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
ANEXO B – Folha de análise do diagrama elétrico de
força desenho 2
ANEXO C – Folha de análise do diagrama elétrico de
força desenho 3
ANEXO D – Folha de análise do diagrama elétrico de
força desenho 4
ANEXO E – Folha de análise do diagrama elétrico de
força desenho 5
ANEXO F – Legenda e símbolos do diagrama de análise
de força
ANEXO G – Data sheet do sistema elétrico dos MCP’s
A
câmera de som é leve e pequena o suficiente para ser usada nos mais
diversos ambientes - ela pesa 1,78 kg e mede 39 x 38 centímetros. A
câmera em formato pentagonal tem cinco conjuntos espirais com 30
microfones digitais de alta sensibilidade, capazes de detectar fontes de
ruído transientes e estacionários.