60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

É crescente a busca de fontes alternativas de energia dada a exaustão das fontes tradicionais. Atualmente, muitas das usinas em condições de gerar estão sendo repotencializadas e colocadas a operar, em função do aumento da demanda de energia e das pequenas verbas disponíveis para aplicação. As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) estão sendo consideradas para suprimento de demandas extraordinárias, como horários de pico ou falhas no sistema, levando à crescente busca pela automação destes sistemas.
É indiscutível a expansão da automação em todos os setores energéticos. Na geração, o desenvolvimento da automação é justificada principalmente por dois motivos, falta de mão-de-obra qualificada para operação e redução dos preços dos equipamentos de automação. Do mesmo modo, houve investimento na elaboração de softwares para controle dos processos envolvidos em sistemas a serem automatizados, conhecidos por Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA).
Neste contexto, a proposta deste artigo é apresentar um sistema supervisório didático desenvolvido sob a plataforma Elipse E3®, para monitoramento de uma PCH levando em consideração os principais fatores necessários para seu funcionamento e efetiva geração de energia, abordando também as variáveis matemáticas envolvidas no processo.

METODOLOGIA:

Num primeiro momento, buscou-se a familiarização com os processos envolvidos na geração de energia. Para tanto, fez-se o levantamento bibliográfico sobre geração e PCHs, de forma a permitir a identificação das principais variáveis envolvidas e necessárias ao processo de funcionamento de uma PCH, desde a tomada d’água até a efetiva geração de energia. Num segundo momento, foi realizada a caracterização destas variáveis de forma a ser utilizada no sistema supervisório.
Basicamente, na geração de energia hidrelétrica, as turbinas hidráulicas recebem energia de um fluxo hidráulico, a convertem, e a disponibilizam no eixo motriz da referida turbina. O número de turbinas e seu tipo parte do critério de que a central hidrelétrica deve atender, técnica e economicamente, uma demanda especificada. Porém, além da demanda, deve-se conhecer ainda a vazão Q (m³/s) e a queda líquida H_l (m), que é dada considerando-se as efetivas perdas de carga.
Em paralelo a esta caracterização, realizou-se o levantamento bibliográfico relacionado aos programas SCADA existentes, focando naquele que melhor se adapta à aplicação desejada. Na seqüência, foi desenvolvido, em Elipse E3®, o sistema supervisório com interface gráfica amigável para monitoramento das principais variáveis envolvidas no processo.

RESULTADOS:

O aplicativo desenvolvido, intitulado SiSMo-PCH, apresenta ao operador, em sua tela principal, uma visão geral do sistema. Esta tela é constituída de um menu superior, uma tela de acesso aos subsistemas monitorados e um frame inferior que contém uma tabela com os alarmes gerados.
No menu superior estão os botões de acesso ao usuário, através dos quais são abertas telas explicativas que trazem informações sobre PCHs e sobre o próprio aplicativo, servindo de base teórica aos usuários. Já no frame central é permitido o acesso às telas que mostram as variáveis monitoradas em cada um dos subsistemas: tomada d’água, gerador e turbina.
O supervisório apresenta ainda uma tela de comando, na qual se estabelece o tipo de simulação a ser realizado (normal ou passo-a-passo), bem como as características da PCH em questão, tais como rendimento da turbina, vazão e altura. Nesta mesma tela são informadas as perdas a serem consideradas em cada simulação. A partir dos dados fornecidos pelo usuário juntamente com a modelagem matemática adaptada ao software, o aplicativo calcula a potência ativa a ser gerada por este aproveitamento hidrelétrico.
O supervisório possui um Manual do Usuário, com procedimentos de utilização e manutenção, além de uma revisão bibliográfica sobre o tema.

CONCLUSÕES:

O sistema supervisório apresentado mostrou ser uma ferramenta bastante prática para avaliação e compreensão do funcionamento de uma PCH, principalmente por possuir uma interface gráfica que permite acompanhar a evolução das variáveis selecionadas para o monitoramento da geração de energia.
A versão inicial do aplicativo foi desenvolvida em Elipse E3® por apresentar, em sua versão demonstrativa, um número ilimitado de variáveis internas e por se tratar de um produto atual, com alto nível tecnológico e diversas facilidades de programação.
A modelagem matemática desenvolvida serviu de ponto de partida para a modelagem matemática completa a ser obtida para uma PCH, tornando ainda mais real este sistema de monitoramento. Além disso, a existência de um banco de dados capaz de armazenar os resultados das simulações e posterior consulta através da emissão de relatórios, são ferramentas muito visadas e essenciais na aplicação prática de um sistema supervisório.
O aplicativo permite o emprego, como trabalho futuro, de estudos voltados à área de máquinas elétricas, focados em geradores síncronos, fator de potência e compensação de reativos da rede. Por outro lado, um estudo sobre o comportamento da vazão da água, de acordo com a variação do nível do reservatório, também é válido.

Instituição de fomento: Programa de Educação Tutorial – PET/DEPEM/SESu/MEC

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: monitoramento, PCH, sistema supervisório

E-mail para contato: ajpinotti@gmail.com