Categorias: Banda Larga, Redes de Dados Wireless, Telefonia Celular, Telefonia Fixa

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1 Telemedição: As Telecomunicações Impulsionando a Energia Este tutorial apresenta as Telemedições como técnica para aplicações da área de Automação Industrial para diversos segmentos industriais. Para tanto, apresenta um histórico do surgimento das Telemedições, o embasamento teórico, e um estudo de caso para sua aplicação no Setor de Energia Elétrica. O tutorial foi preparado a partir do trabalho de conclusão de curso Telemedição: As Telecomunicações Impulsionando a Energia, elaborado pela autora, e apresentado ao Centro Universitário Jorge Amado, como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia de Telecomunicações. Foi orientadora do trabalho a Profa. Elane Santos Souza. Jéssica Martins da Cruz Souza Alves Engenheira de Telecomunicações pelo Centro Universitário Jorge Amado (Salvador, BA 2010) e Técnica em Eletrotécnica pela Escola de Engenharia Eletromecânica da Bahia (2003). Atuou como Técnica em Eletrotécnica na CTM Locação de Mão-de-obra, exercendo a função de Técnico para Fechamento de Obras e desenvolvendo as atividades de análise e fechamento de obras de fornecimento de energia elétrica para projetos do Programa Luz para Todos Eletrobrás - Interior do Estado da Bahia. Atuou também como Técnico em Eletrotécnica na CS Construções, desenvolvendo atividades auditoria na análise de fechamento de obras de fornecimento de energia elétrica, nos projetos do Programa Luz para Todos Eletrobrás Interior do Estado da Bahia. Atualmente trabalha como Engenheiro de Projeto III na disciplina de Instrumentação na GENPRO ENGENHARIA S.A., desenvolvendo atividades de elaboração de documentos de projetos de Instrumentação Industrial, e participando em projetos como Apolo II, Fafen, THC Silos, Sistema de Carga Paralela entre outros. jalves.instrumentacao@genpro.com.br Categorias: Banda Larga, Redes de Dados Wireless, Telefonia Celular, Telefonia Fixa Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 30 minutos Publicado em: 18/04/2011 1

2 Telemedição: Introdução Telemetria refere-se à transferência e utilização de dados provindos de equipamentos remotos, para o monitoramento, medição e controle dos mesmos. Segundo dados do Teleco [1], o mercado brasileiro de telemetria, apesar de ainda estar em seus estágios iniciais no Brasil, é o segundo maior da América Latina, e representa 73% dos terminais instalados na América do Sul e Central (Dezembro/2001). O mercado de telemetria oferece diversas oportunidades de alta rentabilidade, tanto para os seus participantes, quanto para as empresas que decidirem entrar neste ramo nos próximos anos. Atualmente, o nível de penetração no mercado ainda é incipiente, o mercado encontra- se fragmentado, e as barreiras à entrada de novas empresas, de maneira geral, ainda são poucas. A previsão em 2003 [1] seria que com a contratação de aplicações de telemetria aumentaria substancialmente, atingindo a marca de cinco milhões de terminais instalados. Até o final de 2005, aplicações de telemetria geraram receitas significativas para seus provedores de telecomunicações (Operadoras), de equipamentos, e integradores de soluções. Devido à enorme quantidade de equipamentos remotos que se beneficiaram de um melhor controle e medição, o potencial do mercado de telemetria a longo prazo é substancial, porém, somente são potenciais reais as aplicações que trazem ganhos financeiros a curto prazo. A redução de custos de tecnologias que se espera ao longo das próximas décadas deverá viabilizar novos mercados de telemetria gradualmente, e por isso não se espera uma saturação deste mercado a longo prazo. Atualmente, o mercado de telemetria brasileiro, apesar de incipiente em comparação a mercados como os dos Estados Unidos e da China, está entre os 12 maiores do mundo em número de terminais instalados [1]. A seguir, como tudo iniciou, desde o surgimento da Energia elétrica até a automação que deu início a Telemedição, foco principal desta pesquisa. 2

3 Telemedição: Fundamentação Teórica Energia Segundo o dicionário Aurélio (1986, p. 650) [2] energia é: [...] 1. Maneira como se exerce uma força. 2. Força moral; firmeza: Notável a energia do seu caráter; Tem agido com grande energia. 3. Vigor, força: Com a idade, perdeu a energia. 4. Filos. Segundo Aristóteles [v. aristotélico], o exercício mesmo da atividade, em oposição à potência da atividade e, pois, à forma; energia. 5. Fís. Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. [A energia pode ter várias formas (calorífica, cinética, elétrica, eletromagnética, mecânica, potencial, química, radiante), transformáveis umas nas outras, e cada uma capaz de provocar fenômenos bem determinados e característicos nos sistemas físicos. Em todas as transformações de energia há completa conservação dela, i. e., a energia não pode ser criada, mas apenas transformada (primeiro princípio da termodinâmica). A massa de um corpo pode se transformar em energia, e a energia sob forma radiante pode se transformar em um corpúsculo com massa.] Tendo como partido este conceito de energia, ressalta-se que desde a Pré-História o homem usa a sua inteligência para desenvolver sistemas, mecanismos que visam aumentar o seu conforto e consequentemente, reduzir este trabalho. Primeiramente descobriu e dominou as técnicas para trabalhar com o fogo, em seguida, utilizou-se das forças das águas e dos ventos, respectivamente. Milhar de anos depois surge a máquina a vapor símbolo da Revolução Industrial, em meados do século XVIII e, por conseguinte, a energia elétrica. Energia elétrica [7] é uma forma de energia baseada na geração de diferenças de potencial elétrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma corrente elétrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter que tal energia mostre-se em outras formas finais de uso direto, em forma de luz, movimento ou calor, segundo os elementos da conservação da energia. É uma das formas de energia que o homem mais utiliza na atualidade, graças a sua facilidade de transporte, baixo índice de perda energética durante conversões. A energia elétrica é obtida principalmente através de termoelétricas, usinas hidroelétricas, usinas eólicas e usinas termonucleares. Geração A geração de energia elétrica é transportada mediante diferentes tecnologias, dentre essas, as principais aproveitam o movimento rotatório que gera corrente alternada em um alternador. Os movimentos rotatórios provem de uma fonte de energia mecânica, como a corrente de uma queda d'água ou o vento ou ainda de um ciclo termodinâmico. O processo de geração de energia [7]: Em um ciclo termodinâmico se esquenta um fluido e se consegue que realize um circuito no qual se move um motor ou uma turbina, o calor deste processo se obtém mediante a queima de combustíveis fósseis, as reações nucleares ou outros processos, como o calor proveniente do interior da Terra ou o calor do Sol. Na Bahia está o Complexo de Usinas com maior capacidade instalada do Brasil. A construção do Complexo Hidrelétrico de Paulo Afonso no início da década de 50 foi um marco para a Engenharia 3

4 Brasileira, visto que foi necessário controlar e reverter o fluxo do Rio São Francisco, numa obra de Engenharia sem tamanho para aquela época, para então iniciar-se o processo de construção da barragem pra primeira usina (Paulo Afonso I). O Complexo é formado pelas usinas de Paulo Afonso I, II, III, IV e Apolônio Sales (Moxotó), que produz 4.279,6 MW de energia, gerada a partir da força das águas da Cachoeira de Paulo Afonso, um desnível natural de 80 metros do rio São Francisco. Sendo assim, o Complexo de Usinas de Paulo Afonso tem a maior capacidade instalada dentre as usinas do Brasil, já que Itaipu com MW é binacional (Brasil/Paraguai). Em território Baiano também está a Usina de Pedra do Cavalo [10] que é uma barragem do rio Paraguaçu, que nasce na Chapada Diamantina, localizada a cerca de 2 km das sedes dos municípios de Cachoeira e São Félix e 120 km de Salvador. A barragem é operada pelo Grupo Votorantim, mas também faz parte dos reservatórios operados pelo Instituto de Gestão das Águas e Clima (INGÁ). A usina funciona através do aproveitamento da reserva da Barragem de Pedra do Cavalo. [10] A queda de água passa por dois condutos, cada um com vazão de 76 m³ por segundo e a vazão é conduzida até a casa de força. A água passa pela turbina, equipamento responsável por conduzir e direcionar a vazão através de um eixo ligado ao gerador, com o movimento das paletas deste eixo, é gerada a energia, que é distribuída pelos cabos até as torres de transmissão. A barragem tem como função principal o abastecimento de água à Região Metropolitana de Salvador. Na Bahia estão as seguintes unidades de geração: Usina Hidrelétrica de Itapebi Rio Jequitinhonha Potência 450MW. Usina Hidrelétrica de Sobradinho Rio São Francisco Potência 1.050MW. Usina Hidrelétrica de Pedra do Cavalo Rio Paraguaçu Potência 160MW. Complexo Hidrelétrico de Paulo Afonso Cachoeira de Paulo Afonso, Rio São Francisco Potência 4,3 GW. O Complexo Hidrelétrico de Paulo Afonso é composto pelas Usinas: Hidrelétrica de Paulo Afonso I. Hidrelétrica de Paulo Afonso II. Hidrelétrica de Paulo Afonso III. Hidrelétrica de Paulo Afonso IV. Hidrelétrica de Moxotó Meios de Produção A eletricidade pode ser produzida em grandes quantidades a partir de diversas fontes. Na tabela a seguir diversas origens e fontes de energia, o equipamento utilizado para a produção [7]. Tabela 1: Fontes de Energia ORIGEM FONTE EQUIPAMENTO Calor Reação nuclear Nascentes hidrotermais Central nuclear Central geotérmica 4

5 Queima de resíduos Queima de outros tipos de combustível Incinerador Central termoelétrica Luz Sol Célula fotoelétrica Movimento Peso Transmissão Vento Motor Ondas do mar Maré Água dos rios Reações químicas Fonte: Wikipédia Aerogerador Gerador Central talassomotriz Central talassomotriz Turbina hidráulica Célula eletrolítica A transmissão é o segmento responsável pelo transporte de energia elétrica desde as unidades de geração até os grandes centros de consumo, e isto se dá através das linhas de transmissão. Na Bahia esse papel é desempenhado pela Chesf que com suas grandes torres, transporta a energia geradas nas suas diversas usinas para as subestações da Coelba. Distribuição A rede de distribuição de energia elétrica é uma etapa do sistema de distribuição elétrica que é responsabilidade das companhias distribuidoras de eletricidade, no estado da Bahia a Coelba é dominante no serviço. A rede de distribuição da Coelba, opera com tensões na classe de 15 KV normalmente com 13800volts. Esta rede cobre a superfície dos grandes centros de consumo (população, grandes indústria, etc.) unindo as subestações com os transformadores de distribuição, sendo este o ultimo estágio de redução de tensão, as tensões ao sair destes transformadores trabalham com tensões de (127/220V ou 220/380V) para atender menores clientes (residências, pequenos pontos comercias, etc.). 5

6 Figura 1: Esquema de Transmissão de Energia Elétrica Fonte: Wikipédia Medidores O medidor de energia elétrica [5] é um dispositivo ou equipamento eletromecânico e/ou eletrônico capaz de mensurar o consumo de energia elétrica. A unidade mais usada é KWh. O equipamento está presente na maioria de casas e habitações no mundo moderno. Pode ser ligado diretamente entre a rede elétrica e a carga (casa) ou através de transformadores de acoplamento de tensão e/ou corrente. As principais partes do medidor são [5]: Base, Bloco de Terminais, Tampa, Elemento sensor de corrente, Elemento sensor de tensão, Registrador, Mostrador, Disco (para medidores eletromecânicos). O detalhamento de cada parte é apresentado a seguir: Base: Parte onde são fixadas todas as outras partes do equipamento. Bloco de Terminais: Parte onde são acoplados os condutores de entrada (linha) e os condutores de saída (carga). Tampa: Parte que tem por objetivo proteger os elementos internos do medidor. Na tampa são aplicados selos a fim de garantir a inviolabilidade do equipamento. Podem ser de metal, vidro ou policarbonato. Elemento sensor de corrente: É a parte responsável por mensurar a corrente elétrica na rede. Elemento sensor de tensão: É a parte responsável por mensurar a tensão elétrica da rede. Mostrador: Exibe o valor das grandezas registradas pelo equipamento (podem ser: display digital, ciclometros, ponteiros). Registrador: Parte responsável por guardar os valores das grandezas. No medidor com display é usada uma epron, nos medidores com mostrador analógico o próprio mostrador é o registrador. Disco: É a parte que fica girando com uma tarja preta quando os equipamentos da rede estão ligados. Cada volta do disco corresponde a uma quantidade de energia consumida, que é descrita pela constante de disco Kd (ler "cadê"). No medidor eletrônico não existe disco, mas os circuitos do equipamento simulam a ação do disco medindo a energia através de pulsos que podem ser acompanhados por um led que pisca a cada pulso completo. A constante para medidores eletrônicos passa a ser Kh (ler "ca índice agá"). 6

7 Este tipo de ligação é comumente utilizado em indústrias e consumidores de média (13,8 kv a 34,5 kv) e alta tensão (69 KV a 230 KV). Seus erros podem variar de menos de 0,02% a até 2,00% em condições controladas (25ºC +/-5ºC, tensão nominal e corrente nominal) e dependem da aplicação desejada. GSM O GSM [14], originalmente: Groupe Special Mobile, Global System for Mobile Communications, ou Sistema Global para Comunicações Móveis é uma tecnologia móvel e o padrão mais popular para telefones celulares do mundo. Segundo dados da Teleco, os telefones GSM são usados por mais de um bilhão de pessoas em mais de 200 países. A onipresença do sistema GSM faz com que o roaming internacional seja muito comum através de "acordos de roaming" entre operadoras de telefonia móvel. O GSM diferencia-se muito de seus antecessores sendo que o sinal e os canais de voz são digitais, o que significa que o GSM é visto como um sistema de telefone celular de segunda geração (2G). O GSM tem a estrutura básica dos sistemas celulares e oferece as mesmas funcionalidades básicas dos demais sistemas celulares associadas à mobilidade como roaming e handover entre células. A arquitetura de referência de um sistema GSM é apresentada na figura abaixo. Figura 2: Arquitetura GSM Fonte: Teleco A Estação Móvel é o terminal utilizado pelo assinante quando carregado com um cartão inteligente conhecido como SIM Card ou Módulo de Identidade do Assinante. Uma vez contratado o serviço junto a uma operadora o usuário passa a dispor de um SIM card que ao ser inserido em qualquer terminal GSM faz com que este passe a assumir a identidade do proprietário do SIM Card. No Brasil ele tem sido chamado pelas operadoras de OiChip e TIMChip. O SIM card armazena entre outras informações um número de 15 dígitos que identifica unicamente uma dada Estação Móvel denominado IMSI. Capacidade do GSM 7

8 Segundo pesquisas realizadas por profissionais da área de telecomunicações [1], a eficiência de utilização do Espectro ou capacidade de um sistema GSM é maior que a do AMPS e menor que um sistema TDMA. Em uma Banda de 30 khz o AMPS tem capacidade para uma chamada telefônica e o TDMA três. Já o GSM em 200 khz tem capacidade para oito chamadas. Em compensação por apresentar menos interferência co-canal os sistemas GSM utilizam um reuso de frequência de 4 por 12 enquanto no AMPS e TDMA o normal é de 7 por 21 o que propicia uma melhor utilização do espectro por parte do GSM. Se o GSM utilizar um recurso, previsto nas especificações, de saltos de frequência é possível inclusive a utilização de esquemas de reuso de frequências mais eficientes. O GSM possui serviços de localização padronizados que permitem estimar com precisão a localização da estação móvel servindo de base para vários serviços oferecidos ao assinante como o GPRS. Sistema GPRS O Serviço de Rádio de Pacote Geral [15] é uma tecnologia que aumenta as taxas de transferência de dados nas redes GSM existentes. Esta permite o transporte de dados por pacotes (Comutação por pacotes). Sendo assim, o GPRS oferece uma taxa de transferência de dados muito mais elevada que as taxas de transferência das tecnologias anteriores, que usavam comutação por circuito, que eram em torno de 12kbit/s. Já o GPRS, em situações ideais, pode ultrapassar a marca dos 170kbit/s. No entanto na prática, essa taxa está em torno dos 40 kbit/s. Diferente das tecnologias de Comutação de Circuitos, que é um modo no qual uma conexão (ou circuito) é estabelecida do ponto de origem da transferência de dados ao destino e os recursos da rede são dedicados por toda a duração da chamada (ou até que o usuário interrompa a conexão), no GPRS o serviço é sempre ativo, ou seja, ele é um modo no qual os recursos somente são atribuídos a um usuário quando for necessário enviar ou receber dados. Esta técnica permite que vários usuários compartilhem os mesmos recursos, aumentando assim a capacidade da rede e permitindo uma gerência razoavelmente eficiente dos recursos. Isto permite às operadoras GPRS disponibilizar acesso à Internet móvel em alta velocidade e a um custo razoável, pois a cobrança é feita pela quantidade de pacotes de dados transmitidos e não pelo tempo de conexão à rede. Principais Vantagens do GPRS As principais vantagens do GPRS são: Utilização de voz e dados no mesmo canal ao mesmo tempo. Ampla cobertura em todas as unidades. Acesso imediato e permanente para dados. Para se conectar à rede, utilizando GSM, são necessários de 15 a 30 segundos, sendo que esse tempo é consumido a cada reconexão. Com o GPRS, uma vez estabelecida a conexão, a mesma estará permanentemente ativa. Aumento significativo na velocidade de transmissão de dados (através da rede GSM é possível alcançar uma velocidade máxima de 9,6 kbit/s; com o GPRS a velocidade varia de 40 kbit/s até 144 kbit/s). Utilização de protocolos X.25 e IP amplamente divulgados. Possibilidade de utilização de várias operadoras de telefonia e modelos diferentes de celularmodems, havendo assim uma maior flexibilidade e independência em relação ao mercado. Redução de custos. Com o GSM a tarifação é efetuada por tempo de conexão. Com o GPRS, a tarifação é efetuada com base na quantidade de dados transmitidos. 8

9 Os celular-modems utilizados em GPRS podem ser classificados em três tipos diferentes, conforme abaixo: Classe A: Para uso simultâneo de voz e dados. Classe B: Para uso de voz e dados, porém não simultâneo. Classe C: Para uso apenas de dados. Disponibilidade Imediata Disponibilidade imediata é uma das vantagens de GPRS (e SMS) quando comparado com CSD. O sistema [15] facilita conexões instantâneas pois a informação é enviada e recebida imediatamente conforme a necessidade do usuário. Não há necessidade de conexões dial-up através de modems. Algumas vezes, diz-se que os usuários de GPRS estão sempre conectados. Alta disponibilidade imediata é uma característica de bastante importante para diversas aplicações críticas, uma delas é a autorização remota de lançamento em cartões de crédito, uma vez que é inaceitável que o cliente seja mantido em estado de espera por mais de 30 segundos além do necessário. Acesso ao Serviço Para usar GPRS, os usuários precisam especificamente de [15]: Um telefone móvel ou terminal que suporte o serviço GPRS ; Uma assinatura em uma rede de telefonia móvel que suporte o serviço; Ter o uso de GPRS habilitado; Conhecimento de como enviar e receber informações através do GPRS; Um destino para enviar ou um local de onde receber informações através do GPRS. Enquanto que com o SMS esse destino ou origem era frequentemente outro telefone móvel, com o GPRS é mais provável que se pareça com um endereço Internet, já que GPRS foi projetado para tornar o acesso à Internet totalmente disponível aos usuários móveis desde o início. Desde a disponibilidade do serviço, os usuários do GPRS podem acessar qualquer página da Web ou outras aplicações Internet - fornecendo uma massa crítica inicial de uso. Principais Características da Rede GPRS Com o GPRS [15], a informação é dividida em pacotes relacionados entre si antes de ser transmitida e remontada no destinatário. A comutação de pacotes é semelhante a um jogo de quebra-cabeças, a imagem que o quebra-cabeças representa é dividida em pequenas peças pelo fabricante e colocada em um saco plástico. Durante o transporte do quebra-cabeças entre a fábrica e o comprador, as peças são misturadas. Quando o comprador do jogo retira as peças da embalagem ele as remonta, formando a imagem original. Todas as peças são relacionadas entre si e se encaixam, mas a forma como são transportadas e remontadas varia. A Internet é outro exemplo de rede de dados baseada em comutação de pacotes, o mais famoso de muitos tipos de rede Protocolos Utilizados A estrutura de protocolos utilizados na transferência de informação [15] do usuário através da rede é 9

10 denominada pelas especificações do GPRS de plano de transmissão. As especificações do GPRS padronizaram o plano de transmissão para suportar serviços de dados IP e X.25. Onde [15]: Figura 3: Plano de Transmissão TCP /IP Fonte: Teleco SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol): - Esta camada faz o mapeamento de características no nível de rede em características das camadas inferiores da rede entre a Estação Móvel e o SGSN. Ela está especificada em GSM LLC (Logical Link Control): Esta camada prove um link lógico altamente confiável e criptografado. Ele é especificado em GSM BSSGP (Base Station System GPRS Protocol): Esta camada é responsável pelo roteamento e informação relativa a QoS entre o BSS e o SGSN. Ela não faz correção de erro. BSSGP esta especificada em GSM Network Service (NS): Esta camada transporta pacotes de dados do BSSGP. Ela é baseada no protocolo Frame relay e especificada em GSM RLC/MAC: Esta camada tem duas funções: O Radio Link Control fornece um radio-solutiondependent reliable link. A função de controle de acesso ao meio (MAC) controla a sinalização de acesso ao canal de radio, e o mapeamento dos frames LLC nos canais físicos RF GSM. RLC/MAC é definido em GSM GTP (GPRS Tunnelling Protocol): Este protocolo provê um túnel para dados do usuário e sinalização entre os Nós de suporte do GPRS no backbone GPRS. GTP é especificado em GSM L2: Camada 2 do modelo OSI. L1: Camada 1 do modelo OSI. ZigBee O termo ZigBee [13] designa um conjunto de especificações para a comunicação sem fio entre dispositivos eletrônicos, com ênfase na baixa potência de operação, na baixa taxa de transmissão de dados e no baixo custo de implantação. A tecnologia utilizada é comparável às redes Wi-Fi e Bluetooth e diferencia-se destas por desenvolver menor consumo, por um alcance reduzido (cerca de 10 metros) e as comunicações entre duas unidades poder ser repetida sucessivamente pelas unidades existentes na rede até atingir o destino final. Funcionando todos os pontos da rede como retransmissores de informação, uma malha de unidades ZigBee pode realizar-se numa extensão doméstica ou industrial sem necessidade de utilizar ligações elétricas entre elas. 10

11 Automação Automação [9] (do latim Automatus, que significa mover-se por si), é um sistema automático de controle pelo qual os mecanismos verificam seu próprio funcionamento, efetuando medições e introduzindo correções, sem a necessidade da interferência do homem. Automação é a aplicação de técnicas computadorizadas ou mecânicas para diminuir o uso de mão-de-obra em qualquer processo. A automação diminui os custos e aumenta a velocidade da produção. A automação também pode ser definida como um conjunto de técnicas que podem ser aplicadas sobre um processo objetivando torná-lo mais eficiente, ou seja maximizando a produção com menor consumo de energia, menor emissão de resíduos e melhores condições de segurança, tanto humana e material quanto das informações inerentes ao processo. Para viabilizar a automação de um determinado processo, existe uma necessidade preliminar de realização de um estudo técnico (também chamado de engenharia básica ou levantamento de dados) que verificará todas as necessidades para o processo desejado, servindo como subsídio para a identificação, análise e determinação da melhor estratégia de controle e para a escolha dos recurso de hardware e/ou software necessários para a aplicação. Atualmente, a automação está presente em diferentes níveis de atividades do homem, desde as residências, no trânsito, através de sistemas de controle de tráfego e sinalização, nos edifícios comerciais, processos de compra, venda e transporte de bens, processos industriais primários e secundários, e até nas jornadas espaciais. PLC PLC (Power Line Comunication) [11] é a tecnologia que utiliza uma das redes mais utilizadas em todo o mundo: a rede de energia elétrica. Ela consiste em transmitir dados e voz em banda larga pela rede de energia elétrica. Como utiliza uma infra-estrutura já disponível, não necessita de obras numa edificação para ser implantada. Em 1991, o Dr. Paul Brown da Norweb Communications (Norweb é a empresa de Energia Eléctrica da cidade de Manchester, Inglaterra) iniciou testes com comunicação digital de alta velocidade utilizando linhas de energia eléctrica. Entre 1995 e 1997, ficou demonstrado que era possível resolver os problemas de ruído e atenuar (mas não eliminar totalmente) as interferências e que a transmissão de dados de alta velocidade poderia ser viável. Em outubro de 1997, a Nortel e Norweb anunciaram que os problemas associados ao ruído e interferência das linhas de eletricidade estavam solucionados em apenas algumas faixas de frequência. Mesmo assim dois meses depois, foi anunciado pelas mesmas empresas o primeiro teste de acesso à Internet, realizado numa escola de Manchester. Com isso, foi lançada uma nova ideia para negócios de telecomunicações que a Nortel/Norweb chamaram de Digital Powerline. Em março de 1998, a Nortel e a Norweb criaram uma nova empresa com o propósito de desenvolver e comercializar. Todas as empresas elétricas do mundo estavam pensando em se tornar provedores de serviços de telecomunicações, utilizando seus ativos de distribuição, lembrando que o setor de telecomunicações estava passando por um crescimento explosivo no mundo (celular e Internet), e, particularmente no Brasil, 11

12 estava em curso a maior privatização de empresas de telecomunicações. O acompanhamento dos desenvolvimentos e progressos da tecnologia Powerline era feito na época, no Brasil, pelo Subcomitê de Comunicações do GCOI, e a APTEL, que foi criada em abril de 1999, realizou o seu primeiro Seminário em setembro de 1999, com o tema: Tecnologia PLC. Funcionamento Existem dois tipos de PLC [11]: A primeira é a interior (indoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede elétrica interna de um apartamento ou de um prédio. A segunda é o exterior (outdoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede pública exterior de energia elétrica. O princípio básico de funcionamento das redes PLC é que, como a frequência dos sinais de conexão é na casa dos MHz (1 a 30 MHz), e a energia elétrica é da ordem dos Hz (50 a 60 Hz), os dois sinais podem conviver harmoniosamente, no mesmo meio. Com isso, mesmo se a energia elétrica não estiver passando no fio naquele momento, o sinal da Internet não será interrompido. A tecnologia, também possibilita a conexão de aparelhos de som e vários outros eletro- eletrônicos em rede. A Internet sob PLC possui velocidade assimétrica, ou seja, você tem o mesmo desempenho no recebimento ou envio de dados. Vantagens Além do aproveitamento de uma infra-estrutura existente, o sistema PLC tem outras grandes vantagens. Por utilizar a rede de energia elétrica, qualquer "ponto de energia" é um potencial ponto de rede, ou seja, só é preciso ligar o equipamento de conectividade (que normalmente é um modem) na tomada, e pode-se utilizar a rede de dados. Além disso, a tecnologia suporta altas taxas de transmissão, podendo chegar até aos 200 Mbit/s em várias frequências entre 1,7MHz e 30MHz [11]. Desvantagens Uma das grandes desvantagens do uso da PLC, é que qualquer "ponto de energia" pode se tornar um ponto de interferência, ou seja, todos os outros equipamentos que utilizam radiofrequência, como receptores de rádio, telefones sem fio, alguns tipos de interfone e, dependendo da situação, até televisores, podem sofrer interferência. A tecnologia [11] usa a faixa de frequências de 1,7MHz a 50MHz, com espalhamento harmónico até frequências mais altas. Outra desvantagem é o facto de ser half-duplex sem esquecer que é um sistema de banda partilhada. Estas duas características fazem com que o débito seja reduzido em comparação com outras tecnologias. Dentro e fora de casa, a rede eléctrica está sujeita a todo tipo de interferência e ruídos gerados por fontes chaveadas e motores. Outro fator negativo das redes elétricas é sua oscilação: características como impedância, atenuação e frequência podem variar drasticamente de um momento para o outro, à medida que luzes ou aparelhos ligados à rede são ligados ou desligados. Além disso, se a intenção for transmitir informação a longas distâncias, os transformadores de distribuição são verdadeiras barreiras para a 12

13 transferência de dados. Apesar de permitirem a passagem de corrente alternada a 50 Hz ou 60 Hz com quase 100% de eficiência, os transformadores atenuam seriamente outros sinais de maior frequência. Serviços Suportados O estágio atual da tecnologia PLC e as possibilidades de exploração de serviços que ela oferece merecem atenção por parte das Empresas de Energia Elétrica, a anunciada chegada da competição nos mercados de energia e a consequente pressão pelo aumento de resultados vêm forçando essas empresas a buscar fontes alternativas de receita, outra razão é que o emprego da tecnologia proporciona a redução de custos operacionais, outra imposição do mercado competitivo. A aplicação da tecnologia contribui para a realização desses dois objetivos, viabilizando a exploração dos seguintes serviços [11]: Acesso em Banda Larga à Internet; Telefonia IP VoIP; Serviços de Monitoração e Vigilância; Serviços de Monitoramento de Trânsito (Câmeras e Comandos); Automação Residencial; Monitoramento de processos produtivos on-line. Telemedição Telemedição ou Telemetria [16], é uma tecnologia que permite a medição e comunicação de informações de interesse do operador. A palavra é de origem Grega onde tele = remoto e metron = medida. A telemetria geralmente refere-se à comunicações sem fio, usando um sistema de radio para implementar um enlace de dados, porém pode também referir-se aos dados transferidos sobre outras mídias, tais como telefone, redes de computadores ou através de um enlace óptico. Também usada com finalidade de eficiência energética em fábricas, escritórios e residências, o monitoramento do uso de energia de cada seção ou equipamentos e os fenômenos decorrentes (como a temperatura) em um ponto de controle por telemetria facilita a coordenação para o uso mais eficiente da energia. O sistema também é utilizado para recolhimento de dados meteorológicos. Já nos transportes a telemetria serve como grande aliada dos transportadores, pois ela envia informações relativas a condução do veículo à base de monitoramento. Na agricultura a maioria das atividades relacionadas ao cultivo de alimentos dependem das condições de solo e tempo. Portanto, estações meteorológicas sem fio representam um papel muito importante na prevenção de doenças e na correta irrigação. Estações de monitoramento normalmente transmitem de volta os dados através de rádio terrestre, apesar de sistemas de satélite serem usados eventualmente. No setor energético e automotivo as informações podem ser transmitidas via sistemas celulares. Topologia A topologia da rede de Telemedição é apresentada a seguir. 13

14 Porque Usar Soluções de Telemetria Figura 4: Topologia de rede de Telemedição Fonte: Ricardo Pina/ Coelba Segundo pesquisas [1] a maioria dos equipamentos produzidos hoje inclui um microprocessador com funções de controle e monitoramento. Ainda hoje, as empresas têm tido um custo significativo monitorando estes equipamentos manualmente, custos adicionais também incidem quando as máquinas ou os alarmes falham e uma solução de telemetria poderia solucionar esses problemas e reduzir substancialmente os custos operacionais. A eficiência da solução de telemetria aumenta ainda mais dependendo do tipo de informação enviada entre as máquinas, a detecção das razões do mau funcionamento de uma determinada máquina, por exemplo, permite que sejam enviados os profissionais mais adequados para solucionar os problemas. Além disso, sistemas de telemetria auxiliam na redução de taxas de seguro referentes ao mau funcionamento das máquinas, e à perda de produção. Além de redução de custos e aumento de eficiência, as aplicações de telemetria também auxiliam no desenvolvimento do uso da tecnologia de informação, ajudando as empresas a entenderem melhor o mercado, a atenderem melhor as necessidades dos clientes, a oferecerem novos produtos e serviços, e a se comunicarem com os outros setores da indústria. Usuários de Soluções de Telemetria Atualmente, os dois setores que mais usam soluções de telemetria são os setores de serviços públicos e o setor de segurança patrimonial, segundo pesquisas feitas por Ian Bonde, profissional com grande experiência em pesquisa de mercado. Tabela 2: Setores de aplicação da Telemetria SETOR OPORTUNIDADE / APLICAÇÃO DESCRIÇÃO Segurança Segurança patrimonial residencial, para as classes A, B e C. Implantar soluções de telemetria sem fio que 14

15 Segurança patrimonial para empresas de todos os tamanhos. comuniquem os sensores de alarme do equipamento de segurança à central. Esta solução é vendida como um elemento adicional de segurança aos seus usuários. Serviços Públicos Medição de consumo de energia elétrica em residências, comércio e indústrias. Monitoramento de estações elétricas. Medição de consumo de água em grandes consumidores. Monitoramento de estações de tratamento e distribuição de água. Medição de consumo de gás natural em residências e empresas. Monitoramento de estações e canais de distribuição de gás natural e monitoramento de redes de transporte de gás. Implementar um meio de comunicação bi- direcional em medidores e controladores de consumo e de distribuição de energia elétrica, de água e saneamento, de gás natural, e das ameaças ao meio ambiente. Estas soluções permitem um melhor gerenciamento de demanda, através de um acompanhamento mais preciso das taxas de consumo. Soluções podem ser utilizadas para detecção de falhas ou vazamentos, permitindo a resolução de problemas com mais rapidez. A diminuição da leitura manual proporcionará uma redução dos custos de mão-de-obra Corte e ligação de assinantes inadimplentes. Fonte: Itelogy Partners Segundo Ian, que fundou a Itelogy Partners e posta grande parte de suas pesquisas de mercado no site da Teleco [1], além destes dois setores primários também existem diversos outros setores da economia que podem se beneficiar de aplicações de telemetria: Tabela 3: Redes usadas para soluções em Telemetria SETOR OPORTUNIDADE / APLICAÇÃO DESCRIÇÃO 15

16 Controle de Trânsito Monitoramento de semáforos. Captação de infrações e registro de multas. Medição de fluxos de veículos e situação de vias. Implantar soluções de telemetria que transmitiriam os dados à uma central, permitindo que o processamento desses dados fosse realizado instantaneamente, aumentando a eficiência dos processos e a confiabilidade nas informações. Automação Industrial Medição e controle de processos industriais em diversos setores. Implantar soluções de telemetria em setores que operam máquinas de grande porte e que se beneficiariam de um controle e monitoramento remoto, como manufaturas (automotiva, aeronáutica, etc.), agricultura, mineração e construção pesada. Distribuição de Petróleo e Derivados Medição do fluxo em pontos selecionados de oleodutos. Medição de volumes em tanques de postos de gasolina. Monitoramento de tanques. Implantar soluções de telemetria que permitiriam um melhor gerenciamento da demanda, assim como a detecção de mau funcionamento ou vazamentos. Geralmente, estas soluções requerem uma transmissão de dados em tempo real por se tratar de questões ambientais e de segurança. A transmissão de dados, além de ajudar a prevenir grandes perdas devido ao mau funcionamento ou vazamentos, pode solucionar o problema de coleta de dados em dutos localizados em áreas rurais onde nem sempre há 16

17 estrutura de telefonia fixa instalada. Caixas Eletrônicos Controle e monitoramento de caixas eletrônicos por meio wireless. Implantar soluções de telemetria que comuniquem o equipamento à central, servindo como contingência à comunicação por linha telefônica já utilizada pelo sistema. Máquinas Dispensadoras Medição de níveis de estoque e de problemas operacionais de máquinas dispensadoras aos seus operadores. Implantar soluções de telemetria que auxiliem no controle dos fornecimentos, e na detecção de mau funcionamento das máquinas, principalmente em localidades mais afastadas. As soluções de telemetria permitem a maximização das receitas, uma vez que auxiliam no controle de demanda e abastecimento, e detecção do mau funcionamento da máquina, permitindo que se solucione o problema rapidamente. Elevadores Monitoramento remoto de elevadores. Implantar soluções de telemetria para controle operacional de elevadores a partir de uma central localizada remotamente. Fonte: Itelogy Partners 17

18 Telemedição: Setor Energético No setor energético o sistema de telemedição foi e continua sendo bem aceito, muitas concessionárias adotaram e adaptaram-no às necessidades da empresa. As vantagens para implantação do sistema de telemedição são muitas, dentre elas: Facilidade e a fidelidade da informação; Baixo custo de operação e manutenção; Coleta automatizada de dados em tempo real (on time), evitando perdas técnicas. Também a dificuldade às fraudes, já que o sistema faz o acompanhamento on-line das informações, e habilita a concessionária a checar a existência de inconsistências no sistema diretamente de seus escritórios comerciais, tomando as devidas ações em campo quando, e apenas quando necessárias e melhorando os resultados financeiros das concessionárias. Redes de comunicação Tradicionalmente, diversos meios de comunicação têm sido utilizados para suportar as aplicações de telemetria [1], incluindo micro-ondas, rádio privado, linhas telefônicas, rede elétrica, satélite e sistemas de rede proprietárias. A escolha por uma rede de comunicação específica é, principalmente, uma função da área de cobertura, preço da solução e do equipamento, confiabilidade da solução, e facilidade de integração. A importância dada à cada um dos fatores depende da necessidade da indústria e do cliente em questão. Redes Usadas por Soluções de Telemetria Os principais tipos de redes usadas em soluções de telemetria são apresentados na tabela a seguir: Tabela 4: Redes usadas para soluções em Telemetria TECNOLOGIA VANTAGENS DESVANTAGENS Micro-ondas Custo baixo para empresas/ clientes que já possuem sistemas de Microondas. Custos relativamente altos para operar e manter. Necessidade de licença para operar. Problemas com cobertura. CUSTO DE SERVIÇO MENSAL Nenhum (para empresas que já possuem sistema de micro-ondas). Rádio Privado (UHF/VHF) Econômico para aplicações de curta distância (20Km- 40Km) Necessidade de licença para operar. Necessidade de espaço para torres e Nenhum. 18

19 retransmissores. Pouca capacidade da rede para dados. Celular (SMS) Não requer investimento em infraestrutura. Limite de cobertura em algumas regiões. Sistema de precificação de voz, não de dados. US$ Telefone (Linha Fixa) Cobertura ampla e confiabilidade relativamente alta. Serviço pode não estar disponível ou ser inadequado em algumas áreas remotas/rurais. Tarifas locais e de longa distância. Satélite (VSAT) Cobre áreas em que outras tecnologias não chegam. Custo alto. Necessidade de licença para operar. US$ por mês. Fonte: Itelogy Partners O principal meio de comunicação utilizado para telemetria no Brasil é a rede elétrica (PLC) - sendo que o setor de energia em particular, é o que mais usa telemetria. Na Bahia são utilizados ainda os sistemas: Celular, GPRS e há estudos para implantação da nova tecnologia, ZigBee. Principais Aplicações As empresas de geração e distribuição de energia têm grande interesse nas atividades de controle remoto, tais como leitura de medidores, e ativação e corte de assinantes. Parte deste interesse pode ser atribuído às exigências do Mercado Atacadista de Energia e a atuais circunstâncias mercadológicas [1], onde a liberalização do mercado de energia fez com que as empresas se tornassem mais competitivas, buscando alternativas de redução de custo e aumento de eficiência. Além disso, os problemas resultantes da crise de energia sofrida pelo país em 2001 fizeram com que a questão de medição e controle do consumo de energia se tornasse muito relevantes. No gráfico abaixo, as principais aplicações de telemetria em serviços Públicos na América do Sul e Central. 19

20 Gráfico 1: Aplicação de Telemetria em Serviços Públicos (% de Unidades Instaladas, Dez/2001) Fonte: Cognyst Consulting, L.L.C., AMR Deployments in Central & South America, 2002 A complexidade de entrada é maior para as empresas provedoras de soluções de telemetria no setor de abastecimento de água, pois o sistema de medição não é tão difundido quanto no setor de energia elétrica. Nas grandes cidades, a tendência à urbanização vertical já é uma realidade, o que significa um medidor para cada unidade consumidora. A medição individualizada é vista como uma vantagem (não é um padrão), e isso faz com que o mercado seja muito restrito [1]. 20

21 Telemedição: Estudo de Caso Companhia Energética do Piauí Mede Consumo Via Celular O novo sistema de medição que está sendo utilizado pela Cepisa [3] para medir o consumo de energia de grandes consumidores, possibilita a transmissão de dados de consumo e outras informações, via celular. Na telemetria ou telemedição, o medidor eletrônico é associado a um equipamento chamado de gateway, que funciona com um chip de celular. O equipamento está instalado nos 20 maiores consumidores do Estado. Figura 5: Medidor Inteligente Gateway Fonte: Wikipédia Wolney Assunção, Coordenador de Medição da Cepisa, explica que com essa tecnologia de leitura à distância, a Cepisa ganhou agilidade e confiabilidade nos serviços de leitura e faturamento, além da economia, uma vez que não precisa mais enviar leituristas da capital às diversas localidades no interior do Estado para realização desse serviço. Para demonstrar como funciona, Wolney usa o seu próprio celular e em poucos segundos colhe as informações que deseja do cliente, como se estivesse fazendo uma simples ligação telefônica. Segundo Wolney, a Cepisa, nessa fase inicial, adquiriu 30 conjuntos de telemedição, mas já está pronto o projeto para instalar o equipamento em todos os consumidores primários da Companhia e subestações, com um custo orçado em aproximadamente R$ 3,3 milhões. Com isso a Cepisa fará um monitoramento mais eficiente dos serviços prestados aos clientes de alta tensão, melhorando a qualidade no fornecimento de energia, uma vez que terá acesso a qualquer falha no sistema rapidamente. Coelba Implanta Telemedição A Coelba [6] é a maior distribuidora de energia elétrica do norte-nordeste do Brasil e uma das maiores empresas de serviços do Brasil. A empresa é responsável pelo fornecimento de 60% da energia elétrica total consumida na Bahia. A energia da Coelba está presente em 415 dos 417 municípios baianos e atende a mais de 13,5 milhões de habitantes em uma área de concessão de 563 mil Km². Implantação A Telemedição foi implantada na Coelba a partir do ano de Segundo Ricardo Prado Pina [4], Engenheiro responsável pelo Sistema de Telemedição da Empresa, desde a implantação a empresa só teve resultados positivos. Instalamos um projeto piloto para o Grupo B a partir de Junho de 2006, no entanto o projeto oficial de Telemedição foi o do Grupo A, que foi implantado em Abril de 2007 e está 21

22 até o momento, aumentando o número de instalações.. A Coelba tem hoje 7000 grandes clientes, os chamados de Grupo A, desses já são telemedidos e a previsão é que até o final deste ano clientes já estejam com o sistema implantado. Segundo Ricardo uma implantação em massa para o Grupo B, clientes residenciais, seria algo financeiramente inviável, seria um investimento na ordem de 900 Mil Reais para cada 3000 ligações [4]. Sistema Hemera Figura 6: Conjunto de Telemedição Fonte: Ricardo Pina/ Coelba É um sistema de monitoramento on-line e intervenções nas unidades telemedidas, que faz a integração ao faturamento e tratamento das memórias de massa das unidades consumidoras não telemedidas. O Hemera, faz um acompanhamento das unidades telemedidas, a fim de detectar falhas de comunicação e monitora o diagrama fasorial, identificando a falta de alguma das fases ou a falta de corrente. A figura abaixo mostra a tela do Hemera, nela consta informações do cliente, consumo, digrama fasorial e histórico de ultimas falhas que ocorreram no sistema. 22

23 Figura 7: Tela do Sistema Hemera Fonte: Ricardo Pina / Coelba Sistema SRP É o SRP é um sistema de analises de dados das memórias de massa, ele compara a memória de massa com os dados cadastrados, sendo avaliados por 72 regras de analises. O SRP ainda não verifica falta de Tensão ou falta de Corrente por fase. Alguns dos dados analisados pelo SRP são: Comportamento de consumo e demanda no ciclo; Compara o consumo com último o trimestre; Checam os parâmetros do medidor com os dados cadastrados; Verifica intervenções em datas não previstas e faltas de energia. Seguem alguns resultados obtidos após implantação dos sistemas de telemedição [4]: Tabela 5: Custos Evitados SERVIÇOS REALIZADOS CUSTO EVITADO Leitura Automática Telemedidos R$ ,00 Intervenções (ajustes remotamente) R$ ,00 Fornecimento de Arquivos de Memórias de Massa R$ ,00 Atualização de Feriados Nacionais R$ ,00 Custo Evitado Total R$ ,00 23

24 Telemetria para Clientes Residências Fonte: Ricardo Pina/ Coelba Em Salvador, no bairro Vale dos Rios a Coelba possui 958 unidades consumidoras telemedidas. A empresa implantou [4] também o sistema em toda a Ilha de Tinharé, são unidades consumidoras, em Morro de São Paulo 100% dos clientes são telemedidos. A Coelba tem hoje clientes telemedidos do Grupo B. No esquema de funcionamento abaixo, os medidores são interligados a um roteador via PLC e este se comunica com a rede via GPRS. Os dados coletados são enviados para o sistema interno da empresa. Figura 8: Esquema de telemedição implantado na Ilha de Tinharé Fonte: Ricardo Pina/ Coelba 24

25 Telemedição: Considerações finais As telecomunicações provêm um recuso muito útil e no caso da junção telecomunicações/elétrica que resultou na telemedição, se tornou outra ferramenta muito eficaz. O uso racional de energia consiste em um conjunto de medidas e ações que objetiva a otimização do uso dos nossos recursos. As empresas vêm fazendo grandes investimentos em publicidade e propagandas para inibir a fraude, mas o famoso gato de energia vem se tornando cada vez mais comum, desde clientes residenciais até grandes indústrias. Com o numero de fraudes aumenta consideravelmente a cada dia que passa, uma solução eficaz seria implantar o sistema de telemedição em 100% dos seus clientes, chamados de Grupo B, formados por pequenos clientes e clientes residenciais. Com o acompanhamento on line, além de ser quase impossível a fraude, mas ainda assim se houver ela seria detectada facilmente. A concessionária poderia autuar o cliente e todo o prejuízo seria ressarcido. Mas existem fatores que impedem essa implantação em massa, a Coelba possui aproximadamente unidades consumidoras [4], deste total clientes são do Grupo A e clientes telemedidos do Grupo B, então temos aproximadamente clientes não telemedidos. Hoje para efetuar 3000 ligações telemedidas a Empresa tem um custo de 900 Mil Reais, ou seja, para telemedir 100% dos seus clientes de Grupo B a Concessionária teria que investir aproximadamente R$ Bilhões o que torna a ação praticamente inviável. Devido ao alto nível de investimento a concessionária não faz a implantação total A telemetria é uma ferramenta que ainda será associada a muitos outros segmentos a fim de obter-se novos serviços. A telemedição passou de um projeto experimental e sem muita credibilidade para uma ferramenta com alto nível de precisão e confiabilidade, pois transcreve de forma fidedigna as informações colhidas do conjunto de medição do cliente, levando-as diretamente para o sistema interno das empresas que utilizam o serviço. Desde a implantação do sistema as empresas têm tido resultados positivos como a redução de custo com leitura e manutenções desnecessárias além da redução significativa do número de fraudes. O sistema é seguro e conciso, a aceitação no mercado brasileiro esta sendo muito positiva e a previsão é que continue a desenvolver-se. Muitas empresas estão investindo na produção massiva de equipamentos para atender a demanda das empresas que utilizam o serviço. Segundo Ricardo Pina o mercado é promissor e tem tudo para crescer cada dia mais. O número crescente de bons resultados fará com que empresas de diversos ramos se interessem e adquiram o serviço, o que resultará numa alta demanda de Engenheiros de Telecomunicações. Referências [1] Teleco Inteligência em Telecomunicações. Seção Tutoriais: Telefonia Celular e Banda Larga. Disponível em: Acesso de: 05/05/2010 a 07/06/2010. [2] HOLANDA, A. B., 1988, Dicionário Aurélio Escolar da Língua Portuguesa, 1 ed., Editora Nova Fronteira, Rio de Janeiro, RJ. [3] Postado: 15/08/2007. Disponível em: 25