Recursos H´ıdricos do Brasil

As caracter´ısticas f´ısicas e geogr´aficas do Brasil foram determinantes para a implanta¸c˜ao de um parque gerador de energia el´etrica de base predominantemente hidr´aulica. Como cerca de 25% de todo o potencial hidrel´etrico conhecido correspondem a usinas em opera¸c˜ao e em constru¸c˜ao, estima-se que pelo menos nas duas pr´oximas d´ecadas, as fontes hidr´aulicas continuar˜ao a desempenhar importante papel no atendimento `

a crescente demanda de energia el´etrica.

A explora¸c˜ao desse potencial era, tradicionalmente, efetuada por empresas de economia mista (aquelas em que o acionista majorit´ario ´e a Uni˜ao), os governos estaduais ou municipais, que respondem por mais de 99% da produ¸c˜ao nacional de energia el´etrica para uso p´ublico. Hoje, cada vez mais, essa explora¸c˜ao tem a participa¸c˜ao da iniciativa privada.

Por´em, independentemente do car´ater p´ublico ou privado dos agentes encarregados do suprimento de energia el´etrica, ´e muit´ıssimo importante que a opera¸c˜ao e a expans˜ao do sistema el´etrico brasileiro, continuem a ser realizadas de forma coordenada, com alto grau de interliga¸c˜ao entre seus componentes. Esta interliga¸c˜ao permite obter dos sistemas uma produ¸c˜ao energ´etica superior `aquela que seria proporcionada pela soma das produ¸c˜oes das usinas em opera¸c˜ao isolada.

7.7.3 “O Brasil n˜ao precisa de Belo Monte”

C´elio Bermann. Doutor em Planejamento Energ´etico FEM/UNICAMP. Professor do Programa de P´os- gradua¸c˜ao em Energia da USP.

A Bacia Hidrogr´afica do Rio Xing´u est´a correndo o risco de se tornar uma jazida de megavates cara e in´util, social e ambientalmente insustent´avel.

A insistˆencia com que, atualmente, a empresa Eletronorte procura viabilizar o projeto da Usina de Belo Monte ´e uma evidˆencia deste risco. Localizado no rio Xing´u, o projeto com 11.182 MW faz parte de um complexo que envolve outras quatro usinas: Altamira (6.588 MW), Ipixuna (1.900 MW), Kakraimoro (1.490 MW) e Jarina (620 MW). Mais de 20 etnias ind´ıgenas vivem no rio Xing´u.

Praticamente 2/3 (63,6%) do potencial hidrel´etrico brasileiro encontra-se localizado na regi˜ao Amazˆoni- ca, principalmente nos rios Tocantins, Araguaia, Xing´u e Tapaj´os. As consequˆencias sociais e ambientais da possibilidade de implanta¸c˜ao dos empreendimentos hidrel´etricos previstos na regi˜ao, envolvendo quest˜oes como as relacionadas com reservat´orios em terras ind´ıgenas ou a manuten¸c˜ao da biodiversidade, exigem aten¸c˜ao e cuidados que n˜ao est˜ao sendo considerardos.

Sob o ponto de vista da responsabilidade ambiental, o fato de praticamente 2/3 do potencial hidrel´etrico brasileiro se localizar na regi˜ao amazˆonica torna ainda mais premente a necessidade do estabelecimento de medidas efetivas de manejo dos reservat´orios formados por usinas hidrel´etricas, conduzindo a gest˜ao das bacias hidrogr´aficas para o interior das empresas el´etricas, o que at´e hoje n˜ao tem se verificado.

Nos tres reservat´orios formados pelas usinas hidrel´etricas constru´ıdas na regi˜ao Tucuru´ı (PA) no rio Tocantins, com 2.875 km2; Balbina (AM) no rio Uatum˜a, com 2.360 km2; e Samuel (RO) no rio Jamari, com 560 km2 a cobertura vegetal n˜ao foi previamente retirada antes do fechamento das comportas, ocasionando a forma¸c˜ao de um ”paliteiro” e a emiss˜ao de gases decorrentes do processo de decomposi¸c˜ao do material orgˆanico mantido sob as ´aguas, al´em do comprometimento da qualidade das ´aguas, resultando numa sens´ıvel redu¸c˜ao das atividades de pesca.

Os reservat´orios destas tres usinas hidrel´etricas j´a constru´ıdas na regi˜ao emitem quantidades con- sider´aveis de CO2 e CH4, ambos gases de efeito estufa, colaborando com o agravamento do impacto ambiental desses reservat´orios.

Tomando-se como base o que j´a aconteceu com estas usinas hidrel´etricas, se todos os aproveitamentos hidrel´etricos de grande porte que est˜ao previstos na Amazˆonia forem concretizados, estima-se que ser˜ao emitidos cerca de 2.308,5 milh˜oes de toneladas equivalentes de CO2 nos primeiros dez anos ap´os o in´ıcio da opera¸c˜ao das usinas, ou 231 milh˜oes de toneladas equivalentes de CO2 por ano. Esse volume corresponde a 75% ou - da quantidade de emiss˜ao l´ıquida total para o ano de 1999 proveniente da queima dos combust´ıveis f´osseis, lenha e carv˜ao vegetal com origem de mata nativa, o que representa uma contribui¸c˜ao significativa e absolutamente indesej´avel.

A usina hidrel´etrica de Belo Monte, com 11.182 MW de potˆencia instalada, s´o vai operar com esta potˆencia durante tres meses do ano. Em fun¸c˜ao do regime hidrol´ogico, nos demais meses, a ´agua dispon´ıvel s´o vai possibilitar uma energia firme de 4.670 MW, ou seja, um fator de capacidade de pouco mais de 40%, o que torna esta energia muito cara para viabilizar o investimento total requerido.

Para aumentar o fator de capacidade e viabilizar Belo Monte, ser´a necess´ario regularizar a vaz˜ao do rio Xing´u, atrav´es da constru¸c˜ao das outras quatro usinas, que formar˜ao reservat´orios com ´areas t˜ao grandes que a pr´opria Eletronorte tem receio de divulgar.

O fato ´e que, ao contr´ario do que diz a Eletronorte e o governo, o Brasil n˜ao precisa de Belo Monte. ´

E poss´ıvel afastar as perspectivas de falta de energia para os pr´oximos anos adotando-se quatro solu¸c˜oes para aumentar a oferta. Primeira, reduzindo as perdas no sistema el´etrico brasileiro. Segunda, repoten- ciando as usinas com mais de 20 anos. Terceira, gerando energia em sistemas descentralizados atrav´es das PCH’s - Pequenas Centrais Hidrel´etricas e de usinas e´olicas que aproveitam a energia dos ventos. Quarta, aproveitando biomassa (baga¸co de cana ou res´ıduos do papel e celulose) em cogera¸c˜ao. Solu¸c˜oes que j´a deveriam ter sido adotadas a muito tempo, o que evitaria o quadro atual.

Todas elas gastando pouco em compara¸c˜ao com as grandes usinas, sem causar os indesej´aveis impactos sociais e ambientais, e disponiblizando para a sociedade brasileira o equivalente a mais de 33% da capacidade de gera¸c˜ao atualmente instalada.

7.7. CONSERVAC¸ ˜AO DE ENERGIA 159 da ordem de 15%. S˜ao perdas da ordem de 54 milh˜oes de MWh (ou 54 bilh˜oes de quilovates-hora) que ocorrem desde a eletricidade ´e gerada nas usinas, passando pelas linhas de transmiss˜ao e redes de distribui¸c˜ao at´e chegar na tomada do consumidor final.

Se o Brasil adotar um ´ındice de perdas de 6%, considerado como padr˜ao internacional, o sistema el´etrico teria um acr´escimo de disponibilidade de energia el´etrica de 33 milh˜oes de MWh, equivalente ao que produz durante um ano uma usina hidrel´etrica de 6.500 MW de potˆencia instalada (ou mais da metade da Usina de Itaipu, que possui 12.600 MW).

Os custos necess´arios para promover esta redu¸c˜ao das perdas consistem basicamente no melhor iso- lamento nas linhas e na substitui¸c˜ao de equipamentos antigos ou defeituosos, como os transformadores. A¸c˜oes que n˜ao est˜ao sendo feitas na frequˆencia e na amplitude que a atual situa¸c˜ao exige. Eles s˜ao muito menores do que os investimentos para a constru¸c˜ao de novas usinas. Este acr´escimo na disponibilidade poderia ser obtido sem inundar terras e sem expulsar as popula¸c˜oes que vivem nas m´argens dos rios que s˜ao barrados para a constru¸c˜ao das usinas hidrel´etricas..

Quanto `a Segunda, esta solu¸c˜ao considera o fato de que o parque de gera¸c˜ao de energia el´etrica no Brasil apresenta muitas usinas hidrel´etricas com mais de 20 anos de atividade.

Esta usinas podem aumentar sua capacidade de produzir energia el´etrica atrav´es de investimentos na troca de equipamentos (p.ex., substitui¸c˜ao do rotor do gerador), ou na moderniza¸c˜ao de componentes e sistemas.

Estima-se que o Sistema El´etrico brasileiro pode alcan¸car um acr´escimo de potˆencia da ordem de 7.600 MW, resultante da reabilita¸c˜ao, reconstru¸c˜ao ou reparos nas usinas hidrel´etricas existentes, e que operam a mais de 20 anos.

Este ganho de potˆencia pode ser obtido com custos bastante reduzidos em compara¸c˜ao com os custos de novas usinas (em torno de 1/3, podendo chegar a 1/5 dos custos de um novo Kw instalado). Se a repotencia¸c˜ao n˜ao interferir no n´ıvel do reservat´orio, n˜ao aumentando a cota de opera¸c˜ao, ser˜ao 7.600 MW sem impactos sociais e ambientais como ocorrem na constru¸c˜ao de usinas novas.

A Terceira solu¸c˜ao considera os dados oficiais do SIPOT-Sistema de Informa¸c˜ao do Potencial Hidrel´etrico - Eletrobr´as que indicam a existˆencia no Brasil de um potencial de 9.800 MW que podem ser obtidos com a constru¸c˜ao de 942 pequenas centrais hidrel´etricas. Nos pr´oximos tres anos, pelo menos 1/3 destas usinas poderiam ser constru´ıdas, agregando cerca de 3.200 MW ao atual parque gerador brasileiro.

As PCHs s˜ao definidas pela Aneel-Agˆencia Nacional de Energia El´etrica como usinas com potˆencia instalada total de at´e 30.000 kW (30 MW) e ´area inundada m´axima de reservat´orio de 3 km2. Tratam-se de aproveitamentos hidrel´etricos sem impactos sociais e ambientais significativos, que podem aumentar as condi¸c˜oes de suprimento de energia el´etrica no Brasil de forma descentralizada. No caso de v´arias PCHs localizadas num mesmo rio, para uma correta avalia¸c˜ao destes impactos dever´a ser considerado o conjunto dos projetos localizados na mesma bacia hidrogr´afica, procedimento este que deveria ser seguido na avalia¸c˜ao da viabilidade ambiental de grandes represas localizadas numa mesma unidade hidrogr´afica, o que nunca foi considerado. Este ´e justamente o caso das cinco usinas hidrel´etricas projetadas no rio Xingu, que devem ser analisadas no conjunto e n˜ao cada usina em separado, como est´a se querendo fazer com Belo Monte.

Quanto `a energia dos ventos, estima-se um potencial e´olico no Brasil da ordem de 29.000 MW, prin- cipalmente no litoral do Nordeste (Cear´a e Rio Grande do Norte). No prazo de tres anos seria poss´ıvel a instala¸c˜ao de 3.000 MW atrav´es das usinas e´olicas. As duas usinas (Ta´ıba e Prainha), recentemente con- stru´ıdas pela Wobben no litoral do Cear´a e que est˜ao fornecendo eletricidade para a Coelce, demonstram a viabilidade econ¨omica desta alternativa.

A Quarta solu¸c˜ao, por fim, identifica a cogera¸c˜ao `a partir do baga¸co de cana como a fonte com maiores possibilidades de utiliza¸c˜ao a curto prazo. Estima-se uma potˆencia atualmente instalada na regi˜ao Sudeste de 750 MW, concentrada no estado de S˜ao Paulo com 131 usinas, e uma capacidade instalada excedente de 150 MW. Por sua vez, na regi˜ao Nordeste, a potˆencia instalada ´e de 358 MW, localizada principalmente nos estados de Pernambuco e Alagoas. Hoje, ´e muito reduzida a comercializa¸c˜ao desta energia.

A partir do desenvolvimento tecnol´ogico, possibilitando o aumento de eficiˆencia no processo estima-se que 3.000 MW poderiam ser obtidos no pa´ıs a partir do baga¸co de cana de a¸c´ucar.

Outro setor onde a cogera¸c˜ao apresenta um grande potencial ´e a ind´ustria de papel e celulose, atrav´es do aproveitamento de res´ıduos em sistemas combinados de produ¸c˜ao de energia el´etrica e calor de processo. Para o Brasil, estima-se um potencial de 650 MW utilizando-se apenas o res´ıduo dessa ind´ustria como combust´ıvel.

Est˜ao aqui apontadas quatro solu¸c˜oes, sem considerar as imensas possibilidades da energia solar a partir de pain´eis fotovoltaicos.

No seu conjunto, estas alternativas tornam poss´ıvel acrescentar ao Sistema El´etrico brasileiro uma ca- pacidade instalada da ordem de 24.000 MW, apenas considerando as alternativas de oferta, sem considerar as oportunidades de ganhos com eficiˆencia energ´etica e conserva¸c˜ao. Olhando pelo lado da demanda, a atual crise indica ser cada vez mais oportuno o redirecionamento do perfil industrial brasileiro, hoje com ind´ustrias cujos processos de produ¸c˜ao consomem muita eletricidade, como ´e o caso das ind´ustrias de alum´ınio, das sider´urgicas, das ind´ustrias que produzem ligas de ferro, das ind´ustrias qu´ımicas de cloro e soda, e das ind´ustrias de papel e celulose.

Estes 24.000 MW s˜ao equivalentes a 33% da atual capacidade de gera¸c˜ao no pa´ıs, sem a necessidade de constru¸c˜ao de grandes usinas hidrel´etricas, nem de usinas termel´etricas `a g´as natural de grande porte que est˜ao atualmente sendo propostas como solu¸c˜ao.

A popula¸c˜ao brasileira ainda espera para o nosso pa´ıs uma pol´ıtica energ´etica onde o bom senso prevale¸ca. O Xingu n˜ao fala. Se falasse, pediria para n˜ao ser destru´ıdo!

Chapter 8

Acionamento de motores de indu¸c˜ao

“Com for¸ca e com vontade a Felicidade, h´a de se espalhar com toda a intensidade.” (Ivan Lins) Motor el´etrico ´e a m´aquina destinada a transformar energia el´etrica em energia mecˆanica. O motor de indu¸c˜ao ´e o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utiliza¸c˜ao de energia el´etrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua constru¸c˜ao simples, custo reduzido, grande versatilidade de adapta¸c˜ao `as cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Os tipos mais comuns de motores el´etricos s˜ao:

Motores de corrente cont´ınua - s˜ao motores de custo mais elevado e, al´em disso, precisam de uma fonte de corrente cont´ınua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em cont´ınua (retificador). Podem funcionar com velocidade ajust´avel entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precis˜ao. Por isso, seu uso ´e restrito a casos especiais em que estas exigˆencias compensam o custo muito mais alto da instala¸c˜ao.

Motores de corrente alternada - s˜ao os mais utilizados, porque a distribui¸c˜ao de energia el´etrica ´e feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos s˜ao:

- Motor s´ıncrono: funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potˆencias (devido ao seu alto custo em tamanhos menores)ou quando se necessita de velocidade invari´avel.

- Motor de indu¸c˜ao: funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecˆanica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, ´e o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de m´aquinas acionadas, encontradas na pr´atica. Atualmente ´e poss´ıvel controlarmos a velocidade dos motores de indu¸c˜ao com o aux´ılio de inversores de freq¨uˆencia.

8.1

Sobre acionamentos el´etricos

Nesta se¸c˜ao, faremos a apresenta¸c˜ao dos termos e dos equipamentos mais empregados no acionamento de motores el´etricos.

8.1.1 Terminologia

Acionamento Manual: Componente mecˆanico de acionamento de um equipamento. Exemplo: bot˜ao de comando, alavanca, etc.

Acionamento por corrente alternada (CA): Circuito de comando alimentado por corrente alternada. Acionamento por corrente continua (CC): Circuito de comando alimentado por corrente cont´ınua. Bot˜ao: Designa¸c˜ao dada a dispositivos de comando, aos quais pertencem os bot˜oes de comando de diversos

tipos, que possibilitam o acionamento ou interrup¸c˜ao da corrente de comando. Podem ser do tipo pulsante ou travante, com contatos normalmente abertos ou normalmente fechados, ou ambos.

Bot˜ao de comando de fim de curso: Bot˜ao acionado mecanicamente para sinaliza¸c˜ao, comando e limita¸c˜ao de curso. O miolo da botoeira ´e que cont´em os contatos e os terminais do dispositivo fim de curso. Bot˜ao Sinalizador: Botoeira com bot˜ao transparente de forma tal, que se obtenha, assim como no sinal-

izador luminoso, uma indica¸c˜ao ´otica dada por uma lˆampada embutida no mesmo.

Capacidade de Interrup¸c˜ao: M´axima corrente que um dispositivo de manobra ou prote¸c˜ao (contator, disjuntor, chave seccionadora, etc) pode interromper em condi¸c˜oes definidas.

Categoria de Emprego: Classifica¸c˜ao dos dispositivos de comando de cargas de acordo com as finali- dades para as quais s˜ao previstos.

Chave: Dispositivo de manobra mecˆanico, capaz de ligar, conduzir e interromper correntes sob condi¸c˜oes de sobrecarga previstas e, tamb´em, de conduzir por tempo especificado, correntes sob condi¸c˜oes anormais pr´e-estabelecidas, tais como as de curto-circuito. Certos tipos de chaves podem ligar mas n˜ao interromper correntes de curto-circuito.

Chave Principal: Dispositivo que comanda o circuito principal de alimenta¸c˜ao, ligado direto ao consum- idor, passando atrav´es desse a corrente de opera¸c˜ao.

Chave Seccionadora: Dispositivo que na condi¸c˜ao aberta, satisfaz as exigˆencias de distˆancia de isola¸c˜ao especificadas.

Chave Seccionadora sob Carga: Dispositivo que permite operar o circuito com sua carga ligada. Circuito auxiliar ou de comando: Circuito por onde s˜ao acionados os dispositivos de manobra. Pode

ser usado para fins de medi¸c˜ao, comando, travamento e sinaliza¸c˜ao.

Circuito principal: Circuito formado pelas partes mais importantes, incluindo os contatos principais, destinados a conduzir a corrente de opera¸c˜ao.

Contato: Parte de um dispositivo de manobra, atrav´es da qual um circuito ´e ligado ou interrompido: Contato NF (Normalmente Fechado): Contato que abre, quando do estabelecimento, e fecha quando

da interrup¸c˜ao;

Contato NA (Normalmente Aberto): Contato que fecha, quando do estabelecimento, e abre quando da interrup¸c˜ao;

Contato auxiliar: Contato de chave auxiliar;

Contato inserido em um circuito auxiliar e operado mecanicamente pelo contator.

Contato de selo: ´E um contato auxiliar do contator, que tem a finalidade de selar a alimenta¸c˜ao da bobina do contator. Este contato ´e ligado em paralelo com o bot˜ao de liga¸c˜ao do contator.

8.1. SOBRE ACIONAMENTOS EL ´ETRICOS 163 Contato principal: - Contato no circuito principal de um dispositivo de manobra;

- Contato inserido no circuito principal de um contator, previsto para conduzir na posi¸c˜ao fechada, a corrente desse circuito.

Corrente de curto-circuito: Designa¸c˜ao gen´erica para a corrente poss´ıvel de ocorrer no local de insta- la¸c˜ao de um dispositivo de manobra, quando os terminais est˜ao curto-circuitados.

Corrente nominal: Corrente de opera¸c˜ao de um circuito, determinada pelas condi¸c˜oes de emprego, em fun¸c˜ao da qual s˜ao escolhidos os diversos dispositivos.

Corrente de partida: Corrente que o motor consome quando ligado, por´em ainda em repouso (na partida ou frenagem). Seu valor m´edio ´e de seis a nove vezes a corrente nominal dos motores.

Sobrecarga: Quando ´e ultrapassado o valor da corrente nominal de um equipamento el´etrico. Pode ser por excesso de carga no eixo do motor ou defeito mecˆanico no motor ou acoplamentos.

N´ıvel de Isolamento: Conjunto de valores de tens˜ao suport´aveis nominais que caracterizam o isolamento de um equipamento el´etrico em rela¸c˜ao a sua capacidade de suportar solicita¸c˜oes diel´etricas.

Partida lenta: S˜ao partidas em que a in´ercia de carga ´e alta, provocando um tempo de partida acima de: 5s - partida direta;

10s - partida estrela-triˆangulo; 15s - partida compensadora; 10s - partida estrela s´erie-paralelo.

Prote¸c˜ao do motor: Prote¸c˜ao contra efeitos de sobrecarga e curto-circuito sobre o motor, isto ´e, prote¸c˜ao da instala¸c˜ao do enrolamento contra aquecimentos e esfor¸cos eletrodinˆamicos inadmiss´ıveis atrav´es de:

- Rel´e t´ermico de sobrecarga; - Sondas t´ermicas;

- Fus´ıveis; - Disjuntores.

Seletividade: Opera¸c˜ao conjunta dos dispositivos de prote¸c˜ao que atuam sobre os de manobra ligados em s´erie para a interrup¸c˜ao escalonada de correntes anormais (por exemplo, curto-circuito). O dispositivo de prote¸c˜ao deve interromper a parte do circuito de for¸ca imediatamente anterior a falha. Os demais dispositivos de manobra devem permanecer ligados, a n˜ao ser que o dispositivo anterior tenha falhado e assim sucessivamente.

Vida ´util mecˆanica: Caracterizada pela resistˆencia ao desgaste do equipamento, sendo determinado pelo n´umero de manobras sem carga que o equipamento pode realizar sem defeitos mecˆanicos.

Grau de prote¸c˜ao: As normas definem o grau de prote¸c˜ao dos equipamentos el´etricos por meio das caracter´ısticas IP seguida por dois algarismos:

- 1 Algarismo - Indica o grau de prote¸c˜ao contra penetra¸c˜ao de corpos s´olidos estranhos e contato artificial;