1 Introdução
O Brasil é o sexto maior produtor de leite do mundo,
representando uma importante parcela da economia no país, cerca de 16% do valor
bruto da produção pecuária provem desse ramo. O país conta, atualmente, com mais
de 1,1 milhões de propriedades com exploração leiteira, gerando emprego para aproximadamente
3,6 milhões de pessoas. A produção leiteira nacional gera mais empregos que
setores tradicionalmente importantes como construção civil, automobilístico,
siderúrgico e têxtil. Visto que, com o aumento de R$ 1 milhão na demanda final
de produtos lácteos são gerados 195 postos de trabalho permanentes [1].
O desenvolvimento e modernização da agropecuária elevou
a utilização de insumos, especialmente, os energéticos. A automatização do
setor propiciou mudanças no uso final da energia elétrica, tendo esta um
comportamento crescente com o passar do tempo. No entanto, a ineficiência na
implementação de redes elétricas de qualidade no ambiente rural, se apresenta
como um dos problemas para o avanço continuo deste setor [2].
Os problemas relacionados
com a qualidade de energia elétrica são constatados primeiramente pelos
consumidores, a partir do instante em que estes evidenciam interrupções no
fornecimento. Assim, a continuidade e conformidade da eletricidade por parte
das concessionárias são fatores que influenciam diretamente na análise da
qualidade de energia. Desse modo, para a realização de um estudo
minucioso a este respeito, diversos parâmetros podem ser avaliados, tais como,
variação de tensão de curta duração, flutuação de tensão, desequilíbrio de
sistemas trifásicos, entre outros [3]
A qualidade da energia elétrica, do ponto de vista do
consumidor final, pode ser definida como o recebimento da energia com regime de
tensão compatível com os critérios definidos pela regulamentação específica
vigente, devendo estar em conformidade com os requisitos técnicos essenciais
para o funcionamento adequado dos equipamentos, assegurando sua vida útil [4].
Diante disso, este artigo apresenta um estudo de caso
da qualidade da tensão de fornecimento de uma propriedade leiteira situada no
município de São Francisco do Itabapoana, Rio de Janeiro, tendo como objetivo a
análise dos padrões definidos pelo PRODIST- Módulo 8.
2 Materiais
e Métodos
Este estudo foi desenvolvido numa propriedade
leiteira, situada no município de São Francisco do Itabapoana, Rio de Janeiro.
A propriedade em questão possui uma produção média diária de 250 litros de
leite e seu maquinário conta com tanques de resfriamento com capacidade para
1000 litros. Os equipamentos de maior potência encontrados na instalação estão
descritos a seguir.
·
Bomba d’água (0,736 kW) – Utilizada para limpeza da sala de
ordenha, de equipamentos e máquinas, entre outras;
·
Bomba d’água (3,5 kW) – Utilizado para irrigação dos pastos;
·
Ordenhadeira (1,5 kW) – Utilizada no processo de ordenha dos
animais, sendo a bomba de vácuo a principal parte desta máquina.
·
Refriador/Taque de expansão (2,6 kW) –Utilizado para a
conservação do leite após a ordenha.
A metodologia utilizada neste trabalho baseou-se nos
procedimentos orientados pelo documento elaborado pela Agência Nacional de
Energia Elétrica (ANEEL) - Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no
Sistema Elétrico Nacional – PRODIST (Módulo 8).
Além disso, realizou-se também a análise das faturas
de energia elétrica dos últimos 12 meses, dezembro de 2017 a novembro de 2018,
disponibilizada pela concessionária Ampla Energia e Serviços S.A. Esta análise
teve como objetivo traçar o perfil de consumo da propriedade.
Com o propósito de investigar a relação entre tensão e
corrente elétrica realizou-se a análise de correlação, na qual os dados
coletados foram organizados em gráficos de dispersão e o coeficiente de
correlação calculado para mesurar a força da correlação.
Os dados utilizados neste estudo foram coletados por
um analisador de energia (Minipa ET 5061C). O período de coleta ocorreu entre o
dia 25 de novembro a 1 de dezembro de 2018, totalizando 1008 leituras válidas
obtidas em intervalos consecutivos (período de integralização) de 10 minutos
cada.
As grandezas registradas pelo analisador de energia
foram: tensão de cada fase, tensão entre as fases, corrente, potência ativa,
potência reativa, frequência, fator de potência e distorções harmônicas.
Na Figura 1 é apresentado o esquema de ligação do
analisador no quadro geral da propriedade leiteira.
![Figura 1: Conexão do instrumento em sistema trifásico 3 fios.
Fonte: [5].](http://revistas.poli.br/~anais/index.php/repa/article/download/1285/745/8050)
3 Resultados
e Discussão
3.1
Dados de Consumo e utilização da energia elétrica
Em uma das visitas à propriedade realizou-se a coleta
de algumas informações relevantes ao estudo, como por exemplo as faturas de
energia elétrica. A propriedade leiteira encontra-se enquadrada no grupo B, classificação
agropecuária, com ligação trifásica. A Figura 2 apresenta o perfil de consumo
anual de energia elétrica da instalação ao longo de um ano, obtido através da
análise das faturas de energia.
A Figura 3 demonstra o gráfico de demanda de um dia
típico da propriedade (27/11 – terça-feira), obtido a partir da coleta de dados
com o analisador de energia.
É possível observar através da Figura 2, que a
propriedade em questão possui um consumo anual médio de 765,83 kWh, tendo uma
redução considerável no mês de outubro de 2018 (440kWh). Tal fato pode ser justificado pela inatividade de um equipamento,
conforme informado pelo proprietário.
A partir da Figura 3 é possível constatar que há uma
maior demanda de energia em dois períodos do dia, de 6h30min às 11h e de
16h30min às 19h. Esses períodos de sobrecarga coincidem com o horário de
ordenha das vacas e o horário em que o caseiro chega à sua casa, depois do
expediente. Casa essa, conectada ao mesmo ramal alimentador do maquinário da
propriedade.
3.2Tensão
em Regime Permanente
O parâmetro utilizado para avaliar a qualidade da
tensão dos consumidores atendidos em tensão igual ou inferior a 1 kV, deve ser
a tensão nominal do sistema, que pode ser classificada de acordo com as faixas
de variação da tensão de leitura Quadro 1 [6].
|
Tensão de
Atendimento (TA)
|
Faixa de
Variação da Tensão de Leitura (TL) em (Volts)
|
|
Adequada
|
(202<TL<231)/(117<TL<133)
|
|
Precária
|
(191<TL<202
ou 231<TL<233)/
(110<TL<117
ou 133<TL<135)
|
|
Crítica
|
(TL<191
ou TL>233)/
(TL<110
ou TL>135
|
Com o auxílio do
software Excel foi possível obter os gráficos de tensão de cada dia em que o
analisador ficou instalado na propriedade. Na Figura 4 (a)(b)(c)(d)(e)(f) (g)(h)
é possível observar a variação das tensões de fase e os momentos em que os
limites estabelecidos pela ANEEL são desrespeitados.
Com relação a tensão em regime permanente, deve-se
calcular também o índice de duração relativo a transgressão para tensão
precária (DRP) e para tensão crítica (DRC). O limite para o indicador DRP é de
3% (três por cento) e para o DRC é de 0,5% (meio por cento). Tais indicadores
podem ser calculados utilizando as seguintes expressões:
|
|
|
(1)
|
|
|
|
(2)
|
Onde:
nlp = o maior valor
entre as fases do número de leituras situadas nas faixas precária.
nlc = o maior valor
entre as fases do número de leituras situadas nas faixas crítica.
Caso os
consumidores estejam submetidos a tensões de atendimento que desrespeitem os
indicadores DRP ou DRC, a distribuidora de energia deve compensá-los, assim
como os titulares das propriedades atendidas pelo mesmo ponto de conexão. Cabe
a parte lesada entrar em contato com a distribuidora informando a transgressão
e solicitando análise [6]. A fórmula utilizada para o cálculo de
compensação deve ser a seguinte.
Onde:
k1 = 0, se DRP ≤
DRPlimite;
k1 = 3, se DRP >
DRP limite;
k2 = 0, se DRC ≤
DRC limite;
k2 = 7, para
consumidores atendidos em Baixa Tensão, DRC > DRC limite;
k2 = 5, para
consumidores atendidos em Média Tensão, DRC > DRC limite;
k2 = 3, para
consumidores atendidos em Alta Tensão, DRC > DRC limite;
DRP = valor do DRP
expresso em %, apurado na última medição;
DRP limite= 3 %;
DRC = valor do DRC
expresso em %, apurado na última medição;
DRC limite = 0,5
%;
EUSD = valor do
encargo de uso do sistema de distribuição correspondente ao mês de referência
da última medição.
Desse modo,
analisando os dados obtidos pelo analisador de energia, foi possível verificar
o número de leituras consideradas adequadas, precárias e críticas em cada fase,
Figura 5 (a)(b)(c).
E assim calcular os indicadores DRP e DRC, que estão
dispostos no Quadro 2.
|
Medição
por faixa
|
Indicadores
|
|
Precário
|
Crítico
|
DRP (%)
|
DRC (%)
|
|
687
|
103
|
68,1
|
10,2
|
Observando o Quadro 2 é possível concluir que os
indicadores DRP e DRC estão bem acima dos limites estipulados. Desse modo, utilizando
a Equação 3 calculou-se o valor de compensação para a propriedade, chegando a
um valor de R$ 506,58 (Quinhentos e seis reais e cinquenta e oito centavos).
3.3 Desequilíbrio de
Tensão
O desequilíbrio de
tensão pode ser definido como qualquer diferença observada na amplitude da
tensão das fases de um sistema trifásico, e/ou diferença na defasagem elétrica
de 120° entre as tensões de fase de um mesmo sistema. Desse modo, os limites
para o indicador de desequilíbrio de tensão devem ser de 3% para tensão nominal
menor ou igual a 1kV e de 2% para tensão nominal entre 1kV e 230 kV [6].
![[4]](http://revistas.poli.br/~anais/index.php/repa/article/download/1285/745/8086)
A
expressão para o cálculo de desequilíbrio de tensão é:
|
|
|
(4)
|
![[6]](http://revistas.poli.br/~anais/index.php/repa/article/download/1285/745/8088)
Sendo:
|
|
|
(5)
|
Onde:
Vab, Vbc e Vca
= Magnitude das tensões eficazes de linha
A partir da
análise dos dados coletados pelo analisador de energia e utilizando a Equação 5
obteve-se o gráfico de desequilíbrio de tensão Figura 6.
Através da Figura 6 pode-se concluir que o fator de
desequilíbrio de tensão ultrapassa seu valor limite de 3% em determinados
instantes do dia, em sua maioria fora do horário de funcionamento do maquinário
da propriedade, ou seja, das 19h30min às 22h00min.
O desequilíbrio de tensão pode ser justificado pela
localização da propriedade, que se encontra em ambiente rural, na qual as
linhas de distribuição são muito extensas, propiciando esse distúrbio. Ou
ainda, motores elétricos com impedâncias desequilibras presentes na propriedade
[7].
O desequilíbrio de tensão de uma rede de alimentação
elétrica pode causar diversos efeitos prejudiciais as máquinas motrizes de
indução, tais como; aumento das perdas; elevação da temperatura, o que causa
desgaste do isolamento e redução da vida útil; alteração do tempo de partida;
redução do rendimento; aumento de custos com manutenção, entre outros [8].
3.4 Análise
de Correlação entre Corrente e Tensão Elétrica
Correlação é a relação existente
entre duas variáveis, onde os dados podem ser representados por pares ordenados
(x,y), sendo x a variável independente e y a variável dependente. Essa
correlação pode ser medida por meio do coeficiente (r), que varia no intervalo de -1 ≤ r ≤ 1, ou seja, no sentido positivo, quando se aproxima de 1, ou
negativo, se aproximando de -1 [9-10]. Outro recurso para análise da correlação é o gráfico de dispersão, sendo possível verificar a intensidade da correlação de
acordo com a proximidade dos pontos em relação a uma reta [11].
Sendo assim, este
trabalho investigou o grau de correlação entre corrente solicitada pelos
equipamentos presentes na planta de produção e conservação de leite, e a tensão
de fornecimento. As Figuras 7, 8 e 9 apresentam os diagramas de
dispersão e os seus respectivos coeficientes, considerando todas as faixas de
tensão adequada, precária e crítica, medidas nas fases 1, 2 e 3.
É possível observar que os coeficientes de correlação
de todas as fases apresentam valores próximos a 0, demonstrando, portanto, que
há uma relação mínima entre a tensão e corrente elétrica.
Diante disto, realizou-se a mesma análise considerando
somente as faixas de tensão precária e crítica, a fim de eliminar possíveis
interferência da faixa adequada nos resultados. As Figuras 10, 11 e 12
apresentam esta análise.
Observando as Figuras 10, 11 e 12 é possível constatar
uma elevação dos coeficientes de correlação. No entanto, continuam próximos de
0, não sendo possível justificar a queda de tensão, verificada na propriedade, por
meio da sobrecarga do sistema (alta corrente elétrica).
4. Conclusão
O presente estudo baseou-se
na avaliação da qualidade de energia elétrica por uma propriedade leiteira do
município de São Francisco do Itabapoana, tendo como base os padrões definidos
pelo PRODIST- Módulo 8.
A partir da análise das
faturas de energia elétrica e dos dados coletados pelo analisador de energia,
traçou-se o perfil de consumo e de demanda de energia da propriedade. O consumo
médio anual apresentado no ano de 2018 foi de 765,83 kWh e a demanda de um dia típico
apresenta dois períodos de maior incidência, ou seja, de 6h30min às 11h
e de 16h30min às 19h.
Com base nos resultados
obtidos é possível concluir que a propriedade se encontra fora dos padrões
estipulados pela ANEEL, no que se refere a tensão em regime permanente e
desequilíbrio de tensão.
Com relação a tensão em
regime permanente conclui-se que os indicadores DRP e DRC se encontram 68,1% e
10,2% acima do limite apresentado pelo PRODIST, respectivamente. Desse modo,
possibilitando que a propriedade receba um valor de R$ 506,58 (Quinhentos
e seis reais e cinquenta e oito centavos) da concessionária, devido a
transgressão desses limites. A respeito do
desequilíbrio de tensão constatou-se que há uma regularidade na qual seu valor
limite é ultrapassado, ocorrendo todos os dias das 19h30min às 22h00min,
ou seja, fora do horário de funcionamento da propriedade.
A partir da análise de correlação foi possível
observar que há uma relação mínima entre a tensão e corrente elétrica, não
sendo possível justificar a incidência de muitas medições de tensão nas faixas
precárias e críticas com o aumento da corrente elétrica.
Referências
[1] EMPRESA BRASILEIRA
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para geração de eletricidade na pecuária leiteira: Um enfoque multicriterial. 2017. 108 f.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Cândido Mendes, Campos dos Goytacazes,
2017.
[3] BONEBERG, B. S. et al. Qualidade de
energia: estudo de caso de uma indústria metalmecânica no sul do Brasil. Revista
Eletrônica Científica da Uergs, [s.l.], v. 3, n. 2, p. 315-339,
25 ago. 2017. DOI:
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[4] VACCARO,
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níveis de tensão em sistemas de distribuição de energia elétrica. Produção,
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Brasil LTDA. ET-5051C/ET5061C. São Paulo: Minipa, [2019].
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PRODIST – Módulo 8: Qualidade da Energia Elétrica. Procedimentos de
Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional. Brasília, DF,
2018. 88 p. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/MODULO8>. Acesso em:
10 dez. 2018.
[7] ALMEIDA, M. L. S. Avaliação da temperatura do motor de indução trifásico
submetido à desequilíbrios de tensão. 2013. 109 f.
Dissertação (Mestrado) - Universidade de Brasília, Brasília, 2013.
[8] NEVES,
A. B. F. Análise dos efeitos do desequilíbrio e da distorção
harmônica de tensão no conjugado e no rendimento de um motor de indução
trifásico. 2014. 153 f. Dissertação (Mestrado) -
Universidade de Brasília, Brasília, 2014.
[9] LARSON,
R.; F., B. Estatística Aplicada. 4. ed. São Paulo: Pearson
Prentice Hall, 2010. 527 p.
[10]
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Dimensionamento amostral para estimação de coeficientes de correlação em
híbridos de milho, safras e níveis de precisão. Bragantia,
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[11] RODRIGUES,
S. C. A. Modelo de regressão linear e suas aplicações. 2012. 78 f.
Dissertação (Mestrado) - Universidade da Beira Interior, Covilhã, 2012.