Autor(es): Aparecido Ferreira do Carmo, Rafael Plaza Carillo, Antonio Carlos Araujo dos Santos, Vicente Jose Costa Vale, Carlos Alberto Santos de Souza, Edson Roberto de Carvalho, William de Paulo Silva; Prefeitura da Unicamp

Resumo: A qualidade de energia elétrica tem sido uma preocupação cada vez maior no estudo de sistemas elétricos de potência, o avanço da eletrônica mudou consideravelmente as características das cargas interligadas ao sistema elétrico, embora tenhamos observado uma considerável redução no consumo de energia ativa de diversos equipamentos elétricos, os mesmos em sua maioria apresentam um consumo elevado de energia reativa em comparação com a energia ativa, a relação entre energia ativa e reativa determina se a carga possui um baixo ou elevado fator de potência que pode ser indutivo ou capacitivo. A maioria das cargas interligadas hoje ao sistema elétrico possuem fator de potência indutivo, o que contribui para uma redução significativa do fator de potência, comprometendo a qualidade de energia elétrica. Após análise das constas de energia elétrica do Campus Barão Geraldo, a prefeitura universitária por meio da Divisão de Água e Energia iniciou um projeto com vistas a melhorar a qualidade de energia elétrica no Campus, e reduzir a zero o consumo de energia reativa, consequentemente reduzindo os gastos com energia elétrica da Universidade. Descrição resumida: A correção de fator de potência é uma ação que visa o melhor aproveitamento e qualidade da energia elétrica, buscando uma maior razão entre a energia que efetivamente realiza trabalho e a energia total transmitida. Um baixo fator de potência resulta na circulação de uma corrente total superior à que seria necessária caso o fator fosse maior, ocasionando inúmeros efeitos indesejáveis na instalação, dentre eles: subutilização da capacidade instalada, quedas e/ou flutuações de tensão e sobrecarga nos equipamentos de manobra e proteção da instalação. No Brasil, A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estabelece no documento Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), em seu Módulo 8 – Qualidade de que o fator de potência no ponto de conexão não deve ser inferior a 0,92 indutivo ou capacitivo. Essa avaliação é feita pela concessionária de forma mensal ou de forma horária, ou seja, em intervalos de 1 hora. Desse modo, é de extremo interesse do consumidor que o fator de potência de sua instalação seja o mais próximo possível da unidade e não inferior ao valor estabelecido na legislação vigente. Assim, além de não haver incidência de multas por parte da concessionária, a energia fornecida é mais eficientemente utilizada, minimizando perdas e flutuações de tensão, além de diminuir a corrente total que circula na instalação. A Prefeitura Universitária por meio da Divisão de Água Energia iniciou em 2019 um trabalho de retrofit de seus bancos de capacitores instalados na rede de distribuição primária, as antigas células capacitivas instaladas não estavam adequadas para correção do fator de potência atual, bem como estavam no final de sua vida útil e no ano de 2018 uma parcela significativa das mesmas saiu de operação, reduzindo o fator de potência, elevando o valor pago à concessionária, além deste fator, um ponto que cabe ressaltar é que o consumo de energia reativa acompanhou o crescimento de área construída da Universidade entre os anos de 2014 a 2018 com a instalação de novos postos de transformação, cabines de energia e aumento da potência instalada. Visto a necessidade imediata do retrofit dos bancos, a DAE realizou um estudo para correção do fator de potência, assim aumentando expressivamente a potência capacitiva dos bancos, providenciou a substituição células capacitivas, como também a troca das chaves a óleo necessárias para manobra dos mesmos, melhoria na lógica do comando e ajuste na programação do controle automático dos bancos. Além disso, em 2020 iniciou-se um trabalho de inspeção diária em todos os bancos de capacitores a fim de verificar o seu correto funcionamento. Resultados: O projeto contou a com a colaboração de toda a equipe de energia da DAE, o corpo operacional colaborou com a detecção das avarias presentes nos bancos de capacitores, enquanto os engenheiros eletricistas foram responsáveis tanto por projetar a quantidade necessária de células capacitivas que deveriam ativar a fim de reduzir a zero o consumo de energia reativa, quanto no planejamento das ações a serem tomadas. O projeto é de implantação contínua, uma vez que mensalmente as faturas de energia são monitoradas a fim de verificar qualquer consumo de energia reativa naquele mês, nesse sentido também é necessário o trabalho da equipe a operacional, verificando diariamente através de inspeções de rotina se todos os bancos de capacitores estão em suas condições normais de funcionamento. Como pode-se observar no gráfico apresentado no Anexo I, o valor pago referente ao consumo de energia reativa em 2017 foi de R$ 118.282,75, em 2018 foi de R$ 345.607,30 aumento de 292%, em 2019 após nossa atuação inicial com a substituição das células capacitivas de maior potência, das chaves de manobra e melhoria na lógica do comando e ajuste na programação do controle automático dos bancos, a redução chegou a R$ 87.687,38 ou seja uma redução de 75% referente ao valor pago no ano de 2018 e abaixo do valor pago no ano de 2017, antes das intervenções realizadas. No ano de 2020 após a adoção da gestão de inspeção diária nos bancos de capacitores, o valor de reativo pago foi reduzido à R$ 29.993,92, redução de 65% comparado ao ano de 2019 e 91% comparado ao ano de 2018, no ano de 2021 que foi o primeiro ano inteiro em que se fez a inspeção diária, o valor reativo pago foi de apenas R$ 51,91, uma redução de praticamente 100%, em 2022 até o presente momento de elaboração deste trabalho, não houve registro de consumo de reativos ou seja R$ 0,00 custo zero para a universidade. Estimando o valor que a Unicamp deixou de pagar nos quatro últimos anos, tomando-se por base o máximo valor pago no ano de 2018, a economia estimada ultrapassa 1 milhão de reais, um valor altamente expressivo, uma vez que não houve investimento imediato para correção do fator de potência, a economia foi realizada utilizando a capacidade intelectual da Equipe através de estudos para otimizar a utilização dos equipamentos e ferramentas disponíveis, bem como a gestão dos equipamentos existentes e das inspeções diárias. O Anexo II apresenta algumas fotos dos trabalhos realizados no de 2019.

Palavras-Chave: Eficiência energética; Energia elétrica; Fator de potência

Notas: Vencedor 5º colocado - menção honrosa Dimensão: O projeto além de atender às expectativas imediatas amplia os horizontes para ser aperfeiçoado no futuro, uma vez que a correção do fator de potência tornou-se uma política de eficiência energética da área, pensando na ampliação do Campus e mudanças futuras, a Divisão de Água e Energia já solicitou a compra de novos equipamentos por meio do Programa Plurianual de Investimento (PPI) a fim de substituir equipamentos já obsoletos (frente a tecnologia do mercado) e otimização dos recursos disponíveis. As chaves a óleo necessárias para manobra dos bancos de capacitores serão substituídas por chaves a vácuo, desta forma elimina-se o risco de contaminação do meio ambiente em caso de avaria no equipamento, bem como risco de incêndio na infraestrutura elétrica, o que pode comprometer o fornecimento de energia. As células capacitivas também serão padronizadas em valores comerciais, facilitando a compra de novas células capacitivas para reposição com menor prazo de entrega. Serão instalados no Campus mais pontos com bancos de capacitores, o que aumentará a confiabilidade do sistema, minimizando os riscos de prejuízos ou custos, referente energia reativa, caso algum ponto falhe. Na infraestrutura presente hoje, os bancos de capacitores concentram-se em dois pontos específicos do Campus. Serão investidos aproximadamente R$ 700 mil reais na melhoria da infraestrutura, valor baixo se comparado com os custos já pagos referente energia reativa e a importância para a Universidade. Abrangência: Embora o projeto tenha sido realizado pela Divisão de Água e Energia da Prefeitura, a abrangência do projeto alcança todo o Campus Campinas, uma vez que hoje é de responsabilidade da DAE a distribuição de energia elétrica a todas as unidades do Campus, a responsabilidade pela manutenção da qualidade de energia acaba também sendo incorporada pela DAE, desta forma todas as ações que visem uma melhoria na fornecimento de energia acabam impactando toda a comunidade do Campus. Outro ponto importante de ser ressaltado é o fato de a fatura de energia elétrica do Campus Campinas ser única para todas as unidades, desta forma a expressiva redução nos custos apresentados neste projeto tem influência direta no orçamento de toda a Universidade, não se restringindo apenas a unidade que tomou a iniciativa de desenvolvê-lo. Replicabilidade: Uma vez que a Unicamp possui apenas uma fatura de energia elétrica para o Campus Campinas como um todo, como já mencionado, o projeto já atende todas as unidades alocadas no mesmo, o que indica a relevância deste projeto para a Universidade, além da expressiva economia apresentada nos resultados, um outro fator que cabe ressaltar são os índices de eficiência energética que apresentaram uma significativa melhora para toda a Universidade. A correção do fator de potência é uma ação necessária à todas instalações atendidas em média tensão, a Unicamp possui mais unidades atendidas neste nível de tensão que não fazem parte do Campus Campinas, assim este projeto pode servir de base para implantação de outros projetos que visem a eficiência energética e redução de custos com energia nas demais unidades como COTUCA, FCA, FOP, entre outras. Eficácia: Pode-se dizer que em um curto espaço de tempo, o projeto atingiu o seu principal objetivo que era levar os custos com consumo de energia reativa a zero, no ano de 2017 quando uma boa parte das células capacitivas ainda estavam em funcionamento, o gasto anual ainda assim atingiu o patamar de R$ 118.282,75, chegando a R$ 345.607,30 em 2018. Após o início da implantação do projeto em um período de apenas 4 anos, o custo com energia reativa até o presente momento foi levado a R$0,00 (zero), demonstrando a expressiva eficácia da implantação do projeto, conforme expresso na fatura de energia elétrica de julho de 2022 no Anexo III. Redução de custo: Desde o ano de sua implantação, observou-se uma queda acentuada nos valores pagos por energia reativa até o alcance da meta de custo R$ 0,00 (zero) no ano de 2022, após o primeiro ano de implantação do projeto em 2019, a redução de custo foi de R$ 257.919,92 (aproximadamente 75%), no ano de 2020, a redução comparada ao ano anterior foi de R$ 57.693,08 (aproximadamente 66%), em 2021 comparada a 2020, a redução em termos percentuais foi de aproximadamente 100%, padrão seguido até o presente momento no ano de 2022. Caso nenhuma medida fosse tomada, o perfil de custo anual a partir de 2019 até 2022 seguiria de forma bastante conservadora no mínimo o registrado em 2018, ou seja R$ 1.382.433,20, considerando o maior custo mensal registrado conforme fatura de energia do Anexo IV e estendendo-se os valores para um período de quatro anos, o custo seria de R$ 2.376.189,60, ou seja a redução de custo certamente atingiu valores entre R$ 1.382.433,20 e R$ 2.376.189,60. Redução de tempo: Após a implantação de inspeção diária aos bancos de capacitores como rotina de manutenção, pequenas avarias puderam ser detectadas e rapidamente resolvidas, o que facilitou o trabalho da equipe operacional, pois sem realização da inspeção diária, muitas vezes as pequenas avarias no sistema acumulavam-se, o que tornava a detecção do defeito algo mais dispendioso em termos de tempo. Considerando que a inspeção diária leva aproximadamente 15 minutos por dia para ser realizada, este pequeno tempo dedicado tem potencial de reduzir o tempo de um serviço de manutenção corretiva que levaria até mesmo horas, para apenas alguns minutos, além disso muitos problemas podem ser sanados antes que a falha de fato aconteça, o que chamamos de manutenção preventiva. A próxima etapa do projeto consiste em instalar dispositivos de comunicação que permitam o monitoramento remoto dos principais parâmetros dos bancos de capacitores, a fim de reduzir ainda mais o tempo dedicado a este serviço, eliminando a necessidade de inspeções diárias aos bancos de capacitores in loco, desta forma a verificação de funcionamento seria feita de forma remota, e as inspeções seriam feitas em períodos de tempo mais espaçados, apenas para se verificar a integridade dos circuitos que compõe o sistema. Integração: Embora a correção do fator de potência seja realizada na média tensão pela Divisão de Água e Energia da Prefeitura, este trabalho tem o potencial de despertar para o uso racional da energia dentro do Campus e para a Universidade como um todo, a correção do fator de potência na média tensão seria o último recurso para melhoria da qualidade de energia, o primeiro ponto ideal apontado pelas normas vigentes das concessionárias de energia elétrica seria que cada unidade fosse responsável pela correção do seu fator de potência. Uma realidade que por razões diversas não é a encontrada na maioria das unidades do Campus Barão Geraldo, a partir deste trabalho e dos resultados apresentados, a Divisão de Água e Energia tem despertado e conscientizado as unidades do Campus na elaboração deu seus novos projetos para a necessidade de apresentação de projetos de correção de fator de potência, o que trará uma maior confiabilidade para o sistema como um todo e também irá integrar todas as unidades na busca pelo uso cada vez mais racional e eficiente da energia elétrica, sendo a Unicamp um modelo de sustentabilidade para toda a comunidade.

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Imprenta: Campinas, SP: Unicamp, 2022