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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007

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2 computadores; o primeiro, faz a comunicação com o sistema supervisório e o outro é utilizado para filtrar as informações a serem disponibilizadas via web através da home-page do CTGÁS. O acesso via home-page das informações dos dados do micro-cogerador facilitará na tomada de decisão do cliente para a aquisição do equipamento. O objetivo principal deste trabalho é, através da Tecnologia de Informação, apresentar o caso da aplicação do Software Elipse Scada no Sistema de micro-cogeração instalado no CTGÁS, com o acesso a estas informações, alterando-se as relações de forma integrada, ampliando fronteiras, gerando assim novos desafios. Palavras-chaves: Supervisório, Elipse Scada, Micro-cogeração, gás natural 2

3 1. Introdução O gás natural é uma fração do petróleo composta por uma mistura de hidrocarbonetos parafínicos leves, predominantemente metano, contendo etano, e propano, apresentando, normalmente, baixos teores de nitrogênio e de carbono. O gás ocorre na natureza em acumulações denominadas reservatórios que, em condições de pressão e temperatura ambiente da superfície é encontrada em fase gasosa. Ele está sendo utilizado cada vez mais, substitituindo derivados de petróleo e chegando a constituir mais de 25% da matriz energética de determinados países. Na indústria, a utilização do gás natural representa redução de despesas com manutenção de equipamentos, desde que a sua queima completa não deixe resíduos, por exemplo, nos fornos e caldeiras. De certa forma pode-se dizer que ocorre também, melhoria de rendimento dos equipamentos em relação ao óleo combustível. Com a sensível redução dos custos operacionais as empresas contam, ainda, com a diminuição dos gastos de transporte, pois o combustível é entregue diretamente através de canalização, a partir da fonte de produção. Enquanto as demais fontes de energia possuem áreas específicas de utilização, o gás natural não dispõe de um mercado cativo, adaptando-se facilmente, às necessidades energéticas de um determinado setor da economia e às diretrizes de uma política energética de âmbito regional ou nacional. O gás natural foi apontado como o combustível do futuro e vem sendo, cada vez mais, utilizado como combustível alternativo na substituição aos derivados do petróleo. As aplicações do gás natural na indústria como combustível para motores, fornos, caldeiras geração de energia elétrica e aquecimento aumentaram constantemente. A co-geração pode ser aplicada em qualquer lugar para facilitar a necessidade do uso da energia. Esse uso dessa energia pode ser descrita como eletricidade, vapor, aquecimento de espaços, ondicionamento de ar, ou seja, sobre todas as necessidades que requerem o input de energia (KOLANWSKI, 2000). Pode-se definir co-geração como a geração simultânea de duas ou mais formas de energia, em geral, energia elétrica e energia térmica, a partir de uma mesma fonte energética (SZKLO, 2001). O CTGÁS, Consórcio entre a PETROBRAS e o SENAI, desenvolveu um sistema de micro-cogeração que está em fase de testes para utilização do gás natural, como combustível na geração de energia elétrica e térmica e na recuperação de calor e estará divulgando este desenvolvimento através da web, de forma a expor as informações sobre o equipamento a todos os potenciais usuários na faixa de mercado ao qual se destina. O CTGÁS estará desenvolvendo uma página na web de forma que os clientes, tenham condições de entender e acompanhar o funcionamento do produto, conhecer seu objetivo principal, quais os parâmetros de entrada e saída, como também, a sua rentabilidade. Essa disponibilização de informação de oferta, estabelecerá condições e critérios para execução de telas do sistema supervisório para a aquisição e monitoração dos dados de 3

4 funcionamento da Unidade de Micro-cogeração de energia tendo como fonte principal o gás natural. O projeto estará sub-dividido em seis partes, são elas: a) Análise dos requisitos necessários para elaboração do sistema, através de um organograma enfocando os dados de entrada e saída, tendo-se assim uma visão preliminar do projeto; b) Estudo das possibilidades de telas de forma atender às necessidades dos clientes; c) Criação de um banco de dados a fim de que se possa suprir as necessidades objetivadas no corrente momento e futuramente; d) Desenvolver um Software que possa simular situações econômicas e financeiras do projeto; e) Criar um sistema capaz de retornar os resultados da pesquisa do CTGÁS; f) Implementação das páginas via web. 2. Características técnica do micro-cogerador Os equipamentos que o compreendem são 95% de tecnologia brasileira e 5% importados (EGCP-2, conjunto de gases e controlador de velocidade), que são facilmente encontradas no mercado. O sistema é modular, sendo assim podemos gerar apenas energia elétrica ou apenas climatização ou ainda, o sistema combinado de geração de energia elétrica, calor e climatização. O protótipo pode gerar 35 kw/55kva de energia elétrica, 7 TR (Tonelada de Refrigeração equivalente a BTU s) de energia para climatização e possui a capacidade de aquecer 2200 l/h de água na temperatura de 25º C até 85º C. Através de pesquisa prévia de mercado, realizada pelo CTGÁS em hotéis por categoria, o micro-cogerador foi concebido para atender ao perfil de consumo energético de micro e pequenas empresas dos setores industriais e de serviços. O resultado dessa pesquisa pode ser observado na Figura 1. 4

5 Figura 1. Consumo energético de hotéis por categoria Pode-se observar na Figura 2, o primeiro protótipo de micro-cogeração a gás natural instalado no CTGÁS, em Natal-RN, Brasil. Figura 2. Protótipo do sistema de micro-cogeração de energia a gás natural 5

6 3. Descrição do sistema de micro-cogeração A escolha do ciclo de co-geração é função do balanço elétrico e térmico, sendo um fator preponderante o nível de temperatura desejado para a utilização do calor (SILVEIRA, 1994). Pode-se descrever o Sistema para Micro-cogeração, conforme a Figura 3. Figura 3. Descrição dos módulos do sistema do micro-cogeração 4. Sistema Supervisório Elipse Scada (Supervisory Control and Data Acquisition Sistem) Os sistemas de supervisão oferecem: a) Função de supervisão: inclui todos as funções de monitoramento do processo, tais como: sinóticos animados, gráficos de tendências de variáveis analógicas e digitais, relatórios em vídeos e impressos, etc; b) Função de operação: atualmente os sistemas Elipse Scada substituíram com vantagens as funções da mesa de controle. As funções de operação incluem: ligar e desligar equipamentos, mudança de modo de operação de equipamento, etc. O sistema supervisório a ser elaborado deverá permitir o monitoramento, via cabo de comunicação de todas as variáveis disponíveis do sistema de micro-cogeração. O software supervisório a ser usado para elaboração das telas de interface, será Elipse Scada (Supervisory Control and Data Acquisition System), as quais deverão ser elaborados de maneira a permitir de forma bastante amigável ao usuário um melhor entendimento e acompanhamento do funcionamento do micro-cogeração. O módulo de controle deverá ser implementado utilizando-se um sistema dedicado de comando e controle micro-processado, baseado em Controlador Lógico Programável. É 6

7 utilizado o CLP, utilizando o MIP 24/24, com as funções mínimas de controle, monitoramento e sinalização do sistema de micro-cogeração. O Sistema Supervisório apresentará como telas principais do sistema de microcogeração e suas variáveis, as quais podemos destacar: a) Módulo acionador: o motor em funcionamento, com variáveis de temperatura, velocidade, vazão e carga instalada; b) Módulo de controle: deverá indicar, em caso de falha, qual a condição que está impedindo a operação do sistema de micro-cogeração. 5. Infra-estrutura necessária para o sistema supervisório Dois computadores de última geração, sendo um computador com Modem e conversor de comunicação Serial RS422/RS232, com todos os dados do sistema e outro aplicado na Internet com o objetivo de hospedar a home-page. 6. Arquitetura do Supervisório Pode-se observar na Figura 4 a descrição da arquitetura do sistema supervisório de micro-cogeração. Supervisório Elipse Scada 7

8 Figura 4. Descrição da arquitetura do sistema supervisório de micro-cogeração Na Estação 1, haverá o supervisório, conectado a rede interna da empresa e comunicando com todos equipamentos (PLC s, conversores, etc). Será desenvolvida uma rede dedicada apenas entre os dois computadores, Estação 1 (um) e Estação 2 (dois). A Estação 1 (um) estará conectada e com plenos acessos à rede interna. A Estação 2 estará conectada a Internet, com o servidor WEB IIS instalado e com um Firewall configurado para bloquear todas as portas de conexão, exceto a porta configurada no Elipse WEB. Nas configurações de rede da Estação 1 (um), deverá ser configurado para que apenas o IP da Estação 2 (dois) possa acessar esta máquina. Na Estação 2 (dois), haverá outro supervisório coletando os dados via conexão TCP/IP da Estação 1(um) e servindo estes dados através do Elipse Scada (Supervision Control and Data Acquisition System) via web para o IIS disponibilizá-los na Internet. Dentre as principais vantagens na utilização do sistema destacamos: a) Acesso mais rápido à Internet reduzindo o tempo de espera do cliente e aumentando a produtividade e confiabilidade do equipamento; b) O Acesso direto à Internet tornar presente a cultura da Informação entre os clientes; c) Item independente da rede pública local de telecomunicações 6. Recursos do sistema supervisório Elipse Scada (Supervision Control and Data Acquisition System) O Supervisório Elipse Scada (Supervisory Control and Data and Acquisition System) foi fabricado pela Elipse Software. Esse Software possibilita a criação de telas com gráficos para facilitar o monitoramento do sistema, de corrente, tensão, temperatura, pressão, vazão e freqüência de forma que permita o seu monitoramento podendo ser analisados os históricos das planilhas usando o Microsoft Excel com o histórico do motor e gerador. 7. Sistema Supervisório Scada e Aquisição de dados A execução desse item pode ser dividida em (02) dois sub-itens, os quais são: a) Instalação de Malha Física de Comunicação PC (Sala de Controle) e CLP da Unidade de Micro-cogeração; b) Desenvolvimento e Programa de telas de Supervisionamento da Unidade de Microcogeração usando o Software Elipse. A execução desse item pode ser dividida em (02) dois sub-itens, os quais são: 8

9 c) Instalação de Malha Física de Comunicação PC (Sala de Controle) e CLP da Unidade de Micro-cogeração; d) Desenvolvimento e Programa de telas de Supervisionamento da Unidade de Microcogeração usando o Software Elipse. 8. Malha física de comunicação Esta seção, se houver, deve ser colocada antes da lista de referências. Devido a distância entre o computador e o CLP MIP 24/24, utiliza-se o padrão RS-485 para a comunicação entre as mesmas, diminuindo assim a possibilidade de ruídos e possíveis perdas de informações, fazendo-se em seguida uma conversão para o padrão RS-232, através de um cabo padrão ETHERNET, Categoria 5 para o Desenvolvimento e com Programação das Telas e da Aquisição de Sistema Supervisório. 9. Sotwares a serem utilizados Esta seção, se houver, deve ser colocada antes da lista de referências. a) Banco de dados Microsoft Access utilizado para armazenar as informações captadas pelo CLP; b) Editor HTML e ASP. Software grátis Freeware programa utilizado para armazenar as informações captadas pelo CLP. 10. Sistema final sobre o ponto de vista do cliente O sistema ficará com os seguintes aspectos: Com uma página inicial com um Breve Histórico do Projeto, definições, links, características técnicas do co-gerador, simulações, o produto e a sua aplicação, estudo de caso, fale conosco, atendimento, via telefone, ao consumidor, instruções do uso do sistema e comparação do consumo do co-gerador utilizando o gás natural e do uso de energia fornecida pela concessionária 11. Simulações Nesta etapa, o cliente irá poder realizar simulações relativo à aquisição do microcogerador: a) Dado de Entrada Físico: Nome da empresa, Representante, Contato; 9

10 b) Dados Financeiros de Entrada: Quantidade de anos que deseja calcular o investimento (N), Taxa Mínima Aceitável (TMA), Consumo de Energia Elétrica Mensal (CEEM), Tipo de Produto a produzir: Energia Elétrica, Frio, Quente ou os três tipos; c) Dados Financeiros de Saída Variável: Taxa Interna de Retorno TIR, Valor Presente Líquido VPL, Tempo de Retorno TR, Economia Mensal Gerada; d) Dados Financeiros de Saída Fixa: Temperatura da água quente, Temperatura de Frio, Consumo de GN, Energia Elétrica Gerada. 12. Estudo de Caso Nesta etapa será mostrado ao cliente um estudo de caso de sucesso do sistema de microcogeração de de energia a gás natural, instalado no CTGÁS, em Natal-RN, Brasil. 13. Considerações Finais Os sistemas de geração e micro-cogeração de energia disponíveis comercialmente no Brasil e no mundo foram concebidos de maneira a atender às espectativas de grandes e médios consumidores, desta forma a necessidade de se desenvolver equipamentos com capacidades menores e que atendam toda aquela faixa de consumidores "excluídos" da opurtunidade de se benificiar com a alternativa tecnológica de geração de energia a gás natural. Outro grande fator que deve ser considerado como responsável por este cenário é a popularização das alternativas de geração de energia existentes, uma vez que o processo de inclusão de um equipamento ao mercado é feito muito vezes por um fluxo inverso onde um fabricante investe no desenvolvimento de uma aplicação e somente após sua conclusão, tentará desenvolver o seu mercado. A disponibilização via web do funcionamento e acompanhamento do desempenho do Sistema de micro-cogeração possibilitará não só uma rápida popularização do mesmo, mas também ao futuro cliente uma maior confiabilidade quando da tomada de decisão sobre a possível compra deste equipamento, uma vez que o mesmo estaria desta forma participando também do processo de desenvolvimento em tempo real. Com base no trabalho realizado pode-se verificar que existe uma motivação no sistema de micro-cogeração. Em pesquisas realizadas comprovamos a existência da demanda apresentada pelo setor hoteleiro. Com o incentivo ao gás natural, em micro-cogeração, como fonte de energia pela própria PETROBRAS, acarretado pela inexistência de equipamentos nacionais adequados ao perfil de consumo e a não total dependência de concessionária, surgiu a necessidade do desenvolvimento da indústria nacional na produção de um protótipo de micro-cogeração que atendesse aos requisitos elétricos, calor e climatização. Adequando ao perfil de consumo energético de micros e pequenas empresas dos setores industrial, comercial e de serviços. 10

11 O micro-cogerador de energia agas natural é viável desde que seja feito uma EVTEAS (Estudo de Viabilidade Técnica e Econômica, Ambiental e Social), atendendo às necessidades de cada cliente. Devido a concepção do sistema de forma modular, dependerá da demanda do sistema micro-cogeração ou de geração para necessidade de climatização, geração de energia e aquecimento de água para diversas finalidades. 8. Referências BALESTIERE, JOSÉ ANTÔNIO PERRELLA. Cogeração: geração combinada de eletricidade e calor. Florianópolis-SC: Editora da UFSC BOYLE, GODFREY. Renewable Energy, Power for a Sustainnable Future. Published by Oxford Univerity Press, Oxford in association with The Open Univerity, Milton Keynes HORLOCK, J. H. Cogeration combined heart and power (CHP): thermodynamics and economics. Reprint. Originally published: Oxford; New York: Pergamon Press KEYTON, WEISSINGER. ASP-Active Server Pages. O Guia Essecial. Editora Campus. KOLANOWSKI, BERNARD F. Small-scale cogeneration handbook. Published by THE FAIRMONT PRESS, INC 700 Indian Trail Lilburn, GA MAÑAS, ANTONIO VICO. Administração de Sistema de Informação. São Paulo : Érica ORLANDO, JOSEPH A. Cogeration Design Guide. Copyright 1996 American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Insc Tullie Circle N.E. Atlanta, Georgia All rights reserved. Printed in USA SZKLO, ALEXANDRE SALEM. Tendências de desenvolvimento da cogeração a gás natural no Brasil. Rio de Janeiro: Tese de Doutorado em Ciências em Planejamento Energético da Universidade Federal do Rio de Janeiro-RJ. COOPE SANTO, DENILSON BOSCHIERO DO ESPIRITO. Possibilidade de Conservação de Energia e estudos de casos de cogeração no hospital de Clínicas da UNICAMP. Campinas-SP. Tese de Mestrado em Ciências da Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica SILVEIRA, JOSÉ LUZ. Cogeração disseminada para pequenos usuários: Estudo de Casos para o setor terciário. Campinas-SP. Tese de Doutorado em Ciências da Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica TIGRE, PAULO BASTOS; SARTI, FERNANDO. Tecnologia da Informação, mudanças organizacionais e impactos sobre o trabalho: difusão de Electronic Data Interchange no complexo automobilístico brasileiro. Rio de Janeiro, SENAI/DN/CIET, 58 p

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