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Estudo de parâmetros relacionados à energia elétrica utilizando
análise de agrupamento (cluster analysis) na
Universidade Federal de Lavras
Jair Rocha do Prado1 Thelma Sáfadi2 Joaquim Paulo da Silva2
1 Introdução
A evolução da humanidade sempre esteve associada à energia em suas diversas formas, a dependência é tão significativa que o consumo de energia pode ser usado para medir o poder aquisitivo da sociedade. Assim como na sociedade a energia elétrica tem papel relevante também nas universidades e, devido a esse fato, as universidades precisam também monitorar e controlar melhor alguns parâmetros relacionados a esta fonte de energia.
Para a Universidade Federal de Lavras (UFLA), na posição de uma instituição de ensino que passa por um momento de transformação e crescimento, em que a instalação de novos cursos esta em andamento, inclusive cursos noturnos, também são necessários e úteis estudos sobre o comportamento da energia elétrica no campus.
Para se avaliar eficiência energética algumas variáveis relacionadas à energia elétrica são importantes, dentre elas tem-se: potências (ativa, reativa indutiva e reativa capacitiva), intensidade das correntes, fator de potência e tensão. Maiores detalhes sobre as variáveis mencionadas e questões gerais envolvendo eletricidade podem ser encontrados em Niskier e Macintyre (2000).
Para se realizar este trabalho utilizou-se da teoria de análise de agrupamento cuja intenção é classificar objetos, itens ou indivíduos de acordo com suas similaridades. Os indivíduos semelhantes são colocados em um mesmo grupo e, consequentemente, os indivíduos que pertencem a diferentes grupos são considerados dissimilares.
Considerando p variáveis e n indivíduos, na análise de agrupamento o objetivo é agrupar os n indivíduos em um número desconhecido de grupos. Com relação a esta metodologia mais detalhes podem ser vistos em Ferreira (2008).
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e-mail: jairmat1@yahoo.com.br
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Assim a contribuição deste trabalho foi no sentido de se utilizar a metodologia de análise de agrupamento com a finalidade de classificar alguns departamentos do campus de acordo com suas similaridades, considerando as variáveis de interesse. O estudo teve a intenção de contribuir com a universidade no sentido de que futuramente possa-se fazer a instalação de sistemas de monitoramento do consumo, gerenciamento de demanda e monitoramento da qualidade de energia no campus da UFLA.
2 Material e métodos
Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos junto à Universidade Federal de Lavras. O equipamento utilizado foi o medidor de energia elétrica Spectrum SX de fabricação da NANSEN. Segundo Jesus (2011), este tipo de equipamento é uma evolução da linha de medidores eletrônicos, que atendem as concessionárias de energia elétrica em leituras de alto desempenho, são capazes de integrar a sistemas automáticos de leituras, local ou remoto, o faturamento de energia ativa e reativa, com opções de tarifação diferenciada.
Os medidores Spectrum SX foram instalados em locais estratégicos e para trabalhos futuros outros locais irão ser contemplados. A coleta de dados foi efetuada utilizando-se um notebook e um adaptador óptico, seguindo instruções do suporte técnico do fabricante.
O intervalo de memória de massa, ou seja, o intervalo entre medições, utilizado neste trabalho foi de 15 minutos, não foi possível trabalhar com intervalos de maior frequência.
Os locais de medição que fizeram parte deste trabalho foram os seguintes: Departamento de Ciência da Computação (DCC) - pavimento térreo e 1° pavimento, Restaurante Universitário (RU), Departamento de Administração e Economia (DAE), Centro de Informática da UFLA (CIN-UFLA), Cantina Central, Departamento de Ciências Exatas (DEX), Departamento de Medicina Veterinária (DMV) e EPAMIG – CTSM ECO CENTRO.
De acordo com Jesus (2011) a Universidade é um consumidor atípico e os dias mais representativos são as terças e quintas-feiras, nas segundas e sextas-feiras tem alunos chegando e saindo de suas cidades de origem e na quarta-feira após as doze horas é definido no calendário escolar como dia de reuniões. Neste estudo as análises feitas foram todas considerando o dia 06/07/2010, que se trata de uma terça-feira.
O banco de dados considerado para este estudo é constituído pelos 9 pontos de medição e pela mensuração das seguintes grandezas elétricas: potências ativa, reativa indutiva e reativa capacitiva, intensidade das correntes, fator de potência e tensão, totalizando 32 variáveis, já que para efetuar a análise, foi realizada uma média das grandezas elétricas a cada seis horas, pois esta possibilitou uma melhor visualização das variáveis.
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Incialmente o estudo foi realizado considerando todas as 32 variáveis, em seguida optou-se por questões de interesse prático utilizar somente as variáveis envolvendo potência ativa. Analisando os dados observou-se que as variáveis possuíam variabilidade, então para que este problema fosse contornado padronizaram-se as variáveis tornando-as com variância 1.
As análises feitas neste trabalho basearam-se basicamente em: formulação do problema, tratamento dos dados, escolha de um coeficiente de semelhança, escolha de um processo de aglomeração, construção do dendograma e interpretação dos resultados. Para a construção do dendograma foi considerado o método do vizinho mais próximo, como o algoritmo para agrupamento dos dados, e a distância euclidiana como medida de dissimilaridade.
3 Resultados e discussões
A Figura 1 mostra o dendograma referente aos 9 locais de medição abordados anteriormente. Considerando que o número de grupos a se formar depende da altura em que se faz o corte no eixo y (distância entre os grupos), optou-se neste caso por utilizar a medida de distância dos grupos entre os valores 5 e 7 aproximadamente, formando-se assim três grupos homogêneos distintos, um grupo formado somente pelo CIN-UFLA, outro formado apenas pelo DMV e por fim um grupo formado pelos 7 locais restantes (DCC Térreo, DAE, RU, Cantina Central, EPAMIG, DEX e DCC 1° Pavimento).
Figura 1 – Dendograma referente aos 9 pontos de medição amostrados na UFLA no dia 06/07/2010, considerando as 32 variáveis.
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De acordo com a Figura 1, pode-se dizer também que a Cantina Central e a EPAMIG são os locais que apresentam a maior semelhança no dendograma, por ter sido o primeiro grupo a ser formado, ao contrário do CIN-UFLA e do DMV que foram os últimos locais a serem agrupados, mantendo-se assim distinto dos demais.
Na Figura 2 foram considerados os 9 locais onde se instalaram os medidores e somente quatro variáveis, sendo elas: potência ativa média em quatro períodos distintos (00h00min às 5h45min, 6h00min às 11h45min, 12h00min às 17h45min e 18h00min às 23h45min) referentes ao dia 06/07/2010, a opção pela redução do número de variáveis foi devido a interesses práticos dos autores do trabalho. Observa-se que o CIN-UFLA se apresentou bastante distinto dos demais, portanto optou-se por formar apenas dois grupos, um formado pelo próprio CIN-UFLA e o outro contendo os demais locais. Verifica-se também por meio da Figura 2 que os locais que apresentaram a maior semelhança foram o DAE e o DEX.
Figura 2 – Dendograma referente aos 9 pontos de medição amostrados na UFLA no dia 06/07/2010, considerando as quatro variáveis relacionadas a potência ativa.
Considerando a maior heterogeneidade entre grupos, verifica-se na Figura 3 que dois grupos podem ser formados, um contendo as variáveis potência ativa (06h00min às 11h45min) e potência ativa (12h00min às 17h45min) e o outro contém as variáveis: potência ativa das 00h00min às 5h45min e potência ativa das 18h00min às 23h45min. Um fato importante que pode ser abordado em decorrência destes resultados é que o período noturno não possui demanda de energia semelhante ao período diurno, isto devido principalmente ao
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fato dos cursos noturnos serem em menor número. Observa-se também por meio da Figura 3 que os horários que apresentaram a maior semelhança considerando a variável potência ativa foram os de 18h00min às 23h45min e 00h00min às 5h45min.
Figura 3 – Dendograma referente às quatro variáveis relacionadas à potência ativa.
4 Conclusões
De um modo geral o método utilizado de análise de agrupamento proporcionou resultados claros e objetivos, contribuindo assim com a Universidade no sentido de que futuramente os resultados encontrados sirvam de suporte para a instalação de sistemas de monitoramento do consumo, gerenciamento de demanda e monitoramento da qualidade de energia no campus da UFLA.
5 Bibliografia
[1] FERREIRA, D. F. Estatística multivariada. 1. ed. Lavras: Ed. UFLA. 2008. 602 p. [2] JESUS, C. D. de. Monitoramento de parâmetros relacionados à energia elétrica em
ambiente universitário atípico: um estudo de caso. 2011. 133 p. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Agrícola), Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2011.
[3] NISKIER, J.; MACINTYRE, A. J. Instalações elétricas. 4. ed. Rio de Janeiro: Ed. LTC. 2000. 550 p.
