Análise de Ressarcimento de Danos em
Condicionadores de Ar do Tipo Split no Aplicativo
Computacional APR
Arthur Costa de Souza, Carlos Eduardo Tavares
Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Elétrica, Uberlândia/MG, Brasil
Paulo Henrique Oliveira Rezende
Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Faculdade de Engenharia Elétrica, Uberaba/MG, Brasil
Resumo A proposta deste artigo é avaliar os resultados obtidos por análises de ressarcimento de danos elétricos a consumidores, mais especificamente de aparelhos condicionadores de ar do tipo Split. São realizados estudos de caso com referência em uma curva de suportabilidade dielétrica proposta para representar os limites admissíveis de tensão deste equipamento, com o objetivo de contribuir para a área de ressarcimento de danos aos equipamentos eletroeletrônicos. Para tanto é proposta uma curva de suportabilidade representativa baseada em testes laboratoriais destrutivos em seus circuitos da unidade de controle. Posteriormente, são realizados estudos de caso de ressarcimento para avaliar a consistência da curva proposta através de simulações computacionais no aplicativo específico para este fim, o APR (Analisador de Pedidos de Ressarcimento). Esta proposta permite a comparação da suportabilidade com a solicitação dielétrica advinda de um distúrbio na rede auxiliando na decisão da concessionária de energia elétrica quanto ao ressarcimento ao consumidor reclamante.
Palavras-chaves Suportabilidade dielétrica, ar- condicionado tipo Split, APR.
I.INTRODUÇÃO
Nos últimos anos o sistema elétrico brasileiro tem sofrido mudanças consideráveis. Algumas dessas mudanças podem ser percebidas na qualidade da energia elétrica que é entregue ao consumidor. Entende-se por energia elétrica de boa qualidade uma energia entregue de forma ininterrupta, com frequência estável, e com sua forma de onda puramente senoidal. Tais características permitem que o equipamento funcione em sua forma pretendida, ou seja, sem redução de vida útil [1]. Com o aumento de acesso à informação e maior divulgação dos direitos do consumidor, a população encontra-se melhor informada e mais consciente dos encontra-seus direitos enquanto consumidores. Diante destes aspectos, tem se constatado uma elevação significativa dos pedidos de ressarcimento feitos por consumidores atendidos em baixa tensão, devido aos danos em seus equipamentos eletroeletrônicos, possivelmente ocasionados por problemas na qualidade da energia elétrica de suprimento [2]. Dispositivos elétricos estão se tornando menores e mais sensíveis aos distúrbios de qualidade de energia elétrica, devido à evolução da eletrônica de potência.
De fato, a ocorrência de fenômenos advindos da natureza e outros, somados a ação de dispositivos de proteção e/ou manobra, têm ocasionado impactos que podem ser determinantes na operação dos mais diversos equipamentos que compõem os seguimentos industriais, comerciais e residenciais [3]. Sob a ação destes fenômenos, os aparelhos elétricos podem vir a operar de maneira inadequada ou, em casos extremos, os mesmos podem até mesmo sofrerem danos físicos que exigem uma pronta manutenção ou reposição
Diante desta conjuntura, há um número muito maior de pedidos de ressarcimento por danos que os consumidores apresentam às concessionárias. No entanto, constata-se que as concessionárias estão se adaptando à nova regulamentação e, há um número crescente de pleitos de consumidores por danos denegados, cabendo recurso à agência de regulação [4]. Os assuntos regulatórios enfrentados podem desempenhar um papel importante na forma como os seus programas são estruturados. Uma vez que os problemas de qualidade de energia, muitas vezes envolvem interações entre o sistema de abastecimento e as instalações e equipamento do cliente, os reguladores devem certificar-se de que as empresas de distribuição têm incentivos para trabalhar com os clientes e ajudar os clientes a resolver estes problemas [1].
Por conseguinte, o tema, como um todo, vem motivando: investigações direcionadas à melhoria do processo de análise das questões em foco, domínio e difusão do conhecimento da correlação entre os distúrbios e efeitos [1], assim como o fornecimento de diretrizes para o oferecimento de produtos que possuam um maior nível de suportabilidade diante dos distúrbios típicos nas redes elétricas [5].
Diante este quadro, este artigo sintetiza os avanços e aprimoramentos de uma metodologia computacional alicerçada em indicadores dos níveis de solicitações dielétricas do condicionador de ar tipo Split, quando submetidos à ação de distúrbios da rede elétrica. Tais indicadores constituem-se nas bases para o estabelecimento de um processo comparativo entre causas e efeitos, quando então os fenômenos manifestados nas redes são correlacionados com os padrões de suportabilidade dos produtos sob análise, conduzindo, por fim, a existência ou não do nexo causal associado com a solicitação sob análise [6].
ressarcimento) permite a emissão do parecer sobre a procedência do pedido de ressarcimento fundamentado na comparação dos níveis de solicitação dielétrica e térmica, causados pelos distúrbios nas redes elétricas, com os respectivos limites de suportabilidade [6, 7]. A violação destes itens apresenta-se como indicativa de grande possibilidade de danos ao equipamento perante o distúrbio analisado. Diante deste cenário, este artigo tem como finalidade estudar a suportabilidade dielétrica do ar-condicionado tipo Split, que vem assumindo grande difusão nas aplicações residenciais, comerciais e industriais e, por conseguinte, se apresentando como uma carga bastante significativa no sistema elétrico.
II.SUPORTABILIDADE DIELÉTRICA
A curva representativa dos limites de tensão em função do tempo de exposição, nos termos sugeridos pela Fig. 1, se apresenta com um eixo vertical, representando os níveis de tensão responsáveis pela ruptura do isolamento, e um horizontal, expressando o tempo de exposição do produto à sua respectiva tensão.
Fig. 1. Curva típica de suportabilidade dielétrica.
Como indicado, a característica completa compreende em três regiões com objetivos distintos, uma destinada a representar os fenômenos transitórios impulsivos; outra visando a inserção dos distúrbios de característica oscilatória e, por fim uma terceira, representativa das sobretensões em 60 Hz. Estas caracterizações se destinam a contemplar, respectivamente, fenômenos típicos manifestados nas redes elétricas, a exemplo de: descargas atmosféricas; ação de religadores, chaveamentos de bancos de capacitores, dentre outros; e, por fim, ocorrências atreladas com elevações da tensão nominal por tempos maiores e intensidades moderadas, como ocorre quando de perdas de carga e outros [3].
À luz do fato que a primeira seção do traçado envolve tempos da ordem de µs, e a última, intervalos de cerca de alguns segundos, optou-se pela utilização de funções logarítmicas para a representação matemática das curvas de suportabilidade, conforme indicado por (1).
V(t) = α .log t + β (1)
Onde V(t) deve ser entendido como um valor de tensão admitido pelo equipamento durante um intervalo de exposição definido por t, o qual seria capaz de impactar nocivamente na estrutura do produto em análise [6]. Nestes termos, conhecendo-se, por exemplo, os valores da função V(t) para dois instantes distintos, t1 e t2, obtém-se para o primeiro segmento:
α = 𝑌(𝑡2)−𝑌(𝑡1)
𝑙𝑜𝑔𝑡2−𝑙𝑜𝑔𝑡1 e β = Y (𝑡1)-α .log𝑡1 (2) Os demais segmentos seguem a mesma particularidade, utilizando-se de (1) com os seus coeficientes determinados nos termos estabelecidos por (2).
A estratégia aqui empregada consiste na realização de ensaios, a nível destrutivo, considerando a metodologia proposta em [3], a qual contempla os seguintes eventos:
(Ensaio 1) Sobretensões moderadas – manifestadas nos circuitos de baixa tensão em 60 Hz e destinadas à avaliação de desempenho dos equipamentos sob condições de níveis de tensão representativos de distúrbios típicos manifestados nas redes de distribuição;
(Ensaio 2) Sobretensões extremas – representativas da ocorrência de fenômenos que conduzem a níveis bastante elevados de tensão em 60 Hz, a exemplo de uma queda de cabos de média tensão sobre os condutores de baixa tensão. Este é um fenômeno manifestado quando de acidentes que rompem os condutores, por exemplo, em 13,8 kV, os quais entram em contato com os cabos de baixa tensão;
(Ensaio 3) Transitórios impulsivos – visando a reprodução de fenômenos atrelados com a incidência de descargas atmosféricas sobre os condutores da rede de suprimento.
Ensaio 1 - Sobretensões moderadas em 60 Hz
Este se destina à determinação dos pontos representativos da curva de suportabilidade dielétrica dos equipamentos para a denominada região III da curva de suportabilidade. Para o cumprimento desta meta utilizou-se de uma fonte programável de tensões, através da qual foi possível aumentar a tensão aplicada até que a suportabilidade dielétrica do aparelho fosse ultrapassada, ocasionando, por consequência, danos físicos no produto ensaiado.
A estrutura física utilizada compreendeu: uma fonte de tensão, com características programáveis e um osciloscópio digital para a aquisição das formas de onda de tensão e corrente. Este arranjo é indicado na Fig. 2.
Fig. 2. Principais componentes da estrutura experimental utilizada para a realização de ensaios com sobretensões moderadas em 60 Hz.
Ensaio 2 - Sobretensões extremas em 60 Hz
física destinada à reprodução de tal distúrbio operacional através do arranjo físico indicado na Fig. 3.
Fig. 3. Principais componentes da estrutura experimental utilizada para a realização de ensaios com sobretensões extremas em 60 Hz.
O transformador monofásico, de 5 KVA, de relação de transformação de 7.967/240 V viabilizou a sobretensão extrema que se faz incidir sobre o produto em teste e, para o controle do instante de incidência do fenômeno e sua retirada, foi empregado um arranjo constituído por contatores, botoeiras e disjuntores de proteção, todos indicados no diagrama esquemático. Vale ressaltar que este ensaio é responsável pela região II da curva de suportabilidade dielétrica do equipamento em questão.
Ensaio 3 - Transitórios impulsivos
A caracterização das ondas de tensão e corrente incidentes sobre as redes e propagadas até os consumidores finais é contemplada em documentos como: IEEE C6241, IEEE C6234, IEEE C6245, IEC 61643-1, IEC 61000-4-5. Estes estabelecem um padrão de onda associado com os clássicos 1,2 µs para o tempo de subida e 50 µs para se atingir 50% do valor de crista da tensão. Vale lembrar que este ensaio é o responsável pela região I da curva de suportabilidade dielétrica do equipamento em estudo. A Fig. 4, efetivamente, ilustra tal fenômeno.
Fig. 4. Forma de onda padrão para o impulso de tensão.
Quanto ao arranjo laboratorial que se emprega a este ensaio, consiste em recursos disponibilizados por um laboratório de alta tensão típico, a qual dispõe, dentre outros, uma fonte de impulsos de tensão que permite reproduzir valores de pico de até 200 KV, com uma energia de 20 kJ. A Fig. 5 sintetiza os componentes que necessitam para a montagem laboratorial, onde se constata: o equipamento gerador de impulsos, os medidores e sensores, um medidor de energia e o equipamento focado no teste.
Fig. 5. Estrutura laboratorial para reprodução de descargas atmosféricas.
III.RESULTADOS DOS ENSAIOS
Devido aos custos associados, os ensaios destrutivos foram aplicados em unidades físicas de circuitos equivalentes da unidade evaporadora do condicionador de ar split, montadas nos moldes propostos pela referência [8]. Neste sentido, os resultados oriundos dos testes nestes protótipos são mostrados na sequência.
A- Sobretensões moderadas em 60 Hz.
O valor da tensão aplicada foi de 2,45 pu da tensão de alimentação (220 V), ou seja, uma tensão de 539 V a qual corresponde o valor máximo que a fonte programável pode fornecer. Foi realizado o mesmo ensaio quatro vezes, com o intuito de obter maior amostragem dos dados obtidos. A tabela I apresenta uma síntese dos resultados obtidos, com os valores observados para a tensão e para a corrente, bem como a duração do evento até o dano de algum componente do circuito.
TABELA I-SÍNTESE DOS RESULTADOS LABORATORIAIS –ENSAIO DE SOBRETENSÃO MODERADO EM 60HZ
Ensaio Duração(s) Corrente Rms (A) Tensão Rms (V)
Ensaio 1 48s 51,61 A 538.93
Ensaio 2 74s 49,80 A 538.93
Ensaio 3
Ensaio 4 96s 80s 41,26 A 49,73 A 538.93 538.93
Complementarmente, a Fig. 6 mostra o respectivo gráfico correspondente ao ensaio 1.
Fig. 6. Gráfico do ensaio 1 de sobretensão moderado em 60 Hz.
B- Sobretensões extremas em 60 Hz.
TABELAII-SÍNTESE DOS RESULTADOS LABORATORIAIS –ENSAIO DE SOBRETENSÃO EXTREMA EM 60HZ.
Ensaio Protótipo Duração(s) Tensão pico (V)
Ensaio 1 A 38 ms 1566,32 V
Ensaio 2 B 44 ms 1790,08 V
Ensaio 3 Ensaio 4
A
B 08 ms 09 ms 1454, 44 V 1790,08 V Complementarmente, a Fig. 7 mostra o respectivo gráfico que correspondente ao ensaio 1.
Fig. 7. Gráfico do ensaio 1 de sobretensão extrema em 60 Hz.
A diferença de tempo entre os ensaios 1 e 2 com os ensaios 3 e 4, se deve pelos protótipos terem sido reformados após os primeiros distúrbios, em que os componentes que não chegaram a se danificar sofreram estresses elétricos, ou seja, reduziu o tempo de sua suportabilidade dielétrica perante o distúrbio aplicado.
Apesar da configuração proposta na Fig. 5, infelizmente, a estrutura laboratorial disponível não tem o equipamento responsável em gerar os impulsos de tensão. Como os ensaios até então aplicados proporcionaram a obtenção de dois pontos específicos, pôde-se estimar a composição da curva de suportabilidade característica dos condicionadores de ar nos termos propostos por esta pesquisa, conforme detalhado na próxima seção.
IV.OBTENÇÃO DA CURVA DE SUPORTABILIDADE DIELÉTRICA
Com base nos dados apresentados, indica-se, a seguir, a curva de suportabilidade dielétrica adotada para o protótipo em questão. Tendo em vista a similaridade entre os resultados, apenas um único traçado será apresentado, no qual fica como contribuição a sugestão de se utilizar a curva que representa a situação mais crítica entre as curvas levantadas, sendo a curva de suportabilidade indicada na Fig. 8.
Fig. 8. Curva de suportabilidade dielétrica recomendada.
IV.ESTUDO DE CASO NO APLICATIVO APR
De posse da curva de suportabilidade obtida para o condicionador de ar split, procedeu-se para a sua inserção no aplicativo APR (Analisador de Pedidos de Ressarcimento) que foi desenvolvido para subsidiar, com base em relações técnicas/científicas, as análises de procedência de pedidos de indenização por danos elétricos [2, 3, 6 e 7]. A estrutura do APR prima por ações, configurações e modelos matemáticos que minimizam a necessidade de conhecimentos específicos do usuário e a possibilidade de ocorrência de erros numéricos durante o processamento das simulações dos casos estudados. Vislumbrando um programa computacional de fácil manuseio específico para a análise de consistência de pedidos de ressarcimento [7], o aplicativo APR apresenta a estrutura indicada na Fig. 9.
Fig. 9. Estrutura do aplicativo APR.
Após a inserção da curva de suportabilidade dielétrica do condicionador de ar split no APR, foram realizados dois estudos de caso no intuito de verificar a potencialidade desta ferramenta sob esta nova condição. Neste sentido, a Fig. 10 mostra a modelagem de uma rede de distribuição fictícia correspondente ao ramal de alimentação ao qual um suposto pedido de ressarcimento de condicionador de ar split tenha sido solicitado. O primeiro caso de estudo que, supostamente, poderia ter ocasionado dano ao equipamento corresponde a atuação do religador enquanto o segundo seria devido a um curto-circuito aplicado no primário do transformador de distribuição que atende a unidade consumidora reclamante.
Fig. 10. Rede de distribuição modelada no aplicativo.
Fig. 11. Aparelho sob a análise de consistência do pedido de ressarcimento.
Uma vez definida a rede e o equipamento objeto da investigação, o próximo passo compreende a definição da curva de suportabilidade dielétrica que expressa o nível máximo da solicitação de tensão que o equipamento suportaria, sem que, probabilisticamente, ocorressem danos físicos em sua estrutura construtiva e operacional. Neste caso foi utilizada a curva obtida obtida e apresentada na Fig. 8.
O distúrbio aplicado corresponde a uma manobra de religador, representado na Fig. 12 como disjuntor. Esta chave encontra-se localizada próxima ao transformador de distribuição de 112,5 kVA.
Fig. 12. Configuração do instante de ocorrência do evento.
Conforme pode ser visto, o evento está atrelado a um chaveamento no instante 0,5s.
Uma vez que o caso sob investigação encontra-se configurado e parametrizado, o passo subsequente consiste no processamento do APR de forma a obter as seguintes informações:
Tensão em qualquer ponto do sistema elétrico e, de modo especial, nos terminais do equipamento sob avaliação;
Corrente em qualquer ponto do sistema e, de modo particular, na entrada do equipamento sob análise;
Curvas de solicitação dielétrica e térmica, obtidas a partir da tensão e corrente na entrada do dispositivo eletroeletrônico focado no pedido de ressarcimento.
As Figs. 13 e 14 mostram respectivamente, as formas de onda da corrente e da tensão observadas no ponto de conexão do ar condicionado do tipo Split com a rede de distribuição durante todo o período de análise.
Fig. 13. Corrente na entrada do ar-condicionado sob atuação do religador.
Fig. 14. Tensão no barramento que está conectado o ar-condicionado sob atuação do religador.
Objetivando associar os resultados que expressam as solicitações impostas pelo distúrbio com a curva de suportabilidade da unidade de controle do ar-condicionado, o APR produz o resultado final indicado na Fig. 15. Para fins de comparação, também é apresentada a curva ITIC, que foi desenvolvida para equipamentos da tecnologia da informação. Uma vez que as solicitações são diretamente correlacionadas com os níveis correspondentes de suportabilidade, os gráficos permitem, visualmente, concluir sobre a probabilidade ou não da ocorrência de danos causados pela ocorrência em questão.
Fig. 15. Análise comparativa das solicitações dielétricas diante dos níveis de suportabilidade do aparelho.
de outro aparelho, cujo a tecnologia de entrada apresenta bastante similaridade. Para tanto, escolheu-se o valor utilizado para o refrigerador da biblioteca do APR, pois possui um motor monofásico assim como o ar-condicionado, logo, o valor da tensão para esta região da curva de suportabilidade dielétrica equivale a 3111 V no instante de 1,2 µs.
Prosseguindo com as análises, a Fig. 16 esboça um curto-circuito monofásico na fase B da baixa tensão, com duração de 0,3 segundos. A configuração do curto-circuito monofásico é feita através da inserção de um bloco denominado “distúrbios”.
Fig. 16. Configuração do instante de ocorrência do evento.
A Fig. 17 mostra os oscilogramas das tensões resultantes para o barramento onde ocorreu o curto-circuito. Como seria esperado e, em função da configuração da rede de distribuição e seus parâmetros, a fase sobre a qual incidiu o curto-circuito sofre um súbito afundamento (ou interrupção) de tensão, enquanto que as demais experimentam correspondentes elevações.
Fig. 17. Formas de ondas das tensões no barramento onde ocorreu o curto-circuito fase-terra.
A correlação da solicitação dielétrica com as respectivas curvas de suportabilidade pode ser vista na Fig. 18. Neste caso, enquanto a curva ITIC fica no limiar da possibilidade de dano, a curva aqui implementada indica o indeferimento da reclamação feita.
Fig. 18. Curvas de suportabilidade dielétrica para condicionador de ar tipo Split.
VIII.CONCLUSÃO
Este artigo apresentou uma síntese de um aplicativo computacional, denominado por APR direcionado a subsidiar a emissão de pareceres técnicos em suporte às análises dos pedidos de ressarcimento de danos em aparelhos condicionadores de ar tipo Split. Este permite reproduzir e propagar diversos tipos de distúrbios manifestados nas redes até o ponto de conexão do consumidor e correlacionar causas e efeitos junto aos produtos focados no processo de ressarcimento sob análise. A estratégia seguida consiste em transformar os distúrbios impactantes em esforços dielétricos e térmicos e, sequencialmente, compará-los com os correspondentes níveis de tolerância definidos pelos equipamentos, possibilitando a emissão de um parecer conclusivo sobre a questão da consistência ou não do pedido sob análise. Apesar dos avanços obtidos nos últimos anos, uma grande lacuna ainda prevalece no sentido de informações a respeito dos limites de suportabilidade dos equipamentos. Neste sentido, este trabalho apresenta uma contribuição no tocante aos aparelhos de ar condicionado do tipo Split. De forma a avaliar a curva de suportabilidade obtida, um caso hipotético de pedido de indenização por danos foi utilizado. Os resultados foram elucidativos no sentido de mostrar os passos seguidos e a consistência da metodologia utilizada.
AGRADECIMENTOS
Os autores expressam seus agradecimentos a FAPEMIG, CAPES e CNPq pelas bolsas de mestrado e de doutorado no programa de Pós-Graduação.
IX.REFERÊNCIAS
[1] R. C. Dugan, M. F. McGranaghan., S. Santoso., H. W. Beaty, Electrical Power Systems Quality, 2nd Edition. USA: McGraw-Hill, 2003.
[2] Gadenz, F., “Uma Proposta Para a Inserção do Tempo de Uso dos
Equipamentos no Aplicativo APR e Estudos Avaliativos de Casos Reais
de PID’S”, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de
Uberlândia, UFU, outubro de 2010.
[3] M. V. B. Mendonça, I. N. Gondim, C. E. Tavares, J. C. de Oliveira, A. C.
Delaiba, “Análise Computacional de Pedidos de Indenização por Danos
em Equipamentos Elétricos: Estudo de Caso”. VIII Conferência Brasileira
sobre Qualidade da Energia Elétrica - VIII CBQEE, Blumenau/SC, 2009.
[4] A. S. Jucá, "Avaliação do Relacionamento entre Consumidores e Concessionárias na Solução de Conflitos por Danos Elétricos: Proposta de adequação", Tese de Doutorado em Engenharia Elétrica, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, USP, São Paulo/SP, 2003.
[5] M. H. J. Bollen, Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interruptions, Piscataway, IEEE Presss, 2000.
[6] C. E. Tavares, “Uma Estratégia Computacional para a Análise Técnica de
Pedidos de Ressarcimento de Danos a Consumidores”, Tese de
Doutorado, UFU, Uberlândia/MG, 2008.
[7] I. N. Gondim, “Contribuições para o Aplicativo APR: Novos Limites de
Suportabilidade, Perturbações via Medições e Sistematização no Processo da Configuração da Rede Elétrica”, Tese de Doutorado, UFU,
Uberlândia/MG, Agosto de 2012.
[8] SOUZA, A. C. ; TAVARES, C. E. ; REZENDE, P. H. O. ; GONDIM, I. N.; SANTILIO, F. P. ; Junior, J. A. F. B. “Obtenção das Curvas de suportabilidade Dielétrica de Aparelhos condicionadores de Ar para Análise de Ressarcimento de Danos a Consumidores” SBSE 2014
