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ABRIL DE 2001 – Edição nº 57 – Controle & Instrumentação Cover Page Controlador de demanda: um aliado na economia de energia No chão-de-fábrica/prédio residem as reais oportunidades de economia
Agora é pra valer! Embora em âmbito industrial a escassez de energia elétrica não seja surpresa, as metas para o racionamento estipuladas pelo Governo não são nada fáceis de serem atingidas – entre 20% e 25%. Vale lembrar que não é de hoje que a Fiesp – Federação das Indústrias do Estado de São Paulo vem alertando e conscientizando sobre a situação do cenário energético nacional. Inclusive, muitas indústrias, principalmente as de meio e grande portes, já fizeram sua lição de casa, entre outras ações, investimento em automação e controle dos processos. É que, na verdade, independente da atual situação, ao investirem na otimização do consumo, os grandes consumidores estão mesmo preocupados com o custo que este elemento essencial para qualquer processo produtivo representa. No caso das cimenteiras, por exemplo, a energia elétrica chega a representar 30% do custo final do produto. Uma empresa com tarifa verde, por exemplo, no Rio de Janeiro, paga R$ 8,50 o kW/hora e sua conta é a soma da demanda contratada (usada ou não) mais o consumo no horário de pico (R$ 0,73) e mais multas em caso de excesso. E essa é a tarifa industrial mais simples. Logo, qualquer economia é bem vinda. Grande movimentação constatou–se por conta da resolução 456, uma medida da Aneel – Agência Nacional de Energia Elétrica, em vigor desde 29 de novembro do ano passado, que entre outras ações, a de maior impacto foi considerar obrigatório o uso da tarifação horo–sazonal ou o enquadramento a essa tarifação para empresas com demanda superior a 300 kW, que antes era 500 kW. Com isso, mais empresas foram introduzidas nessa modalidade, em substituição à tarificação convencional. Ou seja, ao invés de demanda única, terão um contrato de demanda na ponta e fora de ponta. Antes essas empresas podiam optar. Entretanto, a desinformação ainda prevalece, principalmente, nas empresas consideradas pequenas – “entre aspas”. “Muitas indústrias não sabem sequer ler a sua conta, o quanto é gasto, o quanto pode economizar”, comenta o engenheiro Mauricio Suppa, diretor comercial da Gestal, especializada em gestão de energia e utilidades, para quem o momento exige um trabalho mais intenso nesta faixa de indústrias, que embora tenham uma demanda relativamente baixa, assumem grande representatividade no contexto energético em virtude do número.
Exemplo de um painel de controlador de demanda
Com relação aos detalhes da conta de energia, o consumidor deve procurar a própria concessionária que lhe dará todas as informações necessárias, lembrando que para estes consumidores a fatura é binômia, constando consumo (kWh) e demanda (kW). Também existe o interesse por parte das concessionárias para que seus usuários controlem o consumo. Uma vez que a demanda de seus principais clientes não seja ultrapassada, a concessionária também não terá que aumentar sua própria demanda. Trata–se de um benefício de mão dupla: de um lado a concessionária quer vender o máximo do que gera ou compra, e de outro o consumidor quer aproveitar ao máximo daquilo que paga. Existe uma demanda mínima que é paga mesmo não fazendo uso. Uma vez acertado isso entre concessionária e seus principais clientes, esta terá o Fator de Carga ótimo também. Não é só uma questão do ponto de vista do consumidor final, mas sim de quem está fornecendo para ele. Suppa garante que um controlador de demanda é realmente útil para consumidores que devem ou possam opcionalmente ser enquadrados na Tarifação Horo Sazonal (THS). “A opção para quem não é obrigado pela legislação se torna interessante quando a unidade consumidora pode controlar, ou seja, deslocar o consumo e/ou demanda no horário de ponta, se beneficiando das tarifas mais baixas no horário fora de ponta”, sugere. Caso contrário a tarifação deverá ser convencional mesmo a tarifa de consumo sendo maior que a tarifa de consumo fora de ponta na THS. Empresas já tarifadas na modalidade THS devem verificar a existência de multas por ultrapassagens da demanda contratada, bem como o fator de carga. Neste caso, os consumidores podem contar com uma solução simples e barata: o controlador de demanda. Mesmo não havendo multas a unidade consumidora poderá estar operando com baixo fator de carga, o que significa estar pagando por uma energia não utilizada. Neste caso também o uso de um controlador de demanda seria justificado, pois com esta ferramenta a unidade consumidora poderia diminuir os valores contratados junto à concessionária de energia sem riscos de multa. Conforme orientou o engenheiro, um primeiro passo seria verificar se as demandas contratadas não foram nem sub nem super estimadas. “Muitos consumidores sujeitos constantemente a faturas elevadas por ultrapassagem dos valores contratados recorrem a uma atitude de certa forma confortável que seria a elevação do valor contratado de demanda, principalmente no período de ponta”, observa Suppa. Isto pode de certa forma evitar as multas por ultrapassagem, mas não incorrerá numa diminuição dos custos, pelo contrário, uma vez que estes consumidores continuarão pagando por aquele valor mínimo de contrato, agora majorado. A forma correta de se verificar se as demandas contratadas estão dentro da realidade é através de tabelas/gráficos que mostram os perfis diários das demandas, pois a partir destes poderão ser identificados os períodos críticos que implicarão primeiro num rearranjo das cargas indutivas e com isto realizar um novo contrato de demanda. Outras ferramentas já existem para análise automática dos valores contratados, permitindo simulações e cálculo da demanda ideal. Isto a fatura não mostra.

Uma vez estabelecidos os valores de contrato mais adequados para as demandas, entra em cena o controlador, tão em moda atualmente, mas que na verdade já encontra aplicação no Brasil há uns vinte anos. Trata–se é um equipamento eletrônico – um PC ou um CLP – que tem como objetivo principal manter a demanda do consumidor o mais próximo possível dos valores contratados, mas evitando qualquer tipo de ultrapassagem em relação aos mesmos. Com isto ele ajuda o consumidor a pagar apenas pela demanda que é usada, sem desperdício. O princípio é a medição, sendo que esta informação para controle deverá vir do medidor que cada concessionária instala no usuário. Lá estão os sinais de controle, além das variáveis a serem controladas, liberados através de solicitação padrão junto à concessionária. Baseado nestas informações, o equipamento toma decisões de quando atuar sobre as cargas passíveis de serem controladas dentro de cada período de integração. Atualmente os contratos para fornecimento de energia firme possuem duração de no mínimo 1 ano, podendo ser realizados contratos para energia temporária a curto prazo para consumidores com elevada demanda contratada.

Caso não haja tendência de ultrapassagem da demanda, o controlador não atuará. Mas caso contrário ele poderá atuar e quando a demanda diminuir ele terá que repor (ou pelo menos liberar para uso) de forma automática as cargas antes retiradas. O custo de instalação de um controlador de demanda irá depender do segmento de atuação da unidade consumidora e do porte da instalação. “Deve-se também calcular a relação custo/benefício obtendo-se o pay back do investimento a ser realizado, o qual pode variar de 1 mês a 1 ano”, garante Suppa. Além do custo do controlador de demanda, nesse cálculo deverá ser levado em consideração o custo de instalação elétrica, com a passagem de cabos para os quadros de comandos das cargas, comunicação, medição, entre outros.
CONTROLADORES e controladores Embora todos os controladores existentes no mercado tenham as mesmas finalidades básicas, ou seja, impedir que o usuário ultrapasse a demanda ou até mesmo reduzir a sua demanda, Maurício Suppa alerta que nem todos os equipamentos são equivalentes e podem ser divididos em dois grupos: os convencionais e os inteligentes. Inclusive, durante algum tempo o controlador de demanda ficou com uma conotação de vilão no mercado, acusado de prejudicar a produção ou o conforto térmico, por exemplo no caso de um shopping. “Infelizmente, hoje em dia encontramos muitos controladores de demanda desativados, outros tantos apenas monitorando, poucos controlando e quase nenhum otimizando a demanda contratada”, lamenta. A explicação é simples: o controlador de demanda não atuava como imaginado pelo usuário ou como prometido pelo vendedor.

Segundo Suppa, isso acontecia e infelizmente ainda acontece em virtude do método de controle utilizado por alguns fornecedores, retirando as cargas indevidamente, chaveando com grande freqüência ou indisponibilizando os equipamentos durante um período significativo. Ele explica que a primeira diferença entre um controlador de demanda convencional e outro inteligente começa no início da atuação de controle. Para um controlador de demanda convencional esta atuação poderá ser realizada de forma prematura ou intermitente dentro do intervalo de integração, pois se vale de medição por média móvel e controle por níveis (on/off) ou, ainda, por controle de projeção simples. “Um controlador de demanda inteligente posterga ao máximo sua atuação dando oportunidade para a demanda cair naturalmente, pois se baseia num método de medição preditivo mais elaborado”, compara. O consumidor de energia elétrica deseja um automatismo que não apenas evite as multas por ultrapassagem mas que proporcione um controle justo, ou seja tirar e repor o necessário e no tempo certo sobre as cargas, possibilitando a diminuição da demanda contratada sem traumas na produção. Suppa menciona que muitos são os consumidores que sofrem na transição de fora-ponta para ponta, e vice-versa, com controladores de demanda que controlam por níveis. Além disso a maioria dos Controladores de demanda em todo mundo atua sobre os equipamentos vendo-os como cargas elétricas apenas, quando deveriam “enxergar” as restrições de processo ou operacionais atreladas a estes equipamentos, escolhendo aqueles que estiverem mais aptos a serem atuados e ainda evitando a ultrapassagem da demanda. Este é o caso de um controlador de demanda dito inteligente em comparação ao controlador de demanda dito convencional que só enxerga a parte elétrica. “Se nada for desta forma é compreensível que o consumidor mantenha o controle de sua demanda em manual”, sustenta o diretor da Gestal. O controlador de demanda chamado de “adaptativo” é aquele que justamente se adapta às condições do processo. Através de um conceito de inteligência, antes de atuar sobre determinado equipamento, vai analisar se as atuais condições do processo são pertinentes, caso negativo, repete o processo em outra carga/equipamento e, assim, sucessivamente. Ou seja, pode estabelecer as prioridades dinamicamente, enquanto que nos convencionais as prioridades são fixas – atua na carga independente do seu estado, penalizando sempre aquele determinado equipamento. Conclui–se, portanto, que um controlador de demanda não deve retirar cargas de forma prematura ou irresponsável e sim esperar o momento certo para agir sobre a quantidade exata, nem mais nem menos, de kW. Como eleger as cargas a serem controladas? As cargas a serem controladas dependerão principalmente de dois fatores: segmento de atuação da unidade consumidora e das restrições operacionais de cada equipamento. O primeiro determina o modo de produção e os tipos de equipamentos ou cargas envolvidos. Produção em batelada possui mais cargas candidatas para controle enquanto que produção contínua já dificulta esta escolha. Conforme orientação do engenheiro deve–se sempre começar pelas cargas de utilidades que são aquelas que não interferem diretamente no processo. Caso as mesmas não sejam suficientes deve-se partir para os equipamentos de processo, respeitando as restrições operacionais ou do próprio processo, o que somente é possível com controladores de demanda “inteligentes”. Buscar informações em empresas de mesma atividade que já possuam um controlador de demanda pode ser um caminho interessante. Outra opção são empresas de consultorias especializadas na área. Uma metodologia consiste em obter a chamada demanda máxima na prática que seria a potência total instalada na unidade multiplicada pelo chamado fator de demanda que varia conforme a atividade da empresa, entre 0,3 e 0,6. Isto reflete a simultaneidade de cargas ligadas. A mínima carga de controle será, portanto, esta demanda menos o valor da demanda de controle a qual deverá ser igual ou menor que a demanda de contrato mais a tolerância. Sem esquecer que existe uma demanda fixa mínima para manter a instalação além de cargas críticas que dificilmente poderão ser atuadas. A princípio não existem cargas não controláveis, pois existirá sempre um período no qual ela poderá ser atuada sem prejuízo ou do processo ou de si própria. Cabe ao controlador de demanda ser capaz de detectar este período, e atuar se preciso. Esse novo conceito inteligente – nem tão novo assim, porque já existe há uns quatro anos – está tendo uma grande aceitação. E, certamente, as medidas de racionamento impostas pelo Governo, devem alavancar ainda mais esse mercado, que cresce a uma taxa anual de 12% a 15%. Motivos pelos quais muitos fornecedores estão concentrando o foco, na oferta de soluções para controle de energia. Podemos dividir os fornecedores em duas categorias: num grupo estão as empresas especializadas em ferramentas para controle e qualidade de energia e no outro as de soluções globais de automação industrial e controle de processos. Neste ponto, Suppa ressalta que, independente do hardware, o fundamental está no software e expertise é sempre um aspecto importante. O que justifica a adoção de sistemas automatizados continua sendo o retorno proporcionado pelos mesmos no “chão de fábrica/prédio”, onde moram as reais oportunidades de economia. Neste caso, na otimização energética sem perda de produtividade ou conforto.