PROPOSTA DE ELABORAÇÃO DE UM PROJETO ELÉTRICO DE GERAÇÃO DE ENERGIA PARA UM EMPURRADOR FLUVIAL

Marcelo Lima CARDOSO (marcelocardoso1989@hotmail.com), Edson de Souza ANDRADE (e_s_andrade@hotmail.com)

Anderson José Costa SENA ( anderson.sena@estacio.br)

Curso de Especialização em Engenharia Elétrica. Faculdade EstácioBelém . Av. Gov. José Malcher, 1148, Nazaré - CEP 66055-260. Belém, PA

RESUMO – Este trabalho fala sobre o método de dimensionamento de um empurrador fluvial de um sistema de geração de energia para uma embarcação de pequeno ou médio porte, que deve ser dimensionado e operado de forma mais eficiente possível, procurando não trazer danos para a tripulação e ao meio ambiente, não trazendo prejuízos econômicos na sua operação, analisando como são dimensionados na vida real os sistemas elétricos de uma embarcação, demonstrando quais as ferramentas que são utilizadas para a realização dos cálculos para dimensionar o sistema. No primeiro capitulo será feito uma breve introdução ao trabalho, posteriormente no capitulo dois será discorrido sobre a revisão sobre as literaturas necessárias para o entendimento do trabalho.

Palavras-chave: Sistema elétrico de um empurrador, analise da cargas.

PROPOSED ESTABLISHMENT OF AN ELECTRIC PROJECT FOR A GENERATION SYSTEM A RIVER PUSHER

ABSTRACT - This paper discusses the design method of a river pusher of a power generation system for a small or medium-sized vessel, which must be scaled and most efficient way to operate, trying not to bring harm to the crew and to the environment, not bringing economic losses in their operations, analyzing how are sized in real life the electrical systems of a vessel, showing what tools are used to perform the calculations to scale the system. In the first chapter will be a brief introduction to work later in chapter two will be discoursed on the review of the literature necessary for the understanding of the work.

KeyWords: Electrical system of a river pusher, analysis of loads.

1 INTRODUÇÃO

Através de pesquisas realizadas para elaboração de projetos elétricos de embarcações percebe-se que não são encontradas com facilidade guias para elaboração de projetos elétricos navais, com isto procurou-se realizar neste trabalho uma forma de como realizar o dimensionamento do sistema de geração de energia através de geradores diesel .

A elaboração de um projeto elétrico para uma embarcação deve ser feita com base em documentos normativos que irão indicar os requisitos mínimos para a elaboração de cada projeto em particular. O responsável pela execução, instalação e o funcionamento do sistema elétrico e de seus componentes deve cumprir os requisitos da Sociedade Classificadora e as normas do International Electrotechnical Comission - IEC 92. O arranjo dos equipamentos elétricos na embarcação deverá ser tal que permita acesso a todas as partes que necessitem inspeção ou manutenção. Os equipamentos elétricos deverão serão adequados ao serviço tropical com temperatura ambiente.

Deve-se ter em mente que o projeto é uma antecipação da execução, para satisfazer os requisitos exigidos pelo contratante do projeto e as normas, realizando os cálculos do ponto de vista técnico e econômico.

2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA

2.1 projeto elétrico

Segundo Filho, 2001, um projeto elétrico é formado por um conjunto de ações que consistem em transferir energia desde uma fonte, até os pontos e utilização. No entanto, para que o tudo ocorra da melhor forma possível se faz necessário que um projeto seja elaborado.

Para um projeto ser considerado bom, ele deve rever as seguintes situações que podem vir a ocorrer na etapa de funcionamento do sistema, segurança, funcionalidade, capacidade de reserva, flexibilidade, melhor acessibilidade possível e uma boa condição de fornecimento de eletricidade para o sistema.

2.1.1 Critérios para elaboração do projeto de instalações elétricas

Para (Filho, 2001), um projetista deve observar ao menos três critérios, que são: Acessibilidade, flexibilidade e reserva de carga e confiabilidade, outro conceito é o de (Filho, 2002), diz que na fase de elaboração o projetista requer de muita experiência profissional e deve conhecer.

Inicialmente o projetista elétrico recebe uma lista dos equipamentos que serão utilizados na embarcação, montando uma planilha de cargas para dimensionar a geração de energia, assim como os principais equipamentos tais como painéis, transformadores, proteções e confirmar a demanda de carga estimada para dimensionar os geradores.

2.1.2 Análise de Carga

Segundo (Navarro,2015), para realizar as análises de cargas e posteriormente o dimensionamento dos sistemas elétricos, as cargas são separadas em normais, essenciais e essenciais críticas. Após as cargas serem separadas, deve-se dividi-las de acordo com a sua funcionalidade e seu grau de importância na embarcação, estes grupos serão primeiros 2 grupos os de corrente continua e os de corrente alternada.

Para o balanço elétrico serão divididas cinco situações que são: situações normais em que a embarcação poderá estar operando, são elas no mar navegando apenas com os sistemas essenciais em funcionamento, navegando com condições normais da geração principal, manobrando, efetuando operações em offshore, no porto fundeado. Onde cada situação apresenta os seus respectivos equipamentos que estarão em funcionamento em cada situação.

Em relação aos fatores de simultaneidade deve-se analisar as condições de operação a que a embarcação estará sendo submetida, já para equipamentos de emergência a análise é realizada em condições normais de operação, sendo o dimensionamento realizado em um único grupo, realizando as 11 manobras determinadas previamente quando a geração elétrica principal da embarcação está fora de seu funcionamento. Com isto realiza-se o balanço total de energia elétrica demandada da embarcação e também utiliza-se um acréscimo de 25% de folga para que possa se ter uma folga para aquisição de equipamentos no futuro que sejam mais robustos e demandem mais energia.

2.1.3 Geradores de energia

O gerador ( figura 1) tem como principal função transformar energia mecânica em energia elétrica O sistema de geração principal será constituído de 2 grupos diesel-alternadores, mas apenas um fica em funcionamento, ou outro fica de reserva para caso ocorra uma paralisação inesperada do gerador principal, com isso deve-se realizar o cálculo de levantamento de cargas para que cada grupo atenda a demanda do empurrador nas condições previstas no balanço elétrico, com isso deve-se ter em mente que diante das condições de funcionamento a carga máxima fornecida por cada gerador não deverá ultrapassar a 90% de sua potência nominal.

Figura 1- Conjunto Moto gerador

Fonte: Cardoso, 2016.

Para descobrir se o gerador vai suprir a demanda (Navarro, 2015), nos mostra que através das manobras realizadas por relés, ele demonstra como seria a atividade normal da embarcação e também como seria a pior situação de funcionamento em que a demanda é a maior possível, onde ocorre o maior gasto de energia possível.

2.1.4 Sistemas carga de corrente alternada

O sistema de carga de corrente alternada é a mesma carga encontrada em nossas casas muito utilizada em aparelhos residenciais, tendo como principal característica duas fases e não dois polos, um positivo e outro negativo. Por isso, seu sentido alterna, e seus pólos são chamados de fases, porque cada um deles assume as duas condições (ocorre quando a tensão for 220V, pois há a presença de 2 fases). Outra característica é a sua alta tensão, que podemos usar para transmitir com velocidade a corrente elétrica sem perder grande energia.

Na embarcação estudada foram apresentados os seguintes equipamentos: (Bomba. de incêndio e serviço, bomba de esgoto e lastro, unidade Hidrófora Água Doce, bomba Transferência óleo diesel, unidade hidráulica dos guinchos, unidade de tratamento sanitário, compressor auxiliar, máquina do leme, bomba de borra, esmeril, ventilador/exaustor, cafeteira elétrica, equipamentos de iluminação, PL1- iluminação geral, PL2- iluminação de serviço, retificador carregador de baterias, tomadas de força, equipamentos copa, cozinha e lavanderia, geladeira, forno micro-ondas, bebedouro, freezer, ar condicionado.

2.1.5 Sistemas carga de corrente continua

O sistema de carga de corrente continua é aquela que possui os dois polos, um positivo e outro negativo. Como possui polos definidos, o sentido dos elétrons se torna definido também, ou seja, partindo do polo positivo para o negativo por convenção, já que na realidade ocorre o contrário. São encontradas principalmente em pilhas e baterias, geralmente em tensões baixas.

A corrente continua não é usada em transmissões de alta tensão e de grande distância porque como possui um sentido único, exigiria muita força pra "empurrar" os elétrons, isso ocasionaria grandes perdas de energia. No empurrador são utilizadas os seguintes equipamentos: Luzes de navegação, radar de navegação, sistema de alarme de incêndio, alarme Geral, limpador de para brisas, apito elétrico, iluminação da agulha magnética, GPS, eco-sonda, tomadas de 24VCC, sistema de alarme de falhas, iluminação interna QEP, luzes de emergência, alimentação do Dimmer do PCE, indicador de ângulo dos lemes.

2.2 Dimensionamento do sistema

Nesta seção, serão analisados os dez grupos mencionados anteriormente em uma tabela, a qual irá fornecer a potência total consumida na pior situação de cada grupo. Após a análise de cada grupo separadamente para de fato levantar a potência necessária para os geradores será mostrado à tabela final total e é baseado nela que vamos conseguir visualizar a pior situação de navegação da embarcação, a qual se necessita a maior quantidade de energia fornecida pelos geradores, e assim poder dimensionar de forma coerente os equipamentos de geração. Esses valores foram tirados de uma análise previa separada de cada grupo onde constavam os equipamentos relacionados, a quantidade de equipamentos instalados na embarcação, a potência nominal de cada equipamento (é importante ressaltar que todos os valores de potência imputados nas tabelas a seguir estão em kW), fator de carga (varia de acordo com o equipamento), a potência absorvida pelo equipamento, o número de unidades em serviços e o fator de simultaneidade das cargas para cada situação de navegação. Para o caso das cargas essenciais críticas, como são equipamentos que não possuem intermitência, ou seja, eles ficam sempre ligados a rede de energia e não possui situações especificas para estarem energizados ou não, só possuem uma situação e consequentemente é necessário de estudar a mais severa. Logo, o dimensionamento é feito direto de acordo com a corrente demandada e o número de horas que é necessário para manter este tipo de equipamento em funcionamento.

3 MATERIAL E MÉTODOS

Neste capitulo será apresentada uma descrição detalhada de cada sistema estudado e como foram realizados os cálculos de dimensionamento do sistema de geração de energia da embarcação. Os dados obtidos foram desenvolvidos através de estudos da embarcação através de projetos e estudos realizados anteriormente em sistemas semelhantes.

Para o dimensionamento serão realizados os cálculos de dimensionamento da potência nominal, rendimento, fator de carga, potência real, realizar o somatório das cargas em cada situação e o fator de simultaneidade.

3.1 Fator de carga (FC)

Segundo (ANEEL, 2010), o fator de carga é definido como sendo a razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade consumidora ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado. Também se pode afirmar, que o fator de carga é a razão entre a energia ativa consumida e a energia máxima que poderia ser utilizada em um dado intervalo de tempo.

FC = Demanda média

Demanda máxima

Ou também,

FC = Consumo de energia Ativa ( Kwh )

Demanda máxima ( Kw) x Nª de horas

3.2 fator de simultaneidade (FS)

Em qualquer instalação, os equipamentos que são instalados não funcionam todos ao mesmo tempo. Por isso devemos calcular o fator de simultaneidade da demanda máxima provocada por um grupo de aparelhos ligados ao mesmo tempo. O fator de simultaneidade é um dado que deve-se ter muito cuidado, pois seu uso errado pode levar ao projetista a realizar um sistema subdimensionado.

Para ( FILHO, 2002), este fator é utilizado com a realização das somas das demandas individuais dos aparelhos, para um dado intervalo de tempo, com isto é encontrado um valor das demandas máximas de alguns aparelhos do grupo de cargas aplicado. Se estes cálculos não forem realizados com o rigor necessário, o sistema é passível de um subdimensiona-mento do circuito e equipamentos.

3.3 Potencia de saída(ps)

A potencia de saída ou demanda de carga é calculada utilizando a razão da potência nominal de cada aparelho pelo rendimento, multiplicado pelo fator de carga que será a potência que chega ao aparelho.

D = P ( W )

η * Fp

P= Potência em Watts

Fp = cosϕ = Fator de potência

η = Rendimento

D = Demanda de carga

3.4 RENDIMENTO

O rendimento energético de uma máquina é a relação entre a quantidade de energia útil e a energia fornecida. Se uma máquina apresenta um elevado rendimento, isso significa que desperdiça pouca energia, enquanto uma máquina com um baixo rendimento desperdiça grande parte da energia. Sempre que é realizada a compra de uma máquina deve-se ter em conta o seu rendimento, consultando a etiqueta de Eficiência Energética.

3.5 Dimensionamento dos geradores

Para realizar o dimensionamento dos geradores utiliza-se a somatória da potência, onde a utilização de equipamentos é feita em um ponto máximo de demanda de carga pela embarcação, este ponto máximo de utilização de energia se dá quando a embarcação no mar e com seus equipamentos funcionando em trabalho normal, onde este é o momento de maior demanda de carga necessária para o pleno funcionamento dos componentes elétricos do sistema.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capitulo serão mostrados os resultados da análise de carga e o sistema de geração dimensionado, com as tabelas de análise de cargas e os cálculos das potências necessárias para os cálculos de potências que serão utilizadas para o dimensionamento do sistema, pois para a realização dos cálculos de dimensionamento dos geradores, é realizado um levantamento das cargas dos equipamentos que fazem parte dos sistemas de corrente continua e corrente alternada.

4.1 sistema de corrente alternada

A geração de energia deverá ser trifásica, 3 condutores, 220 VCA, 60 Hz, com neutro isolado. O sistema de alimentação deverá ser de 220 VCA, trifásico, 2 e 3 condutores, 60 Hz, para linhas de potência, iluminação, controle e rádios. Para se realizar a análise de carga de corrente alternada o sistema será subdividido em 5 subsistemas que serão expostos em formas de tabelas para facilitar o entendimento das análises de carga realizadas

Na tabela 1, é feira análise de carga dos equipamentos de corrente alternada da praça de máquinas, onde esta análise é realizada em 4 situações distintas. Na tabela 2 será realizada a análise de carga nos ventiladores e exaustores da praça de máquinas e da cozinha. Na tabela 3 a análise de carga será realizada nos equipamentos de iluminação, composta pela iluminação geral, de serviço e tomadas de força. Na tabela 4 e tabela 5 serão realizadas as análises de carga nos equipamentos de copa, cozinha, lavanderia e ar condicionados. Para finalizar as análises foi realizado o somatório dos resultados de cada subsistema para realizar o dimensionamento dos geradores, utilizando o maior ponto onde a carga de utilização dos equipamentos é máxima, e utilizando uma folga de carga de 10%, pois, alguns equipamentos podem ser trocados por outros com maior carga no futuro.

Tabela 1 - Analise de Carga das máquinas

Fonte: Autoria Própria, 2016.

Tabela 2 - Analise de Carga Ventiladores e Exaustores

Fonte: Autoria Própria, 2016

Tabela 3 - Analise de Carga Equipamentos de Iluminação

Fonte: Autoria Própria, 2016.

Tabela 4 - Analise de Carga dos Equipamentos Copa, Cozinha e Lavanderia

Fonte: Autoria Própria, 2016.

Tabela 5 - Analise de Carga Ar condicionado

Fonte: Autoria Própria, 2016.

Tabela 6 - Somatório das Cargas de Corrente Alternada

Fonte: Autoria Própria, 2016.

4.2 sistema de carga de corrente continua

A geração deverá ser em 24 VCA provida através de um retificador. Este sistema alimentará os consumidores normais de 24 VCC como rádios, alarmes, equipamentos de navegação, luzes de navegação e sinalização, equipamentos de comunicação, etc. Bem como, A partida dos motores principais e auxiliares. Os cálculos para a análise de carga de corrente continua na embarcação, são visualizados na figura 7 e figura 8, que nos mostram os resultados da análise de carga dos equipamentos de comunicação, dos equipamentos de navegação, e a carga necessária para a partida dos motores que foram retiradas do data sheet dos motores.

Tabela 7 - Análise de Carga de Sistemas de Corrente continua.

Fonte: Autoria Própria, 2016.

Tabela 8 - Análise de Carga de Corrente dos equipamentos de comunicação.

Fonte: Autoria Própria, 2016.

5 CONCLUSÃO

Neste trabalho foi realizada uma tentativa de facilitar a obtenção de caminhos para a realização de cálculos de geração de energia, para uma embarcação de médio e pequeno porte, sendo realizados os cálculos da cargas de corrente continua e os cálculos de cargas de corrente alternada que é a corrente gerada pelo gerador, necessitando de o uso de um retificador para a modificação para corrente continua.

O projeto de dimensionamento de um sistema de geração de energia para a embarcação apresentou o resultado esperado no seu funcionamento, com isso pode-se concluir que os cálculos realizados estão de acordo com a necessidade de geração de energia para o pleno funcionamento dos componentes elétricos do sistema.

Como resultados da realização dos cálculos de projetos foram realizadas de acordo com as literaturas pesquisadas. A implantação deste projeto de dimensionamento, a embarcação obterá resultados de aspecto positivo no médio e longo prazo, pois estas ideias impactarão diretamente nos custos de operação, além de transmitir aos clientes, credibilidade, confiabilidade e segurança ao serviço prestado.

REFERÊNCIAS

ANEEL, Agência Nacional De Energia Elétrica. RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº 414, DE 09.09.2010. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/documents/656877/14486448/bren 2010414.pdf/3bd33297-26f9-4ddf-94c3-f01d76d6f14a?version=1.0. Acesso em 28 de Mar. de 2016.

CARDOSO, Marcelo Lima. Proposta De Elaboração De Um Estudo De Confiabilidade Do Sistema De Óleo Combustível De Uma Empurrador Fluvial De 1200 Hp. Monografia (para a obtenção do Grau de Especialista em Engenharia de Manutenção Industrial). Instituto de Estudos Superiores da Amazônia, Belém, 2016.

COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. São Paulo: Prentice Hall, 2003.

FILHO, João Mamede. Instalações Elétrica Industriais. 6. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.

FILHO, Domingos Leite Lima. Projetos de instalações elétricas prediais. 6. Ed. São Paulo: Erica, 2001.

NAVARRO, Leonardo Cordiviola. Sistema De Geração E Distribuição De Energia Elétrica Em Uma Embarcação De Suporte As Plataformas De Perfuração. 2015. 83fls. Monografia ( Trabalho para obtenção de grau em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2015.

SILVA, Junior. Diferenças Entre Corrente Alternada e Corrente Contínua. Disponível em: <http://www.eletricante.com.br/2012/07/diferencas-entre-corrente-alternada-e-corrente-continua.html>. Acesso em: 10 jul. 2016.

ANEXO A – Folha de análise do diagrama elétrico de força desenho 1