, subgrupo A4, que compreende as tensões pertencentes ao intervalo de 2,3 Kv a 25 Kv, foi calculado com base nas tarifas aplicadas a este subgrupo, relacionadas na tabela 1, que discrimina, detalhadamente, os valores tarifários aplicados no consumo em horário de ponta, fora de ponta e, ainda, combinando com os períodos seco, que compreende os meses de maio a novembro e o período úmido, que compreende o período de dezembro a abril.
Discriminam-se ainda os valores de tarifas quando na condição de ultrapassagem da demanda contratada nos períodos de ponta e fora ponta. Todos os valores foram obtidos, tanto para a modalidade azul como para a verde, sendo disponibilizados no site eletrônico da Distribuidora Eletrobrás de Rondônia. Por fim, relaciona-se também, na referida tabela, as tarifas presentes na resolução homologatória nº1427/2013, da Agência Nacional de Energia Elétrica, sem incidência dos impostos sobre circulação de mercadorias e serviços – ICMS, Programa de Integração Social – PIS e a Contribuição para Financiamento da Seguridade Social – COFINS
ULTRAPASSAGENS DE DEMANDA CONTRATADA
A tabela a seguir, foi idealizada, abarcando o período de 12 meses, justamente, porque abarca os períodos úmidos, na cor azul (dezembro a abril) e o período seco, na cor laranja (maio a novembro). Os dados foram obtidos diretamente da concessionária. Analisando agora, o conteúdo da tabela 2, a seguir, verifica-se que, nos meses de 05/2015 e 01/2016, ocorreu uma ultrapassagem na demanda contratada, ocorrendo uma ultrapassagem de 16 KW.
No entanto, esta ultrapassagem, em termos financeiros, possui importância ínfima, pois representa um ônus que não ultrapassou a importância de R$ 20,00, nos meses supracitados. Esta ultrapassagem ocorre quando, por exemplo, motores estão mal dimensionados ou trabalham a vazio. Estes elementos adicionam uma quantidade de energia elétrica reativa que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho. À medida que o fator de potência decresce temos valores maiores correspondentes à energia reativa consumida, e consequentemente a cobrança do custo da Energia Reativa Excedente apresentada nas faturas de energia elétrica. Com relação a este custo de energia reativa, a viabilidade para um possível investimento, na instalação de um banco de capacitores, para fins de correção do Fator de Potência, de acordo com a regulamentação atual exigida para o mínimo de 92% (0,92), poderá ser determinada após um estudo técnico-econômico.
No entanto, para o caso da referida unidade consumidora em estudo, as duas ocorrências de ultrapassagem da demanda contratada consistem de fatos isolados e não carecem nem justificam, por enquanto, investimentos para sua correção, porém ressalva-se que o acompanhamento é imprescindível.
SIMULAÇÕES TARIFÁRIAS DA UC 10707
Aplicando agora os valores de tarifação relacionados anteriormente na tabela 1 com os valores de consumo discriminados na tabela 2, dá-se origem à tabela 3. Nesta tabela foram obtidos os valores de faturamento de energia elétrica para as modalidades azul e verde.
Constam ainda, os valores de faturamento referentes ao sistema convencional com e sem incidência de impostos. Baseando-se nos valores obtidos, é possível notar que o sistema de tarifação horo sazonal verde apresenta-se menos oneroso e, portanto, deve ser adotado.
Convém ressaltar também que a diferença entre as modalidades verde e azul referentes à simulação da empresa Eletrobrás Acre e da Resolução Homologatória nº 1427 da ANEEL reside justamente no fato de que, para esta última, a contabilização dos impostos foi suprimida. A tarifa horo sazonal verde permite uma economia de até 16,86%, no caso da utilização dos valores de tarifação contidos na simulação da empresa Eletrobrás Acre, e uma economia de até 31,36%, no caso de utilização dos valores de tarifas sem impostos contidos na resolução homologatória Nº1427 da ANEEL, quando comparado com a tarifa horo sazonal azul.
A tarifa horo sazonal verde, baseando-se nos valores de tarifas contidos na tabela 1, permitirá uma economia de até 33,17% (excetuando-se os impostos), quando comparada ao sistema de tarifação convencional. Sendo assim, deve ser adotada.
Com base nos resultados e as análises técnicas numéricas apresentadas, submetemos à superior consideração a adoção da modalidade de tarifação VERDE.
Posteriormente, uma análise para alteração da demanda contratada poderá ser considerada haja vista a comparação da demanda contratada (30 kWh) com os valores medidos habituais de Ponta (9 a 28 kWh) e Fora Ponta (18 a 23 kWh).
CONCLUSÃO
Diante do exposto, as instalações elétricas, conforme orientação normativas e conceitos dos renomados autores, deverão ser submetidas a uma profunda atualização, tanto no bojo quantitativo (maior número de circuitos, fator de reserva de 30% com substituição da subestação aérea de 75 kVA para 112,5 kVA, aumento do números de postes) quanto no qualitativo (substituição por componentes mais modernos e econômicos), a saber, como a substituição de lâmpadas de vapor de mercúrio, mistas e fluorescentes para lâmpadas do tipo LED (por conseguinte, a eliminação dos reatores das antigas lâmpadas, favorecendo a eficientização da relação do aproveitamento da energia, com a sensível melhora do fator de potência), substituição dos disjuntores tipo NEMA para o tipo DIN (melhoria na sensibilidade em caso de necessidade de atuação), troca de todo o cabeamento elétrico para condutores flexíveis e eliminação das emendas. Deverão ser substituídos, ainda, os aparelhos condicionadores de ar do tipo janela para os do tipo split system.
Todas estas alterações propiciarão em um maior conforto para colaboradores e público externo e, obviamente, um aumento considerável na segurança das instalações para os mesmos.
Por último, e não menos relevante, com base em um estudo comparativo simulado, tendo como objeto as 12 (doze) últimas faturas de energia elétrica da sede, definiu-se, dentre as tarifas horo sazonais (azul ou verde), considerando, para isto, a dinâmica de horário do expediente, concluiu-se que a tarifa Verde é aquela que apresenta a maior vantajosidade para a Administração, devendo ser adotada.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410: Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, 2004.
______. NBR 5419: Proteção contra descargas atmosféricas. Rio de Janeiro, 2015.
______.NBR 5361: Disjuntores de baixa tensão. Rio de Janeiro, 1998.
______.NBR 6150: Eletrodutos de PVC rígidos – Especificação. Rio de Janeiro, 1980.
______. NBR 14039: Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV. Rio de Janeiro, 2005.
______. NBR 6527: Interruptores para instalação elétrica fixa doméstica e análoga – Especificação. Rio de Janeiro, 2000.
BRASIL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução n. 414, de 9 de setembro de 2010. Disponível em <www.aneel.gov.br/cedoc/ren2010414.pdf> Acesso em 02/02/2012.
CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas Prediais. 22 ed. São Paulo: Editora Érica, 2014.
COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações Elétricas. 5 ed. São Paulo: Editora Prentice Hall, 2009.
CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15 ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2007.
CRUZ, Eduardo César Alves, Instalações Elétrica: Fundamentos, prática e projetos em instalações residenciais e comerciais. 2 ed. São Paulo: Editora Érica, 2012.
MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
NISKIER, Júlio. Instalações Elétricas. 6 ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2013.
PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica, Manual de Tarifação de Energia Elétrica, PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica, Primeira Edição, Maio, 2001.
[1] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade do Estado do Amazonas -UEA. Pós-Graduado em Logística. Pós-Graduado em Engenharia de Produção. Possui MBA em Sistemas de Informação. Pós-Graduado em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais.
[2] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade Federal da Bahia – Campus Salvador. Pós-Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais.
[3] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade Federal do Amazonas-UFAM Pós-Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais.
