Infraestrutura de alto desempenho e confiabilidade para sistemas de missão critica. Eng. José Luiz De Martini Agosto 2012

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1 Infraestrutura de alto desempenho e confiabilidade para sistemas de missão critica Eng. José Luiz De Martini Agosto 2012

2 Quem já ouviu esta vinheta?... Estivemos fora do ar devido a falta de energia elétrica em nossos transmissores...

3 Quem já ouviu esta vinheta?... Estivemos fora do ar devido a falta de energia elétrica em nossos transmissores... - Falta ou interrupção de energia. - Operações on-line. - Qualidade no fornecimento. - Riscos para dados e equipamentos de alto valor.

4 Quem já ouviu esta vinheta?... Estivemos fora do ar devido a falta de energia elétrica em nossos transmissores... - Falta ou interrupção de energia. - Operações on-line. - Qualidade no fornecimento. - Riscos para dados e equipamentos de alto valor. - Missão critica.

5 Soluções para Missão Critica. Conceitos, especificações, requerimentos para Infraestruturas de suporte a sistemas de Telecomunicação e Informação

6 Conceitos Básicos Continuidade do serviço.

7 Conceitos Básicos Continuidade do serviço. Qualidade e eficiência dos sistemas.

8 Conceitos Básicos Continuidade do serviço. Qualidade e eficiência dos sistemas. Dimensionamento com solução modular. Capex e Opex adequados.

9 Aplicação Os conceitos de disponibilidade e confiabilidade devem ser tratados em todos os sistemas da infraestrutura: Instalações Elétricas. Arquitetura e Construção Civil. Ar Condicionado de Precisão e conforto. Monitoramento e Supervisão de Sites. Detecção e Combate a Incêndio. Segurança, CFTV e Controle de acesso e proteção.

10 Redundância, disponibilidade e confiabilidade.

11 Redundância, disponibilidade e confiabilidade. Redundância = (N + r) significa um sistema suprido por N recursos onde r recursos podem sair de serviço, sem que a capacidade seja afetada.

12 Redundância, disponibilidade e confiabilidade. Redundância = (N + r) significa um sistema suprido por N recursos onde r recursos podem sair de serviço, sem que a capacidade seja afetada. Disponibilidade depende do desenho da instalação e tempo médio de falha e de reposição. A = MTBF / ( MTBF+MTTR)

13 Redundância, disponibilidade e confiabilidade. Redundância = (N + r) significa um sistema suprido por N recursos onde r recursos podem sair de serviço, sem que a capacidade seja afetada. Disponibilidade depende do desenho da instalação e tempo médio de falha e de reposição. A = MTBF / ( MTBF+MTTR) Confiabilidade depende do tempo da missão. De forma simplificada: R = e ^ (- (1/MTBF) T) Onde R = Confiabilidade e = logaritmo natural T = tempo de missão

14 Exigências fundamentais

15 Exigências fundamentais Nível Condição Exigência ou Solução 1 - Podemos programar paradas de manutenção. - Não há prejuízos reais em paradas intempestivas - Fontes singelas. - Vias simples de alimentação

16 Exigências fundamentais Nível Condição Exigência ou Solução 1 - Podemos programar paradas de manutenção. - Não há prejuízos reais em paradas intempestivas 2 - Podemos programar parada de manutenção anualmente. - Os custos são ponderáveis em caso de parada intempestiva - Fontes singelas. - Vias simples de alimentação - Fontes singelas redundantes. - Vias simples de alimentação

17 Exigências fundamentais Nível Condição Exigência ou Solução 1 - Podemos programar paradas de manutenção. - Não há prejuízos reais em paradas intempestivas 2 - Podemos programar parada de manutenção anualmente. - Os custos são ponderáveis em caso de parada intempestiva 3 - Não podemos programar paradas para manutenção. - Os prejuízos em caso de interrupções são imponderáveis - Fontes singelas. - Vias simples de alimentação - Fontes singelas redundantes. - Vias simples de alimentação - Fontes redundantes. - Vias alternativas de alimentação.

18 Exigências fundamentais Nível Condição Exigência ou Solução 1 - Podemos programar paradas de manutenção. - Não há prejuízos reais em paradas intempestivas 2 - Podemos programar parada de manutenção anualmente. - Os custos são ponderáveis em caso de parada intempestiva 3 - Não podemos programar paradas para manutenção. - Os prejuízos em caso de interrupções são imponderáveis - Fontes singelas. - Vias simples de alimentação - Fontes singelas redundantes. - Vias simples de alimentação - Fontes redundantes. - Vias alternativas de alimentação. Segurança pode não ter preço, mas tem custo!

19 Especificações Nível 1 Aplicam-se onde existem condições para pelo menos duas paradas programadas anuais e eventuais desligamentos imprevistos não ocasionam perdas financeiras ou de imagem do negocio. Possuem uma única via de alimentação de energia e componentes singelos de ar condicionado. Não possuem componentes redundantes.

20 Especificações Nível 1 Aplicam-se onde existem condições para pelo menos duas paradas programadas anuais e eventuais desligamentos imprevistos não ocasionam perdas financeiras ou de imagem do negocio. Possuem uma única via de alimentação de energia e componentes singelos de ar condicionado. Não possuem componentes redundantes. Podem ser usadas para serviços com tempo curto de missão.

21 Especificações Nível 2 Aplicam-se onde existem condições para paradas programadas e eventuais desligamentos imprevistos ocasionam prejuízos mas estes são ponderáveis e não prejudicam a imagem do negocio. São projetados com uma única via de alimentação de energia e componentes redundantes de energia.

22 Especificações Nível 2 Aplicam-se onde existem condições para paradas programadas e eventuais desligamentos imprevistos ocasionam prejuízos mas estes são ponderáveis e não prejudicam a imagem do negocio. São projetados com uma única via de alimentação de energia e componentes redundantes de energia. Solução adequada na maioria das aplicações onde exige-se confiabilidade, mas com possibilidade de parada parciais para manutenção.

23 Modelo Nível 2 Fonte CA Comum A Fonte CA Comum B UPS "A" UPS "B" Distribuição com Chave Estatica Equipamento Classe B Suprimento de energia para cargas Classe B, com UPS formando um "dual bus"

24 Especificações Nível 3 ou Nível 4 Onde não existem condições para paradas programadas e eventuais desligamentos imprevistos ocasionam prejuízos imponderáveis, não só financeiros mas na imagem do negocio. O projeto depende de múltiplas fontes de alimentação e distribuição, com componentes redundantes, com duas ou mais vias, ativas ou não, propiciando permissão para manutenção e tolerância a falhas. Nível 4: Com alta tolerância a falhas, obtida por vias independentes e sempre ativas.

25 Modelo Nível 3. Fonte CA Comum A Fonte CA Comum B Fonte CA Comum C UPS "A" UPS "B" UPS "C" Distribuição com Chave Estatica Distribuição com Chave Estatica Equipamento Classe A Suprimento de energia para cargas Classe A, com UPS formando um tri-bus

26 Suprimento de energia Rede Publica.

27 Suprimento de energia Rede Publica. Fonte básica de fornecimento de energia. Baixa confiabilidade por influencia de agentes externos. Interruptivel para manobras e manutenções. Maior parte das áreas em redes aéreas sem circuitos seletivos.

28 Suprimento de energia Rede Publica. Fonte básica de fornecimento de energia. Baixa confiabilidade por influencia de agentes externos. Interruptivel para manobras e manutenções. Maior parte das áreas em redes aéreas sem circuitos seletivos. Formas de contratação. Em baixa tensão (220 ou 380 V). Em média tensão, 11,4 a 34,5 kv, tipicamente até 2500 kw. Em alta tensão (88 a 138 kv), acima de 2500 kw.

29 Suprimento de energia Rede Publica. Tarifas. Quando em baixa tensão valores por kwh, sem contrato de demanda. Quando em média e alta tensão valores de demanda contratada e consumo em kwh. Modalidades Convencional independe do horário de utilização (< 300 kw) Horo sazonal ( período de ponta 17h30 as 20h30 ). THS Azul uso intenso no horário de ponta. THS Verde uso leve ou moderado no horário de ponta.

30 Suprimento de energia Rede Publica. Tarifas. Quando em baixa tensão valores por kwh, sem contrato de demanda. Quando em média e alta tensão valores de demanda contratada e consumo em kwh. Modalidades Convencional independe do horário de utilização (< 300 kw) Horo sazonal ( período de ponta 17h30 as 20h30 ). Opção THS Azul uso intenso no horário de ponta. THS Verde uso leve ou moderado no horário de ponta. Aquisição no mercado livre ou incentivado.

31 Geração Própria Diesel. Produção de energia elétrica por meio de grupos geradores com motores a Diesel para suprir faltas da concessionária ou operação em ilha, comum na realização e transmissão de eventos.

32 Geração Própria Diesel. Produção de energia elétrica por meio de grupos geradores com motores a Diesel para suprir faltas da concessionária ou operação em ilha, comum na realização e transmissão de eventos. Em instalações fixas podem formar usinas configuradas em modelos de redundância de alta capacidade e disponibilidade.

33 Suprimento de energia rede / gerador. Como as manobras rede-gerador são independentes nos Barramentos 1 ou 2, há permissão para manutenção concorrente e tolerância a falhas. Fonte Externa 1 Fonte Externa 2 Geração Própria Proteção Fonte 1 Proteção Fonte 2 Barramento 1 (Fonte 1 e Gerador) Barramento 3 (Todas as fontes) Barramento 2 (Fonte 2 e Gerador) Combinando fontes externas com geração própria.

34 Operação Rede & Gerador

35 Operação Rede & Gerador Interrupção. Falha da concessionária. Tempo de partida do motor Diesel. Tempo de transferência.

36 Operação Rede & Gerador Interrupção. Falha da concessionária. Tempo de partida do motor Diesel. Tempo de transferência. Retorno da concessionária. Tempo de estabilização. Transferência aberta ~ 5 segundos. Transferência fechada em rampa, sem interrupção.

37 Operação Rede & Gerador Interrupção. Falha da concessionária. Tempo de partida do motor Diesel. Tempo de transferência. Retorno da concessionária. Tempo de estabilização. Transferência aberta ~ 5 segundos. Transferência fechada em rampa, sem interrupção. Sistema complementares de estabilização do fornecimento. Sem comutação ou tempo de partida ou transferência. Usinas de cogeração Sistemas de energia ininterrupta (UPS)

38 Cogeração Uso de gás natural. Consiste na produção combinada de energia elétrica e água gelada elevando a eficiência do sistema e reduzindo o custo de energia.

39 Cogeração Uso de gás natural. Consiste na produção combinada de energia elétrica e água gelada elevando a eficiência do sistema e reduzindo o custo de energia.

40 Cogeração Uso de gás natural. Consiste na produção combinada de energia elétrica e água gelada elevando a eficiência do sistema e reduzindo o custo de energia. Utilizado para regular a qualidade do fornecimento e continuidade do serviço.

41 Cogeração Uso de gás natural. Neste exemplo para uma demanda de 1300 kw, com operação 24h x 7 dias, incluindo custos de remuneração de investimento.

42 Cogeração Uso de gás natural. Neste exemplo para uma demanda de 1300 kw, com operação 24h x 7 dias, incluindo custos de remuneração de investimento. Esta solução eleva o custo operacional em 20%, mas com reais benefícios quanto a qualidade do serviço.

43 Operação Rede & Gerador Interrupção. Falha da concessionária. Tempo de partida do motor Diesel. Tempo de transferência. Retorno da concessionária. Tempo de estabilização. Transferência aberta ~ 5 segundos. Transferência fechada em rampa, sem interrupção.

44 Operação Rede & Gerador Interrupção. Falha da concessionária. Tempo de partida do motor Diesel. Tempo de transferência. Retorno da concessionária. Tempo de estabilização. Transferência aberta ~ 5 segundos. Transferência fechada em rampa, sem interrupção. Sistema de energia Ininterrupta. (UPS) Sem comutação ou tempo de partida ou transferência. UPS (no-break). Estáticos (eletrônicos com baterias) Dinâmicos fly wheel.

45 Solução com UPS Estática & Baterias.

46 Solução com UPS Estática & Baterias.

47 Solução com UPS Estática & Baterias. Solução convencional e amplamente utilizada, incluindo UM. Bom custo de aquisição até 2 MW. Unidades modulares oferecem bom rendimento em cargas variáveis

48 Solução com UPS Estática & Baterias. Solução convencional e amplamente utilizada, incluindo UM. Bom custo de aquisição até 2 MW. Unidades modulares oferecem bom rendimento em cargas variáveis Principal problema: Baterias vida útil e confiabilidade

49 Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel

50 Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel

51 Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel

52 Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel

53 Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel Mesmo tipo e padrão de UPS Estático. Eleva a vida das baterias, ocupa menor espaço. Reduz o risco das baterias quanto a confiabilidade

54 Opção: UPS Estática e Flywheel

55 Opção: UPS Estática e Flywheel A energia fornecida pelo Fly-wheel com frequência variável é retificada e enviada à carga por meio de um inversor com características constantes de frequência. Não emprega baterias. Boa opção entre 300 a 1200 kw.

56 Solução com UPS Dinâmico.

57 Solução com UPS Dinâmico.

58 Solução com UPS Dinâmico. Conjunto completo com acoplamento mecânico direto entre o Motor Diesel, o bloco de Inércia e o Alternador. A parte em amarelo é o fly-wheel que armazena energia em velocidade até quatro vezes maior que a o alternador.

59 Solução com UPS Dinâmico. A rede é acoplada em paralelo com o alternador por meio de um reator cuja impedância e ajuste do ângulo de fase, neutraliza influencias da carga quanto ao fator de potencia e demais perturbações na entrada do sistema

60 Solução com UPS Dinâmico. Para potencias maiores ou maior disponibilidade os conjuntos podem ser associados em paralelo. No caso 3 conjuntos em configuração 2+1.

61 Solução com UPS Dinâmico M. Tensão. Podem ser conectado em média tensão atingindo capacidade suficiente para atender a grandes complexos.

62 Recomendações para projeto. O Planejamento do empreendimento deve considerar soluções adequadas e principalmente previsões orçamentárias corretas, avaliando Custo Inicial e Operacional;

63 Recomendações para projeto. O Planejamento do empreendimento deve considerar soluções adequadas e principalmente previsões orçamentárias corretas, avaliando Custo Inicial e Operacional; Justificar o orçamento com planilhas e informações completas quanto a rendimento, manutenção, reposição de componentes e vida útil;.

64 Recomendações para projeto. O Planejamento do empreendimento deve considerar soluções adequadas e principalmente previsões orçamentárias corretas, avaliando Custo Inicial e Operacional; Justificar o orçamento com planilhas e informações completas quanto a rendimento, manutenção, reposição de componentes e vida útil;. Criar um quadro de avaliação de riscos, dividindo a responsabilidade quanto a decisão tomada, de forma clara e agnóstica; Propor ou tomar as decisões após adequado período de maturação do conhecimento e atualização quanto ao mercado.

65 Questões!! Eng. José Luiz De Martini

66 Obrigado! Eng. José Luiz De Martini uol.com.br Engenharia Gerencial SS Ltd