Vol.28,n.3,pp.92-100 (Out Dez 2016) Revista UNING Review
ISSN online 2178-2571 Openly accessible at http://www.mastereditora.com.br/review
PROJETO E IMPLEMENTAO DE UM PROTTIPO DEMEDIDOR E ANALISADOR DE ENERGIA ELTRICA COM
CONTROLE DE DEMANDAPROJECT AND IMPLEMENTATION OF A PROTOTYPE OF METER AND ANALYZER OF
ELECTRIC ENERGY WITH CONTROL OF DEMAND
PEDRO ROGRIO PEREIRA NEVES1*, NGILA RIBEIRO DE MENEZES2
1. Acadmico do curso de graduao em Engenharia Eltrica da UNING - Centro Universitrio Ing; 2. Engenheira de Controle e Automao peloCESUMAR - Centro de Ensino Superior de Maring. Especialista em Projeto de Circuitos Integrados Analgicos pela USP - Universidade de SoPaulo. Mestrado em andamento em Engenharia Eltrica na USP - Universidade de So Paulo. Docente da UNING - Centro Universitrio Ing.
* Avenida Eid, 697, Paranacity, Paran, Brasil. CEP: 87660-000. [email protected]
Recebido em 27/09/2016. Aceito para publicao em 16/11/2016
RESUMO
Os medidores de energia atuais possuem como objetivosomente quantificar a energia eltrica consumida em umperodo de 30 dias para atender a necessidade de fatura-mento das concessionrias de distribuio de energia. Como avano no desenvolvimento tecnolgico na distribuio deenergia e introduo das Smart Grids (redes inteligentes)associados necessidade da sociedade em acompanhar deperto o seu oramento, surge a necessidade de medidoresque disponham de valores instantneos de medio deenergia, para o acompanhamento de perodos de consumo,apresentando valores em watt-hora e tambm valores mo-netrios. O objetivo deste trabalho demonstrar a possibi-lidade de criao de medidores de energia que atendam anecessidade tanto das concessionrias de energia quantodos consumidores, tornando as informaes mais fceis eprticas para ambas as partes. No prottipo foi possvelobter leituras com erro menores que 2%, tornando-se umdesvio pouco significativo, e possibilitando o usurio a fazerum bom acompanhamento no oramento mensal do con-sumo de energia.
PALAVRAS-CHAVE: Consumo de energia, gerenciamento,interao, economia.
ABSTRACTThe current energy meters are aimed only quantify the electric-ity consumed in the period of 30 days to meet the need goessales of power distribution utilities. With the advancement intechnological development in energy distribution and introduc-tion of Smart Grids (intelligent network) associated with theneed of society to closely monitor your budget, the need formeters that have instantaneous power measurement valuesarises for monitoring periods of consumption, with values inwatt hour and also monetary values. The objective of this studyis to demonstrate the possibility of creating energy meters thatmeet the need of both utilities as consumers, making the in-
formation easier and practical for both parties. In the prototypeit was possible to obtain readings with lower error than 2%,making it a very significant shift, and allowing the user to do agood follow-up in the monthly budget of energy consumption.
KEYWORDS: Consumption of energy, management, inter-action, economy.
1. INTRODUODiante da crise energtica que se vive no momento,
torna-se evidente a real necessidade de se reduzir o des-perdcio de energia1.
Para que haja melhor compreenso da atual criseenergtica brasileira, faz-se necessrio conhecer o fun-cionamento do sistema eltrico brasileiro desenvolvidopara que se utilize da vasta disponibilidade de recursoshdricos que o pas possui2.
Nos perodos midos com excesso de chuvas, a par-ticipao das hidreltricas para que se atenda a demandado consumo de energia chega aos 90%, entretanto nosperodos com escassez de chuva esta capacidade de for-necimento pode diminuir, sendo necessrio o suprimentode energia por outras fontes, vez que a demanda de con-sumo permanece a mesma3.
No Brasil, esta necessidade suprida por usinas ter-meltricas e outras fontes, sendo as termeltricas as querespondem por maior parte deste fornecimento secund-rio, disponibilizando para consumo 30% da demanda3.
Assim, considerando que as hidreltricas so asprincipais fontes energticas brasileiras, uma diminuiomuito significativa no volume de gua de seus reservat-rios, poder ocasionar racionamentos, vez que as terme-ltricas e demais fontes energticas, no suportam a de-manda de consumo2.
Alm das condies de fornecimento da energia
Neves & Menezes / Uning Review V.28,n.3,pp.92-100 (Out - Dez 2016)
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para o consumo, outros fatores contribuem para criseenergtica, como o crescimento populacional e o aque-cimento causado pelas ondas de calor em regies declima menos intenso, causando um aumento do consumodevido utilizao de equipamentos para climatizaode ambientes, como exemplo o ar-condicionado2,3.
Devido a este acrscimo no consumo, h necessidadede investimentos em projetos para aumento da capaci-dade de fornecimento de energia eltrica, mas como osrecursos monetrios de implantao so grandes e otempo para execuo tambm so longos, fica comosada para o consumidor, fazer o controle do seu consu-mo evitando os desperdcios e acrscimo nas tarifas deenergia eltrica. O controle do consumo de energia estatrelado a custos, que por sua vez est atrelado ao bene-fcio, que submete o consumidor a pensar na qualidadeda energia que consome3.
Um dos elementos que podem influenciar na quali-dade da energia, o nvel de desbalanceamento da ten-so que pode ser observado atravs de uma variao emtorno de seu valor eficaz (tenso nominal), estes devemtrabalhar dentro de nveis aceitveis, os quais so esti-pulados por rgos que fiscalizam e regulamentam ofornecimento de energia eltrica4,5,6.
A energia eltrica pode ser vista como uma das mat-rias primas necessrias para o conforto dos consumido-res, porm, ao contrrio das demais, no possvel rea-lizar os procedimentos de recebimento ou de inspeo,ou seja, controle de qualidade. As demais matrias pri-mas utilizadas em uma indstria, por exemplo, podemser rejeitadas caso no estejam conforme padres espe-cificados, pois podem provocar danos a equipamentosque esto consumindo, bem como contribuir no aumentodo custo6.
Este trabalho traz o desenvolvimento de um prottipotarifador com controle de demanda, capaz de apresentar,em tempo real, os valores tarifrios e o consumo, comerro mximo de 2%, possibilitando ao consumidor reali-zar o monitoramento do seu consumo dirio.
Os valores podem ser observados sempre que ousurio desejar, e com a opo de fazer o uso de contro-les da demanda de consumo, quando se fizer necessrio.
Ademais, este possui uma soluo para monitorar aqualidade da energia devido s variaes de tenso, pois interessante notar o grau de importncia que se d paraestas ocorrncias no sistema eltrico. Naturalmente,quanto mais grave for ocorrncia, mais interessanteser analisar e detectar as causas. Para melhor compre-enso do trabalho, as perturbaes que se relacionamcom a qualidade de energia so classificadas como so-bretenso e subtenso.
Dessa forma, o presente trabalho foi desenvolvidocom o objetivo principal de disponibilizar os valores detarifao da energia eltrica, eventualmente monitorar aqualidade da energia, e se necessrio, fazer um controle
de consumo atravs do controle de demanda.
A evoluo dos medidores de energia eltricaA quantificao de energia reconhecida pela cincia
teve seu incio no sculo XIX, com equipamentos sempreciso, pois se tratavam de equipamentos que quanti-ficavam a energia de maneira estimada com uma cargaconstante, ou seja, sem variao da corrente, com varia-o somente do perodo de consumo7.
Esta quantificao do consumo de energia eltricateve incio com o medidor para corrente contnua, de-senvolvido e patenteado por Samuel Gardiner, no ano de1872. Este medidor tinha como unidade de medida, umavarivel denominada lmpada-hora, que originou o no-me medidor de lmpada-hora. O medidor indicava operodo que uma lmpada permaneceria ligada, conside-rando que a carga era conhecida, obtendo a energia con-sumida atravs do produto entre o tempo ligado e a po-tncia nominal da carga8.
Em 1878, foi desenvolvido um medidor por J.B.Fuller, um medidor de lmpada-hora que operava emcorrente alternada, composto por um mecanismo que eraacionado por um par de bobinas que vibravam com afrequncia da alimentao, desta forma houve um avan-o da contagem no relgio-registrador, e com isto o re-gistro da energia9.
Entre 1878 e 1880, Thomas Edison desenvolveu oprimeiro medidor de quantidade de energia consumida,baseado na deteriorao qumica de duas placas de zincointerligadas pelo circuito do cliente, em determinadoperodo as placas eram substitudas e pesadas, a diferen-a com relao a uma placa nova resultava na quantida-de de energia consumida7,8.
Em 1885, o professor italiano Galileo Ferraris, com adescoberta do princpio da induo, facilitou o desen-volvimento de medidores mais precisos. Tais medidoresbaseiam-se no fluxo magntico produzido por duas bo-binas agindo sobre um rotor metlico que produz umafora e o faz girar (Principio de Ferraris). Este o prin-cpio de funcionamento dos medidores eletromecnicosde corrente alternada fabricados at os dias de hoje7.
Na dcada de 1970, com a evoluo da eletrnica,comeam a introduo de medidores e registradores ele-trnicos na tarifao da energia eltrica, que alm deinformar o consumo de energia eltrica, possuem infor-maes de qualidade e disponibilidade da energia eltri-ca.
Os medidores de energia eletrnicos tero um cres-cimento em sua utilizao devido expanso nos proje-tos de conexo a redes inteligentes (Smart Grids) e anecessidade de informao solicitada pelo cliente do seuconsumo em tempo real9.
No Brasil, a iniciativa prtica dos medidores eletr-nicos, ainda limita-se a projetos pilotos. Um destes pro-jetos o estudo de uma possibilidade de alterao regu-
