TÍTULO DO TRABALHO: TECNOLOGIA COM BAIXO CUSTO, APLICADA A REDUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NO SAAE SÃO CARLOS TEMA VIII: EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NOME DOS AUTORES: João Carlos Lopes Valter Luis Dulci Prof. Dr. Paulo Seleghim Junior RESPONSÁVEL PELA APRESENTAÇÃO / CURRÍCULO PROFISSIONAL João Carlos Lopes Formado em Técnico em Informática Diocesano São Carlos. Atualmente cursando Engenharia da Computação pela Universidade Central Paulista São Carlos. Atua no SAAE São Carlos desde Outubro 1993, desenvolvendo serviços junto as áreas de Sistemas de Automação com telemetria e telecomando.
1. Introdução A produção e o transporte de água para distribuição em redes urbanas geralmente envolve o dispêndio de quantidades significativas de energia. Embora este aspecto seja de conhecimento comum, a racionalização energética em aplicações dessa natureza esteve por muito tempo relegada a um plano secundário, em face de dificuldades técnicas e operacionais básicas. Não somente no Brasil mas também, de uma maneira geral, em outros países em desenvolvimento, oportunidades, extremamente interessantes se abrem nesta área em função do cenário mundial de contingenciamento energético e de barateamento de tecnologias e equipamentos. O presente trabalho insere-se neste contexto e tem os seguintes objetivos: 1) Testar instrumentação e sistemas de armazenagem de dados de baixo custo e tecnologia para aplicação no sistema do Poço e reservatório Douradinho 2) definir estratégias otimizadas de operação visando economia de energia, sustentadas a partir da análise dos sinais coletados com apoio de professores da Universidade. 2. Desenvolvimento 2.1 - Problema encontrado em campo O Sistema de abastecimento denominado Douradinho é composto por um poço com capacidade de produção de 76 m 3 /h e um reservatório elevado que possui capacidade de 500 m 3, a água é extraída do poço é realizada através de um conjunto moto bomba submersa com potência de 140 Hp, a partida é realizada por chave estática, que é um equipamento que já contém tecnologia. O funcionamento do poço pode ser manual, neste caso necessita de uma pessoa para acionar o painel, ou automático. O funcionamento automático é o mais usual e se dá através da medida do nível da água, efetuado por meio de 3 eletrodos, um superior, um inferior e outro de referência. O nível mínimo é medido pelo eletrodo inferior, o nível máximo pelo superior que comparados com o eletrodo de referência que mandam o sinal para o rele de nível indicando quando o eletrodo inferior ou superior for acionado, ou seja, quando o nível da água atingir esses dois pontos. O sinal dos eletrodos é recebido pelo rele de nível que comanda o painel elétrico fazendo ligar e desligar o poço. Na fig. 1 é apresentado um esquema dos eletrodos e rele de nível. 2
Fig. 1 Esquema dos eletrodos e rele de nível Sabe-se que no período entre às 18:00 e 21:00 horas, denominado horário de ponta, a energia elétrica tem custo mais alto. Outro ponto que, também influenciava no consumo de energia elétrica era a quantidade alta de partidas do poço no horário entre 21:00 e 06:00 horas provocando adicionalmente um desgaste prematuro da bomba e motor do poço. Diante desse problema houve a necessidade de se elaborar uma automação local estabelecendo uma lógica para o controle de ligamento e desligamento do poço com base nos níveis do reservatório. No gráfico 1 temos a lógica de funcionamento do sistema poço/reservatório. - Solução dependida ao problema Gráfico 1 Gráfico representando o nível do reservatório antes da instalação do CLP 3
2.2.1. Projeto Em vista do problema encontrado, foi desenvolvido um projeto em parceria com a Universidade de São Paulo através do Prof. Dr. Paulo Seleghim Junior que concebeu uma proposta para a melhoria do sistema, a qual foi detalhada e executada pelos técnicos da Autarquia. Ressalte-se aqui que não foram contratados projeto, nem qualquer empresa para a execução dos serviços, houve o custo de aluguel para a USP de equipamentos utilizados para levantamento de dados. Desta forma não houve despesas extras, a não ser com a compra dos materiais e equipamentos definidos no projeto executivo pelos técnicos do SAAE, os quais são encontrados facilmente no mercado. 2.2.2. Execução Foi proposta a compra de um PLC dotado de relógio-calendário e entradas e saídas digitais, entradas analógicas e mais um sensor de pressão com sinal de saída analógica trabalhando na gama 4-20 ma para a medição do nível do reservatório, sendo que foram realizados captação de dados e estudos com equipamentos alugados da USP. Após a coleta de dados por vários meses, foi proposta uma lógica de funcionamento que melhorasse o desempenho do sistema como um todo, minimizando a problemática encontrada. A lógica foi baseada em 4 níveis da água no reservatório (crítico, mínimo, intermediário e máximo) como mostrado na fig. 2. Máximo Intermediário Mínimo Crítico Figura 2 Níveis do Reservatório 4
Tabela 1: Definição dos níveis HORÁRIO LIGA DESLIGA 11:00 às 18:00 Intermediário Máximo 18:00 às 21:00 Crítico Mínimo 21:00 às11:00 Mínimo Máximo O PLC foi parametrizado para obedecer aos horários e níveis apresentados na Tabela 1, ou seja, entre 11:00 e 18:00 horas os níveis obedecidos serão o Intermediário e Máximo, entre 18:00 e 21:00 horas será entre o Crítico e o Mínimo e das 21:00 as 06:00 horas entre o Mínimo e Máximo. O gráfico 2 demonstra o comportamento do nível do reservatório após a instalação do PLC. 10 9 8 Nível máximo curva de consumo curva de vazão do poço subtraído o consumo Nível máximo 7 6 Nível mínimo Nível intermediário curva de consumo 5 4 3 Horosazonal 2 1 0 00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 Gráfico 2 Gráfico representando o nível do reservatório Douradinho após instalação do PLC 5
3. Mudança da Tarifa de Energia elétrica Após o acompanhamento do projeto por vários meses, confirmando o sucesso dos parâmetros definidos para os níveis, resolveu-se concretizar a mudança da tarifa de energia elétrica. Dentro do grupo de trabalho A4 existem 3 tipos de tarifas: Convencional, Verde e Azul. - Convencional: Nessa tarifa o consumo de energia é cobrado através de um valor fixo para todos os horários. - Azul: Nessa tarifa é definido um valor de demanda para o horário sazonal e uma demanda para o horário normal, o mesmo acontecendo com a tarifa de consumo que tem valores distintos para os horários. - Verde: Na tarifa verde é cobrado somente um valor de demanda e o valor cobrado no consumo é distinto entre o horário sazonal e o horário normal. Após simulação com valores reais das contas de energia foi definido que a melhor opção tarifaria seria a tarifa Verde, assim a mudança ocorreu no mês de março de 2006, aparecendo na conta no mês de abril conforme Tabela 2, que mostra os valores de consumo e das contas antes da mudança da tarifa e após a mudança. Observa-se que o valor reduziu de R$ 7.799,73 da conta do mês de março 2006, ainda com a tarifa convencional, para R$ 5.084,11 no mês de abril 2006, já com as mudanças concretizadas, com o valor total reduzido de R$ 2.715,62, que nos meses seguintes estabilizou-se na média de R$1.517,00. Tabela 2: Consumo Faturado e Valor da Conta Mês Dez/05 Jan/06 Fev/06 Mar/06 Abr/06 Consumo Faturado kwh 29.971 28.126 34.727 31.542 30.300 Valor da conta R$ 7.728,90 7.265,94 8.526,30 7.799,73 5.084,11 6
4. Custos INVESTIMENTOS VALORES P L C R$ 3.500,00 Transdutor de pressão R$ 900,00 Materiais diversos R$ 400,00 Aluguel e seg. Equipamentos USP R$ 2.000,00 TOTAL INVESTIDO R$ 6.800,00 Diminuição da conta R$ 1.517,00 Investimento pago em menos de 5 meses 5. Conclusão O trabalho realizado procurou mostrar o funcionamento antigo da área, através dos eletrodos e reles de nível e a atual lógica proposta com PLC e transdutor de pressão. Concluímos que, após a instalação dos equipamentos conseguimos uma melhora nos seguintes itens: Diminuição de partidas do conjunto moto bomba onde se aumentou a vida útil do equipamento, conseqüentemente a manutenção mecânica e elétrica do equipamento foi reduzida; Os equipamentos elétricos como chave de partida e outros componentes, passaram a trabalhar com folga e conseqüentemente, também, aumentaram a sua vida útil; Ocorreu a redução em torno de 19% na conta mensal de energia elétrica; Os custos do investimento foram recuperados em menos de 05 meses. Verifica-se que com pouco investimento e apoio técnico pode-se obter ótimos resultados, o que queremos deixar claro nesta ação é que, não há necessidades de grandes projetos e grandes investimentos para termos resultado bastante satisfatório. Para o serviço público funcionar devidamente é preciso apenas ter BOA VONTADE para buscar as soluções, que podem ser muito simples e corriqueiras. 5. Bibliografia Manual de Programação e Instalação do Controlador Programável TP02 Manual de instalação do transdutor de pressão 7