MÉTODO ALTERNATIVO PARA A CORREÇÃO DOS EXCEDENTES REATIVOS NO CAMPUS DO PICI DA UFC

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1 MÉTODO ALTERNATIVO PARA A CORREÇÃO DOS EXCEDENTES REATIVOS NO CAMPUS DO PICI DA UFC Abstract: The actions to be adopted for solution of reactive excesses are in a way mechanized now, because this is a very common problem in the Electrical Engineering. However, such mechanicism can result in serious errors, because this problem is not always solved from the procedure frequently adopted. This occurred in the Campus do Pici in the UFC, where the presence of reactive excesses was not due to motors charges, but due to transformers working without charge. Therefore, the classic method for the correction of these excesses was not applied, being necessary an alternative method to solve this problem. Copyright 2011 CBEE/ABEE Keywords: reactive excesses, motors charges, transformers working without charge, classic method, alternative method. Resumo: As ações adotadas para a solução de excedentes reativos já estão de certa forma mecanizadas, visto que se trata de um problema bastante conhecido na área da Engenharia Elétrica. Entretanto, tal mecanicismo pode incorrer em graves erros, pois nem sempre este problema é solucionado a partir do procedimento comumente adotado. Isto foi constatado no Campus do Pici da UFC, onde a presença de excedentes reativos não era devido às cargas motrizes, mas aos transformadores operando a vazio. Assim, o método clássico para a correção destes excedentes não se aplicava neste caso, sendo necessário utilizar uma metodologia alternativa para resolvê-lo. Palavras Chaves: excedentes reativos, cargas motrizes, transformadores operando a vazio, método clássico, metodologia alternativa. 1 INTRODUÇÃO Em geral, quando se observam as características elétricas das cargas presentes nas unidades consumidoras de energia elétrica, percebe-se que a maior parte delas consome energia reativa, tais como: motores, transformadores, reatores para lâmpadas de descarga, entre outras. (MAMEDE, 2010, p. 138). As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, por isso sua operação requer dois tipos de potência: ativa (potência que efetivamente realiza trabalho) e reativa (usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas). (CODI, 2004, p. 2). Desta forma, enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência reativa, além de não produzir trabalho, circula entre carga e fonte de alimentação, ocupando um espaço no sistema elétrico que poderia ser usado para prover mais energia ativa. (CODI, 2004, p. 3). Um alto consumo de energia reativa por parte destas cargas significa um pequeno consumo de energia ativa, o que resulta em um baixo fator de potência (razão entre potência ativa e potência aparente). O fator de potência indica a eficiência do uso da energia. Um alto fator de potência indica uma eficiência alta e inversamente, um fator de potência baixo indica baixa eficiência energética dos circuitos elétricos (CODI, 2004, p. 3). A fim de se evitar custos com excedentes reativos e baixa eficiência energética dos circuitos elétricos é necessário a utilização, o mais próximo da carga, de bancos de capacitores. Assim a energia reativa é fornecida pelos capacitores em vez de ser solicitado ao sistema elétrico (CODI, 1993, p. 18). Em se tratando do tema excedentes reativos, já existe um certo mecanicismo no que diz respeito às ações que devem ser adotadas para a solução de tal problema, visto que este é um dilema conhecido mundialmente na área da Engenharia Elétrica, além de que também suas causas são quase sempre conhecidas pelos profissionais desta área. Entretanto, em alguns casos específicos, esse conjunto de ações já de certa forma mecanizada pode resultar em erros graves, pois existem exceções que quando ocorrem não são solucionadas a partir do

2 comportamento comumente adotado. São estes casos que merecem a devida atenção por parte dos envolvidos. Um destes casos ocorreu na unidade consumidora Campus do Pici da Universidade Federal do Ceará, onde foi verificado que a presença de excedentes reativos no seu sistema elétrico era devido a transformadores operando a vazio na maior parte do dia, e não às cargas motrizes, como era de se esperar. Como se trata de uma situação específica, não se deve utilizar o método clássico para a correção do fator de potência, pois este, como já foi dito, incorrerá em um resultado absurdo. Assim, para que o problema fosse solucionado, adotou-se um procedimento alternativo de correção de excedentes reativos. Com a aquisição de dados fornecidos pelo serviço de Telemedição da concessionária do estado (COELCE), tornou-se possível especificar o banco de capacitor correto para este caso, o qual fará com que o fator de potência da instalação esteja acima do valor mínimo definido pela ANEEL. A fim de que a instalação destes bancos de capacitores seja viável para a unidade consumidora, foi realizada uma análise da atratividade financeira do projeto, observando a economia obtida na fatura de energia elétrica, bem como o tempo para que o investimento seja recuperado. Este artigo está organizado da seguinte forma: na Seção 2, a metodologia empregada para a realização da correção dos excedentes reativos é relatada, bem como os resultados obtidos são apresentados; a análise financeira do projeto é exposta na Seção 3; e na Seção 4 são feitos os comentários finais. 2 METODOLOGIA E RESULTADOS Antes de ser exposta a metodologia alternativa para a correção de excedentes reativos, será mostrado a razão pela qual o método clássico não pode ser aplicado neste caso. 2.1 Cálculo do Banco de Capacitor através do Método Clássico Segundo a metodologia clássica para a correção do fator de potência, existem duas situações que devem ser consideradas para o cálculo do valor da potência nominal do banco de capacitores: 1ª Situação: Considerando o valor máximo de Potência Ativa; 2ª Situação: Considerando o valor máximo de Potência Reativa; A equação utilizada para calcular o valor da potência nominal do banco é a mesma para as duas situações: Q c = P [tan( 1) - tan( 2)] (1), onde: Qc = Potência nominal do banco de capacitores; P = 1ª Situação: Máxima Potência ativa registrada em um determinado período (mês, por exemplo). 2ª Situação: Máxima Potência ativa registrada no momento de Máxima Potência Reativa. α1 = ângulo associado ao fator de potência correspondente ao mesmo período; α2 = ângulo associado ao fator de potência OBS.: O valor do fator de potência adotado para a correção foi de 0.95 e não 0.92 (valor mínimo definido pela ANEEL). Os dados acima foram obtidos através do serviço de Telemedição da COELCE, e o mês considerado foi o de agosto de 2010 para as duas situações. 1ª Situação: Tabela 1: Dados de agosto/2010 Campus do Pici 1ª Situação Potência Ativa máxima registrada 3632kW Fator de Potência do período 0, Q c = 3632 [tan(cos 0.973) - tan(cos 0.95)] = kVAr (2) O valor negativo para o banco obtido acima indica que a unidade consumidora em questão não necessita de correção de fator de potência, o que já podia ser notado pelo valor do fator de potência do período (0.973). 2ª Situação: Tabela 2: Dados de agosto/2010 Campus do Pici 2ª Situação Potência Ativa máxima registrada no instante de máxima Potência Reativa 3553kW Fator de Potência deste período 0,969

3 1 1 Q c = 3553 [tan(cos 0.969) - tan(cos 0.95)] = kVAr (3) Observa-se que na segunda situação o valor para o banco obtido também foi negativo, indicando também que a unidade consumidora em questão não necessita de correção de fator de potência, o que já podia ser notado pelo valor do fator de potência do período (0.969). De posse dos dois valores de Q C para as duas situações, deve-se tomar o maior valor entre os dois, ou seja, o valor do banco de capacitores a ser utilizado será Q C = kVAr. Assim, segundo o método clássico, esta unidade consumidora não precisa de correção de excedentes reativos. Entretanto, de acordo com a conta de energia elétrica abaixo referente ao mês de agosto de 2010, a unidade consumidora Campus do Pici (Nº do Cliente: ) necessita de correção de excedentes reativos, pois é possível observar a presença de gastos com excedentes reativos na conta de energia elétrica. 1 1 Q c = 688 [tan(cos 0.747) - tan(cos 0.95)] = kVAr (4) Como se deve tomar o maior valor de Q C entre as duas situações, e o valor do mesmo para a 1ª situação é negativo, então o valor do banco de capacitores a ser utilizado será Q C = kVAr. Nota-se que, para este método, o valor para o banco obtido é positivo, indicando que a unidade consumidora em questão necessita de correção de fator de potência, o que já podia ser notado pelo valor do fator de potência do período (0.747). O valor de Q C obtido acima corresponde a uma tensão de 380V aplicada sobre o banco. Como existem certos fatores que podem elevar a tensão nos terminais dos capacitores, como, por exemplo, aumento da tensão da rede elétrica, descargas atmosféricas, dentre outros, deve-se utilizar capacitores com tensão nominal reforçada, ou seja, acima do valor de operação da rede (380V). (WEG, 2009, p.18). Portanto, é necessário sobredimensionar a potência nominal do banco de capacitores, dividindo a mesma pelo fator de redução, conforme mostrado abaixo: Q C(380V) = kVAr (5) Figura 1: es de Faturamento de agosto/2010 da Unidade Consumidora Campus do Pici (Nº do Cliente: ) Logo, o método clássico gerou resultados absurdos para as duas situações, totalmente contrário ao que realmente está acontecendo na unidade consumidora. 2.2 Cálculo do Banco de Capacitor através da Metodologia Alternativa Na metodologia alternativa para a correção do fator de potência, há uma alteração somente na 2ª situação: neste caso, será tomado o pior fator de potência do período considerado (agosto/2010) e a potência ativa correspondente a este fator de potência. Assim, através do serviço de Telemedição, têm-se os seguintes dados: Tabela 3: Dados de agosto/2010 Campus do Pici Metodologia Alternativa Pior Fator de Potência do período 0,747 Potência Ativa correspondente 688kW 440 Qc(440V) = Qc(380V) x 380 (6) = 517,76 kvar Logo, adota-se um valor de Qc(440V) = 518 kvar Logo, com o método alternativo, foi obtido um resultado que corresponde realmente à situação desta unidade consumidora, comprovando os gastos observados com excedentes reativos na fatura de energia elétrica. 3 ATRATIVIDADE FINANCEIRA DO PROJETO A fim de constatar a viabilidade financeira do projeto para a unidade consumidora, realizou-se uma análise da atratividade financeira do mesmo, levando em conta três métodos financeiros: Tempo de Retorno do Investimento (PAY-BACK SIMPLES), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Presente Líquido (VPL). Os dados da análise da atratividade financeira foram montados da seguinte forma: 2 (7)

4 O Investimento Total, segundo orçamento previsto pela empresa WGR IGNITRON, foi de R$ ,83 para um banco de capacitor de 540kVAr com proteção; Custo com excedentes reativos segundo a fatura de energia elétrica de agosto/2010: R$ 9.433,23/mês; Custos com operação e manutenção podem ser desconsiderados, já que estas atividades serão realizadas pelos próprios funcionários da universidade; Vida útil média do banco de capacitores: 5 anos; Taxa Mínima de Atratividade Financeira (TMA): 1% a.m. De posse destes dados, montou-se o diagrama de fluxo de caixa financeiro do problema, o qual é mostrado a seguir: Figura 2: Fluxo de Caixa da Alternativa de Investimento na Instalação de Bancos de Capacitores na unidade consumidora Campus do Pici A partir deste diagrama e fazendo-se uso de uma planilha do Excel, foram obtidos os valores das variáveis dos três métodos financeiros citados anteriormente, conforme mostrado na tabela abaixo: Tabela 4: Representação da Atratividade Financeira do Projeto PAY-BACK SIMPLES Presente Líquido (VPL) Taxa Interna de Retorno (TIR) 5 meses R$ ,39 21,02% a.m. Observando os dados acima, percebe-se que o tempo necessário para que o investimento inicial seja recuperado (PAY-BACK) é relativamente curto. Entretanto, como este método financeiro é não exato, pois a vida do investimento não é levada em consideração, dois outros métodos foram utilizados (TIR e VPL), os quais são métodos exatos para se avaliar financeiramente a viabilidade do projeto. (CASAROTTO e KOPITTKE, 2008, p.122). Percebe-se acima que o VPL, o qual corresponde ao valor presente de pagamentos futuros descontados a uma taxa de juros apropriada (TMA) menos o custo do investimento inicial, é bem alto, o que significa que a economia obtida na conta de energia elétrica durante a vida útil do banco de capacitores é bastante superior ao investimento inicial, indicando que o investimento gera lucros. E, por fim, analisando-se o valor da TIR, constata-se que este é bem superior ao da taxa mínima de atratividade, o que indica a rentabilidade do investimento. 4 CONCLUSÃO Este artigo apresentou a situação da unidade consumidora Campus do Pici da Universidade Federal do Ceará em relação à presença de excedentes reativos em seu sistema elétrico. Dois pontos podem ser destacados como relevantes neste trabalho. Primeiramente, o motivo da existência de excedentes reativos, o qual está relacionado à operação a vazio de transformadores, e não à operação de motores com pequenas cargas, o que comumente ocorre nas demais unidades consumidoras. Por conta disso, o método clássico de correção de fator de potência não pode ser aplicado neste caso, pois este incorre em erros graves, devendo fazer-se uso de uma metodologia alternativa. Em segundo lugar, através da análise de atratividade financeira do projeto, mostrou-se que o investimento inicial que seria realizado na compra e instalação dos bancos de capacitores traria uma economia considerável na fatura de energia elétrica, além de que tal investimento seria recuperado em um curto prazo. Espera-se, após a compra e instalação dos bancos de capacitores na unidade consumidora Campus do Pici, uma melhor eficiência dos circuitos elétricos, entre outros benefícios. 5 REFERÊNCIAS Mamede Filho, João. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS (Grupo GEN, 8ª ed.), pp LTC, Rio de Janeiro. CODI (Comitê de Distribuição de Energia Elétrica). Manual de Conservação de Energia Elétrica na indústria (ALTA TENSÃO). Rio de Janeiro: Eletrobrás; PROCEL, 1993, pp Casarotto Filho, Nelson e Kopittke, Bruno Hartmut. Análise de Investimentos (10ª ed.), pp Atlas, São Paulo. CODI (Comitê de Distribuição de Energia Elétrica). ENERGIA REATIVA EXCEDENTE. Disponível em: < br/~aryvictorino/material%20fator%20de%20p otencia/energ_reat_exced.pdf>. Acesso em: 12 outubro 2010.

5 WEG. Manual para Correção do Fator de Potência. Disponível em: < ucts/weg-correcao-do-fator-de-potencia-958- manual-portugues-br.pdf>. Acesso em: 27 fevereiro WGR IGNITRON. Orçamento de Banco de Capacitores. Disponível em: < com.br/contato/fale-conosco.html>. Acesso em: 1 abril 2011.