Universidade Federal do Ceará Centro de Tecnologia Curso de Graduação em Engenharia Elétrica

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1 Universidade Federal do Ceará Centro de Tecnologia Curso de Graduação em Engenharia Elétrica ANÁLISE DA VIABILIDADE FINANCEIRA DA UTILIZAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE NÚCLEO AMORFO ESTUDO DE CASO APLICADO AO PROJETO DE SUBESTAÇÃO AÉREA DE 75 KVA Diego Falchi Teixeira Barros Fortaleza Junho de 2011

2 ii Diego Falchi Teixeira Barros ANÁLISE DA VIABILIDADE FINANCEIRA DA UTILIZAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE NÚCLEO AMORFO ESTUDO DE CASO APLICADO AO PROJETO DE SUBESTAÇÃO AÉREA DE 75 KVA Monografia submetida à Universidade Federal do Ceará como parte dos requisitos para obtenção do título de Graduado em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. MSc. Carlos Gustavo Castelo Branco. Fortaleza Junho de 2011

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4 iv Aos meus avós, Matuzalém (in memoriam) e Aparecida que foram os maiores incentivadores para que essa caminhada tivesse um final feliz.

5 v AGRADECIMENTOS Como todo fechamento de ciclo, este trabalho encerra uma fase essencial da minha vida acadêmica, profissional e pessoal. Da mesma forma, como em qualquer outra fase, não há como não agradecer a pessoas tão importantes, cujo apoio me foi fundamental para estar onde estou. Inicialmente, agradeço aos meus pais, Moura e Inácia, por todo o apoio que, muitas vezes, vinha recheado de críticas (oportunas ou não!), mas que sem dúvida me ajudaram a crescer como pessoa e profissional. Ao meu irmão e sempre companheiro, Diogo, pelas risadas que me proporcionou, mesmo nos momentos de raiva e decepção. À minha namorada, Luciana, pelo incentivo inicial que me levou a ingressar na UFC, pela companhia ao longo do trajeto Campus do Pici UNIFOR, bem como pelo carinho e compreensão durante toda a graduação, sem os quais não teria alcançado essa tão difícil conquista. Aos professores do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará pelo ensino técnico de qualidade e pelos ensinamentos de vida passados durante as aulas, durante o trabalho e durante os momentos de descontração. Em especial, cito o professor Carlos Gustavo Castelo Branco, pela orientação e pelos puxões de orelha dedicados ao desenvolvimento deste trabalho. Aos muitos colegas e amigos da graduação que fiz durante esses anos no ambiente acadêmico. Às empresas: CEMEC, em nome do amigo Derblaz; Vijai Elétrica do Brasil, em nome de Darci Araújo, pela colaboração na elaboração deste trabalho. À empresa FAE Tecnologia, em especial ao Eng. Sérgio Leal, meu primeiro chefe, que me ajudou a aprender a melhor maneira de tratar com os clientes, sempre disposto a incentivar e parabenizar quando necessário; à Engª. Fabiana Drummond que sempre me deu forças dentro da empresa ao me conceder grandes responsabilidades e me ajudou a tomar decisões difíceis em momentos críticos; e ao Sr. Renzo Sudário que mesmo sendo diretor executivo da empresa, não tratava diferente, e sempre apoiava nos trabalhos executados. Lembro, ainda, algumas outras pessoas que participaram do convívio diário, praticamente desde quando entrei até minha saída, sempre com bom humor: Geilza, Carlos Ponte, André, E. Soares, Natália, Raymond e Paulo. A todos, o meu mais sincero: Muito Obrigado!

6 vi Barros, D. F. T. Análise da viabilidade financeira da utilização de transformadores de núcleo amorfo - Estudo de caso aplicado ao projeto de subestação aérea de 75 kva, Universidade Federal do Ceará UFC, 2011, 50 p A Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL - tem direcionado grandes esforços para o estabelecimento de metas junto às concessionárias no que diz respeito à conservação de energia elétrica, de forma que o crescimento da matriz energética acompanhe o crescimento da economia do Brasil. Desta maneira, as concessionárias buscam cada vez mais encontrar meios que possibilitem a diminuição de perdas no que se refere a distribuição de energia. Os transformadores eficientes consistem em uma alternativa concreta para viabilizar isso. Essa monografia traz uma análise técnica dos TDMAs - transformadores de distribuição com núcleo de metal amorfo, em comparação aos transformadores convencionais, chegando a ter as perdas operando em vazio até 80% menores, com valores baseados da Norma Brasileira 5440, menores correntes de excitação (da ordem de 60% inferiores) e uma diminuição de 15% na temperatura do núcleo; e uma análise financeira, que por mais que o TDMA tenha um preço maior que o convencional, essa diferença acaba sendo compensada pela redução nas perdas. Palavras-Chave: Conservação de Energia, Transformadores, Núcleo Amorfo.

7 vii Barros, D. F. T. Analysis of the financial viability of the use of amorphous core transformers - A case study applied to the project of a 75 kva pole mounted transformer, Universidade Federal do Ceará UFC, 2011, 50 p The Electric Energy National Agency has directed great efforts to the establishment of goals for the utilities to obey in regarding of the energy conservation, in the way that the growth of the energy matrix to follow the growth of Brazil's economy. In that way, the utilities have been searching for solutions that allow the decrease of losses on the energy distribution. The efficient processors consist in a concrete alternative to enable that. This monograph provides a technical analysis of TDMAs - distribution transformers with amorphous metal core, compared to conventional transformers, have no load operating losses 80% lower, with values based on the Brazilian Standard 5440, under current excitation (around 60% lower) and a 15% decrease in core temperature, and a financial analysis that even though TDMA has a higher price than conventional, finishes being compensated for the reduction in the losses. Key-Words: Energy Conservation, Transformer, Amorphous Core.

8 viii SUMÁRIO CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO GERAL INTRODUÇÃO CAPÍTULO 2 ANÁLISE DO MATERIAL MAGNÉTICO DOS TRANSFORMADORES INTRODUÇÃO MATERIAIS DO NÚCLEO PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE O AÇO SILÍCIO E O METAL AMORFO INTERAÇÕES COM O MEIO AMBIENTE CONCLUSÃO DO CAPÍTULO CAPÍTULO 3 APLICAÇÃO DOS TDMAS NO MUNDO E NO BRASIL NO MUNDO NO BRASIL PANORAMA ATUAL PANORAMA FUTURO CONCLUSÃO DO CAPÍTULO CAPÍTULO 4 VIABILIDADE ECONÔMICA INTRODUÇÃO METODOLOGIA UTILIZADA NA ANÁLISE CÁLCULO DOS SOBRECUSTOS ADMISSÍVEIS PARA OS TRANSFORMADORES AMORFOS ( C): INFLUÊNCIA DO FATOR DE CARGA NO SOBRECUSTO ADMISSÍVEL IMPACTO DA DIFERENÇA DE PREÇOS ENTRE OS TRANSFORMADORES CONCLUSÃO DO CAPÍTULO CAPÍTULO 5 - CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS... 49

9 ix LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Perdas de energia elétrica na transmissão e distribuição...11 Figura 1.2 Imagens de infravermelho de núcleos de a) metal amorfo b) Aço Silício...12 Figura 2.1 Processo de fabricação do metal amorfo...15 Figura Características de magnetização da liga amorfa do aço silício...20 Figura 2.3 Ciclo de histerese da liga amorfa e do aço silício(cgo)...20 Figura 3.1 Transformador de núcleo amorfo abrigado experimental fabricado pela General Electric...25 Figura 3.2 Transformador de núcleo amorfo aéreo experimental fabricado pela Westinghouse Electric...26 Figura Pré-protótipo de transformador monofásico com núcleo de liga amorfa: 100VA, 220V/110V, 60 Hz...27 Figura 3.4 Transformadores MRT no ambiente da fábrica, antes da realização dos ensaios de rotina...29 Figura 3.5 Perdas no núcleo de transformadores com núcleo de liga amorfa e de transformadores com núcleo de FeSi GO convencional...30 Figura 3.6 Transformador com buchas de baixa tensão em curto-circuito...31 Figura 4.1 Diagrama unifilar da subestação aérea 75 kva utilizada para o estudo de caso.35 Figura 4.2 Exemplo de curva de carga...41

10 x LISTA DE TABELAS Tabela 1.1 Comparativo de perdas por potência entre transformadores de metal amorfo e aço silício...13 Tabela 2.1 Desenvolvimento das ligas amorfas para núcleos de transformadores [3]...17 Tabela 2.2 Tendência de redução das perdas nos núcleos de material amorfo Tabela 2.3 Comparação de perdas em transformadores de distribuição trifásicos, em função do material do núcleo...19 Tabela 2.4 Comparação de perdas em transformadores de distribuição monofásicos, em função do material do núcleo...19 Tabela 2.5 Benefícios potenciais da utilização de TDMAs...23 Tabela 3.1 Ensaios de transformadores com núcleos FeSi e metal amorfo...26 Tabela 3.2 Ensaios de transformadores com núcleos FeSi e metal amorfo, classe 15kV...28 Tabela 3.3 Ensaios de transformadores com núcleo de metal amorfo pelo CEPEL...28 Tabela 3.4 Comparativo de perdas e corrente de excitação entre transformadores monofásicos com tensões máximas de 24,2kV e 36,2kV [16]...30 Tabela 3.5 Comparativo obtido através dos ensaios de curto-circuito para os transformadores monofásicos com tensões máximas de 24,2kV e 36,2kV...31 Tabela 4.1 Características do transformador adotado...34 Tabela 4.2 Tarifa horosazonal verde para clientes da categoria A4 13,8kV abril/ Tabela 4.3 Parâmetros para determinação de LP, LE 1, LE 2, LE 3, LE 4 quando k=0,15 e 0,20.39 Tabela 4.4 Parâmetros para determinação de LP, LE 1, LE 2, LE 3, LE 4 quando k=0, Tabela 4.5 Parâmetros para determinação de EE e de RDP...40 Tabela 4.6 Cálculo do Benefício (B)...41 Tabela 4.7 Cálculo do sobrepreço do transformador...43 Tabela 4.8 Cálculo de sobrecusto dos transformadores em função do fator de carga [1]...44 Tabela 4.9 Preços dos transformadores em abril de

11 CAPÍTULO 1 1 INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Introdução No sistema elétrico, o transformador é um equipamento de extrema importância, utilizado para viabilizar a transmissão de energia em alta tensão. Dessa maneira, o transformador se faz presente na geração, elevando a tensão acima de 69kV, baixando esse nível quando a energia chega às subestações de grandes consumidores (redes de distribuição) para valores normalmente na faixa de 13,8kV e 23kV (Brasil), além das subestações de interligação para equiparar os níveis de tensão, quando se tem uma variação de linhas de transmissão, como no Sistema Interligado Nacional[9]. A eficiência do transformador está diretamente ligada à sua perda técnica. Essa perda é responsável por aproximadamente um terço das perdas totais de transmissão e distribuição na Europa. Na Figura 1.1, podemos observar as perdas totais em transmissão e distribuição pelo mundo. São áreas de atuação de engenheiros eletricistas e de materiais, pesquisas para a diminuição dessas perdas, o que resulta no aumento da vida útil técnica e no custo de operação. Figura 1.1 Perdas de energia elétrica na transmissão e distribuição[11].

12 Introdução Geral 12 Porém, não necessariamente quando se aumenta a vida útil técnica com o aumento da eficiência do transformador, resulta no aumento da sua vida útil econômica, pois para se aumentar a eficiência deve-se utilizar materiais de uma melhor qualidade, agregar novas tecnologias de fabricação, o que aumenta o custo inicial, com a aquisição do equipamento. Caso o aumento da eficiência do transformador não resulte em um aumento excessivo do preço de compra do equipamento, o acréscimo da sua vida útil técnica poderá influenciar no aumento da sua vida útil econômica. Com isso, o custo de operação do transformador é diretamente proporcional às perdas, enquanto o capital inicial está ligado ao custo de compra ou de fabricação do equipamento. Um dos principais requisitos utilizados na busca do equilíbrio entre a vida útil econômica e a vida útil técnica do equipamento é a estimativa das perdas técnicas. Com o aumento na capacitação tecnológica dos fabricantes, e na quantidade de alternativas disponíveis para o cliente, com diversos custos e níveis de perdas, ele pode escolher o que mais se adéqua as suas necessidades, sabendo o que tem disponível para tal investimento [9]. O Transformador de Distribuição de Metal Amorfo (TDMA) vem para diminuir as perdas técnicas no que diz respeito a perdas a vazio, que ocorrem devido à histerese magnética e às correntes de Foucalt. Em média, a utilização do TDMA reduz 75% das perdas em vazio como pode-se observar na Tabela 1.1, possui uma menor corrente de excitação, reduz a elevação da temperatura como é verificado na Figura 1.2, reduz o consumo e o desperdício de energia, reduz também os investimentos em geração de energia, além da possibilidade de realocação dos recursos de investimento, que quando capitalizado, vem a ser menor que o custo de um transformador tradicional [11]. a) b) Figura 1.2 Imagens de infravermelho de núcleos de a) metal amorfo b) Aço Silício [11].

13 Introdução Geral 13 Tabela 1.1 Comparativo de perdas por potência entre transformadores de metal amorfo e aço silício[11]. Perdas em Vazio no Trafo com Aço Silício (W) Perdas em Vazio no Trafo com Metal Amorfo (W) Redução das Perdas em Vazio (%) Potência (kva) 5(1fase) (1fase) (1fase) (3fases) (3fases) ,5(3fases) Essa monografia traz uma análise técnica do TDMA, dando um comparativo com o transformador tradicional de ferro silício, citando vantagens e desvantagens entre as tecnologias, bem com uma análise financeira, mostrando a vantagem do TDMA, mesmo com seu custo inicial mais elevado. No capítulo 2 será tratado sobre os principais materiais do núcleo dos transformadores, características mais importantes do metal amorfo e as diferenças entre o aço silício e o metal amorfo. Será abordado também um dos temas de maior destaque nos dias atuais: O meio ambiente. Os impactos que o TDMA pode trazer e a forma de descarte do material, dado o término da vida útil do transformador. O capítulo 3 abordará algumas das principais experiências da aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil, desde o início, na década de 80, a evolução na década de 90 até os dias de hoje no Brasil, com uma aplicação de 2009, além de dar o panorama atual, principalmente no Brasil, e a evolução da aplicação dos TDMAs, com a expectativa do futuro dos TDMAs. Já no capítulo 4 será tratada a viabilidade econômica da utilização dos TDMAs, utilizando dados da concessionária local, abordando os valores economizados com a sua utilização. A conclusão do trabalho se dará no capítulo 5, quando serão também citadas sugestões para trabalhos futuros.

14 CAPÍTULO 2 2 ANÁLISE DO MATERIAL MAGNÉTICO DOS TRANSFORMADORES 2.1 Introdução Os tipos de núcleos utilizados ao longo do tempo em transformadores de distribuição são mostrados neste capítulo, bem como as características típicas de cada um, bem como as vantagens e desvantagens que envolvem essas características. 2.2 Materiais do Núcleo Aço Silício No começo do século XX, o metalurgista Robert Hadfield e outros, estudando as propriedades eletromagnéticas das ligas de ferro-silício (Fe-Si), observaram que a resistividade do Fe era bastante aumentada com a adição do silício, o que contribuía para a redução das perdas causadas por correntes parasitas. A partir desse estudo, teve início o desenvolvimento tecnológico da fabricação e utilização do aço silício. No início, foram desenvolvidos os aços de grão não orientados (GNO), nos quais a estrutura cristalina não possui orientação definida, proporcionando facilidade de passagem do fluxo magnético em qualquer direção (anisotropia magnética). Esse tipo de aço é particularmente indicado para uso em estatores de máquinas elétricas rotativas. Em 1934, Norman Goss criou um método de produção de chapas de aço silício de grãos orientados (GO), cuja estrutura cristalina possui uma direção preferencial de magnetização, potencializando assim a sua utilização em núcleos de transformadores. Quando medidas na direção paralela á direção de magnetização, as perdas magnéticas do aço silício GO são inferiores àquelas do aço silício GNO. Atualmente, estão disponíveis para o comércio três grandes classes de aço GO: 1. NORMAL: (RGO Regular Grain Oriented); 2. ALTA INDUÇÃO: (HGO High permeabiality Grain Oriented, ou HiB);

15 Análise do material magnético dos transformadores COM REFINO DE DOMÍNIOS: (DR Domain Refined). O silício apresenta características favoráveis e desfavoráveis: Características favoráveis: Diminuição da magnetostricção; Diminuição da anisotropia magnetocristalina; Aumento da resistividade elétrica; Características desfavoráveis: Diminuição da ductibilidade; Diminuição da saturação magnética. No Brasil, a produção de aço silício GNO teve início na Acesita, no final do ano de 1957, evoluindo para a produção de aço silício GO a partir de A Acesita que veio a se tornar ArcelorMittal Inox Brasil, é o único fabricante de aço silício de grão orientado da América Latina, utilizando a tecnologia ARMCO.[1] Ligas Amorfas O Metal Amorfo é uma liga de Fe 78 B 13 Si 9, que possui uma estrutura não-cristalina, que é formada pelo resfriamento rápido do metal fundido a taxas de resfriamento de 10 6 C/sec. Os átomos não ficam organizados em uma estrutura orientada de grãos (GO), mas, sim, distribuídos aleatoriamente. Depois do recozimento sob um campo magnético, esta liga exibe baixas perdas e ganha excelentes propriedades Magnéticas e Químicas, quando comparada ao material convencional. O processo de fabricação do metal amorfo, conforme esquema da Figura 2.1, consiste nos seguintes passos: As matérias primas são carregadas e misturadas num forno de indução (a) para serem fundidas; O material liquefeito é transferido para um reservatório (b); Um bocal projeta um fino jato camada de metal derretido sobre um cilindro metálico rotativo (c) para rápida solidificação, onde o fluxo ejetado é rapidamente resfriado para formar a tira amorfa; Dimensões como a espessura e a largura da tira são medidas por instrumentos (d e e) para realimentar o controle;

16 Análise do material magnético dos transformadores 16 A tira amorfa produzida é enrolada em (f); Figura 2.1 Processo de fabricação do metal amorfo[11]. O desenvolvimento das ligas amorfas aplicáveis em núcleos de transformadores teve inicio em 1975, sendo que a introdução no mercado destes materiais só ocorreu a partir de Este desenvolvimento cronológico, até 1980, ano da introdução da liga Fe 78 B 13 Si 9, é apresentado na Tabela 2.1, onde: Indução de saturação, Bs(T): definida a partir da característica B-H do material magnético e expressa em tesla (T), a indução de saturação representa um valor de indução magnética B, acima do qual praticamente não ocorre mais orientação dos momentos magnéticos com o aumento da intensidade do campo magnético aplicado H; Força coerciva, HC(A/m): definida no laço de histerese descrito plano B-H, á força coerciva é associado o valor da intensidade de campo magnético correspondente ao valor nulo da indução magnética; Os termos as-cast e annealed correspondem, respectivamente, ás situações das ligas antes de depois de as mesmas serem submetidas ao tratamento térmico sob a ação de campo magnético; tratamento este que tem por objetivo melhorar o desempenho magnético desses materiais, introduzindo uma anisotropia direcional e reduzindo as perdas específicas (W/kg);

17 Análise do material magnético dos transformadores 17 Temperatura de Curie: temperatura acima da qual o material ferromagnético passa a ser diamagnético, reduzindo significativamente a sua permeabilidade magnética; Temperatura de cristalização: temperatura a partir da qual a liga amorfa se transforma em material cristalino. Tabela 2.1 Desenvolvimento das ligas amorfas para núcleos de transformadores [3]. Composição (% at.) Fe 80 B 20 Fe 82 B 12 Si 6 Fe 81 B 13,5 Si 3,5 C 2 Fe 78 B 13 Si 9 FeSi (GO) Ano de introdução no mercado Indução de saturação 1,60 1,61 1,61 1,58 1,89 (T) Força coerciva 8,0-6,4 4,0 - (A/m, as-cast) Força coerciva - 2,4 3,0 1,6 10,0 (A/m, annealed) Temperatura de Curie ( C) Temperatura de cristalização ( C, 20K/min) A liga Fe 80 B 20 (Allied-Signal METGLAS 2605) foi a primeira liga do sistema binário Fe-B a apresentar indução de saturação superior a 1,5 Tesla. A liga subseqüente, Fe 82 B 12 Si 6 (METGLAS 2605S), obtida a partir do sistema ternário Fe-B-Si, mostrou-se termicamente mais estável que a liga Fe 80 B 20, apresentando porém sérios problemas de cristalização e irregularidades superficiais. Para superar esta limitação, a liga Fe 81 B 13,5 Si 3,5 C 2 (METGLAS 2605SC) foi introduzida em 1978 e segundo [6], com esta liga os técnicos da Allied-Signal Inc. (USA) construíram no Laboratório Lincoln do Instituto Tecnológico de Massachusetts (USA) o primeiro transformador com núcleo de metal amorfo, em escala comercial: um transformador de 15kVA, com núcleo toroidal. Conforme [6], o transformador com núcleo de material amorfo foi confrontado com um transformador convencional com núcleo de aço-silício de igual potência nominal. Realizados os ensaios comparativos, com potência de saída de até 30 kva, os resultados obtidos foram amplamente favoráveis ao transformador com núcleo de material amorfo, particularmente no que toca as perdas e a corrente de excitação. Houve uma redução de 60% nas perdas totais (87,5% nas perdas do núcleo e 21% nas perdas do cobre) e a corrente de excitação foi reduzida de 2,5 A para 0,12 A. Entretanto, no que diz respeito ao peso, o

18 Análise do material magnético dos transformadores 18 transformador com núcleo de material amorfo apresentou um aumento de 15% com relação ai seu concorrente. Particularmente, comparando-se as composições apresentadas na Tabela 2.1, percebese que a liga amorfa Fe 78 B 13 Si 9 (METGLAS 2605S-2) é a que no conjunto de propriedades se mostra mais adequada ao uso em núcleo de transformadores de distribuição. Esta liga, conforme [1], foi empregada no primeiro transformador de distribuição com núcleo de metal amorfo instalado nos EUA. Atualmente existem no mercado ligas amorfas a base de ferro-silício, ferro-níquel e ferro cobalto, nas mais variadas composições. Dentre estas, as de composições básicas em torno de 80% at. de ferro e 20% at. de metalóides são as que reúnem características mais adequadas as aplicações em núcleos de transformadores que operam na freqüência industrial. Esta constatação provém desde os estudos experimentais, realizados com diversas composições nos quais a liga Fe 78 B 13 Si 9 tem sido aquela que vem demonstrando melhor desempenho [7]. A tendência que é vista nos projetos de transformadores e nas próprias ligas amorfas tem sido reduzir as perdas; conforme apresentado em [8] e de acordo com o levantamento feito por [13], aqui reproduzido na Tabela 2.2, tomando como base um transformador de distribuição monofásico de 25kVA. Tabela 2.2 Tendência de redução das perdas nos núcleos de material amorfo[1]. Ano Perdas no núcleo(w) Nos projetos de TDMA, uma das maiores dificuldades encontradas pelos projetistas são as propriedades mecânicas do material amorfo, e o tratamento térmico que precisa ser feito após a confecção do núcleo, para que os níveis de perda e corrente de excitação esperados sejam atingidos. Para que se possa perceber melhor a diferença entre as perdas no núcleo e nos enrolamentos, quando os mesmos são de aço-silício e metal amorfo, são apresentadas as Tabelas 2.3 e 2.4.

19 Análise do material magnético dos transformadores 19 Tabela Comparação de perdas em transformadores de distribuição trifásicos, em função do material do Potência do transformador (kva, Trifásico) Perdas no núcleo (W) Aço Silício núcleo[5]. Perdas no núcleo (W) Metal Amorfo Perdas no cobre (W) Aço Silício Perdas no cobre (W) Metal Amorfo Tabela Comparação de perdas em transformadores de distribuição monofásicos, em função do material do Potência do transformador (kva, Monofásico) Perdas no núcleo (W) Aço Silício núcleo[5]. Perdas no núcleo (W) Metal Amorfo Perdas no cobre (W) Aço Silício Perdas no cobre (W) Metal Amorfo Segundo [1], em 2006 os Estados Unidos contavam com mais de um milhão de TDMAs, que correspondem a 10% do total instalado no sistema de distribuição de energia elétrica. O Japão segue logo atrás com mais de 120 mil transformadores. A utilização dos TDMAs no lugar dos convencionais de ferro-silício é feita geralmente onde os transformadores operam por grandes períodos em condições de vazio ou baixo carregamento, como acontece principalmente em zonas rurais. 2.3 Principais diferenças entre o aço silício e o metal amorfo Curvas de magnetização A capacidade de magnetização de um material é expressa pela relação entre indução magnética B e o campo magnético H. Conforme pode-se observar na Figura 2.2, a curva de magnetização da liga amorfa Fe 80 B 11 Si 9 possui uma pequena variação, isso somado a alta permeabilidade e a baixa histerese, como podemos observar na Figura 2.3, são fatores altamente favoráveis com relação a eficiência magnética, refletindo em perdas menores com relação ao aço silício de grão orientado.

20 Análise do material magnético dos transformadores 20 Figura Características de magnetização da liga amorfa do aço silício[18]. Figura 2.3 Ciclo de histerese da liga amorfa e do aço silício(cgo)[2] Espessura e dureza das lâminas As chapas do metal amorfo têm espessura da ordem de dez vezes menor que as chapas de aço silício convencionais, devido à necessidade de resfriamento rápido na fundição do metal amorfo. Porém, tal processo causa um aumento nos custos de produção, pois o corte

21 Análise do material magnético dos transformadores 21 deste material necessita técnicas avançadas, perícia e ferramentas especiais, devido sua grande dureza, da ordem de quatro vezes maior que o aço silício Fator de empilhamento Se forem observadas as características de alta dureza e pequena espessura das lâminas com superfície rugosa, são pontos que contribuem para um baixo fator de empilhamento, da ordem de 80%, bem diferente dos aproximadamente 95% dos transformadores convencionais. Com isso, a área de seção reta do núcleo de um TDMA é de 15 a 18% maior que de um transformador convencional Efeito de recozimento Os aços elétricos convencionais por serem magneticamente orientados têm stress elástico em condições bem menos rigorosas que os metais amorfos. Estes, por não serem, a priori, magneticamente orientados e por terem elevado stress elástico introduzido durante o processo de fabricação devem ser imperativamente recozidos. O recozimento na presença de um campo magnético longitudinal melhora significantemente suas propriedades magnéticas, tais como indução de saturação, força coerciva, perdas ativas e potência de excitação, promovendo a relaxação estrutural do material. O alto stress interno das ligas amorfas é resultado da solidificação rápida, não permitindo a formação de cristais no material e deixando-o instável. A relaxação estrutural obtida pelo tratamento térmico e magnético realizado durante o recozimento em temperaturas abaixo da cristalização, leva o material a um estado semi-estável. Com isso, ele reduz a ductibilidade do material, deixando-o mais rígido e quebradiço Massa e volume Em decorrência do aumento na área de seção reta, conseqüência do maior fator de empilhamento, o volume dos transformadores com núcleo de material amorfo é maior que os de ferro-silício em mais de 15%. Em função da menor indução de saturação dos materiais amorfos, novamente é necessário aumento da área de seção reta do núcleo para que se tenha o mesmo valor de fluxo magnético, o que implica em maior quantidade de material necessário para sua construção. A conseqüência direta disso é o aumento da massa do núcleo do transformador (em média 15%).

22 Análise do material magnético dos transformadores Indução de saturação Os materiais amorfos têm em geral uma composição de 80% de ferro e 20% de boro. Esta composição leva estes materiais a terem uma indução de saturação 20% menor quando comparado aos materiais de ferro puro para mesma temperatura. De fato, tanto o aumento da temperatura, quanto o aumento de Boro + Silício na liga amorfa, diminuem sua indução de saturação crescentemente Magnetostricção A alteração das dimensões físicas de um material magnético quando magnetizado causa ruído e/ou perdas no núcleo. Ligas amorfas baseadas em ferro exibem uma magnetostricção linear de saturação comparável ás do ferro-silício de grão orientado, assim como os níveis de ruído de ambas as ligas são praticamente os mesmos. 2.4 Interações com o meio ambiente Impacto Ambiental As preocupações ambientais devem ser consideradas juntamente com a pressão do mercado sobre o custo do fornecimento de energia elétrica. A Terceira Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre a Mudança do Clima CQNUMC, realizada em Quioto - Japão, de 01 a 10 de dezembro de 1997 enfatizou essas preocupações no que diz respeito à conservação de energia e a emissão de gases nocivos a camada de ozônio. O transformador de núcleo amorfo tem um grande potencial também na ajuda para a diminuição da emissão de gases, tais como o CO 2, NO X, e o SO 2, como pode ser visto na Tabela 2.5. Pode ser constatado ainda na Tabela 2.5 que nos Estados Unidos a energia equivalente a mais de 70 milhões de barris de petróleo poderiam ser economizados. Tabela 2.5 Benefícios potenciais da utilização de TDMAs[18]. Benefícios Estados Unidos Europa Japão China Índia Economia de Energia (em bilhões kwh) Petróleo (em milhões de barris) CO2 (em milhões de toneladas) NOX (em milhares de toneladas)

23 Análise do material magnético dos transformadores 23 SO2 (em milhares de toneladas) Interações com o meio O metal amorfo, por ser um metal com uma estrutura atômica desordenada, é diferente dos metais cristalinos cuja estrutura é organizada. Ele possui um comportamento similar aos materiais vítreos frente as prováveis reações com o meio ambiente, ou seja, esse material é inerte a agressões de elementos comuns como a umidade, gases oxidantes, água e soluções, que estão presentes em ambientes urbanos, rurais e industriais. Isso minimiza a preocupação no que diz respeito aos impactos ambientais. Como a estrutura do metal amorfo não apresenta contornos de grão, seu comportamento de resistência a corrosão localizada seja diferente dos materiais cristalinos. Com isso, os materiais amorfos são protegidos contra algumas formas de corrosão intergranular, por pites, cavitação, dentre outros Reutilização do material amorfo Os resíduos, como lascas de laminação e também sucatas de núcleos degradados ou oxidados podem ser reprocessados junto com a nova matéria prima. Com isso, no término da vida útil do transformador, as sucatas e os materiais descartados podem ser coletados e reaproveitados pelas empresas que fabricam as ligas amorfas. Utilização de sucatas de materiais amorfos reciclados para fornos elétricos de produção de aço não é viável pela estrutura não orientada do material. Porém essas sucatas podem ser recondicionadas para uso em forno elétrico ou alto-forno, através da re-fusão dos materiais e o resfriamento em taxas lentas, produzindo um material cristalino, ideal para uso como reciclado de fornos de produção de aço. Outra alternativa que pode ser utilizada é a re-fusão dos materiais amorfos para que sejam feitos novos materiais amorfos. Tal ação de refundir os núcleos amorfos usados ou descartados pra regenerar o metal amorfo é ambientalmente sustentável visto que são necessárias temperaturas relativamente baixas para sua produção. Com isso, se comparado com a produção do FeSi GO, o ganho ambiental se dá devido a menor quantidade de energia utilizada no processo[19].

24 Análise do material magnético dos transformadores Conclusão do capítulo Neste capítulo foi feita uma análise dos principais tipos de material magnético do transformador, das características e diferenças entre o núcleo amorfo e o FeSi GO, com um breve histórico e o método de confecção do núcleo amorfo.

25 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 25 CAPÍTULO 3 3 APLICAÇÃO DOS TDMAS NO MUNDO E NO BRASIL 3.1 No Mundo O início da pesquisa dos transformadores de metal amorfo se deu quando, em 1973, com o embargo do petróleo, a escassez de energia e o alto preço que era cobrado por ela estimulou o interesse na conservação de energia. Mesmo com a estabilização da oferta e dos preços praticados no mercado de energia, os altos custos na geração, transmissão e distribuição da energia elétrica motivaram a continuação de pesquisas no ramo da conservação. Nessa época, os transformadores com alta eficiência despertaram interesse das empresas. Nos Estados Unidos, o Electric Power Research Institute (EPRI), deu início ao desenvolvimento dos TDMAs. Figura 3.1 Transformador de núcleo amorfo abrigado experimental fabricado pela General Electric[18]. Em 1983 o Empire State Electric Energy Research Corporation, a General Electric e a AlliedSignal deram início a um estudo para definir os parâmetros para a produção para que protótipos fossem desenvolvidos. Em 1985 o trabalho deu origem a 25 transformadores para subestações abrigadas de 25kVA, conforme pode ser visto na Figura 3.1, e transformadores para subestações aéreas de 25 kva, conforme pode ser visto na Figura 3.2, que foram instalados por 90 concessionárias pelos Estados Unidos. Na Tabela 3.1, onde é mostrado o comparativo destes transformadores de núcleo amorfo com os de aço silício de grãos orientados, é verificado que apesar do TDMA possuir um maior peso (diferença de 8%),

26 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 26 e uma perda em carga levemente superior (diferença de 5%), nos demais quesitos a vantagem é bem expressiva, como por exemplo, as perdas operando sem carga que chegam a ser aproximadamente 70% menores, a corrente de excitação é 60% menor, sem contar com o aumento na temperatura 15% menor[19]. Figura 3.2 Transformador de núcleo amorfo aéreo experimental fabricado pela Westinghouse Electric[18]. Tabela 3.1 Ensaios de transformadores com núcleos FeSi e metal amorfo[18]. Ensaio Núcleo de material amorfo Núcleo de aço silício GO Perdas em Vazio (W) 15,4 57 Perdas em carga (W) Corrente de excitação (%) 0,14 0,36 Aumento de temperatura (K) Ruído audível (db) Curto Circuito (quantidade) Peso (kg) Na Ásia, o Japão foi o primeiro país a instalar o TDMA em seu sistema, contando hoje com pelo menos quatro fabricantes. Índia, China, Taiwan, Bangladesh, Coréia, Filipinas, Tailândia e Austrália também são fabricantes destes transformadores. 3.2 No Brasil Ligas amorfas foram produzidas no Brasil através do método melt spinning, em escala de laboratório, em diversas universidades, tais como: a Universidade Federal da Paraíba (UFPB), o Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP) e a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). No que diz respeito ao projeto e montagem de TDMAs, tem-se dois trabalhos pioneiros, que envolvem pesquisa e desenvolvimento de protótipos [14] e [15]. Neste

27 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 27 segundo, foram feitos o projeto e protótipos de transformadores monofásicos com núcleo de metal amorfo, conforme visto na Figura 3.3. Figura Pré-protótipo de transformador monofásico com núcleo de liga amorfa: 100kVA, 220V/110V, 60 Hz[1]. Para o protótipo da TDMA da Figura 3.3 foram utilizadas ligas de duas polegadas de largura e alguns quilogramas de massa, material este adquirido da AlliedSignal. O professor Dr. Benedito Antonio Luciano apresentou a CEMEC Construções Eletromecânicas S/A, empresa brasileira, fabricante de transformadores, localizada em Fortaleza, capital do estado do Ceará, a idéia de construir transformadores com núcleo de liga amorfa, em escala industrial, utilizando núcleos fornecidos pela Allied Signal, em No início, a CEMEC montou um lote de nove transformadores monofásicos com potência nominal de 15kVA, 13800/220 V, 60Hz, para teste em sistemas de distribuição de concessionárias de energia elétrica do nordeste. Um deles foi instalado pela CELB (Companhia Energética da Borborema), na zona rural da cidade de Massaranduba, na Paraíba. Será instalado no zona rural devido ao tempo considerável que o transformador opera em vazio, fazendo com que se possa melhor avaliar as perdas. Anteriormente a colocação no campo do transformador, foram realizados ensaios em vazio e de curto circuito no Laboratório de Ensaios da CELB. Na Tabela 3.2 pode-se observar que os resultados obtidos foram idênticos a média dos valores obtidos nos ensaios experimentais realizados no lote montado pela CEMEC conforme a norma ABNT-NBR 5380.

28 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 28 Tabela 3.2 Ensaios de transformadores com núcleos FeSi e metal amorfo, classe 15kV[1]. Ensaios Núcleo de material amorfo Núcleo de aço silício GO Valores NBR 5440 Perdas em vazio (núcleo) (W) 14, Perdas no cobre (enrolamento) (W) 286, Corrente de excitação (%) 0,28 2,9 3 Tensão de curto-circuito (75 ) (%) 2,47 2,5 2,5 Um projeto conjunto da CEPEL/ELETROBRÁS/PROCEL ainda em 1996, dando suporte a LIGHT-RIO deram início a um projeto piloto com um outro lote de nove TDMAs monofásicos de 75kVA. Na Tabela 3.3 são observados os resultados de ensaios realizados no laboratório do CEPEL. Tabela 3.3 Ensaios de transformadores com núcleo de metal amorfo pelo CEPEL[1]. TDMA-1fase-75kVA Valores da NBR 5440 Núcleo de material amorfo Perdas no núcleo (W) Perdas totais (W) Como pode ser observado na Tabela 3.3, o TDMA chegou a ter redução de perdas no núcleo maior que 80% do valor máximo estabelecido pela NBR 5440 para transformadores convencionais. Com todos os resultados dos ensaios, foram instalados pela LIGHT e pelo CEPEL, em 1997, dois bancos de transformadores, cada um contendo três TDMA monofásicos de 75kVA, imersos em óleo mineral isolante, com tensão primária de 7620V e secundária de 127V, interligados em estrela-estrela na rede de 13,2kV. Depois de instalados, os TDMAs foram acompanhados, principalmente com relação a estabilidade de suas perdas e correntes de excitação, quando operados no ciclo de carga normal. Os resultados apresentaram estabilidade com relação aos valores medidos em laboratório, antes da instalação em campo [1]. Em 2009, a indústria brasileira ITB fabricou transformadores MRT de 5 kva com núcleo de liga amorfa, cuja foto é mostrada na Figura 3.4.

29 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 29 Figura 3.4 Transformadores MRT no ambiente da fábrica, antes da realização dos ensaios de rotina[16]. Foram realizados ensaios de rotina com 17 unidades destes transformadores, com as seguintes características: Potência nominal: 5 kva; Fases: 1; Tipo aéreo convencional; Frequência: 60 Hz; Tensões no lado de Alta Tensão (kv): 20,90 a 18,19; Tensões no lado de Baixa Tensão (V): 440/220; Derivações: 5; Alta Tensão ligada em 9,92 kv e Baixa Tensão ligada em 440V; Corrente nominal de Alta Tensão: 0,25 A; Corrente nominal de Baixa Tensão: 11,36 A; Polaridade subtrativa.

30 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 30 Os ensaios rotineiros seguiram as normas vigentes. Na Tabela 3.4 é mostrado um comparativo de valores de perdas e corrente de excitação entre os TDMAs e os valores base da NBR Tabela 3.4 Comparativo de perdas e corrente de excitação entre transformadores monofásicos com tensões máximas de 24,2kV e 36,2kV [16]. Ensaios Núcleo Núcleo de Valores de acordo amorfo FeSi GO com a NBR 5440 Perdas em vazio (W) Corrente de excitação (%) 1,12 3,17 4,8 No ensaio a vazio, medição das perdas foi realizada à freqüência nominal, aplicandose a tensão nominal ao enrolamento de BT, e deixando o enrolamento de AT em circuito aberto[16]. Na Tabela 3.4, pode ser observado novamente a redução nas perdas em vazio e na corrente de excitação quando se utiliza o TDMA frente ao transformador de núcleo de ferro silício de grãos orientados mais recentes e aos valores da norma. A redução das perdas no comparativo núcleo amorfo x FeSi GO foi de aproximadamente 78% nas perdas a vazio e cerca de 65% de redução na corrente de excitação. Na Figura 3.5 são mostrados gráficos com os resultados dos ensaios comparativos entre os 34 transformadores (17 de núcleo de FeSi GO e 17 de núcleo de metal amorfo), com as perdas em vazio. Figura 3.5 Perdas no núcleo de transformadores com núcleo de liga amorfa e de transformadores com núcleo de FeSi GO convencional[16].

31 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 31 Para a medição das perdas em curto-circuito, esse ensaio foi realizado à freqüência nominal, conectando os terminas da fonte de ensaio aos terminais do enrolamento de AT do transformador e mantendo-se os enrolamentos de BT em curto-circuito, como pode ser visto na Figura 3.6. O comparativo obtido nos ensaios de curto-circuito, referente aos transformadores monofásicos de 5 kva com tensões máximas de 24,2 kv e 36,2 kv são mostrados na Tabela 3.5. Tabela Comparativo obtido através dos ensaios de curto-circuito para os transformadores monofásicos com tensões máximas de 24,2kV e 36,2kV[16]. Ensaio de curtocircuito Núcleo amorfo Núcleo de FeSi GO Valores de acordo com a NBR 5440 Perdas (W) Corrente (A) 0,25 0,24 0,25 Tensão (V) 536,05 527,34 - A pequena diferença entre os valores obtidos nos testes de curto circuito vistos na Tabela 3.5 se dá, pois as perdas ativas são referentes ao efeito Joule nos enrolamentos e não tem qualquer dependência com o material magnético do núcleo, e a corrente de curto-circuito depende da impedância de curto-circuito. Pelo modelo teórico do transformador, a impedância de curto-circuito é dada pela fora complexa: R+jX, na qual R é a resistência ôhmica dos enrolamentos, refletida ao lado onde o transformador é conectado à fonte durante o ensaio, e X é a reatância de dispersão, associada fisicamente à quantidade de fluxo magnético disperso pelo ar. Portanto, tanto R quanto X são parâmetros lineares independentes do material do núcleo[16].

32 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 32 Figura 3.6 Transformador com buchas de baixa tensão em curto-circuito[16]. A Confederação Nacional da Indústria CNI e a Eletrobrás fizeram um acordo de cooperação técnica, em 30 de março de 2010, que visa, dentre outros pontos, a criação de um programa de capacitação e qualificação para eficiência energética no setor industrial, no âmbito do Programa de Conservação de Energia Elétrica na Indústria. Um dos tópicos desse programa trata especificamente da etiquetagem de transformadores industriais, o que envolve o estabelecimento de índices mínimos de eficiência energética para esses equipamentos com vistas à redução das perdas nas redes de distribuição de energia elétrica, o que remete a um incentivo para a utilização dos TDMAs[19]. 3.3 Panorama atual Atualmente no Brasil, só a fabricante Vijai Elétrica do Brasil está instalada e fornecendo transformadores de núcleo amorfo. A Cemec produziu protótipos, mas ainda não está preparada para este mercado. Só a Vijai, desde 2007 quando instalou seu parque na Paraíba, já forneceu transformadores de núcleo de metal amorfo para as concessionárias: Grupo Energisa unidades o Energisa Paraíba; o Energisa Sergipe; o Energisa Minas Gerais; o Energisa Nova Friburgo (Rio de Janeiro).

33 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil 33 Grupo Rede unidades o Celtins (Tocantins) Copel (Paraná) unidades Cemig (Minas Gerais) unidades Eletropaulo (São Paulo) unidades Grupo Endesa unidades o Coelce (Ceará) o Ampla (Rio de Janeiro) OBS: Vale ressaltar que o Grupo Endesa é parte do Grupo Enersis, dos quais também fazem parte as seguintes concessionárias: EDESUR Argentina EDELNOR - Chile CHILECTRA - Chile CODENSA - Colômbia Quando os transformadores são aprovados em uma concessionária, está aprovado no grupo. No site da Coelce, as especificações de transformadores para o Grupo Enersis-Endesa já constam o transformador de núcleo amorfo como opção de compra. No Brasil, segundo dados da fabricante, apenas uma concessionária ainda não homologou os TDMAs que foi a CEEE D, que geralmente espera mais que as outras concessionárias para adotar novas tecnologias. O restante do Brasil já está apto a adquirir o TDMA. 3.4 Panorama Futuro A expectativa dos fabricantes é que em cinco anos, 90% das compras de transformadores de distribuição a óleo serão de TDMAs, movido também pelas cada vez mais severas exigências da ANEEL no controle das perdas técnicas por parte das distribuidoras.

34 Aplicação dos TDMAs no mundo e no Brasil Conclusão do capítulo O capítulo 3 apresentou aplicações dos TDMAs, desde o início do estudo, na década de 80, nos EUA, até em 2009, em uma aplicação, dando também uma visão do que está sendo esperado para os próximos anos no Brasil, em que a expectativa é que em cinco anos 90% das novas aquisições de transformadores a óleo sejam TDMAs.

35 CAPÍTULO 4 4 VIABILIDADE ECONÔMICA 4.1 Introdução A análise apresentada se refere a um estudo de caso considerando um transformador utilizado em subestação aérea, conforme Figura 4.1 com as características mencionadas na Tabela 4.1 e a valores de tarifas e custos dos transformadores vigentes no mês de abril de 2011 junto a Coelce Companhia Energética do Ceará, e as fabricantes de transformadores Cemec e Vijai, e mostra qual tipo de transformador é mais viável de ser utilizado. Tabela 4.1 Características do transformador adotado. Potência Nominal (kva) Tensão Primária (V) Tensão Secundária (V) Classe (kv) / Metodologia utilizada na análise O método utilizado para a análise da viabilidade econômica foi baseado no método que consta em [20], que estabelece condições para a aplicação de recursos e as regras da avaliação do custo/benefício que subsidiam as decisões da autorização da utilização de recursos destinados ás concessionárias de energia elétrica nos Programas de Eficiência Energética. Inicialmente, será dada uma visão geral do método, explicando os parâmetros utilizados, e em seguida apresentado o cálculo, com as devidas considerações. Esse método considera os custos verificados em virtude da economia anual obtida nos custos dos sistemas a montante do segmento considerado pelo adiamento dos investimentos (Custo Evitado Demanda - CED) e/ou redução de despesas operacionais (Custo de Energia Evitado - CEE). Os custos totais evitados são obtidos multiplicando-se a quantidade de demanda e da energia evitadas, por cada custo unitário evitado equivalente.

36 Viabilidade Econômica 36 Figura 4.1 Diagrama unifilar da subestação aérea 75 kva utilizada para o estudo de caso.

37 Viabilidade Econômica 37 Os custos (de demanda e de energia) considerados para o atendimento de uma unidade consumidora são os que ocorrem em todo o sistema elétrico antes da unidade consumidora, inclusive aqueles do segmento onde a mesma encontra-se ligada. A viabilidade econômica do projeto será analisada através do calculo da relação custobenefício (RCB) de cada uso final, devendo obedecer a seguinte metodologia: Custo Anualizado Total RCB= Beneficios (4.1) Essa RCB deve ser inferior a 0,80 para que o projeto possa ser considerado viável Parâmetros para o cálculo dos Benefícios (B) B = ( EE x CEE ) + ( RDP x CED ) (4.2) Onde: EE Energia Economizada (MWh/ano) CEE Custo Evitado de Energia (R$/MWh) RDP Redução de Demanda na Ponta (kw) CED Custo Evitado de Demanda (R$/kW) Método de Cálculo do Custo Evitado de Demanda (CED) e Energia (CEE) Para que sejam determinados os custos evitados de demanda, deve-se considerar a estrutura a seguir de valores da tarifa horosazonal verde para cada subgrupo tarifário, homologadas por empresa pela ANEEL: Custo Unitário Evitado de Demanda (CED) 1 2 [ ] CED=(12 x C ) + (12 x C x LP) R$/kW.ano (4.3) Custo Unitário Evitado de Energia (CEE) CEE = (C 3 x LE 1) + (C 4 x LE 2) + (C 5 x LE 3) + (C 6 x LE 4) [ R$/MWh] LE + LE + LE + LE (4.4)

38 Viabilidade Econômica 38 Onde: LP constante de perda de demanda no posto fora de ponta, considerando 1kW de perda de demanda no horário de ponta; LE 1, LE 2, LE 3 e LE 4 constantes de perdas de energia nos postos de ponta e fora de ponta para os períodos seco e úmido, considerando 1kW de perda de demanda no horário de ponta; C 1 custo unitário da demanda no horário de ponta [R$/kW.mês]; C 2 custo unitário da demanda fora do horário de ponta [R$/kW.mês]; C 3 custo unitário da energia no horário de ponta de períodos secos [R$/MWh]; C 4 custo unitário da energia no horário de ponta de períodos úmidos [R$/MWh]; C 5 custo unitário da energia fora do horário de ponta de períodos secos [R$/MWh]; C 6 custo unitário da energia fora do horário de ponta de períodos úmidos [R$/MWh]. Os valores as constantes LP e LE são calculados a partir dos postos horários da tarifa horosazonal verde, com base em Fatores de Carga (FC) e Fatores de Perdas (Fp), de acordo com a Equação Fp = k x FC + (1-k) x FC (4.5) Onde: k varia de 0,15 a 0,30. Este valor deve ser indicado no projeto; FC Fator de Carga do segmento elétrico, imediatamente anterior daquele considerado ou, que sofreu a intervenção, ou ainda, na falta deste, irá se admitir o médio da Empresa dos últimos 12 meses. O Fator de Carga é a relação entre a demanda média verificada em um dado intervalo de tempo e a máxima demanda registrada nesse mesmo intervalo é denominada Fator de Carga, conforme Equação 4.6. Dmedia Fator de Carga = Dmaxima (4.6) Para facilitar a compreensão conceito de Fator de Carga é mostrado um exemplo de curva de carga na Figura 4.2.

39 Viabilidade Econômica 39 Figura 4.2 Exemplo de curva de carga[1]. Na Figura 4.2 é observado o comportamento da demanda diária de um prédio hipotético, medida a cada quarto de hora, de acordo com a concessionária. Como a demanda máxima é bem superior a demanda média, o fator de carga é baixo. Para esses casos, indica-se uma realocação de parte das cargas que estão operando no período de carga máxima em outros horários, de modo a tentar linearizar a curva de carga, pois quanto maior o fator de carga, melhor está sendo a utilização da energia elétrica de uma instalação. Em outras palavras, o Fator de Carga é um indicador de ociosidade da instalação elétrica Dados referidos a concessionária: FC = 0,67 (fator de carga médio da empresa) k = 0,16 (subestações); k = 0,17 (alimentadores); k = 0,18 (transformador distribuição); k = 0,22 (circuito secundário). Tarifas da Concessionária para o período em análise (não está sendo levada em consideração a tarifa de ultrapassagem de demanda) Tabela 4.2.