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Conservacao de energia em edificios comerciais atraves

1. 100 4 4 1 Sistemas Automatizados sis isagraso ig pesf ralada Se UShas pas gaca aa ps sdralga ds Srila judas 101 4 4 2 Ciclo de Vida de um Sistema Automatizado erre 102 4 4 3 Sistemas de Eventos Discretos as lsasbragfespgpefgdig latas jacslgass Sais pas sadga dae gasspaig pes 103 4 3 Redes de Pein as A UA a ia A a RR A A 107 4 5 1 Redes de Petri Conceitoe B sicos e Defini es c 112 4 5 2 Representa o das Redes de Petri erre 113 4 6 Projeto da Arquitetura de Comando ii eeeeeeereeereracaa 119 4 6 1 Arquitetura Funcional secas joastpaad Grasaeso sd LIS RU San RES US sans qa UR 119 4 62 Arg itetura Material sacras tos aigaitas Santa antas a dE I QUE ipa Saes a UNS anna spa 122 4 6 3 Arquitetura Operacional s iaassiaeamadlsl asia Ria is 123 4 7 Valida o do Comportamento Temporal atrav s de RdP 124 4 8 Arquitetura de Supervis o e Controle de Redes de Comunica o 126 4 8 1 Sistema de Supervis o e Controle ssa RES Ad 128 4 8 2 Caracter sticas dos Sistemas Supervis rios sessesssesssesessseessressressereseresseee 130 4 8 2 1 O Controle Supervis rio sicos ani digo nsiro aces pandas aan ana Soa adora Sana 132 5 Materiais e M todos Estudo de caso Hipermercado 133 5 1 Metodo lO Sia ennerien a AA A AARE S ga dae gata e A c
2. Figura 3 6 22 Fancoil damper assis Spa Rd a i Figura 5 6 3 Tela de gr fico do mult metro e PC Figura 5 6 3 1 Gr fico Temperatura x Tempo ieree Figura 5 6 3 2 Diagrama do sistema de controle Figura 5 6 3 3 Sistema de circula o de gua gelada Figura 5 6 3 4 Aplica o de inversores em fancoils erra Figura 7 1 Expans o da Oferta de Energia El trica no Brasil Figura 7 2 Custo da energia xvii 166 168 169 170 171 171 172 173 174 175 175 176 177 182 183 Lista de Tabelas Tabela 1 Consumidores de GN no Estado de S o Paulo 31 Tabela 2 Consumo por consumidor m dia mensal de GN 31 Tabela 3 Capacidade Instalada e Empreendimentos em opera o e constru o 36 Tabela 4 Classes de Sistemas Din micos sis iza sosiigndas dsdnivaas Eopeantis Gan dada Saad Gra 13 Tabela 5 Norma IEC 61131 iesaisti a e onii o s S rE aiie 82 Tabela 6 Registro da Demanda do Transformador Principal sesesseesee serrrrrrsrrese 144 Tabela 7 Evolu o dos Compressores de Ar Condicionado 157 Tabela 8 Registro de Demanda do Sistema de Ar Condicionado Central 162 xviii Abreviaturas A Amp re a a
3. time driven A tabela 4 apresenta uma classifica o das diferentes classes de Sistemas Din micos Tabela 4 Classes de Sistemas Din micos ACIONADOS POR DESCRI O MATEM TICA TIPO DE SISTEMA Tempo Equa es diferenciais no tempo Cont nuos no tempo Tempo Equa es de diferen as no tempo Discretas no tempo lgebra de Boole lgebra di ide Eventos Aut matos finitos Redes de Petri A Eventos Log sticos Programas Computacionais No campo da Automa o Sistemas Din micos est o relacionados com um conceito mais amplo da evolu o de um fen meno com o tempo tornando essencial nas ltimas d cadas devido aos in meros e important ssimos sistemas artificiais que n o se podem descrever atrav s de equa es diferenciais ou de diferen as S o os sistemas de chaveamento manual ou autom tico as manufaturas as filas de servi os os computadores etc Sua estrutura imp e principalmente regras l gicas de causa e efeito e seus sinais s o n meros naturais representantes de quantidade de recursos ou entidades S o sistemas din micos latu sensu acionados por eventos event driven poderiam ser tamb m chamados de log sticos 13 As maiorias dos sistemas f sicas reais s o n o lineares mas muito deles admitem aproxima es lineares especialmente quando os sinais de interesse s o pequenas flutua es em torno de dados n veis de opera o Os sistemas a event
4. 38 Figura 3 3 2 Consumo de energia el trica setorial erre 40 xiii Figura 4 1 Sistema de Controle Industrial errar 44 Fig ra 4 1 l Lloyds Build sonar ta e pasta Pg ag PES a e Ea ES S a aE AS 48 Figura 4 2 2 Citibank Avenida Paulista eseeseeeseeeeesesesesseseresresseesresressresseseresresseseresresss 49 Figura 4 3 1 Edif cios com Sistemas de Monitoramento Remoto sesseseseeeresreeeesrersseseeesee 59 Figura 4 3 2 1 Cabeamento estruturado sesseeeeeseseseeeesseesrssressessrestersesstetreeseesteseeeseeseeseeesee 61 Figura 4 2 2 2 Sistema de cabeamento horizontal e vertical 62 Figura 4 3 2 3 Evolu o dos sistemas integrados e reeeereraceernnos 63 Figura 4 2 2 4 Sistema de Monitoramento Predial 64 Figura 4 3 5 2 1 Classifica o Geral de Sistemas as iaaspaisia capri abniaauraiapuac ads 15 Figura 4 3 5 3 1 Sistema Automatizado sszesassassnqual cadsaisadirspdaditasg dendar noi anda ndss saia go dalu casa gada T11 Figura 4 3 6 1 Automatismo Combinat rios esessseesesseessessesstseresressessrssresseseresresseseesees 18 Figura 4 3 6 2 Automatismo Seq encial sssseeeseseeseesessresrersersresrrestesrsereseesseseresressesee 78 Figura 4 3 7 1 Programa o utilizando Lista de Instru es 83 Figura 4 3 7 2 Telas t picas de Diagramas Ladder e 84 Figu
5. No processo de desenvolvimento de projetos e estudos necess ria a uni o de diversas compet ncias num projeto tem tico podendo ser entendido como um conjunto de subsistemas de automa o que formam um nico sistema integrado de servi os tais como gerenciamento 9 distribui o de energia el trica e controle de demanda controle de ilumina o de acessos CFTV circuito fechado de TV conforto ambiental bio clim tico calefa o ventila o e condicionamento de ar distribui o filtragem e aquecimento de gua consumo de recursos h dricos e energ ticos seguran a comunica o e acesso remoto Para auxiliar nesse entendimento inicialmente ser apresentado um panorama do sistema energ tico brasileiro e a preocupa o do setor de gera o de energia pois embora o pa s esteja numa situa o relativamente confort vel no fornecimento de energia el trica o aumento de investimento nesse setor de vital import ncia para o desenvolvimento do pa s Do lado da demanda os recursos da automa o permitem uma melhor gest o dos insumos resultando em economia ao consumidor final e medidas preventivas e corretivas podem ser aplicadas recorrendo se aos sistemas de automa o na supervis o e no gerenciamento dessa energia O sistema de condicionamento ambiental o ar condicionado central e o sistema de frio alimentar em super e hipermercados s o respons veis por cerca de 70 do consumo de energia conforme
6. XV Figura 5 1 2 Coleta de dados barramento rrenan 139 Figura 5 1 3 Diagnostico do transformador principal 140 Figura 5 1 2 1 Transformador principal 1000 kVA rea 141 Figura 5 1 2 2 Painel de controle do transformador II 142 Figura 5 1 2 3 Grupo gerador siseiianasatisigen innisin oiee anasa atoa A apaga ade EA EEES capan ado 142 Figura 5 1 2 4 Sistema de Medi o Remota iu camadas siquasteiipissosa ga sas fan ada sp qeasta ficara dA SO ganas 143 Figura 5 1 2 5 Esquema de funcionamento de supervis o e e 143 Figura 5 1 2 6 Consumo geral da loja principal ssesssssessesssesseessseessseesseesseesseeesees 144 Figura 5 1 2 6 Medidor de energia do locat rio e 146 Figura 5 1 2 7 Sistema de No brake iassasiactedatamstasisaoalsatasgprastagade sais cadeias qusfada adeas 146 Figura 5 1 2 8 Diagnostico registrado do transformador II 147 Figura 5 2 Cadeia de nos sus Aa E A era 149 Figura 5 2 2 Condi es de conserva o de alimentos 150 Figura 5 2 3 rea de prepara o de alimentos teeeeemeeemeeeemees 151 Figura 5 2 1 1 Balc o expositor com cortina retr til 152 Figura 5 2 1 2 Sistema de conten o dos balc es expositores t 152 Figura 32 19 Camara frian a eaa N E ee S 153
7. o das interfaces entre os v rios subsistemas a serem implantados definidos a partir das fun es a serem atendidas Estas interfaces ter o sempre dois aspectos fundamentais nesta fase do projeto a 67 conex o f sica que corresponde forma de comunica o a ser efetuada e a l gica que determina o tipo de informa o a ser trocada Do ponto de vista f sico o projeto procura sempre definir m todos padronizados especificando sistemas que atendam a protocolos abertos utilizando os padr es internacionais e nacionais mais adequados realidade atual e sobretudo linha de a o usualmente adotada no setor predial Logicamente s o definidas as a es de causa e efeito entre as v rias fun es determinando o comportamento do sistema em rela o ao pr dio sua funcionalidade e especialmente sua seguran a e a de seus usu rios 4 3 4 3 Interface com Equipamentos Existentes Para que os equipamentos definidos no pr dio para serem supervisionados e controlados dever o ser realizados um estudo detalhado dos respectivos projetos com as defini es dos pontos de supervis o e controle de cada um gerando assim um projeto composto de um Memorial Descritivo detalhado Diagramas de Blocos Funcionais Listas completas de Pontos de Supervis o e Controle Instrumentos associados e de Escopo do Fornecimento Por exemplo a um ventilador se associar o os pontos de liga o do equipamento supervis o de atracamento
8. o do sistema em quest o mais precisamente durante o projeto preliminar do sistema 106 4 5 Redes de Petri A metodologia de modelagem de Sistemas a Eventos Discretos SED utilizando Redes de Petri RdP foram propostas em 1962 por Carl Petri matem tico alem o que atrav s de uma tese de doutoramento foi criado esse m todo de estudo para sistemas din micos a evento discreto direcionado s Comunica es com Aut matos 1962 originando posteriormente duas grandes linhas de desenvolvimento nas reas de Ci ncias da Computa o e em Engenharia de Sistemas Huber P Jensen K amp Shapiro R M 1990 onde padronizaram as Redes de Petri As RdP s s o um instrumento de modela o e an lise de sistemas permitindo a constru o do seu modelo de funcionamento a sua aplicabilidade imediata em diversas reas transformaram nas em tema alvo de desenvolvida investiga o b sica e aplicada e sua utiliza o para Modelagem de Sistemas Automatizados apresentam algumas vantagens na sua utiliza o e Capturam as rela es de preced ncia e os v nculos estruturais dos sistemas reais e S o graficamente expressivas permitindo a modelagem de conflitos e filas e T m fundamento matem tico e pr tico e Admitem v rias especializa es RP s temporizadas coloridas estoc sticas de confiabilidade etc Redes de Petri RdP s podem ser definidas por meio de conjuntos fun es e tamb m por grafos de ma
9. o e manuten o o mesmo n vel de moderniza o que sistematicamente aplicada sua apar ncia Atrav s de um projeto bem realizado estes pr dios podem evoluir de maneira a atingir condi es adequadas de supervis o e controle otimizando recursos c consumo de forma similar aos empreendimentos novos Como j acontece nas plantas industriais onde com uma certa frequ ncia estas plantas s o renovadas e atualizadas o retrofit exige um modelo e uma documenta o completa do sistema permitindo assim a abordagem integrada do que fazer que fun es atuais necessitam ser automatizadas e quais necessitam de serem acrescentadas e qual o n vel de dificuldade Por exemplo a climatiza o de um pr dio antigo pode implicar em um sistema de ar condicionado com necessidades especificas de automa o que ir o exigir solu es totalmente direcionadas O levantamento de projetos um dos maiores problemas no retrofit de pr dios mais antigos que na maioria das vezes n o s o organizados em rela o a sua documenta o n o possuindo especifica es referentes ao projeto predial Entretanto as regras b sicas de retrofit para implanta o de automa o seguran a e cabeamento s o descritas a seguir 4 3 4 2 Comunica o entre os Diferentes Subsistemas Para que o resultado final dos trabalhos possa estar classificado como um Sistema Integrado de Automa o Seguran a e Informa o torna se necess rio a defini
10. A an lise de invariantes parte do princ pio de que os arcos descrevem rela es entre os lugares e as transi es e podem ser representados por duas matrizes Estudando as matrizes e as equa es lineares baseadas na regra de execu o das RdP pode se encontrar subconjuntos de lugares nos quais a soma de marcas permanece inalterada conceito de invariante de lugar De forma an loga pode se encontrar uma sequ ncia de disparos de transi es que faz uma marca o voltar a um mesmo valor A abordagem de redu o de redes consiste em simplificar a estrutura de uma rede complexa preservando suas propriedades e atrav s da rede reduzida derivar as propriedades da rede original Finalmente a simula o como m todo de an lise faz a RdP evoluir atrav s da execu o de seu algoritmo Esta n o um m todo adaptado para provar a corre o do modelo em casos gerais ponto forte de m todos baseados da t cnica de valida o anal tica como a an lise de invariantes mas permite derivar o desempenho de um sistema sob premissas bastante realistas As extens es das Redes de Petri que possibilitam a constru o e a avalia o de modelos de sistemas din micos complexos s o a colora o de marcas e a temporiza o associada s entidades da RdP Durante a modelagem de um sistema real frequentemente o tamanho da RdP se torna muito grande Este fen meno de crescimento na maioria dos casos nasce da repeti o de s
11. Em cada caso o computador pode funcionar principalmente sobre o transporte de informa o ou do lado do pr prio controle para implementar o comando do supervis rio geralmente faz algumas partes da totalidade e deixa outras partes para o homem ou fornece alguns controles de compensa o para facilitar o controle das tarefas pelo homem Alternativamente o computador pode funcionar principalmente sobre o lado de monitoramento para integrar e interpretar a entrada de informa o provinda de baixo ou para servir como um sistema esperto instruindo o supervisor o que fazer na pr xima etapa Geralmente ele faz alguma de cada Uma vez o supervisor rodando o controle no computador o computador executa o programa armazenado e atua sobre novas informa es provindas de sensores independentemente do homem ao menos por um per odo curto de tempo O homem pode permanecer como um supervisor ou pode de tempo em tempo assumir diretamente o controle isto chamado de traded control ou pode influenciar como supervisor com o respectivo controle de algumas vari veis e controlar diretamente com aux lio de outras vari veis shared control Programas Supervis rio Possuem estrutura delicada e devem ser instalados em computadores de prefer ncia industriais em sala especialmente preparada temperatura controlada e sistemas de No break PAE 5 ja 2 2 o Exigem grande espa o f sico na instala o no m
12. c Cont nuas A a o permanece sendo executada enquanto a etapa estiver ativa 4 3 11 Transi es e Receptividades Transi es s o fun es l gicas que coordenam a evolu o entre as etapas em um determinado instante uma transi o pode ser v lida ou n o A cada transi o associada uma receptividade esta a condi o l gica que permite distinguir entre todas as informa es dispon veis num dado instante apenas aquelas que permitem a evolu o da Parte Comando Ela 90 representada por um tra o perpendicular aos arcos orientados e indica uma prov vel evolu o do GRAFCET de uma situa o para a posterior As receptividades associadas s transi es s o escritas numa forma l gica figura 4 3 11 1 sendo uma fun o de conjunto de informa es exteriores de vari veis auxiliares do estado ativo ou inativo de outras etapas Figura 4 3 11 1 Transi o e Receptividade de um GRAFCET Quando a transi o valida possibilita a ativa o das etapas destino e a desativa o das etapas que a precedem A receptividade pode ser influenciada pelo tempo isto um temporizador ser iniciado pela ativa o da etapa especificada desde que a receptividade associada a etapa anterior esteja v lida figura 4 3 11 2 Para que o tempo possa intervir numa receptividade basta indicar ap s a refer ncia t a sua origem e dura o a origem ser o instante do come o da ltima ativa o de
13. o solar a qual implicaria na incorpora o de equipamentos mais potentes de condicionamento ambiental e em perda no rendimento desses equipamentos tornando o sistema el trico menos eficiente do ponto de vista operacional Figura 5 4 1 Ilumina o artificial calha com l mpadas fluorescentes 165 Nesse sistema j existe incorporado um outro de supervis o onde setorizada a ilumina o figura 5 4 2 que permite um gerenciamento e controle por meio de computador como mostra a figura 5 4 3 com vis o geral da ilumina o de toda a loja e permitindo interven es programadas ou intencionais em determinado setor ou departamento Figura 5 4 2 Quadro de dispositivos de controle e supervis o de ilumina o Figura 5 4 3 Painel de Supervis o no Monitor do Computador 166 5 5 Proposta de automa o O objetivo desse estudo apresentar uma proposta que possa ser viabilizada nesse tipo de constru o onde apresenta um sistema de condicionamento ambiental antigo com equipamento pouco eficiente e respons vel por grande parte do consumo de energia el trica do empreendimento Que com a incorpora o de certos dispositivos de automa o em determinados pontos e equipamentos do sistema possa dar uma sobrevida ao equipamento melhorando sua efici ncia sem a necessidade de substitui o e grande investimento otimizando o consumo de energia A maioria dos sistemas de automa o s o compostos p
14. Estes quatro componentes podem ser encarados individualmente como sub sistemas que evoluem sequencialmente e que interagem Tomando como exemplo o sub modelo do produtor os lugares pl ou p2 possuir o uma marca em regime de exclus o m tua indicando numa poss vel interpreta o da RdP se o produtor est a executar tarefa de produ o ou de despacho de produto Na realidade esta descri o poderia ser facilmente realizada de forma isolada atrav s de uma m quina de estados contendo dois estados em que a marca indicaria o estado atual Situa o semelhante ocorre com os dois consumidores A RdP apresentada na figura 4 6 poderia aparecer como uma representa o compacta das v rias m quinas de estado interligadas se n o fosse a presen a do lugar p3 o armaz m Na realidade dado que a transi o t2 poder ser disparada independentemente de t3 ou t5 o terem sido isto poder ser produzido novo trabalho sem que o anterior tenha sido entregue a um dos consumidores o lugar p3 poder acumular v rias marcas um n mero indeterminado na realidade e este sub sistema n o poder ser representado por uma m quina de estados finita Tal como foi modelado o sistema n o realiz vel fisicamente dado n o poder ser garantido um armaz m de tamanho infinito para armazenar o trabalho produzido A inclus o neste modelo de um armaz m de dimens o finita por exemplo quatro seria poss vel atrav s da 117 introdu
15. Figura 5 2 1 5 Diagn stico do Frio Alimentar 154 Figura 5 3 1 Esquema gen rico de sistema de ar condicionado 157 Figura 5 3 2 Sistema de ar condicionado de gua gelada 158 Figura 5 3 3 Tanque de gua gelada e torre de resfriamento i 159 Figura 5 3 4 Chiller de ar condicionado a asp esipis guias adro aa dig aa aa oca inda 160 Figura 5 3 5 IHM do ar condicionado james sisagfarfanslgusa Dois ias dana gaaiasEghonfinaiga da palhas ada 161 Fora 5 3 6 Pame de CEP passares os pedia etapas e E ga e Flan 161 xvi Figura 5 3 7 Consumo m dio de e e pr dio comercial Figura 5 3 8 Diagn stico do Sistema de Ar Condicionado Central Figura 5 4 1 Ilumina o artificial caes duas en SL as aa dA ana Figura 5 4 2 Quadro de dispositivo re rerseeraeeeraanea Figura 5 4 5 Painel de supervis o no monitor rr Figura 5 5 1 Prot tipo Figura 5 5 1 1 Configura o de Controlador ZAP 500 Figura 5 6 1 2 Painel CLP ZAP 500 ss auisaiss passasse iai ie Sa ae a asa Figura 5 6 1 3 Portas de comunica o CLP rasnaausiaaaaa ess da siena sadiales atas Figura 5 6 1 4 Esquema de liga o da termoresist ncia Figura 5 6 2 1 Diagrama de inversor de frequ ncia CFW 08
16. TROCADOR DE CALOR Figura 3 2 5 Sistema de cogera o a g s combust vel grande efici ncia Fonte Mariotoni C A Gomazako M S 2002 A aquisi o de CO pela ind stria de bebidas representa o maior custo de insumos utilizado em sua cadeia de produ o que s o os gases encontrados nas cervejas e refrigerantes onde apenas com a economia gerada atrav s da elimina o desse custo paga se totalmente a energia el trica utilizada no processo caso real praticado por uma ind stria de bebidas Pananco envasadora da Coca Cola de Jundia SP conforme Gasnet 2000 Mesmo em setores como o de com rcio e servi os o g s combust vel vem sendo aplicado em diversos sistemas de energia como aquecimento de caldeiras produ o de gua quente gua gelada atrav s de chillers de absor o gera o de energia el trica sistemas de refrigera o e coc o em hot is hospitais e shopping centers universidades hipermercados etc como o Barra Shopping da cidade do Rio de Janeiro Um exemplo da grande expans o da introdu o do g s natural como energ tico de grande import ncia o que est sendo verificado no Estado de S o Paulo nos ltimos sete anos como mostra a Tabela 1 n mero de consumidores e Tabela 2 consumo por consumidor abaixo 29 292 277 306 479 321 281 337 441 370 695 409 194 457 105
17. e at mesmo em sistemas de bombeamento e outros equipamentos de grande consumo O r pido crescimento e desenvolvimento de novas tecnologias e padr o de comunica o fibra ptica comunica o sem fio wireless bluetooth r dio freqii ncia celulares e sistemas de tecnologia de informa o TI velocidade de processamento em microcomputadores novos padr es de desenvolvimento de softwares fez surgir novas aplica es dessa tecnologia como na supervis o e controle de sistemas prediais de acordo com Mariotoni amp Andrade Jr 2001 Um edif cio uma constru o destinada a alojar pessoas fornecendo a elas as condi es necess rias para o desenvolvimento das atividades previstas da melhor forma esta a defini o proposta por Giancarlo Corazza em seu texto I concetto di Edif cio Intelligente Apud Neto 1995 Ainda que tal conceito seja puramente arquitet nico j se pressup e a exist ncia de uma s rie de instala es e servi os necess rios para manuten o das condi es saud veis de habita o e trabalho dentro do edif cio Para que se possam supervisionar as opera es atualmente encontradas nos edif cios comerciais onde se oferecem melhores condi es de conforto visual e ambiental comodidade e seguran a aos usu rios mais exigentes t m levado o com rcio varejista incorporar cada vez mais em sistemas de supervis o e controle que minizem os transtornos causados dentro do estab
18. no ver o de 2000 2001 o ndice pluviom trico no per odo registrado foi bem abaixo da m dia hist rica e com os reservat rios em estado cr tico restou ao governo apenas uma alternativa a decreta o do racionamento de energia el trica Para que se possa entender a ocorr ncia desse racionamento qualquer pessoa que tenha estudado a capacidade de gera o de energia hidrel trica no pa s pode parecer absurda Mas a somat ria de diversos fatores evidenciando dados clim ticos e o pol tico econ mico levaram o pa s a essa situa o A inexist ncia de um sistema alternativo que pudesse alavancar o sistema contribuiu para o fato O governo n o percebeu que para o investidor privado a constru o de usinas termel tricas cuja opera o s ocorreria em ano de baixa produ o de energia hidrel trica n o era muito atraente Essas usinas deveriam ser estatais uma vez que serviriam apenas como um backup do sistema e n o operariam continuamente 34 Esse racionamento ocorreu porque o sistema el trico nacional praticamente mono energ tico ou seja hidr ulico em sua maioria respondia com mais de 90 do setor de gera o caso isolado com rela o aos outros pa ses onde h integra o de sistemas variados de gera o de energia que al m da hidr ulica pouco representativa a energia el trica gerada em termel tricas a g s natural a carv o mineral energias nucleares solares e licas e outr
19. o Conclu da a parte de modelagem de SA s atrav s do GRAFCET podemos implementar num CLP que n o possua essa especifica o a mesma l gica de funcionamento do GRAFCET Para exemplificarmos o problema na figura 4 3 8 1 apresentada a implementa o num CLP de um AND convergente e um OR divergente 85 a AND Convergente b I a a J m i da SER b K a b OR Divergente Figura 4 3 8 1 Implementa o de uma transi o utilizando Ladder Para valida o do problema o diagrama funcional GRAFCET dever atender as seguintes exig ncias e Aplicabilidade a todo sistema l gico de controle para descri o de um automatismo industrial n o importando sua complexidade ou tecnologia utilizada el trica eletr nica atrav s de software ou hardware dedicado mec nica pneum tica etc e Possibilidade de uma descri o completa do sistema onde as evolu es poder o ser expressas segiiencialmente ou seja a possibilidade de uma decomposi o das etapas 86 e Possibilidade de ser utilizada na descri o de processos combinat rios fornecendo assim ao automatismo uma descri o seq encial mais f cil de ser analisada e compreendida e O GRAFCET permite que um caderno de tarefas seja traduzido em sub programas desde que seja mantida a condi o de n o haver simultaneidade de chamadas a um mesmo sub programa 4 3 9 Elementos do GRAFCET O GRAFCET um modelo de representa o
20. principalmente no seu sistema de ar condicionado central Nessa constru o estudo seu sistema de condicionamento ambiental representa um acr scimo na demanda energ tica de cerca de 60 passando de 450 000 kWh m s para 750 000 kWh m s e a troca desses equipamentos por mais modernos e eficientes significaria grandes investimentos tornando se invi vel no curto prazo Com isso elaborou se um prot tipo contendo dispositivos de automa o que podem ser incorporados ao sistema existente sem grandes dificuldades e minimizando os custos operacionais com o sistema Esses dispositivos permitem um monitoramento mais eficiente sem a necessidade desses investimentos como a substitui o de grandes equipamentos compressores chillers etc que fazem parte do sistema de ar condicionado central Esse prot tipo permitiu demonstrar que com a aplica o desses dispositivos incorporados nesses sistemas podem gerar uma economia de cerca de 20 no consumo de energia el trica que representa uma economia bastante significativa de 60 000 kWh m s neste caso quando operado o sistema de ar condicionado al m de aliviar os recursos humanos disponibilizados para esse tipo de monitoramento Palavras Chaves dispositivos de automa o economia de energia sistema de ar condicionado central iv Abstract This work comes to present a panorama of the electric system found usually in commercial constructions of great load with abo
21. produtividade conforto seguran a e qualidade nos servi os prestados aos usu rios de bens e servi os s o as principais condicionantes para conserva o e atra o de novos clientes e a infraestrutura parte importante desse processo Para se conseguir esses objetivos tem se que necessariamente considerar novos conceitos e diferentes t cnicas a serem aplicadas na modelagem dos sistemas prediais al m do aproveitamento eficiente dos recursos da tecnologia atuamente disponivel O r pido desenvolvimento tecnol gico na rea da eletr nica computa o e sistemas da informa o nas ltimas d cadas tem viabilizado aplica es interessantes e importantes em todos os segmentos da sociedade que num primeiro instante chocam pelo ineditismo mas rapidamente se incorporam no dia a dia das pessoas passando a ser condicionante da sociedade contempor nea Assim foi com o rel gio de pulso que de anal gico passou a ser digital o computador de v lvulas de uso corporativo de grandes dimens es ao computador pessoal PC s e notebooks de maior velocidade precis o e armazenamento de dados e dispositivos de automa o aplicados em processos industriais proporcionando produtividade redu o de custos e qualidade aos produtos manufaturados Em principio qualquer grandeza fisica pode ser controlada isto pode ter seu valor intencionalmente alterado Obviamente h limita es pr ticas uma das inevit veis a restri o da
22. rel s inversor de fregii ncia motor trif sico 2 CV mult metro digital termopar e caixa de isopor 5 5 1 Controlador L gico Program vel ZA P500 com m dulo de expans o 400 O ZAP 500 foi desenvolvido para atender aplica es de controle de processos e sequenciamento de m quinas Pode possuir at 28 pontos de I O entradas e sa das na sua configura o completa e oferece toda a versatilidade dos demais controladores do fabricante Ele formado por um modulo b sico de 10 pontos de I O digital um m dulo de Interface Homem M quina com teclado e diplay opcional e um m dulo de expans o opcional com mais 18 pontos de I O conforme a figura 5 5 1 1 abaixo 168 M dulo Principal 4 Sa das Digitais A 6 Entradas Digitais epopeeeopecea Alimenta o 24VDC MPB510 ka M dulo de Expans o Opcional 8 Entradas Anal gicas C lojofojejojojop Li 2 Sa das Anal gicas 2 Mbit de 4 Sa das Digitais Data Flash 4 Entradas Digitais ZEM400 EPE ET Figura 5 5 1 1 Configura o do controlador ZAP 500 BX Esse controlador foi desenvolvido para ser alocado em caixa de 200x150x80mm Neste caso possui a seguinte configura o e Painel frontal com 15 teclas sendo 10 de fun o program vel com leds associados e 2 leds para supervis o do estado do controlador e canal de comunica o serial display LCD alfanum rico de 2 linhas
23. tica nacional Como cerca de 80 do petr leo consumido no pa s era importado e a explos o dos pre os ocorridos entre 1973 e 1974 o valor do pre o das importa es com o petr leo no Brasil saltou de US 600 milh es de d lares para mais de US 22 bilh es de d lares conforme Vichi amp Mello 2004 O programa viabilizou a continuidade do abastecimento de combust veis automotivos baseados na utiliza o de biomassa por meio de incentivos a produ o de lcool de cana de a car nas unidades a ucareiras e destilarias independentes E do financiamento ao desenvolvimento de motores apropriados pelas ind strias automobil sticas instaladas no pa s e de uma ampla rede de distribui o 19 Esse projeto tem proporcionado ao pa s certa independ ncia de oscila es do mercado de petr leo internacional e proje o internacional como nico pa s a possuir uma tecnologia de combust veis renov veis um ano o tempo do ciclo de produ o da cana de a car de baixo impacto na emiss o de CO isento de NOs e garantindo o fornecimento de tecnologia e lcool anidro aos pa ses desenvolvidos onde possuem uma legisla o bastante rigorosa na emiss o de poluentes Paralelamente as ind strias automobil sticas nacional comprometidas com governo tiveram grande papel nesse novo energ tico e no desenvolvimento de equipamentos e componentes que viabilizasse essa utiliza o ou seja motores que pudessem funcionar
24. trica ciclo combinado ou mesmo utilizada no processo industrial aumentando sua efici ncia A energia t rmica proveniente do sistema de refrigera o desses motores g s natural apresentada na figura 3 2 5 s o mais eficientes que as turbinas onde nesse caso pode ser reaproveitada em sistemas de gera o de vapor que pode ser utilizado no processo de gera o el trica ciclo combinado gua quente ar refrigerado gua fria e os gases de exaust o que normalmente s o liberados na atmosfera podem ser reaproveitadas na produ o de CO e NOx A utiliza o desses gases fazem parte do processo industrial como mat rias primas importantes em ind strias de refrigerantes e cervejas como tamb m no tratamento de efluentes obtendo com isso um rendimento bastante consider vel em torno de 90 em rela o aos sistemas convencionais de cogera o cujo rendimento gira em torno de 55 Esses sistemas est o sendo aplicados em algumas ind strias de refrigerantes e cervejarias na regi o do gasoduto Brasil Bol via Gasbol MARIOTONI amp GOMAZAKO 2002 como por exemplo as cervejarias Antartica e Bhrama que se utilizam do CO g s da cerveja e NO no processo de esteriliza o das embalagens 28 f ENERGIA ELETRICA COMBUST VEL 40 100 PROCESSO INDUSTRIAL VAPOR GASES DE 19 ESCAPE 400 am IPC GUA A SFC A 2 CHELER DE m ABSOR O PROCESSO 3 INDUSTRIAL o Fan Coil
25. ve EE 137 5 1 2 Sistema de Alimenta o de Energia El trica 141 5 2 a e LE RU DO son s OR ORE MR RS UN e a TEAR E RU RR ais 148 5 2 l Balc es PRGONNCOS ads SERES RO 151 5 3 Sistema de Ar Condicionado Central scans senso ubasseosiosasaeqaasS UBS ongpeaqaqadsda pd 155 5 4 Sistema de Ilumina o Artificial reerreeeeeeercerercarean s 165 Proposta de VULOM A O sta E e PD E 167 5 5 1 Controlador L gico Program vel ZAP 500 com modulo de expans o 168 5 5 2 Inversor de Frequ ncia CFW 08 WEG ee 172 xi 5 5 3 Multimetro Digital Minipa ET 2976 es esimecsanasieanisaintos ensnanecadieren denied dana 173 5 6 Simula o atrav s do prot tipo sua gaastrugteatieafgaesaruges iraque iqeeigae sera qual docaicesatuagass pts 174 6 Resultados ae A a A A a en Sd densa 179 TCNG ci a a R dad A 183 Bibliografia sissors anteire aeniea R a RE ada aa a ea OR nata Rat EA manada a EEEn 187 O ANEXO assiste ae pa ads nd ja Ra SG Sa p 195 xii Lista de Figuras e Gr ficos Figura 1 1 Maiores preocupa es da popula o da cidade de S Paulo 5 Figura 1 2 Brasil pa s com maior ndice de criminalidade o Figura 3 1 1 Maiores Geradores de Energia Eletrica a 13 Figura 3 1 2 Oferta Interna de Energia 2006 cena 14 Figura 3 1 3 Matriz Energ tica Brasileir
26. 5 3 1 Sistema Automatizado SA Parte Operativa e Comando Para cada processo a ser controlado necess rio escolher dentre as diferentes tecnologias de comando dispon veis as mais adequadas e as que melhor se adaptam ao processo Dentre as diferentes tecnologias existentes podemos citar comandos pneum ticos hidr ulicos rel s e Controladores L gicos Program veis CLP Atrav s das informa es fornecidas pela Parte Operativa PO a Parte Comando PC mantida informada sobre o estado das opera es A Parte Comando PC pode trocar informa es com o exterior do sistema de onde pode receber indica es ordens bot es de comando chaves etc e fornecer sinaliza es sonoras e ou luminosas buzinas l mpadas etc A primeira etapa do desenvolvimento de um SA consiste em descrev lo de modo n o ficar nenhuma d vida sobre os objetivos a serem atingidos no projeto proposto onde deve prevalecer o conjunto sem a preocupa o com detalhes tecnol gicos quando ent o deve se descrever os elementos espec ficos do sistema de automa o nesta etapa que surgem as maiores dificuldades porque as informa es devem chegar ao projetista com todos os detalhes necess rios A comunica o verbal n o a forma mais indicada isso porque pode levar a mais de uma interpreta o e at mesmo a informa es amb guas Para sistemas complexos com a es T11 simult neas e decis es com m ltiplas
27. 506 492 539 619 718 878 1 020 6 921 7 044 7 082 7 216 7 693 8 143 8 617 20 20 21 51 151 218 272 0 1 3 4 6 5 10 0 0 1 2 2 2 2 299 742 314 036 328 927 345 393 379 265 418 440 467 026 Tabela 1 Consumidores de GN no Estado de S o Paulo Fonte Secretaria de Energia Rec H d San Boletim Informativo Dez 2004 19 9 20 6 19 7 18 7 19 2 20 20 3 179 076 8 188 707 4 219 021 4 237 259 2 270 498 0 290 225 0 287 393 0 625 5 650 7 676 725 6 799 870 1 931 6 88 319 8 134 620 8 259 741 9 286 010 2 155 640 1 141 757 6 137 275 30 0 1 568 833 3 1 582 407 4 2 038 386 4 1 917 611 1 1 828 516 1 1 569 927 5 0 0 0 0 9 856 600 0 11 622 368 4 13 783 791 7 5 546 708 3 3 107 166 7 340 354 5 424 0 543 3 679 3 736 5 767 4 Tabela 2 Consumo por consumidor M dia Mensal de GN em m Fonte Secretaria de Energia Rec H d San Boletim Informativo Dez 2004 Essa introdu o tem sido verificada em diversas regi es do pa s onde verifica se um aumento significativo em todos os setores principalmente no setor induastrial e de transporte que atualmente circulam pelo pa s cerca de 1 5 milh es ve culos 2006 convertidos a g s natural e esse n mero s n o maior devido a dificuldade de implanta o de novos postos de abastecimento em regi es n o atendidas por esse insumo Nota se nas tabelas acima que apesar de ter aumentado o n mero de consumidores de g s natural o volume por
28. 6 643 823 Pequena Central Hidrel trica PCH 250 1 247 900 1 215 625 37 445 112 209 3 411 915 Central Central Solar Fotov SOL 1 20 20 0 0 0 0 Usina Hidrel trica de Energia UHE 144 70 256 234 67 882 069 18 4 371 436 22 5 109 600 Usina Termel trica de Energia UTE 821 24 720 622 19 571 561 13 1 103 398 102 13 044 485 Usina Termonuclear UTN 2 2 007 000 2 007 000 0 0 0 0 Total 1 399 98 352 060 90 793 454 69 5 920 794 526 28 240 395 Tabela 3 Capacidade Instalada e Empreendimentos Fonte Aneel Banco de Informa es de Gera o do Brasil 31 01 2005 No segundo ano do Presidente Luiz In cio Lula da Silva 2003 2006 com as receitas comprometidas e car ncia de recursos financeiros para novos empreendimentos o governo se empenha na cria o de uma parceria com a iniciativa privada que viabilizaria investimentos em infra estrutura bastante deficit ria e em estado critico de manuten o seja em saneamento b sico transportes e eletricidade Essa parceria permitiria a abertura de novos mercados de gera o e distribui o de energia el trica no pa s a partir das Parcerias P blico Privada PPPs aprovadas pelo Congresso Nacional no final de 2004 e sancionadas pelo presidente no in cio de janeiro de 2005 o que facilitaria os investimentos do setor privado juntamente com o governo com a garantia de explora o de tarifas durante 35 anos minimizando a falta de energia pelo menos a m dio e longo prazo o q
29. Application K Jensen G Rozenberg Eds Springer Verlag 1991 pp 215 243 JENSEN K amp ROSENBERG G High level Petri Nets Theory and Application Springer Verlag 1991 JENSEN K Coloured Petri Nets em Petri Nets central models and their properties Lecture Notes in Computer Science 254 Springer Verlag Berlin pp 248 299 1987 Laborat rio de Engenharia El trica Curso de CLP Universidade Estadual do Rio de Janeiro UERJ 2000 LEAL U 2002 Conex es inteligentes Revista T chne n 60 mar o 2002 pg 36 42 LOCK R The New Electricity Model in Brazil Na Instutional Framework in Transition 2005 Elsevier The Electricity Journal p 52 61 MACIEL P R at al Introdu o s Redes de Petri e Aplica es Instituto de Computa o UNICAMP Campinas 1996 190 MAEDA S Intelligent Buildings a key solution for the 21 century office Doctor of Engineering Thesis Civil Engineering Department Stanford University Stanford 1993 MARIOTONI C A ANDRADE Jr E P A Descri o de Sistemas de Automa o Predial Baseados em Protocolos PLC Utilizados em Edificios de Pequeno Porte Habitar 2002 S o Paulo MARTE C L Automa o Predial A Intelig ncia Distribu da nas Edifica es S o Paulo Cartago amp Forte 1995 120p MIYAGI P E Control System design Programming and Implementation for Discrete Event Production Systems by Using Mark FLOW Graph Doctoral T
30. CCEE contabilizar as diferen as entre o que foi produzido ou consumido e o que foi contratado As diferen as positivas ou negativas s o liquidadas ao Pre o de Liquida o de Diferen as PLD As rela es comerciais entre os agentes participantes da CCEE s o regidas predominantemente por contratos de compra e venda de energia sendo que a liquida o 2 financeira destes contratos realizada diretamente entre as partes contratantes O pre o cobrado do consumidor final de energia resultado n o apenas do pre o da energia livremente negociada Al m do custo da energia propriamente dita tamb m s o cobrados do consumidor e TUST Tarifa de Uso do Sistema de Transmiss o tarifa paga pelo uso da rede b sica de transmiss o e o custo das conex es entre a empresa produtora e a rede b sica e desta com a rede local da empresa consumidora e TUSD Tarifa de Uso do Sistema de Distribui o tarifa onde est o incorporadas as tarifas de demanda em ponta e fora de ponta e as tarifas de excedentes reativos e CC Custo de Conex o taxas que visam cobrir despesas com conex o e implanta o de sistemas de medi o e Perdas T cnicas c lculo das perdas na transmiss o de energia A tarifa de uso da rede b sica estabelecida pela ANEEL com base nos custos de investimentos no sistema de transmiss o e da localiza o dos pontos de produ o e consumo de energia conforme mostra a figura 3 3 1 2 1 198
31. REDE BASICA Operada pelo ONS Operador Nacional de Sistema Distribuidora f TUST Tarifa unica do sistema de transmissao q TUSD Tarifa unica do sistema de distribuicao N CC Custo de conexao ERSE Perdas tecnicas LIVRE CCE contrato de compra e venda de energia aa Figura 1 2 1 Esquema tarif rio de energia el trica Fonte Engecomp wwww engecomp com br acessado 10 07 2005 Assim enquanto um consumidor cativo recebe apenas uma conta de energia um consumidor livre pode receber v rias Normalmente o consumidor livre recebe as seguintes contas de energia e Conta referente parcela cativa se houver emitida pela concession ria local e Conta referente ao Uso da Rede de Distribui o emitida pela concession ria local e Conta s referente s ao fornecimento de energia Um nico consumidor livre pode comprar energia de quantos fornecedores diferentes desejar Assim este item pode ser dividido em in meras contas diferentes importante esclarecer que um consumidor livre n o deixa de ser cliente de sua concession ria local Esta continuar a receber pela transmiss o e distribui o de toda a energia que o consumidor vier a comprar no mercado livre Ou seja mesmo para os clientes livres a concession ria local continua a ser um importante fornecedor e portanto continua sendo obrigada a respeitar as portarias de atendimento ao consumidor estabelecidas pela
32. Sim es 2004 Associa o Brasileira de Refrigera o Ar Condicionado Ventila o e Aquecimento O estabelecimento avaliado possui alguns sistemas com dispositivos de controle e automa o atuando de forma independente stand alone que certamente causa uma perda de efici ncia e consequentemente certo desperd cio de energia Isso poderia ser melhorado integrando se esses sistemas isolados em sistema nico de supervis o e gerenciamento centralizado localizado em um ponto estrat gico do pr dio permitindo uma vis o global de todo o sistema energ tico da constru o Al m disso permitiria uma integra o da rede de lojas distribu das pelo pa s com a administra o central atrav s da rede corporativa de computadores Essa integra o de sistemas de supervis o e gerenciamento de energia que num primeiro instante representa um investimento consider vel sob a tica do empreendedor ao longo do tempo torna se um benef cio visto que o tempo necess rio a uma poss vel interven o em caso de pane al vio ou corre o do sistema praticamente instant neo d cimos ou mil simos de segundos e certamente representaria economia de energia e um al vio de tarefas ao departamento de manuten o e servi os 10 3 Revis o Bibliogr fica Para auxiliar a compreens o deste trabalho procurou se demonstrar a atual situa o do setor de gera o de energia el trica no Brasil das fontes dos problemas e das dif
33. ao ano ABCI Associa o Brasileira da Constru o Industrializada ABNT Associa o Brasileira de Normas T cnicas ABRAVA Associa o Brasileira de Refrigera o Ar Condicionado Ventila o e Aquecimento ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica ANP Ag ncia Nacional de Petr leo ASHRAE American Society of Heating Refrigeration and Air Conditining engeneers BEM Balan o Energ tico Nacional BNDES Banco Nacional de Desenvolvimento Social CC Custo de Conex o CCEE C mara de Comercializa o de Energia El trica Cebus Consumer Electronic Bus CEIC Centro Empresarial Ita Concei o Cemig Companhia Energ tica de Minas Gerais CFTV circuito fechado de TV CLP Controlador L gico Program vel CO di xido de carbono CPFL Companhia Paulista de For a e Luz CSMA CA Carrier Sense Multiple Acess Collision Avoidance CSMA CD Carrier Sense Multiple Acces Collision Detection Xxix CV Cavalo Vapor EIB European Installation Bus EIBG European Intelligent Building Group EPUSP Escola Polit cnica da USP EUA Estados Unidos da Am rica FDB Function Block Diagram FMI Fundo Monet rio Internacional FPS Fora de Ponta Seca FPU Fora de Ponta mida GLD Gerenciamento do Lado da Demanda GWh Giga Watt hora Hz Hertz V O Imput Output IBI Intelligent Buildings Institute IBSC Intelligent Bui
34. ar condicionado central Fonte Villani 2000 O sistema de ar condicionado central encontrado nessa constru o assemelha se com o demonstrado acima todavia sem o sistema de aquecimento j que nessa localiza o dispens vel devido as caracter sticas clim ticas da regi o al m do que o sistema de gua gelada tem capacidade de 650 TR Toneladas de Refrigera o sendo dois equipamentos para 175 TR e um para 300 TR com duas torres de resfriamento e um tanque de armazenamento de 1 200 000 litros de gua gelada a 6 C como mostra a figura 5 3 3 e atrav s de 32 fan coils distribue o ar refrigerado atrav s de dutos com bocais difundidos por toda a loja Comandados por CLP s Controladores L gicos Program veis instalados nos chillers que s o monitorados e alterados atrav s de interven o humana no painel de IHM Interface Homem M quina nos equipamentos Esses equipamentos s o um tanto obsoletos devido as suas caracter sticas construtivas e ao per odo de constru o do empreendimento onde diversos equipamentos que comp em o 157 sistema de condicionamento ambiental tiveram ganho de efici ncia e qualidade como mostra a tabela 6 Tabela 7 Evolu o do Compressores de Ar Condicionado Fonte ABRAVA 2004 Equipamento 1970 2001 Compressor Parafuso 0 88 kW TR 0 75 kW TR Compressor Centrifugo 0 85 kW TR 0 75 kW TR Comp Alternativo gt Rotativo 1 39 kW TR 1 17 kW TR Compres Veloc Vari vel
35. at al existem pelo menos 30 diferentes conceitos Do Intelligent Building Institution de Washington aquele que integra v rios sistemas no gerenciamento de modo a maximizar o desempenho t cnico e operacional e surgiu nos EUA em 1988 uma defini o puramente tecnol gica contestada por grande n mero de pesquisadores O IBI Intelligent Building Institute dos Estados Unidos define um edif cio inteligente como aquele que permite a cria o de ambientes produtivos e custos efetivos atrav s da otimiza o de quatro elementos b sicos 1 estrutura 2 sistemas 3 servi os e 4 gerenciamento interagindo entre eles Maeda 1993 J o EIBG European Intelligent Building Group do Reino Unido define como aquele que cria um ambiente que disponibiliza uma disposi o de forma que seus escrit rios sejam objetivos e maximizam a efici ncia de seus ocupantes e simultaneamente oferece uma manuten o eficiente dos recursos com um m nimo de custo e disp ndio de tempo A diferen a que o Reino Unido est enfocado nas necessidades do usu rio enquanto que os Estados Unidos est mais enfocado nos recursos tecnol gicos de acordo com Wong 2005 No Jap o o IBSC Intelligent Building Study Commitee define edif cio inteligente sob tr s pontos o pr dio deve conter a um bom ambiente para as pessoas e equipamentos b bom suporte para alta produtividade dos trabalhadores do escrit rio e c boa seguran
36. brasileiras e 1 s culo o tempo estimado da dura o das reservas mundiais de g s natural e 7 5 a participa o do g s natural na matriz energ tica brasileira e 44 milh es de metros c bicos dia o consumo de g s natural no Brasil Nas ind strias diferentemente do que ocorre com a energia el trica que antes de alimentar as m quinas necess rio passar por um processo de transforma o da energia el trica que vem da rede que de acordo com a necessidade do processo exige um bom investimento em sistemas de subesta es e transformadores Esse investimento dispensado na utiliza o do g s natural que pode ser utilizado sem necessidade de estoque ou transforma o na sua forma original aplicando se diretamente em sistemas de aquecimento de fornos caldeira estufas e nos processos de produ o devido a sua caracter stica de fornecimento de uma chama limpa e uniforme qualidades importantes nas ind strias de vidros e cer micas com baixos ndices de emiss es de poluentes na atmosfera sem enxofre na sua composi o substituindo com vantagens o leo combust vel 21 Pode tamb m ser utilizado na autoprodu o de energia el trica atrav s de sistemas de cogera o onde atrav s do processo de combust o interna nos motores e turbinas produz energia mec nica gerando simultaneamente eletricidade e o calor que pode ser aproveitado em caldeiras e movimentar turbinas para gera o de energia el
37. cios comerciais onde possuem climatiza o mec nica Na maioria dos sistemas de ar condicionado central o controle de vaz o de ar insuflado se faz por meio de dumpers venezianas motorizadas dispositivos que regulam a passagem de ar pelos dutos mas n o operam em sintonia com os fancoils onde os motores envolvidos trabalham em regime de rota o permanente Esses dumpers estrangulam ou liberam essa passagem de ar pelos dutos conforme necessidade tornando o sistema pouco eficiente Uma analogia disso seria como se acelerasse e freasse um autom vel ao mesmo tempo provocando um consumo de energia desnecess rio tornando os ineficientes as duas a es O escopo deste trabalho n o detalhar o funcionamento desses dispositivos eletr nicos tampouco os softwares que controlam esses equipamentos uma vez que j foram desenvolvidos pelos projetistas destes mas sim a aplicabilidade dos sistemas que empregam grande n mero de motores el tricos compressores bomba de circula o dampers torre de resfriamento fancoils etc e na maioria das vezes trabalham no regime de alta rota o Esses equipamentos trabalhando em regime permanente no insuflamento de ar climatizado nem sempre atendem s necessidades de conforto dos seus benefici rios pois em determinados per odos chegam a causar a sensa o de desconforto deixando o ar mais frio ou mais quente que o ideal Isso tem exigido maior aten o do departamento de manute
38. com outros 6 20 A realidade brasileira no per odo a matriz energ tica teve um comportamento bastante particular onde a participa o da energia hidr ulica corresponde com a maioria cerca de 40 e a participa o do lcool hidratado etanol com cerca de 3 praticamente inexistente em outras na es Essas compara es das matrizes energ ticas do Brasil e do mundo em 1989 est o representadas no gr fico da figura 3 1 9 de acordo com Ven ncio 2001 onde mostra a contribui o de cada energ tico utilizado em sua matriz E PETR LEO E CARV O E HIDR ULICA E NUCLEAR D G S NATURAL E LCOOL E OUTROS MUNDO BRASIL Figura 3 1 9 Matriz Energ tica Mundial x Brasileira 1989 Fonte Ven ncio 2001 Felizmente a participa o proporcional do petr leo na matriz energ tica mundial continua caindo quando em 1973 era de 45 de um total de 6 034 bilh es de tep tonelada equivalente de petr leo em 2003 passou a 34 4 da demanda total de energia de acordo com a Ag ncia Internacional de Energia apud Minist rio das Minas e Energia 2005 conforme aponta o gr fico 3 1 10 abaixo devido a mudan as de pol ticas energ ticas e investimentos em energias renov veis como biomassa e lica solar e outros 21 1973 2003 Carv o Carv o Mineral Outros Mineral Outros 24 8 0 1 24 4 0 5 Petr leo Energias Petr leo 34 4 Renov 45 0 Energias veis Renov veis 11 2 10 8
39. comparado aos custos de energia e gua com tend ncia de aumentos constantes o retorno do investimento em tecnologia se d em aproximadamente em 3 anos 49 Em 1978 empresas como a Leviton e X10 Corp j haviam iniciado o desenvolvimento de suas linhas de produtos buscando explorar duas tecnologias fundamentais na moderna automa o predial redes de comunica o e eletr nica embutida nos pr prios elementos de supervis o e controle Sistemas de Automatiza o de edif cios e aplica es X70 Smart Home foram instaladas em aproximadamente quatro milh es de edif cios no ano de 1996 Os fabricantes de controladores program veis CLP se adaptaram a esta realidade e incorporaram a equipamentos a possibilidade de comunica o em rede atrav s de diversos protocolos propriet rios ou padronizados por organismos internacionais 4 2 Fun es Dom ticas e classifica o A classifica o de fun es Dom ticas realizada com o intuito principal de satisfazer a um n mero consider vel das necessidades anteriormente discutidas Assim s o definidas tr s grandes classes de fun es segundo o tipo de servi o a que elas se destinam as quais s o divididas em sub fun es elementares que podem ser facilmente analisadas 4 2 1 Fun o de Gest o Essa fun o tem reas comuns com a fun o de controle A fun o de gest o tem por objetivo automatizar um determinado n mero de a es sistem ticas Um processo d
40. consumidor utilizar a energia el trica durante a madrugada ou no final da tarde assim como consumir durante o m s de junho ou dezembro Com isso o perfil do comportamento do consumo ao longo desses per odos reflete uma tend ncia natural vinculada exclusivamente aos h bitos de consumo e s caracter sticas pr prias do mercado de uma determinada regi o A figura 2 1 abaixo mostra o comportamento m dio do mercado de eletricidade ao longo de um dia Observa se no hor rio das 17 s 22 horas uma intensifica o do uso da eletricidade Esse comportamento resulta das influ ncias individuais das v rias classes de consumo que normalmente comp em o mercado industrial comercial residencial ilumina o p blica rural e outras 2 Esse repentino aumento no consumo em decorr ncia da classe residencial que durante esse per odo se utiliza intensivamente do chuveiro el trico que provoca graves problemas no fornecimento de energia 202 POT NCIA MW 3000 2500 OFechamento 2000 E Outros 1500 ollum P blica B Rural m Comercial D Industrial E Residencial 1000 a00 1 3 5 7 Sid dB dr od A 8 HORA Figura 2 1 Comportamento no Hor rio de Ponta CPFL Fonte GOMAZAKO 2002 Apud www green pucminas br Cenario nergetico O hor rio de maior uso acima identificado denominado hor rio de ponta do sistema el trico e justamente o per odo em que as redes de distribu
41. controle comando de um Sistema Automatizado SA s o frequentemente organizados de forma distribu da as partes operativas comandadas por diversos Controladores L gicos Program veis CLP estes por sua vez muitas vezes controlados atrav s de um sistema de supervis o as trocas de dados entre as diversas estruturas f sicas de comando sendo realizadas por meio de uma rede local Portanto torna se extremamente dif cil para o projetista escolher uma arquitetura de comando adequada aos sistemas distribu dos sobretudo no que diz respeito a an lise de tempo de resposta do sistema como um todo Isso porque de forma geral os fabricantes de equipamentos conhecem perfeitamente os componentes de seus sistemas de controle individualmente mas n o disp em de informa es sobre a intera o entre os diferentes componentes do sistema ou influ ncia de par metros Um sistema Supervis rio ou SCADA como conhecido no ambiente industrial opera de acordo com v rios fatores tanto em n vel de software como em n vel de hardware A presen a de um ambiente de comunica o entre elementos de controle e monitora o atualmente uma tend ncia que traz benef cios e sofistica es ao sistema possibilitando a integra o de todo sistema automatizado Para permitir que se estabele a uma comunica o do sistema de supervis o e controle com as outras partes possibilitando uma troca din mica de dados entre a parte operacional e comando uma s rie
42. da etapa etapa Acionar Cilindro n o ativa gt Ligar L mpada arm A O da etapa 3 Aguardar bot o de partida etapa ativa gt a o da macro etapa 4 macro etapa gt Processar Produto Figura 4 3 10 1 Etapas e A es de um GRAFCET A figura 4 3 10 2 apresenta uma situa o onde quando a etapa 4 estiver ativa a a o 1 ser executada se a vari vel XX for verdadeira a a o 2 ser executada se a condi o M1 for falsa e a a o 3 ser executada incondicionalmente assim que a etapa 4 tornar ativa A execu o de uma determinada a o pode estar associada a uma condi o l gica entre uma vari vel de entrada ou de outra etapa qualquer Assim uma etapa mesmo estando ativa pode existir a es condicionais que n o sejam execut veis pois sua condi o momentaneamente falsa 89 Figura 4 3 10 2 A o Condicional num GRAFCET 4 3 10 1 Tipos de a es associadas s Etapas Normalmente a es devem ser associadas s etapas As a es podem ser classificadas como a Condicionais A execu o de uma a o pode ser submissa a uma condi o l gica entre vari vel de entrada ou de outra etapa isto mesmo o estado de uma etapa sendo ativo pode haver a es condicionais que n o sejam executadas pois sua condi o momentaneamente falsa b Impulsionais A ativa o da a o ocorrer durante um tempo determinado quando a etapa torna se ativa
43. dados secund rias conectando sub controladores espec ficos As controladoras de rede os subsistemas espec ficos como por exemplo detec o de fuma a circuito fechado de televis o e a conectividade dos mesmos conex o com equipamentos e sistemas existentes por comunica o serial e por pontos de supervis o e controle 4 3 4 4 Retorno do Investimento atrav s do retrofit O retorno de investimento atrav s do retrofit em empreendimentos imobili rios tem proporcionado resultados bastante interessantes com economias geradas pelo Sistema Predial pagando os custos em prazos aproximados de tr s anos e em seguida passando a contribuir de forma significativa para a diminuindo as despesas com o Pr dio Estima se que em oito anos a utiliza o da automa o representa um retomo adicional no mesmo valor do investimento efetuado o que permite a substitui o do sistema ou simplesmente a sua moderniza o Atualmente estima se que o prazo de dura o de equipamentos aplicado tanto a ind strias como pr dios gira na faixa 10 a 15 anos enquanto o empreendimento em si pode ser pensado para 80 a 100 anos pode se concluir com absoluta seguran a que a A instala o de Sistemas de Automa o Predial al m de trazer vantagens operacionais e de seguran a ao Edif cio corresponde a um item importante do ponto de vista de economia de custos com retorno garantido em rela o ao investimento realizado 69 b O fato da tecno
44. de elementos s o necess rios para estabelecer esse processo Este cap tulo ser dividido em dois itens o primeiro aborda os principais elementos para um sistema de controle e supervis o e no item subseqiiente ser apresentado modelo t pico de arquitetura de Supervis o e Controle enfatizando a Automa o Comercial mais direcionado a edifica es de super e hipermercados sendo apresentado elementos para comunica o e controle juntamente com o sistema para envio de imagens em tempo real 126 4 8 1 Sistema de Supervis o e Controle Num Sistema Automatizado sensores s o utilizados para aquisi o de dados informativos dos sistemas controlados os quais convertem par metros f sicos tais como presen a f sica de um corpo n veis de gua temperatura etc para sinais anal gicos e digitais para as esta es remotas Por outro lado os Atuadores s o utilizados como o pr prio nome indica para atuar no sistema Os atuadores podem ser considerados como dispositivos de sa da das unidades remotas Sensores e atuadores s o dispositivos conectados aos equipamentos monitorados e ou controlados pelos sistemas SCADA Supervisory Control and Data Acquisition designados com Sistema de Supervis o e Controle Os primeiros sistemas SCADA permitiam informar periodicamente o estado corrente do processo industrial monitorando sinais representativos de medidas e estados de dispositivos atrav s de um painel de l mpadas e indicadores
45. do completeza representados por um sistema de estados eventos ou a es represent veis pela mudan a de um estado para outro A maneira mais direta de representar formalmente um sistema control vel mapear o seu comportamento ou pelo menos os processos principais com aut matos finitos Neste caso todo o sistema incluindo as suas partes considerado uma representa o nica chamada estado e a evolu o destes estados isto uma transi o de um estado para outro representada por um arco direcionado ligando estes estados Esta forma pict rica de representar a evolu o dos estados somente uma representa o alternativa e talvez mais f cil de interpretar talvez por ter uma comunica o quase subliminar sobre a evolu o do sistema e sobre o conceito de processo Entretanto a formaliza o mais acabada do sistema e seu funcionamento esta associada defini o do que se conhece como um aut mato Um aut mato finito definido como sendo um conjunto finito de estados um dos quais identificado como o estado inicial e um outro eventualmente nenhum considerado como o estado final onde est associado o final do processo ou de todos os processos representados Tamb m parte do aut mato um conjunto de eventos denotados por letras de um alfabeto Neste caso um processo inicialmente identificado como uma segii ncia de eventos pode ser associado a strings formadas por letras neste al
46. dos EUA Fran a e Jap o maior do que o total da gera o brasileira Cor ia do Sul It lia Espanha Australia frica do Sul 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 Bilh es de kilowatts hora Figura 3 1 1 Maiores geradores de energia el trica Fonte Rondeau 2006 apud International Energy Annual 2003 As reservas de recursos n o renov veis de combust veis f sseis e minerais carv o e ur nio tornam o pa s com condi es relativamente confort veis mesmo assim o pa s tem procurado desenvolver a explora o de energia renov vel que possui uma participa o bastante significativa 45 atrav s de seus potenciais hidr ulicos da radia o solar da biomassa e dos ventos que s o suficientemente abundantes para garantir auto sufici ncia energ tica e menos vulner vel as oscila es externas relativas ao petr leo conforme apresenta o Balan o Energ tico Nacional BEN 2006 figura 3 1 2 que demonstra esse perfil em rela o aos pa ses pertencentes a Organiza o de Coopera o de Desenvolvimento Econ mico OCDE formada majoritariamente por paises desenvolvidos e do mundo 12 Brasil 2005 55 3 Mundo 2003 86 7 OCDE 2003 94 0 E Renov vel E N o Renov vel Figura 3 1 2 Oferta interna de energia 2005 Fonte BEN 2006 MME Contudo apenas duas fontes energ ticas hidr ulica e petr leo t m sido extensivamente exploradas Cerca de 80 do supri
47. em determinados pontos dele na melhoria do sistema de Aquecimento Ventila o e Ar Condicionado HVAC Heating Ventilation and Ar Conditioning otimizando se setores e ou equipamentos durante um determinado per odo conseguindo se com isso um alivio do sistema de alimenta o uma vez que atualmente essa interven o se faz manualmente 161 Com rela o ao sistema el trico aplicado no per odo de sua implanta o em especial ilumina o e refrigera o estes s o respons veis por cerca de 70 da energia consumida de um estabelecimento comercial conforme a figura 5 4 7 do PROCEL Os equipamentos foram se modernizando ou seja tornando se mais eficientes atrav s de novos mecanismos novos tipos de compressores assim como dispositivos que permitem uma melhor supervis o do sistema el trico como um todo cujo objetivo principal a efici ncia energ tica Consumo de energia em pr dio p blico e comercial PROCEL 48 H ar condicionado Hilumina o O equipamentos eletricos E bombas e elevadores Figura 5 3 7 Consumo m dio de energia el trica em pr dio comercial Fonte PROCEL 2004 Os dados registrados atrav s pelo aparelho RMS 22 mostram um perfil um pouco diferente figura 5 3 8 mas n o menos evidente que comprova grande consumo de energia e a necessidade de um melhor monitoramento do sistema de ar condicionado central pois envolvem motores nos compressores no bomb
48. energia que dispomos para afetar os fen menos por exemplo a maioria das vari veis climatol gicas pode ser medida mas n o controlada devido a ordem de grandeza da energia mas podem ser prevista com certa anteced ncia a ponto de se evitar determinadas panes no sistema O controle manual implica em se ter um operador presente no processo de uma vari vel f sica e que de acordo com a necessidade e conhecimento opera uma dispositivo qualquer v lvula alavanca chave produzindo altera es nesse processo Inicialmente os sistemas de automa o foram desenvolvidos para aplica es em processos industriais mais especificamente na ind stria automobil stica conforme o grupo coordenado pelo Laborat rio de Engenharia El trica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro at al O desenvolvimento do Controlador L gico Program vel CLP foi realizado em 1968 pela equipe de engenheiros da General Motors devido a grande dificuldade de mudan a da l gica de controle dos pain is de comando na linha de montagem que implicavam grande empenho de tempo e dinheiro Posteriormente essa automa o migrou para toda ind stria manufatureira mas somente a partir da d cada de 80 conforme Souza 2004 at al essa tecnologia da automa o e supervis o come a a ser aplicada de uma forma mais abrangente nas constru es industriais comerciais e residenciais auxiliando o processo de gest o dos sistemas pred
49. es existentes estes ainda t m dificuldades em conterem os requisitos necess rios para transformar em realidade os anseios de seus usu rios 54 4 3 Evolu o da Automa o Predial Um dos principais linhas de aplica o da Dom tica se refere Automa o Predial neste trabalho analisaremos o conceito de dom tica e tecnologias salientando o conceito da integra o de subsistemas que a comp em e de sua integra o com o resto de um empreendimento abordando equipamentos sistemas redes de dados voz e imagem Pretende se mostrar que o futuro enfocar o pr dio como um sistema de alta tecnologia onde todas as fun es e facilidades dever o ser gerenciadas a partir de um centro de controle nico otimizando o seu uso gerando uma s rie de facilidades aos usu rios diminuindo significativamente a necessidade de deslocamento f sico pelo uso de sistemas eletr nicos aumentando consideravelmente o conforto e a efici ncia interna reduzindo ainda custos operacionais Esta tecnologia permitir tamb m que a opera o do empreendimento integrada s suas ferramentas de utiliza o e administra o seja otimizada ao limite em facilidade de uso efici ncia e economia de custos Ao mesmo tempo o desenvolvimento dos sistemas que at uma certa poca eram empregados de forma dispersa permitiu urna evolu o acelerada no sentido de uma opera o integrada que trar para um plano real num curto prazo alguns
50. esta conhecida como Dom tica Na figura 4 8 2 2 abaixo apresentada uma vis o de um hipermercado 130 Monitoramento Remoto Controle de Frio Alimentar Controle de Ventila o e Exaust o Controle de Aquecimento Monitoramento de Qualidade de Controle de Umidade Ar Inerior Figura 4 8 2 2 Sistema supervis rio de Hipermercado Fonte Emerson Tecnologies 2007 4 8 2 1 O Controle Supervis rio No sentido mais amplo o controle supervis rio significa que um ou mais operadores humanos est o intermitentemente programando e continuamente recebendo informa es provindas do computador que fecha uma malha de controle atrav s de atuadores artificiais e sensores para o processo controlado ou tarefa envolvida enquanto que num sentido mais restrito o controle supervis rio significa que um ou mais operadores humanos est o continuamente programando e recebendo informa es provindas de um computador o qual est interconectado com atuadores artificiais e sensores para o processo controlado ou tarefa envolvida 131 Em ambas as defini es o computador transforma informa es do homem para o processo controlado e do processo controlado para o homem mas somente segundo a defini o mais restrita o computador faz necessariamente uma malha de controle fechada que exclui o homem fazendo desta maneira o computador um controlador aut nomo para algumas vari veis pelo menos por algum espa o de tempo
51. eventos encontradas em v rias linguagens de programa o destinadas simula o a eventos discretos O modelo permanece num instante enquanto houver transi es a disparar Quando n o h mais o rel gio avan ado at o pr ximo instante em que haver transi es dispar veis logo em que haver marcas dispon veis 111 4 5 1 Redes de Petri Conceitos B sicos e Defini es Algumas tentativas de aplica o a novas reas tiveram como consegii ncia o aparecimento de extens es ao modelo inicialmente proposto O elevado n mero de classes de RdP resultante de extens es e redu es comporta se como dialetos de uma mesma linguagem permitindo no entanto um meio comum de comunica o entre comunidades ou sectores diversos As redes de Petri permitem modelar sistemas constitu dos por componentes que apresentem caracter sticas de funcionamento concorrente e interatuantes A sua utiliza o poder ser realizada de modos diversos dependendo do objetivo em vista A primeira abordagem considera as RdP como uma ferramenta auxiliar de an lise Neste caso outras t cnicas e formalismos s o usados para especificar o sistema com base nessa especifica o o sistema ent o modelado atrav s de uma RdP que ser posteriormente analisada Se forem detectados problemas proceder se a altera es na especifica o e o ciclo ser repetido at que mais nenhum problema grave seja detectado figura 4 5 1 1 De
52. fossem um s mesmo estando em regi es diferentes do modelo o que permite que sub redes distintas sejam ligadas entre si formando uma rede nica No aplicativo Design CPN as marcas carregam consigo um selo de tempo indicando o instante em que chegaram a seu ltimo lugar Por meio destes selos durante a simula o os tempos dos fluxos de dados podem ser coletados ou mesmo plotados para a avalia o de uma arquitetura de comando adequada 124 CLP TRATAMENTO Tratamento tempo de tratamento case i of d4 o d6 d9 d5 o d10 Figura 4 7 1 Proje o do modelo de um tratamento de um CLP 4 8 Arquitetura de Supervis o e Controle e Redes de Comunica o O projeto de Sistemas Automatizados requer entre outras atividades a especifica o de uma arquitetura de comando Sobretudo em sistemas com estrutura de controle comando bastante distribu da esta especifica o determinante para todo o restante do ciclo de vida do sistema em quest o Nesses casos o projetista v se face dif cil tarefa de numa fase inicial de projeto escolher uma arquitetura de comando capaz de atender a pr requisitos funcionais tais que tempos de resposta do sistema Neste cap tulo s o apresentados conceitos pr ticos referentes a diferentes arquiteturas industriais utilizadas para Supervis o e Controle 125 Com o objetivo de obtermos melhores n veis de flexibilidade e reatividade no meio industrial os sistemas de
53. funcionamento e Uma transi o pode ser validada ou n o validada e A transposi o de uma etapa provoca a ativa o de todas as etapas imediatamente a seguir e a desativa o de todas as etapas imediatamente precedentes e V rias transi es simultaneamente transpon veis s o simultaneamente transpostas 97 Se no decurso do funcionamento uma mesma etapa deve ser desativada e ativada simultaneamente ela permanece ativa Regra 1 Situa o Inicial No in cio de funcionamento somente as etapas iniciais est o ativas Existe pelo menos uma etapa inicial sendo todas incondicionalmente ativadas no in cio do funcionamento As etapas iniciais podem estar no inicio efetivo e ou no interior do sequenciamento do GrafCet etapa inicial etapa inicial no inicio no interior do GrafCet do GrafCet Figura Representa o de Etapas Iniciais e Regra 2 Valida o de uma Transi o Figura Transi o N o V lida Figura Transi o V lida Regra 3 Evolu o de Etapas Ativas Assim que uma transi o validada ocorre a transposi o de uma transi o Neste momento todas as etapas que precedem a transi o s o imediatamente desativadas e todas as etapas que se seguem s o imediatamente ativadas Figura Antes da Evolu o Figura Depois da Evolu o 98 Regra 4 Transposi o Simult nea de Transi es Todas as transi es simultaneamente transpon veis s o
54. gr fica do comportamento de comando de um sistema automatizado Ele constitu do por simbologias em arcos orientados que interligam as etapas e transi es interpretadas por vari veis de entrada e sa da da Parte Comando identificadas como receptividade de a es e por segii ncias de evolu o que caracterizam o comportamento din mico dos elementos comandados O GRAFCET se baseia em um conjunto de defini es sobre as quais s o estabelecidas suas regras fundamentais baseadas em lgebra booleana verdadeiro ou falso Podemos dizer que ele um m todo de descri o do caderno de tarefas de sistemas sequenciais formado basicamente por um conjunto de etapas transi es e liga es orientadas A figura 4 3 9 1 representa os principais elementos do GRAFCET 87 etapa inicial liga es orientadas transi o Figura 4 3 9 1 Esquema ilustrativo de um GRAFCET Esta linguagem de descri o baseada na descri o do caderno de tarefas do sistema a ser automatizado este transmite as necessidades do usu rio para o fornecedor Por m antes de fazermos a representa o dos postos da plataforma atrav s do GRAFCET foi preciso fazer uma descri o funcional de cada um dos postos caderno de tarefas Nesta descri o todas as opera es dos elementos que formam a plataforma foram especificadas detalhadamente utilizando esta metodologia passagem para qualquer tipo de representa o de sistemas sequenciai
55. m todo SADT Structured Analysis and Design Technique enquanto que o diagrama estado transi o representa o comportamental atrav s do Grafo de Comando Etapa Transi o o GRAFCET SFC Sequential Flow Chart A figura 4 6 1 mostra um exemplo de modelo de arquitetura funcional utilizando o m todo SADT Structured Analysis and Design Technique 4 6 2 Arquitetura Material A arquitetura material mais precisamente uma representa o dos meios f sicos dispon veis para responder a um problema espec fico Estes meios s o equipamentos de controle comando e de inform tica industrial A figura 4 6 2 1 apresenta um exemplo ilustrativo da arquitetura material de um SAP Apesar da diversidade dos equipamentos utiliz veis em um SAP os diferentes componentes da arquitetura material podem ser agrupados em categorias gen ricas e processadores CLPs computadores industriais postos de supervis o computadores etc e interfaces homem m quina consoles de comando terminais de di logo sistemas de supervis o etc e meios de comunica o liga es ponto a ponto redes etc 121 E mu U Sistema de supervis o 4 CLP 2 g Rede de comunica o l CLP 1 calculador Figura 4 6 2 1 Exemplo de arquitetura material 4 6 3 Arquitetura Operacional A arquitetura operacional representa a reparti o dos tratamentos e dos dados do sistema de comando nos equipamentos dispon veis atr
56. marcas igual ao arco de sa da correspondente As RdP do ponto de vista matem tico possuem propriedades que se dividem em dois grupos propriedades dependentes da marca o propriedades comportamentais e as n o dependentes da marca o propriedades estruturais As propriedades j mencionadas liveness limita o alcan abilidade e reversibilidade entre outras pertencem ao primeiro grupo Entre as propriedades estruturais por sua vez podem ser citadas as limita es estruturais conserva o repetitividade e persist ncia Essas propriedades da RdP s o extremamente teis para analisar os sistemas modelados Um importante aspecto a ser considerado durante an lise se existe correspond ncia biun voca entre o modelo sob forma de RdP e os pr requisitos funcionais da aplica o em quest o Este um ponto cr tico principalmente quando modelos de extens o s o constru dos para sistemas complexos conforme Zurawski amp Zhou 1994 A simula o pode ser realizada atrav s dos m todos eventos discretos rvore de cobertura an lise de invariantes e redu o de redes O m todo da rvore de cobertura consiste basicamente em enumerar todas as poss veis marca es pass veis de serem atingidas a partir da marca o inicial de uma RdP 108 Come ando da marca o inicial procura se construir um conjunto de cobertura atrav s do disparo de todas as transi es sucessivamente habilitadas
57. mesmo tempo possibilita o acesso a estas informa es de forma totalmente distribu da tanto l gica quanto fisicamente figura 4 3 2 3 Figura 4 3 2 3 Evolu o dos sistemas integrados Fonte Revista T chne n 60 ano 2002 Outro ponto a ser considerado que a integra o de setores externos ao empreendimento passa pela moderniza o de conceitos de implementa o deste de forma a permitir que de um lado exista um tr fego local de informa es coerentes com o volume de neg cios da organiza o representados pelo conceito de redes locais e de outro a possibilidade de acessos a m ltiplos setores externos sem uma degrada o da capacidade de processamento e transporte de informa o Insere se neste contexto com grande for a o acesso a Internet Infovias em cabo tico ao longo de cidades estados e mesmo pa ses redes corporativas privadas etc A evolu o tecnol gica que ocorre no setor de cabeamento estruturado com normas claras e equipamentos com maior capacidade tem permitido que organiza es de porte em pr dios nicos ou multi pr dios possam implementar este tipo de estrutura Outro ponto a ser ressaltado que esta evolu o tem feito crescer o potencial dos meios em capacidade e facilidade sem acarretar incremento significativo de custos uma vez que se trata de fato da substitui o de toda a instala o antes prevista para a telefonia tradicional 63 O desenvolvimento de um bom pr
58. na figura 4 5 2 3 s a transi o t2 poder ser disparada dada ser a nica habilitada O seu disparo originar a RdP marcada da figura 4 5 2 3 Nesta RdP resultante j existem v rias transi es habilitadas concretamente t1 t3 e t5 O disparo de uma transi o nica habilitada no estado inicial conduziu nos a uma rede com tr s transi es habilitadas Se nesta nova situa o a transi o t3 for disparada o disparo da transi o t5 deixar de estar permitido Estamos em presen a de uma situa o de conflito entre as transi es t3 e t5 No entanto o disparo da transi o t1 continua a ser poss vel Ou seja enquanto os disparos de t1 e t3 n o se condicionam mutuamente podendo ocorrer concorrentemente os disparos de t3 e t5 s o mutuamente exclusivos De um modo geral o disparo de uma transi o poder conduzir a uma nova marca o que contem mais menos ou igual n mero de transi es habilitadas e de marcas Em particular nalguns casos poder conduzir a uma marca o em que nenhuma transi o esteja permitida isto a uma situa o de bloqueio dead lock imposs vel observar essa situa o como evolu o da RdP da figura 4 5 2 3 116 t6 Figura 4 5 2 3 Marca o resultante do disparo de t2 na RdP da figura 4 3 4 3 2 No caso de um sistema de produ o automatizado a RdP apresentada poder descrever o funcionamento de um sistema com um produtor dois consumidores e um armaz m
59. o Sul SULG S Figura 3 2 1 Concession rias de distribui o de g s natural do Brasil Fonte Gasnet 2002 www gasnet com br acessado 20 05 2002 24 O governo tem se preocupado com o setor e vem estimulando a iniciativa privada na implanta o de novas fontes de gera o que possam incorporar no sistema de abastecimento de energia el trica no pa s criando mecanismos que facilitam a implementa o de novos sistemas energ ticos como usinas e licas novas Pequenas Centrais Hidrel tricas PCHSs usinas solares sistemas fotovoltaicos aquecimento de gua atrav s da energia solar principalmente as dom sticas novas termel tricas a g s natural termel tricas a biomassa termel tricas movidas a g s metano proveniente de aterro sanit rio e novas usinas hidrel tricas de m dio e grande porte Outro aspecto muito importante a incorpora o mais acentuada do g s natural nos ltimos anos com a implanta o do gasoduto Brasil Bolivia e a descoberta de grandes jazidas de g s na costa brasileira explorada atrav s de plataforma submarina como mostra a figura 3 2 2 com a amplia o da rede de distribui o em diversas regi es do pa s o que tem propiciado a instala o de termel tricas a g s assim como a implanta o de sistemas de cogera o industrial e comercial criando certa independ ncia no pr prio abastecimento de energia el trica e outros insumos que at ent o eram adquiridas de outro
60. o atualmente dispon veis no mercado permitem uma interven o localizada em determinados pontos de uma instala o utilizando se de dispositivos eletro mec nico com sensores e atuadores hardware e software que devidamente ligados e entre si conectados permitem uma melhoria significativa no gerenciamento da demanda de energia el trica O estabelecimento comercial hipermercado avaliado apresenta alguns pontos de automa o mas operando individualmente stand alone o que de certa forma dificulta o monitoramento geral do sistema de energia principalmente a do ar condicionado central Atualmente o controle ainda localizado nos equipamentos Isso seria minimizado se monitorado e gerenciado num sistema centralizado onde se permitiria uma vis o global de todo sistema dessa edifica o comercial e uma supervis o e controle de todos os setores e equipamentos 8 Como o sistema implantado atendia aos crit rios da poca 1978 para o dimensionamento do sistema de ar condicionado central sistema de gua gelada se considerava a taxa de ocupa o m xima com distribui o uniforme de ar refrigerado no ambiente condicionado sem setoriza o ou varia o da temperatura ignorando se a radia o dos ocupantes e equipamentos ali instalados o que em determinadas regi es principalmente em grandes reas do recinto n o atende s condi es de conforto dos ocupantes O sistema proposto consiste na aplica o de dispos
61. o conceito de Edif cio com Alta Tecnologia pelo mundo o IBI Intelligent Buildings Institute define como aquele que proporciona um ambiente produtivo e econ mico atrav s da otimiza o de quatro elementos b sicos Estrutura Sistemas Servi os e Gerenciamento bem como das inter rela es entre eles Segundo a ABCI Associa o Brasileira da Constru o Industrializada 1993 a defini o acima pode ser assim entendida Edif cios com Alta Tecnologia s o aqueles que possuem um bom e atualizado projeto e uma constru o racional e econ mica ou aqueles que s o bem projetados e constru dos levando se em conta as exig ncias de uso e evolu o tecnol gica conforme relata Marte 1995 Pode se dizer portanto que o conceito fundamental das constru es prediais com alta tecnologia visa proporcionar principalmente o controle energ tico a seguran a a efic cia e a comodidade do usu rio 42 Atualmente existem no mercado excelentes produtos dedicados ao controle e supervis o na rea de automa o predial principalmente do setor comercial Por m existem algumas vantagens e desvantagens se comparados aos sistemas industriais A escassez de informa o sobre o assunto bastante significativa principalmente entre fabricantes que apenas cumprem a tarefa de mencionar a forma de opera o e as qualidades t cnicas individuais e sua rea de aplica o onde a maioria deles inflex
62. o de um novo lugar p8 sendo conduzidos a RdP da figura 4 5 2 4 A este novo lugar p8 interligado a RdP inicial por igual n mero de arcos que p3 por m de sentido sim trico denomina se complementar de p3 t6 Figura 4 5 2 4 RdP onde o n mero de marcas em qualquer lugar limitado Considerando o modelo da figura 4 5 2 4 e de modo semelhante situa o da figura 4 5 2 5 a nica transi o que est habilitada para disparar t2 Por cada disparo de t2 ser retirada uma marca de p8 e transferida para p3 at ao limite de 4 marca o inicial de p8 Observa se que o n mero de marcas se conserva ao longo da evolu o da rede pelo que a rede se diz conservativa Deste modo o quarto sub sistema constitu do por p3 e p8 tamb m poder ser descrito por uma m quina de estados finita com 5 estados Da breve an lise realizada poderemos reter que na RdP final alguns lugares p1 p2 p4 p5 p6 e p7 poderiam conter O ou 1 marca enquanto que outros p3 e p8 poderiam reter entre O e 4 marcas Os lugares do primeiro grupo s o denominados seguros enquanto os do segundo limitados ou k limitado com k 4 Esta caracteriza o d indica es sobre algumas restri es a impor implementa o do sistema Em particular se o objetivo for o de implementar a RdP atrav s de um sistema digital ent o um lugar seguro poder ser traduzido diretamente para uma posi o de mem ria bin ria em que o 1 l gico ser associa
63. o os demais consumidores divididos em tr s tipos de tarifa o residencial comercial e rural Neste grupo os consumidores pagam apenas pelo consumo medido Toler ncia de ultrapassagem de demanda uma toler ncia dada aos consumidores das tarifas horo sazonais para fins de faturamento de ultrapassagem de demanda Esta toler ncia de e 5 para os consumidores atendidos em tens o igual ou superior a 69 KV e 10 para os consumidores atendidos em tens o inferior a 69 KV a grande maioria e demanda contratada superior a 100 kW e 20 para os consumidores atendidos em tens o inferior a 69 KV e demanda contratada de 50 a 100 kW Para o faturamento da energia el trica na Tarifa o Horo Sazonal as concession rias brasileiras usam medidores eletr nicos de energia com interfaces padronizadas por normas ABNT 206 2 2 Classifica o dos Consumidores Os consumidores de energia podem ser divididos em tr s categorias e Consumidores do Grupo B Baixa Tens o Resid ncias Ilumina o P blica Consumidores Rurais e todos os demais usu rios alimentados em baixa tens o abaixo de 600V e Consumidores do Grupo A Alta Tens o Tarifa o Convencional Pequenas ind strias ou instala es comerciais que n o estejam enquadradas na Tarifa o Horo Sazonal THS normalmente com demanda abaixo de 300 KW e Consumidores do Grupo A Alta Tens o Tarifa o Horo Sazonal Grandes consumidores alimentados em a
64. para lidarem com a intelig ncia do sistema de Gest o do edif cio Uma vez identificado os servi os a serem oferecidos ao utilizador preciso escolher o m todo de transmiss o de dados f sicos a ser utilizado onde dever o ser considerados os seguintes aspectos e N mero de pontos a controlar e Tipo de integra o dos servi os e Tipo de utilizador em quest o e Grau de sofistica o da aplica o e N vel de seguran a e confiabilidade da transmiss o e Custos e facilidades de instala o e Velocidade e capacidade da transmiss o de dados Todos estes fatores influem na escolha de uma solu o e custo mais adequado O fato de ainda n o haver grande flexibilidade de op es no mercado e n o existir m o de obra especializada para este tipo de instala es faz com que haja muitas incompatibilidades e falhas na defini o dos cadernos de encargos al m de muita especula o sobre o assunto O que provoca a necessidade da Dom tica nas resid ncias a precis o do setor imobili rio dispor de op es de valor acrescentado para introduzir nos empreendimentos Mais do que simples argumentos de marketing Assim os produtos de Dom tica interv m em reas t o 56 teis como s o a seguran a o conforto e as comunica es Op es variadas dever o surgir no decorrer dos pr ximos anos com nfase especial nessas reas Atualmente as aplica es da Dom tica mais utilizadas nas resid nci
65. proporcionar condi es aos usu rios principalmente de conforto ambiental atrav s de equipamentos climatizadores artificialmente como sistemas de ar condicionado individual ou central A constru o de edifica es adequadas ao clima e ao tipo de ocupa o de fundamental import ncia para o oferecimento de ambientes que atendam s expectativas humanas quanto ao conforto t rmico sem se perder de vista a necessidade de racionaliza o do uso de energia nos sistemas de ventila o refrigera o e aquecimento Fato que em muitos casos as edifica es s o projetadas em fun o das tend ncias est ticas ou de exig ncias t cnicas de produ o sem a preocupa o de se adequar o ambiente s caracter sticas e s limita es do homem Esse um problema especialmente relevante nos ambientes de trabalho em que condi es operacionais exp em trabalhadores a diferentes graus de desconforto t rmico o que certamente afeta a sua efici ncia e pode nos casos extremos causar hipotermia ou hipertermia provocando danos fisiol gicos O principal objetivo de um sistema de ar condicionado manter no ambiente durante o ano todo a temperatura e a umidade relativa compat veis conforme os par metros de projeto al m de garantir a limpeza e a velocidade do ar recomendadas nas zonas de ocupa o de modo consistente como tamb m dos n veis de ru do compat veis com o local e com o conforto Os sistemas de ar c
66. que o sistema respons vel pelo maior consumo de energia el trica foi o de condicionamento ambiental que devido a suas caracter sticas construtivas projeto e equipamento pouco ultrapassado existe a possibilidade de se otimizar esse sistema com a incorpora o de inversores de fregii ncia e termorresist ncias nas sa das de dutos de determinadas regi es do hipermercado controlando a demanda e a temperatura de ar insuflado nos ambientes A partir de diagn sticos obtidos no levantamento pode se verificar que embora feitas constantes melhorias e reformas nas instala es ainda existem pontos que apresentam falhas devido s caracter sticas construtivas provocando dist rbios em sua rede interna de energia como por exemplo desbalanceamento de fases distor es harm nicas e outros Outro ponto observado foi a possibilidade de implementa o de novos dispositivos de automa o trabalhando em conjunto com sistema de supervis o geral da loja onde se permitiria uma melhoria no gerenciamento dos insumos energ ticos sob determinados setores que ainda trabalham de forma aut noma principalmente no sistema de ar condicionado central e neste 137 ponto que se pretende realizar esse estudo de otimiza o energ tica com aplica o de dispositivos de automa o incorporando se aos controladores l gicos program veis existentes m dulos de expans o inversores de fregii ncia termossensores e transdutores O for
67. relacionadas entre si contribuem para determinado objetivo ou prop sito Sob um ponto de vista mais pr tico define se um sistema como um conjunto de elementos dinamicamente relacionados entre si formando uma atividade para atingir um objetivo operando sobre entradas informa o energia ou mat ria e fornecendo sa das informa o energia ou mat ria processadas As principais componentes de um sistema s o 70 St O go Qd ED Fronteiras limites do sistema que podem ter exist ncia f sica ou apenas uma delimita o imagin ria para efeito de estudo Subsistemas elementos que comp em o sistema Entradas Representam os insumos ou vari veis independentes do sistema Sa das Representam os produtos ou vari veis dependentes do sistema Processamento Engloba as atividades desenvolvidas pelos subsistemas que interagem entre si para converter as entradas e sa das Retroa o feedback a influ ncia que as sa das do sistema exercem sobre as suas entradas no sentido de ajust las ou regula las ao funcionamento do sistema 4 3 5 1 Simula o e Modelagem de Sistemas Automatizados Simula o de um sistema pode ser definida como a capacidade de projetar um modelo de um sistema real e conduzir experimentos com este modelo de forma a compreender o comportamento do sistema e avaliar estrat gias para a opera o do mesmo Define se simula o como a t cnica de resolver problemas seguindo as varia es
68. representa o atrav s de uma rede de Petri Na segunda igual nfase colocada nas t cnicas de tradu o das RdP que permitir o obter uma implementa o do sistema a partir da sua representa o em RdP Em qual delas no entanto a utiliza o de t cnicas de an lise das RdP desempenha um importante papel dado permitirem determinar algumas propriedades do modelo utilizado 4 5 2 Representa o das Redes de Petri Uma poss vel representa o das redes de Petri atrav s de um grafo possuindo dois tipos de n s designados por lugares e transi es Os lugares s o representados por c rculos enquanto as transi es por barras ou ret ngulos Lugares e transi es s o ligados atrav s de arcos dirigidos de modo que um arco inicia se num tipo de n e chega sempre a um n do tipo complementar A RdP assim um grafo bipartido ou seja um grafo constitu do por dois conjuntos de n s em que nenhum dos n s constituintes de um conjunto se interliga a outro n pertencente ao mesmo conjunto Nesta representa o ser poss vel associar eventos e condi es do sistema que se pretende modelar s transi es e lugares do grafo Para al m das propriedades e depend ncias 113 est ticas representadas pelas liga es arcos do grafo uma RdP apresenta propriedades din micas que resultam da sua execu o A RdP apresentada na figura 4 5 2 1 apresenta a modelagem de um sistema simples com significado em
69. se enquadra na condi o de consumidor livre n o por essa loja mas quando somado ao restante do grupo que conta atualmente com cerca de 100 lojas desse porte no Pa s com direito escolha de fornecedor de energia el trica o que lhe permite negocia o tarif ria com qualquer concession ria de energia el trica do pa s Com isso a partir da elabora o do diagn stico do sistema de alimenta o geral de energia el trica onde atualmente a supervis o do frio alimentar e o de ar condicionado central trabalham isoladamente poder se ia verificar a possibilidade de integra o geral aos outros sistemas permitindo uma supervis o e gerenciamento geral de toda loja resultando em maior efici ncia e economia A integra o dos sistemas de supervis o e gerenciamento de energia num primeiro instante pode representar um investimento consider vel sob a ptica do empreendedor Mas ao longo do tempo torna se um grande benef cio visto que numa interven o necess ria caso de pane al vio ou manuten o do sistema quase imediata que certamente representaria economia de energia e deslocamento desnecess rio de pessoal de servi os como os de administra o e manuten o predial que costumam contar com um n mero reduzido de efetivos 134 A f 2 a I A T GIUR N fte i Figura 5 2 Hipermercado Carrefour Dom Pedro Objeto do estudo Como se trata de uma constru o da d cada de setenta 1978 com ce
70. segundo a Eletrobr s Minist rio das Minas e Energia MME 2001 figura 3 1 7 abaixo n o tem conseguido explorar satisfatoriamente esse setor Atualmente apenas cerca de 30 explorada dessa capacidade devido principalmente a uma pol tica priorizada a investimentos na gera o de energia el trica em grandes usinas hidrel tricas principalmente nas regi es Sul e Sudeste onde atualmente s o respons veis por 77 1 da energia el trica gerada no pa s como mostra a figura 3 1 6 Estrutura de Oferta de Energia El trica no Brasil BEN 2006 16 Derivados de Carv o F Petr l z 1 6 5 pre Biomassa G s Natural 1 3 9 4 1 Nuclear Importa o 2 2 8 3 Figura 3 1 6 Oferta Interna de Energia El trica no Brasil 2005 Fonte BEN 2006 MME Isso mostra que apesar do pa s possuir grandes potenciais hidr ulicos est come ando a diversificar suas fontes de energia el trica onde at a pouco tempo atr s o Brasil tinha como fonte de energia el trica de origem hidr ulica em mais de 90 ficando a merc das condi es clim ticas sujeitas a grandes per odos de estiagem que provoca o rebaixamento dos reservat rios e consequentemente a interrup o do fornecimento de energia el trica 17 NORTE Potencial 111 396 MW Explorado 8 9 NORDESTE Potencial 26 268 MW Explorado 40 4 SUDESTE CENTRO OESTE Potencial 78 716 MW Explorado 41 0 SUL Explorado 28 2 Potenci
71. sem que houvesse qualquer interface de aplica o com o operador Um Sistema de Supervis o respons vel pelo monitoramento de vari veis de controle do sistema O maior objetivo de um Sistema Supervis rio dar significado para o operador homem m quina controlar ou monitorar um processo automatizado mais rapidamente Atrav s do mesmo obt m se a leitura das var veis em tempo real permitindo um controle e gerenciamento do andamento do processo em quest o As tarefas enviadas ao dispositivo automatizado s o monitoradas com a possibilidade de interven o pelo pr prio controlador homem ou com aux lio do computador que executa fun es l gicas pr programadas no sistema de supervis o A figura4 8 1 exemplifica um controle supervis rio 127 Display Display Controle Operador Humano Controle nocs ec gon Figura 4 8 1 Controle Supervis rio Com a evolu o tecnol gica os computadores assumiram um papel de gest o na aquisi o e tratamento de dados permitindo a sua visualiza o num monitor de v deo e a gera o de fun es de controle complexas Estes sistemas revelam se de crucial import ncia na estrutura de gest o de Sistemas diante disto eles deixaram de serem vistos como mera ferramenta operacional ou de engenharia e passaram a serem vistos como uma importante fonte de informa o e controle Num ambiente industrial cada vez mais complexo e competitivo os
72. seus habitantes e visa tamb m uma utiliza o racional e planejada dos diversos meios de consumo Arkin 1997 A dom tica procura uma melhor integra o atrav s da automatiza o nas reas de seguran a de comunica o e de controle e gest o de flu dos Os elementos que constituem a cadeia funcional da dom tica s o Sensores Transdutores Detectores e Redes Dom ticas A quest o habitacional se traduz em uma exig ncia de qualidade e aproveitamento dos espa os formulado em termos de edifica o como superf cie m nima habit vel condi es de salubridade e higiene condi es de ilumina o e ventila o dos locais etc A integra o das novas tecnologias existentes busca dar resposta a essa crescente exig ncia de qualidade Para tanto p de se observar um desenvolvimento de produtos e servi os para criar um habitat inteligente tanto para o setor terci rio como para o residencial 45 4 1 Conceito de Edif cio Inteligente A ind stria da microeletr nica tem apresentado nos ltimos tempos uma evolu o espantosa criando se equipamentos cada vez menores e mais geis e custos cada vez mais reduzidos E sua dissemina o tem se verificado em todas as reas da atividade humana principalmente no setor de automa o que cada vez mais est sendo incorporado nas constru es A defini o de Edif cios Inteligentes bastante desencontrada de acordo com Wigginton e Harris Apud Wong 2005
73. tecnol gica que cada marca proporciona O grau de exig ncia ser imposto progressivamente pelo pr prio mercado 4 3 1 A incorpora o de novos conceitos Nas ltimas d cadas principalmente pelos aspectos de seguran a e flexibilidade podemos constatar o aparecimento crescente de complexos imobili rios de grande porte Pequenas lojas de rua e pr dios de escrit rios e com n mero reduzido de apartamentos passaram a conviver com shopping centers compostos por centenas de lojas empreendimentos de escrit rios de grandes propor es condom nios habitacionais com uma enorme quantidade de unidades todos eles com milhares de usu rios figura 4 3 1 58 A tend ncia atual a constru o de pr dios cada vez maiores uma tend ncia mundial onde a cada momento aparece um projeto que supera o anterior Pr dios com mais de cem pavimentos shopping centers que com mais de 300 lojas passaram a ser considerados de m dio porte al m de complexos imobili rios multidisciplinares associando escrit rios resid ncias shopping centers hospitais clinicas m dicas etc CONTAS DE ENERGIA CONTAS DE G S CONTAS DE GUA CONTROLE DE ACESSO CONTROLE DE AUTOM VEIS Figura 4 3 1 Edif cios com sistemas de monitoramento remoto Fonte Empacotando sistemas prediais Pini 2001 Entretanto as necessidades existentes neste padr o e porte crescem de forma exponencial em rela o sua rea tanto em term
74. uma etapa anterior a simbologia descrita desta forma t origem dura o 91 t 10 20 segundos Figura 4 3 11 2 Exemplo de Temporiza o num GRAFCET 4 3 11 1 Principais Fun es associadas s Receptividades a Fun es L gicas As receptividades podem ser compostas por mais de uma vari vel ligada atrav s de uma das fun es l gicas AND OR ou NOT As vari veis podem ser representadas por etapa transi o entrada ou sa da b Temporizador Uma receptividade pode se tornar verdadeira ap s um determinado tempo de ativa o de uma determinada etapa c Mudan a de Estado Uma receptividade pode avaliar ou mudar o estado de uma vari vel As vari veis podem ser uma determinada etapa transi o entrada ou sa da 4 3 11 2 Liga es Orientadas As liga es orientadas indicam o caminho de evolu o de estado do GRAFCET S o representadas por linhas que possuem sentido de orienta o de cima para baixo figura 4 3 11 2 1 Quando o sentido de evolu o inverso ser necess rio a inclus o de uma seta As liga es entre as etapas s o orientadas e irrevers veis As liga es entre as etapas podem ser sequenciais com Diverg ncias em OU com Diverg ncias em E com Converg ncias em OU e com Converg ncias em E 92 a Liga o Seqiiencial Numa liga o sequencial a transi o diz se validada quando a etapa precedente est ativa A figura 4 3 11 2 2 mostra que para a transi o sej
75. x 16 colunas com back light e Capacidade m xima 28 I O 10 entradas digitais 8 sa das digitais 8 entradas anal gicas 2 sa das anal gicas Configur vel para outros m dulos e 2 Mbits de Data flash opcional Em termos funcionais o hardware possui e Rel gio de tempo real com calend rio opcional tempo de reten o t pico se alimenta o de 5 anos e Supervis o de hardware via Watch Dog Timer e Mem ria de programa tipo Flash ROM com 128 Kbytes e Mem ria de dados tipo RAM est tica com 32 Kbytes e Mem ria de dados retentiva tipo NVRAM opcional com 8 Kbytes dura o de 10 anos 169 e Mem ria de dados tipo DATA FLASH opcional com 2 Mbits e Banco de dados de 16 Kbytes de flash rom para grava o de receitas de aplica o e Um canal de comunica o serial COMI conector DF f mea configur vel para operar como R 232 C incluindo linhas de controle de Modem RS485 operando em rede de controle e Um canal de comunica o serial COM 2 conector RJ12 opcional R 232 C e Tempo m dio de execu o de instru es l gicas 1 08 us instru o e Interface Homem M quina local com teclado num rico de 15 teclas incluindo teclas de fun o e leds program veis e Display de LCD alfanum rico de 2 linhas x 16 colunas com back light e Comunica o remota via modem O CLP Controlador L gico Program vel utilizado um ZAP 500 F400 modulo de expans o com entradas e sa das an
76. 1 6 kKW TR 1 2 kW TR Na loja avaliada o controle de temperatura pr estabelecida e de acordo com a necessidade de mudan a de temperatura insuflada e na tentativa de aliviar parte dos custos operacionais com energia el trica o operador dirigi se at a sala desses equipamentos e executa a manobra Figura 5 3 2 Sistema de ar condicionado central de gua gelada Fonte Fran a F Controle T rmico de Ambientes DE FEM Unicamp 158 Fazem parte do sistema de climatiza o ambiental dessa loja os seguintes equipamentos que apresentam os seguintes consumos de energia sendo que 1 TR 3 517 kWh 12 000 BTU Chiller 2 de 175 TR 1 de 300TR 650 x 3 15 kW 2 047 5 kWh o Fancoils 32 de 10 CV 0 735 kW 23 52 kWh Torre de Resfriamento 2 de 30 CV 0 735 kW 44 1 kWh e Tanque de gua Gelada 1 200 m mantida a 6 C Figura 5 3 3 Tanque de gua gelada e torres de resfriamento O sistema de resfriamento e armazenamento de gua gelada de recircula o ocorre durante o per odo da madrugada per odo em que as tarifas energ ticas s o mais atraentes armazenando a gua a uma temperatura de 6 C no tanque de 1 200 000 litros isolada termicamente Esse tipo de procedimento justificado principalmente pela necessidade de melhoria de efici ncia que visa a minimizar custos operacionais principalmente com rela o energia el trica com que s o bastante
77. 2 5 Liga o Orientada OR Convergente 4 3 12 Salto de Etapas As liga es segiienciais podem representar salto de etapas com a retomada das etapas anteriores O salto condicional permite saltar uma ou mais etapas A figura 4 3 12 1 mostra que a receptividade R1 for verdadeira salta se as etapas 5 6 e 7 passando diretamente da etapa 4 para a etapa 8 deixando de executar as a es 11 12 e 13 95 A o 10 Figura 4 3 12 1 Representa o de um Salto de Etapas 4 3 13 Retomada de Etapas O GRAFCET apresentado na figura 4 3 13 1 apresenta um exemplo de retomada de etapas permitindo retornar uma ou mais etapas tantas vezes enquanto uma determinada receptividade for verdadeira Por exemplo enquanto a receptividade R3 for verdadeira retorna se as etapas 41 42 e 43 e consegiientemente as a es 41 42 e 43 associadas at que a receptividade R3 seja falsa e a receptividade R4 seja verdadeira 96 Figura 4 3 13 1 Retomada de Etapas 4 3 14 Regras de Evolu o Com rela o s regras do GRAFCET pode se dizer que elas s o representadas pela altern ncia entre etapas e transi o e vice versa Cabe ser ressaltado que nenhuma a o realizada ou nenhuma receptividade avaliada em um espa o de tempo nulo isto estas opera es n o s o instant neas O comportamento do GRAFCET baseado em cinco regras de evolu o as quais s o e A inicializa o fixa as etapas ativas no in cio do
78. 4 3 4 4 Retorno do Investimento atrav s do retrofit s 69 4 3 5 Sistemas Automatizados cia rosana susranra pat Eos dei ana nos EPT ae Su aa 70 4 3 5 1 Simula o e Modelagem de Sistemas Automatizados 71 4 3 5 2 Modelagem de Sistemas Din micos ssssssseesseessessseessetesseessresseesseeesseee 13 4 3 5 3 Elementos de um Sistema Automatizado 75 4 3 6 Linguagens utilizadas para Modelagem de Sistemas Automatizados 78 4 3 7 Norma Internacional IEC 61131 3 assina ge a 82 4 3 8 Programa o Estruturada em CLP s utilizando GRAFICET 86 439 Elementos do GRAFCEP ni SEA SIS SETAS aaa 88 4 3 10 Etapas do GRAFICET qasuaeisaane oguaderasrasatasateatraada dano voir edtanvassdt essa na mamas eae ndos 89 4 3 10 1 Tipos de a es associadas s Etapas s seesesssesssssseesseresseeessresseesseessees 91 4 3 Transi es e Recepividade nueis honin kies sro pda od a E TERAN 91 4 3 11 1 Principais Fun es Associadas s Receptividades 93 AS 11 2 Eigac es Orientadas sas sis ana N RES 93 4 AZ Salto de Etapas en e ed ERAS Lan Rad a da 96 4 3 143 Retorno de Etapas sanear eisinadosstua irradiada Pastas ga dada dos da andas een a eita dae 97 AAA R COTAS de EVOLU O si ii DA Gi O aU 97 4 4 Modelagem de Sistemas Automatizados utilizando Redes de Petri
79. 500 com o m dulo de expans o ZEM400 Figura 5 6 1 3 Portas de comunica o do painel traseiro do CLP Essas portas de comunica o permitem a liga o de sensores como as termorresist ncias ligadas a um transdutor que converte a temperatura em sinal el trico de 4 a 20 mA e envia esse sinal el trico ao CLP que conforme a programa o pr estabelecida envia um sinal de sa da ao inversor que altera a rota o do motor com aplica o no controle de vaz o de ar insuflado fancoils nos sistemas de ar condicionado central Figura 5 6 1 4 Esquema de liga o da termoresist ncia 171 5 6 2 Inversor de Freqii ncia CFW 08 Weg Os inversores de frequ ncia s o dispositivos eletr nicos destinados ao controle e varia o de velocidade dos motores de indu o trif sicos que geralmente comp em os equipamentos pertencentes ao sistema de ar condicionado central e foram desenvolvidos recentemente cerca de 15 anos e se destacam pelo alto grau de compacta o e fun es especiais dispon veis conforme figura 5 6 2 1 S Hi ANTENSA E SERA T heee A avons amu daon worms PROTOCaCOS woommonaoos MODES ATY WEG t Figura 5 6 2 1 Diagrama de inversor de frequ ncia CFW 08 S o equipamentos de simples instala o e opera o e podem ser configurados conforme a necessidade de monitoramento do sistema um para cada motor ou v rios e disp e de recursos j otimizados por sof
80. ANEEL A tabela 1 2 1 abaixo mostra as diferen as de consumidor livre e cativo 199 Negocia livremente com o s Paga tarifa que for estabelecida pela ANEEL fornecedor es para a sua concession ria local Negocia livremente com o s Paga reajuste que sua concession ria conseguir fornecedor es aprovar junto ANEEL N o h risco do cliente ficar sem f i N o h risco do cliente ficar sem energia energia Administrado pelo consumidor em Administrado pela ANEEL sem nenhuma fun o do s contrato s firmado s influ ncia do consumidor com o s fornecedor es Tabela 1 2 1 Diferen a Tarif ria Consumidor Livre e Consumidor Cativo Fonte Lapa amp Franco Apud Engecomp wwww engecomp com br acessado As comercializadoras de energia s o obrigadas a contratar 95 da energia vendida logo estas precisar o dimensionar o volume de energia total a ser contratado para atender os seus clientes e para tanto os consumidores livres devem determinar anualmente o volume de energia que ir o consumir em MWh Como a previs o de consumo de energia n o uma ci ncia exata fatalmente poder o ocorrer diferen as entre o valor contratado junto comercializadora de energia e o valor efetivamente consumido Tais diferen as s o apuradas mensalmente e tratadas de acordo com o definido em cada contrato de fornecimento Em geral os contratos abordam este assunto da seguinte forma e Se o volume consumido
81. Condicionado em Edif cios Inteligentes S o Paulo 2000 Disserta o Mestrado Departamento de Engenharia Mec nica da EPUSP Universidade de S o Paulo WEG 2003 Manual do Inversor de Freqgii ncia S rie CFW 08 YOURDON E Moder structured analysis Yourdon Press Prentice Hall Englewood Cliffs NJ 1989 ZURAWSKI R amp ZHOU M Petri nets and industrial applications a tutorial IEEE transactions on Industrial Electronics v 41 n 6 pp 567 583 December 1994 193 Anexo 1 Mercado Livre de Energia Como esse estabelecimento comercial est enquadrado como consumidor livre tem que se apresentar uma no o do que seja esse mercado A tarifa residencial de energia no Brasil uma das maiores do mundo n o d essa prerrogativa de escolha Ela embute um subs dio para a tarifa industrial que por essa raz o bem mais baixa que a residencial No setor el trico esse subs dio chamado de subs dio cruzado H alguns anos o governo vem trabalhando fortemente para extin o do subs dio cruzado Com a redu o gradativa deste subs dio at sua elimina o o aumento tarif rio do consumidor conectado em alta tens o grupo A tem sido muito superior ao aumento impetrado ao consumidor residencial preservando a tarifa do pequeno consumidor cidad o em detrimento da tarifa do grande consumidor empresa Esta nova realidade est acelerando o processo de migra o dos grandes consu
82. EE Transactions on Automatic Control vol 43 n 4 pp 573 579 1998 DENIS B amp MEUNIER P Validation du Comportement Dynamique des Architectures de Conduite de Syst mes de Production par Simulation Mod lisation et Simulation des Syst mes de Production et de Logistique Junho 5 6 Rouen Fran a pp 229 238 1997 Empacotando Sistemas Prediais 2001 Volume 3 Ed Pini FANGER P O Conditions for Thermal Comfort A Review In Proceedings of CIB Comission W 45 Symposium s 1 1972 FINLEY M R amp KAMAE T Current Trends in Intelligent Buildings From Materials to Media In Communications Magazine pp 18 21 vol 31 n 10 FINLEY M R amp KAMAE T Current Trends in Intelligent Buildings From Materials to Media In Communications Magazine 1993 pp 18 21 vol 31 n 10 188 FISCHER N Escrit rio de padr o internacional Revista T chne n 55 outubro 2001 pg 32 36 FROTA A B amp SCHIFFER S R Manual de Conforto T rmico Ed Studio Nobel 4 ed S o Paulo 1998 FUGIE S amp MIKAMI Y Construction Aspects of Intelligent Buildings In IEEE Communications Magazine pp 50 57 vol 29 n 4 GANE C amp SARSON T Structured Systems Analysis Prentice Hall Englewood Cliffs NJ 1979 GOMAZAKO M S Estudo Comparativo T cnico Econ mico entre G s Combust vel e Energia El trica no Aquecimento de gua Residencial Campinas 2002 D
83. Hidra lica N Hidra lica 1 8 cea S amp S 2 2 Nuclear Gas uclear 21 2 16 2 9 5 Do o 6 5 Figura 3 1 10 Matriz energ tica mundial 1973 e 2003 Fonte Agencia Internacional de Energia apud MME 2005 Atualmente o aumento da demanda de energia el trica no Brasil tem sido bastante significativa devido ao crescimento econ mico onde nos ltimos 20 anos passou de 70 para 300 TWh conforme Lock 2004 e em 2006 a produ o nacional de energia el trica atingiu 441 6 TWh incluindo as importa es de Itaipu Binacional conforme aponta Rondeau 2006 MME tornando o pa s em terceiro maior consumidor de energia do Hemisf rio Oeste depois dos Estados Unidos e Canad e o maior consumidor da Am rica Latina Na contram o desse desenvolvimento o governo nesse per odo deixou de investir no mesmo r timo e depois de 1998 deixou essa responsabilidade a iniciativa privada que come a a diversificar os sistemas de gera o n o se resumindo apenas nas hidrel tricas Felizmente o pa s ainda n o entrou em colapso energ tico atribu do principalmente ao fraco desempenho da economia das ltimas d cadas atendendo a interesses de determinados grupos econ micos Mesmo assim chegou se a auto sufici ncia em petr leo em abril de 2006 e nos ltimos anos desenvolveu se novos sistemas de energia como novos parques e licos nas regi es nordeste aumento na produtividade da cana de a car com pesquisas em novas vari
84. M A P Integra o de Dispositivos Inteligentes Utilizando Conceitos de Dom tica Direcionados a Automa o Hospitalar Campinas 2002 Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mec nica Universidade Estadual de Campinas UNICAMP Secretaria de Energia Recursos H dricos e Saneamento Governo do Estado de S o Paulo Boletim Informativo 2004 www cspe sp gov br acessado 20 02 2005 SIM ES C As a es da Abrava no Cen rio de Efici ncia Energ tica ABRAVA 2002 www abrava com br acessado 23 01 2004 SOUSA M A B Estudo Comparativo entre Aplica o de Sistemas Dedicados e a Utiliza o de Controladores L gico Prigram veis na Automa o de Sistemas Prediais S o Paulo 2004 Disserta o Mestrado Escola Polit cnica Universidade de S o Paulo 192 TEIVE R C G at al Conserva o de Energia El trica em Edifica es Uma Abordagem Utilizando Controladores L gicos Program veis Anais Semin rio Nacional de Produ o e Transmiss o de Energia El trica Campinas 2001 VEN NCIO J M F A Contribui o da Automa o para o Mercado Residencial Brasileiro do G s Combust vel S o Paulo 2002 Disserta o Mestrado Instituto de Eletrot cnica e Energia Universidade de S o Paulo VICHI F M amp MELLO A Quest o Energ tica no Brasil cap 19 Energia e Meio Ambiente ed Thoson 2003 pg 479 5002 VILLANI E Abordagem H brida para Modelagem de Sistemas de Ar
85. RON Kod UNICAMP UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL ARQUITETURA E URBANISMO Conserva o de Energia em Edif cios Comerciais atrav s da Implementa o de Dispositivos de Automa o Marcone Susumu Gomazako Orientador Prof Dr Carlos Alberto Mariotoni Campinas SP 2007 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL ARQUITETURA E URBANISMO Conserva o de Energia em Edif cios Comerciais atrav s da Implementa o de Dispositivos de Automa o Marcone Susumu Gomazako Orientador Prof Dr Carlos Alberto Mariotoni Tese de Doutorado apresentada Comiss o de p s gradua o da Faculdade de Engenharia Civil Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos para obten o do t tulo de Doutor em Engenharia Civil na rea de concentra o de Recursos H dricos Energ ticos e Ambiente Campinas SP 2007 FICHA CATALOGR FICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA REA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA BAE UNICAMP Gomazako Marcone Susumu Conserva o de energia em edif cios comerciais atrav s da implementa o de dispositivos de automa o Marcone Susumu Gomazako Campinas SP s n 2007 Orientador Carlos Alberto Mariotoni Tese Doutorado Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil Arquitetura e Urbanismo 1 Edif cios inteligentes 2 Automa o 3 Arquitetura e conserve o d
86. SED Nos sistemas SED h que considerar diferentes m todos de analise em raz o de circunst ncias espec ficas Os eventos externos podem ocorrer fregiientemente em raz o de outros processos aleat rios o que sugere como ferramenta ideal de an lise a Estat stica mas os eventos externos podem ser raros e portanto de inexpressiva descri o estat stica por exemplo o aperto de um bot o Emerg ncia De outro lado o funcionamento interno desses sistemas usualmente obedece a regras l gicas r gidas e exige tempos de rea o que se fixos sugerem o tratamento determin stico se aleat rios requerem uma an lise Estat stica conforme Ho 1991 Na realidade tanto uma an lise determin stica quanto estat stica s o desej veis desde que utilizadas no momento certo devendo ao engenheiro de automa o garantir consegii ncias bem definidas seguras em presen a de eventos externos sejam eles raros ou freq entes garantidas essas consegii ncias ele vai desejar analisar desempenhos econ micos e de confiabilidade por meio da Estat stica e de simula es Antsaklis amp Nerode 1998 Atualmente s o in meros os sistemas a eventos discretos conforme Cassandras 1990 sendo fundamental import ncia na ordena o da vida civilizada contempor nea ocorrem em todas as ind strias nos servi os prestados ao p blico nos processos burocr ticos nos softwares de tempo real e dos bancos de dados nas manufaturas Em tai
87. U O mil m dia Figura 3 2 3 Reservas de G s Natural do Brasil Fonte ANP Ag ncia Nacional do Petr leo 2004 A incorpora o de novas termel tricas no pa s no sistema el trico nacional ser facilitada com a amplia o da malha de gasodutos em diversas regi es e o gasoduto Brasil Bol via Gasbol nas regi es Centro Oeste Sudeste e Sul atravessando as regi es de maior 26 concentra o urbana e industrial do pa s permitir o suprimento de g s natural na matriz energ tica regional principalmente no seu entorno nos setores industriais comerciais servi os e residenciais que em determinados sistemas o g s natural substitui com vantagem a energia el trica principalmente quando utilizada na transforma o em energia t rmica Os n meros do g s natural Fonte Petrobr s 2003 Apud Ven ncio e 155 78 trilh es de metros c bicos o volume total de reservas de g s natural do mundo inteiro volume semelhante as reservas de petr leo mundial e 56 06 trilh es de metros c bicos s o as reservas totais de g s natural encontradas no Oriente M dio e 7 33 trilh es de metros c bicos s o as reservas totais de g s natural de toda Am rica Latina inclusive o M xico e 316 56 bilh es de metros c bicos o volume de g s natural provadas at 2003 com tend ncia de aumento com a incorpora o de uma grande reserva na Bacia de Santos podendo praticamente triplicar as reservas
88. a 2005 15 Figura 3 1 3 Estrutura de Oferta Interna de E E no Brasil eeeeeeseeeseereeeresererrrerrreeree 16 Figura 3 1 4 Consumo Energ tico Nacional 1973 2004 16 Figura 3 1 5 Hidrel trica de Itaipu Brasil Paraguai eseeseeeseeseeressreeresressessresrersersresres 17 Figura 3 1 6 Oferta Interna de Energia El trica no Brasil 2005 18 Figura 3 1 7 Potencial Hidrel trico Brasileiro 2005 19 Figura 3 1 8 Depend ncia Externa de Energia 17793 2003 20 Figura 3 1 9 Matriz Energ tica Mundial x Matriz Energ tica Brasileira 1989 22 Figura 3 1 10 Matriz Energ tica Mundial 1973 2003 23 Figura 3 1 11 Percentual de Biodiesel no leo Diesel sssssssssssiisssseiissse ri sessre risers 24 Figura 3 2 1 Concession rias de distrib GN eseseseseesessessseeseeseesrrsressressrreresresseseresrensessresres 25 Figura 3 2 2 Plataforma Sub Campos seesssessesessesssessessessresressessrerresseesrestesseeseeresseeseeseessee 26 Figura 3 2 3 Reservas de GN Brasil eeeseseseesessesereereesersesressressesrssresseseresresseseresresseseessees 27 Figuras Sistema de cogera o DAS erei ni E SE Da 30 Figura 3 2 6 Evolu o do consumo de e e Estado de S Paulo seesseecseeeesereereeresrerreereeee 33 Figura 3 3 1 Principais Fontes de Energia El trica do Brasil
89. a As caracter sticas da rede e os protocolos de comunica o t m definido os padr es existentes Por permitir a comunica o entre os diferentes equipamentos conectados a ela a rede dom tica o principal componente de todo o sistema Por sua vez os protocolos de comunica o por estarem em desenvolvimento e constante evolu o competem entre si por um lugar de destaque que pela sua efici ncia ou pelo dom nio do mercado conforme Frota amp Schiffer 1988 apud Saramago 2002 4 2 5 Principais Padr es utilizados em Redes Dom ticas Normalmente padr es concebidos para outras reas tecnol gicas tais como a Automa o Industrial podem ser aplicados a dom tica como por exemplo Modbus DeviceNet Controller rea NetWork CAN FieldBus e Profibus Entretanto os principais padr es utilizados pelo mercado s o os seguintes 52 X 10 Possivelmente o primeiro padr o para automa o residencial introduzido h vinte anos no mercado Utiliza a pr pria fia o el trica para comunica es entre transmissores e receptores X10 moduladas na fregi ncia da voltagem que serve como portadora Em decorr ncia da qualidade de fia o normalmente este padr o limitado a pequenas e m dias dist ncias sendo que para resid ncias com rea superior a 185 metros quadrados necess ria a utiliza o de amplificadores de sinal Os atuadores e sensores s o unidirecionais n o possuindo intelig ncia o padr o mais u
90. a atuando apenas no circuito de gua gelada como mostra a figura 5 7 3 Unidades Resfriadoras Bombas de gua Circula o Fan coil Fan coil Fan coi Fan coil de gua em Figura 5 7 3 Sistema de circula o de gua gelada Possibilitando a elimina o dos dampers dispositivos eletro mec nicos que controlam a vaz o do ar na entrada dos dutos mas que n o controlam a velocidade dos motores dos fancoils Fazendo uma analogia com um autom vel seria como se freiasse e acelerasse ao mesmo tempo o que n o estaria economizando combust vel como mostra a figura 5 7 4 176 Figura 5 7 4 Aplica o dos inversores em fancoils Fonte Telemecanique Catalogo Al m de se eliminar mais um equipamento pass vel problema do sistema pois todo equipamento requer manuten o onde se aliviaria o regime de trabalho dos motores que operam em regime de alta rota o possibilitaria trabalhar com rota o vari vel sem necessidade de partidas bruscas dando uma sobrevida aos motores do sistema e consequentemente menor manuten o e economia de energia el trica Esse tipo de controle ocorre de forma autom tica por uma programa o que realimentada conforme a varia o de temperatura do ambiente condicionado o que garante conforto aos usu rios e consequentemente uma utiliza o racional do sistema 177 6 Resultados A grande vantagem de utiliza o deste conjun
91. a tais como opera es de swap trocas de energia e op es de compra venda direito mas n o obriga o de comprar vender energia a pre os previamente acordados e O consumidor que possui mais de uma unidade industrial pode adquirir um nico bloco de energia para todas as suas unidades gerenciando as diferen as individuais de consumo de forma consolidada ou seja se sobrou energia numa unidade esse montante pode ser alocado para sua s outra s unidade s Assim a op o de se tornar consumidor livre seguramente muito tentadora Os nicos inconvenientes s o as necessidades de ferramentas modernas de monitoramento e de apoio consultivo t cnico jur dico 201 2 Tarifa o Horo Sazonal Na vis o do autor desse trabalho acredita ser de suma import ncia apresentar uma s ntese tarif ria oferecida aos consumidores de m dio e grande porte comerciais e industriais As tarifas de eletricidade em vigor possuem estruturas com dois componentes b sicos na defini o do seu pre o e Componente relativo demanda de pot ncia quilowatt ou kW e Componente relativo ao consumo de energia quilowatt hora ou kWh e At 1981 o nico sistema utilizado denominado Convencional n o permitia que o consumidor percebesse os reflexos decorrentes da forma de utilizar a eletricidade j que n o havia diferencia o de pre os segunda sua utiliza o durante as horas do dia e per odos do ano Era indiferente para o
92. a contra 46 inc ndio patrimonial e individual al m de opera o altamente econ mica Maeda 1993 Apud Arakaki at al 2001 Embora sem uma defini o formal eram intensamente relacionados utiliza o de alta tecnologia Em Simp sio Internacional realizado em Toronto em maio de 1985 surgiu a seguinte defini o Um edif cio inteligente combina inova es tecnol gicas ou n o com capacidade de gerenciamento para maximizar o retorno do investimento A edi o de novembro de 1985 da revista Engineering Digest apresentava um artigo sobre edif cios inteligentes As revistas Fortune Forbes e Business Week seguiram a tend ncia publicando extensas mat rias sobre o mercado de automa o predial conforme Saramago 2002 Assim pode se concluir que na d cada de 80 os sistemas de automa o com aplica es em sistemas de seguran a ilumina o e intrus o mostraram coordena o entre componentes do mesmo E o Lloyds Building figura 4 1 1 foi o primeiro da gera o dos Edif cios Inteligentes Constru do em 1986 na cidade de Londres e projetado pela Richard Roger Partnership em que no seu sistema de gest o do edif cio inclu a avan os tecnol gicos bastante evolu dos na a poca por m estes sistemas operavam de forma independente ou seja automa o localizada sem integra o entre outros elementos do sistema 47 Figura 4 1 1 Lloyds Building Fonte SARAMAGO 2002 at al Parale
93. a querida esposa e filho meus tesouros Por todo amor dedica o e conforto durante o desenvolvimento deste trabalho Aos meus Pa s e Av s Pelo sacrif cio enfrentado em nova p tria luta dedica o e incentivo aos estudos dos filhos e netos apesar das dificuldades sempre estimulando o conhecimento e novos desafios acreditando que a educa o leva ao desenvolvimento intelectual e pessoal vi Agradecimentos Nunca poderemos ser suficientemente gratos a Deus a nossos pa s e aos nossos mestres Arist teles Ao grande amigo e orientador Dr Carlos Alberto Mariotoni pela orienta o amizade paci ncia cr dito est mulo compreens o e amizade Ao meu querido pai in memoriam pelo grande sacrif cio dedica o luta compreens o e est mulo aos estudos A minha esposa pelo amor dedica o e compreens o durante todos esses 23 anos de conviv ncia em fam lia Aos Profs Dr Antonio Carlos Demamboro do Departamento de Engenharia Civil e Arquitetura e Dr Marcos Antonio Porta Saramago do Departamento de Engenharia Mec nica da Unicamp pelo empenho e auxilio no desenvolvimento desse trabalho Ao CEFET S o Paulo Centro Federal de Educa o Tecnol gica de S o Paulo pelo est mulo e apoio na capacita o deste servidor no desenvolvimento desse trabalho vii Aos colegas e professores do Cefet de S o Paulo Profs Milton Carlos Msc Cambraia Msc Jos Carlos e Msc C ntia
94. a transposta necess rio que esta esteja validada e que simultaneamente a receptividade R1 que lhe est associada seja verdadeira Neste caso a etapa precedente desativada e a etapa seguinte ativada liga o orientada baixo para cima liga o orientada cima para baixo Figura 4 3 11 2 1 Liga es Orientadas Segiienciais b AND Divergente Uma distribui o possui seu arco de liga o de sa da conectado a duas ou mais etapas que se tornam ativas ao mesmo instante conforme mostra a figura 4 3 11 2 Figura 4 3 11 2 2 Liga o Orientada AND Divergente 93 c AND Convergente Uma transi o possui seu arco de liga o de entrada conectado a duas ou mais etapas que dever o estar ativas em um mesmo instante para que a receptividade seja avaliada conforme mostra a figura 4 3 11 2 3 RI Figura 4 3 11 2 3 Liga o orientada AND Convergente d OR Divergente Uma etapa pode estar conectada a duas ou mais transi es que ser o testadas em um mesmo instante podendo ou n o ser ativadas de acordo com a avalia o de suas receptividades conforme mostra a figura 4 3 11 2 4 Figura 4 3 11 2 4 Liga o Orientada OR Divergente 94 e OR Convergente Uma ou mais transi es est o com seus arcos de liga o de sa da conectados mesma etapa a qual se tornar ativa assim que primeira transi o se tornar verdadeira conforme mostra a figura 4 3 11 2 5 Figura 4 3 11
95. ais complexos e interativos e principalmente devido a softwares mais evolu dos com a possibilidade de integrar este conjunto de fun es em urna interface homem m quina eficiente a tela do computador de controle que passa a ser a janela efetiva para que se possa conversar com o pr dio e com suas fun es associadas A evolu o do conceito e tamanho dos novos empreendimentos imobili rios determina o uso de novas solu es de forma que suas equipes operacionais possam enfrentar a complexidade crescente de seu gerenciamento e administra o A constru o de pr dios para que seus usu rios possam dispor destas facilidades de forma integrada e otimizada o foco que deve ser dado hoje com maior relev ncia para aqueles cuja constru o se inicia tornando atualmente obrigat rio aos projetistas incorporarem aos empreendimentos a tecnologia mais atualizada poss vel garantindo que o resultado estar o mais pr ximo da realidade na poca em que o pr dio iniciar sua opera o 4 3 2 O Cabeamento Estruturado Num passado recente era rara a utiliza o de computadores em empreendimentos imobili rios Entretanto nos ltimos anos este quadro esta se alterando radicalmente com um crescimento geom trico na utiliza o destes equipamentos a ponto de dar ensejo a uma altera o profunda no processo construtivo dos pr dios utilizando se cada vez mais do sistema de 60 comunica o atrav s do cabeamento estru
96. al 42 030 MW Explorado 47 8 Figura 3 1 7 Potencial Hidrel trico Brasileiro Fonte BEN 2005 MME 2006 Um fato curioso verificado no gr fico da figura 3 1 8 abaixo que a partir de 1985 o Brasil que era independente no suprimento de energia el trica com predomin ncia de gera o hidr ulica passa a importar energia el trica de pa ses vizinhos como a Argentina e Paraguai Itaipu 50 devido a uma defici ncia no setor Essa foi uma heran a herdada de governos anteriores que deixaram de continuar investindo no o setor de gera o e distribui o de energia el trica negligenciando o fato e posteriormente repassando a responsabilidade ao setor privado 18 DEPEND NCIA EXTERNA DE ENERGIA 90 4 80 4 CARV O MINERAL 70 4 60 4 50 PETR LEO 40 4 DEPEND NCIA TOTAL 30 4 20 4 ELETRICIDADE X 10 4 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 Figura 3 1 8 Depend ncia externa de energia 1973 2003 Fonte BEN Balan o Energ tico Nacional MME 2004 No per odo de 1975 o governo brasileiro decide desenvolver um combust vel com tecnologia nacional renov vel e com baixos ndices de emiss es de poluentes Criando um programa nacional do lcool denominado de PRO LCOOL onde j se possu a tecnologia pr pria de destila o da cana de a car na produ o desse energ tico que teve e tem importante contribui o na matriz energ
97. al gicas e digitais modelo industrial de fabrica o nacional ainda pouco conhecido no mercado interno mas com boa participa o neste seguimento atendendo inclusive a empresas de grande porte como a Petrobras Ele possui uma caracter stica particular sua linguagem de programa o em Portugu s o que facilita bastante sua programa o e opera o Este equipamento possui um painel frontal de 15 teclas figura 5 5 1 2 display alfanum rico e canal de comunica o serial RS 232 C que permite a comunica o com equipamentos e computadores e possui entradas e sa das anal gicas e digitais Display alfanum rico de 2 linhas x 16 caracteres com back light HI Tecnologia ga com br ra 2 Led de Opera o DER Led s Program veis ra industrial fa Led de Comuni a oTaTaTE Qi e Comunica uir e Faha g OOO Tecias de Fun o a Q gt Y m Program veis Teclas operacionais Figura 5 6 1 2 Painel frontal do CLP ZAP 500 e suas teclas 170 O painel traseiro do CLP ZAP500 com modulo de expans o ZEM400 apresentado na figura 5 5 1 3 abaixo Conector de comunica o serial COM 1 Configura o do Driver de Comunica o Conector do m dulo b sico Conector do m dulo de expans o Vide documenta o do m dulo de expans o para especifica o ee OBS Este painel pode variar dependendo do tipo de m dulo de expans o utilizado t cnica ae Painel traseiro do ZAP
98. ama de Blocos de Fun o figura 4 3 7 3 Linguagem gr fica que permite ao usu rio construir procedimentos combinacionais complexos utilizando se de blocos padr es como AND OR NOT etc Muito utilizado no desenvolvimento de dispositivos automatizados de baixo custo Figura 4 3 7 3 Diagramas de Blocos de Fun es FDB 84 o SFC Sequential Function Chart Diagrama Funcional Seqiiencial figura 4 3 7 4 Tamb m conhecida pelo nome de GRAFCET divide o processo em um n mero definido de passos separados por transi es o n cleo do IEC 61131 3 pois as outras linguagens s o utilizadas apenas para descrever as a es realizadas a cada passo bem como as l gicas combinat rias envolvidas Jelma aaeanoa E al Laj H A c Edteu Gralcet Version 2 00 Figura 4 3 7 4 Exemplos de telas de programa o utilizando SFC 4 3 8 Programa o Estruturada em CLP s utilizando o GRAFCET A programa o de CLP s para Sistemas Automatizados SA a partir da utiliza o do GRAFCET na estrutura o do problema assegura ao software uma arquitetura hier rquica A hierarquia entre os n veis de detalhamento garante que um sub estado somente dependa dos seus sub estados n o estando sujeita forma com que os outros situados no mesmo n vel foram implementados tal procedimento aumenta a confiabilidade como um todo e facilita sua manuten
99. as s o as seguintes de acordo com Fujie amp Mikami 1991 Apud Saramago 2002 e Corte autom tico do g s em caso de fuga e Corte autom tico da gua em caso de inunda o ou vazamentos e Controle energ tico local e dist ncia e Controle de acessos com marcador autom tico de chamadas e Controle manual e autom tico programador hor rio das luzes e aparelhos em casa e Controle de monitoramento janelas e quartos por exemplo Todas essas aplica es podem ser interligadas atualizadas e ampliadas se forem implementadas de maneira estruturada Dependendo do sistema as modifica es instala o podem eventualmente ser feitas pelo pr prio utilizador Outro aspecto importante a ser considerado se a instala o se destina a casa acabadas ou em projeto Os custos implicados s o evidentemente diferentes e as solu es vi veis podem p r em causa a aplica o de determinados sistemas No caso de casas acabadas deve considerar se um sistema que use a rede el trica para comunicar Este tipo de sistema al m de ser de simples instala o n o requer nenhum custo adicional ao n vel de obras Por exemplo podemos citar o caso do sistema mais utilizado de rede el trica que o sistema X 10 o mesmo constitu do por uma vasta gama de m dulos compat veis capazes de realizar qualquer fun o de automa o dom stica Assim ligam se s tomadas j existentes e enviam sinais pela rede el trica
100. autorizada ou permitida isto todos os seus lugares de entrada dever o conter uma marca O disparo da transi o provocar o desaparecimento de uma marca em todos os seus lugares de entrada e o aparecimento de uma marca em todos os seus lugares de sa da Conv m enfatizar que a regra de disparo enunciada faz depender a habilita o de uma transi o unicamente do conjunto de condi es marca o dos lugares presentes nos seus arcos de entrada Esta a regra de disparo utilizada em grande parte das classes de RdP em particular naquelas de maior interesse para a modela o de sistemas complexos de controle No entanto RdP mais simples por exemplo as RdP condi o evento proposto no trabalho inicial de C Petri incluem na sua regra de disparo a condi o de todos os lugares ligados a arcos de sa da n o conterem marcas nesta classe os lugares podem conter zero ou uma marca A capacidade dos lugares de uma marca De referir ainda os casos em se associa uma capacidade n mero inteiro positivo a cada lugar da RdP e as regras de disparo das transi es s o implicitamente condicionados por essa capacidade as RdP assim definidas denominam se por RdP de capacidade finita de acordo com David 1991 Normalmente a regra de disparo depende unicamente das condi es associadas aos arcos de entrada 115 p4 a ra r p3 p6 Figura 4 5 2 2 Rede de Petri marcada II Na situa o de marca o ilustrada
101. av s da associa o das entidades da arquitetura funcional com os componentes da arquitetura material A Figura 4 6 3 1 mostra um exemplo de arquitetura operacional derivado dos exemplos precedentes Para cada um dos tratamentos Ti determina se qual processador deve assegurar sua execu o Cada fun o de estoque de dados Ei pode ser especificada ou para um equipamento de tratamento para sua rea de mem ria ou para um equipamento espec fico de armazenamento de dados Os fluxos de informa es circulam entre os diferentes tratamentos e estoques atrav s de um meio de comunica o No projeto da arquitetura de comando de um SAP diversas arquiteturas operacionais podem ser implementadas Cada uma delas apresenta comportamentos distintos principalmente no que se refere a tempos de resposta do sistema Assim sendo o projetista precisa validar o comportamento din mico dos modelos de arquitetura operacional para em seguida poder avali los quanto a seu desempenho temporal e finalmente definir a arquitetura de comando para o SAP em quest o 122 _ Rede de comunica o W CIP1 Calculador Figura 4 6 3 1 Exemplo de arquitetura operacional 4 7 Valida o do Comportamento Temporal atrav s de RdP Para validar o comportamento temporal das diferentes arquiteturas operacionais deve se construir um modelo din mico atrav s do acoplamento de modelos dos diversos tratamentos e dos diversos componentes confo
102. ca o e projeto da parte de comando Esta atividade dever ser realizada mesmo para sistemas de arquitetura de comando simples muitas vezes reduzido a um s equipamento de controle No entanto visando melhores n veis de flexibilidade e reatividade no meio industrial os sistemas de controle comando de um SA s o freq entemente organizados de forma distribu da as partes operativas comandadas por diversos Controladores L gicos Program veis CLP estes por sua vez muitas vezes dirigidos por um sistema de supervis o as trocas de dados entre as diversas estruturas f sicas de comando sendo realizadas por meio de uma rede local Portanto torna se extremamente penoso ao projetista escolher uma arquitetura de comando adequada a sistemas distribu dos principalmente no que diz respeito ao tempo de resposta do sistema como um todo Isso porque de forma geral os fabricantes de equipamentos conhecem perfeitamente os componentes de seus sistemas de controle individualmente mas n o disp em de informa es sobre a intera o entre diferentes componentes ou par metros de influ ncia Assim para SA s que apresentam estrutura de comando fortemente distribu da a escolha de uma arquitetura de comando adequada torna se fundamental para a realiza o de todas as atividades existentes no seu ciclo de vida O projetista deve ent o considerar o projeto da arquitetura de comando suficientemente cedo durante a fase de projeto e especifica
103. cia em pequena aplica es como sensores atuadores inteligentes ou na otimiza o de partes de uma aplica o E IL MAST PRL E J0 x Felnicializacao a LD 51 S 4521 Habilita Programa de Controle LD TRUE SR SF1 Ativa motor de resfriamento LD 513 AND 51 S z514 Figura 4 3 7 1 Programa o utilizando Lista de Instru es IL o ST Structured Text Texto Estruturado Linguagem textual de alto n vel similar ao Pascal por m incorporando uma s rie de conceitos intuitivos ao engenheiro de automa o Seu uso bastante interessante na implementa o de procedimentos complexos que s o dif ceis de expressar com linguagens gr ficas tais como linguagem de algoritmos de otimiza o de processo e intelig ncia artificial o LD Diagram Ladder Diagrama Ladder figura 4 3 7 2 Trata se de uma linguagem gr fica baseada em s mbolos e esquemas el tricos tais como rel s contatos e bobinas 83 proporcionando um entendimento intuitivo das fun es de intertravamento aceita pelos profissionais da rea de automa o e controle de processos L 0002 c 05 YOR Dec D0010 P0000 R0001 R0010 TMR m0000 M0001 R0010 I0000 00010 3 R0045 R0010 I0000 R0045 K00ZO o00LO R0101 Figura 4 3 7 2 Telas t picas de Diagramas Ladder LD i 4 sendo muito bem bo tie ix FDB Function Block Diagram Diagr
104. com novo combust vel desconhecido at ent o como combust vel de automotores Esse tipo de combust vel causava danos no sistema de alimenta o de motores automotivos tanques bombas de alimenta o sistemas de carbura o ou inje o sistemas de gases de escape devido a concentra o de H20 no lcool o que provocava corros o nas partes que mantinham contato com o l quido Isso foi resolvido com a aplica o de uma fina camada de n quel na prote o desses componentes Com o desenvolvimento dos sistemas flex fuel a partir do ano 2003 as montadoras de autom veis do Brasil lan aram autom veis com motores bi combust vel ou seja que poderiam ser abastecidos com gasolina ou lcool ou mesmos com qualquer mistura desses combust veis o que estimulou a compra desse tipo de veiculo Onde durante o per odo de 2003 2006 foram comercializadas 1 757 606 ve culos flexfuel conforme aponta Anfavea Associa o Nacional dos Fabricantes de Ve culos Automotores apud Rondeau 2006 Minist rio das Minas e Energia Atualmente a demanda internacional de etanol como combust vel menos poluente tem contribu do nas exporta es brasileiras que tem causado eleva o de pre o no mercado interno e prejudicado o consumidor local Em 1989 o petr leo correspondia a cerca de 40 da matriz energ tica mundial seguido pelo carv o mineral com 28 o g s natural com 20 a hidr ulica com 6 a nuclear com 2 e o restante
105. com um protocolo de comunica es pr prio o protocolo X 10 permitindo controlar luzes aparelhos ou motores espalhados pela mesma fase de corrente O controle dos diferentes m dulos pode ser feito por R dio Frequ ncia Telecomandos o Pela rede el trica controladores 57 Por voz atrav s de um digitalizador de voz o Por programa o hor ria o Por computador atrav s de uma interface compat vel X 10 Por telefone de tons atrav s de um controlador telef nico o Automaticamente por a o de atuadores ou sensores Ainda n o existe no mercado compatibilidade entre todos os equipamentos A IBM tinha o monop lio dos computadores at ao dia em que surgiram os IBM compat veis Ningu m arrisca aderir a um standard se tiver de partilhar o mesmo mercado com seus concorrentes mais diretos O que est acontecendo que v o surgindo v rios standards consoante os partidos a que os principais fabricantes pertencem ou seja juntam se v rios fabricantes das diversas aplica es Dom ticas e dos Edif cios Inteligentes e cooperam no sentido de juntos apresentarem uma solu o global para a generalidade das instala es Assim existem na Europa v rios standards BATIBUS EIBUS JBUS MODBUS D2B EIB etc nos Estados Unidos o CEBUS X 10 SMART HOUSE ECHELON etc e no Jap o o TRON O mercado nacional est come ando pelas solu es mais simples e teis devendo evoluir pela diferencia o
106. conceitos abordados nesse trabalho Hoje em dia j poss vel automatizar todos os elementos existentes numa resid ncia desde as janelas luzes aparelhos at a climatiza o controle de energia a seguran a o conforto controle das luzes e aparelhos e as comunica es s o os principais fatores pass veis de serem controlados de uma forma automatizada numa casa O n vel do controle integrado de todas as opera es que surgem os primeiros obst culos generaliza o da dom tica no setor imobili rio Existe o controle das luzes o alarme o controle dos aparelhos e da climatiza o mas ainda muito raro existirem todas estas aplica es na 55 mesma casa Normalmente o cliente opta por algumas destas aplica es mas os custos aumentam de uma forma exponencial quando se pretendem integra las no mesmo processo de controle A principal diferen a entre a Dom tica e os Edif cios Inteligentes est essencialmente na escala e no grau de sofistica o da aplica o Enquanto numa resid ncia temos por exemplo dezena de pontos a controlar num edif cio este n mero facilmente ampliado Por outro lado o grau de sofistica o de uma aplica o para uma resid ncia pode e deve ser o mais simples poss vel de modo a n o obrigar o utilizador final a ter um determinado tipo de forma o enquanto que para um edif cio o grau de sofistica o da aplica o geralmente obriga forma o de quadros espec ficos
107. concession rias aproveitando se melhor os recursos dispon veis E o biog s gerado nos aterros sanit rios de S o Jo o e Bandeirante na cidade de S o Paulo atrav s da decomposi o da mat ria org nica lan ada nesses aterros onde produzem energia suficiente para abastecer cerca de 200 000 pessoas A explora o deste potencial traz benef cios para o meio ambiente e contribui para consolidar o modelo competitivo do setor el trico al m de agregar ao sistema uma energia de baixo custo imune s varia es internacionais do pre o do petr leo e cambiais e que podem ser viabilizados em prazos relativamente curtos contribuindo dessa forma para a redu o de d ficit Outras medidas v m sendo propostas como o Plano Decenal de Expans o de Energia El trica PDEEE de 2006 2015 onde existe um cen rio de refer ncia que devido ao um crescimento projetado do PIB Produto Interno Bruto em 4 2 existe uma previs o de aumento da popula o de 2 milh es de habitantes ano existiria um aumento de consumo de e e na ordem de 5 5 ano o que necessitaria de um aumento da capacidade a ser instalada em 41 800 MW em 10 anos e 41 300 km de aumento de linhas de distribui o com investimentos de US 56 bilh es conforme Rondeau 2006 MME A distribui o da energia el trica consumida por seguimento no pa s est apresentada no gr fico da figura 3 3 2 abaixo de acordo com o Minist rio das Minas e Energia MME 2004
108. consider vel de energia el trica no Brasil onde existem muitas vias de desperd cio de energia seja por h bitos inadequados de consumo por parte do usu rio utiliza o de aparelhos e instala es inadequadas e ineficientes ou falta de conhecimento t cnico por parte dos grandes consumidores conforme o PROCEL Eletrobr s 2004 Isso ficou bem evidenciado quando do racionamento imposto a popula o em meados de 2001 devido estiagem prolongada e a redu o dos n veis dos reservat rios prejudicando todo o sistema produtivo e a popula o de forma geral de diversas regi es do pa s que se viu obrigada a racionalizar 20 de energia el trica de seu consumo habitual Essa imposi o foi de certo ponto ben fica que sob determinadas situa es constatou se os desperd cios cometidos pelos maus h bitos seja industrial comercial e residencial mudan a positiva que aos poucos vai caindo no esquecimento mas que deve ser monitorado continuamente Assim cada vez mais a tecnologia da automa o est sendo disponibilizada e desenvolvida para gerenciar e supervisionar diversos sistemas prediais conjunto de insumos necess rios para o desenvolvimento das atividades dentro do edif cio Em mudan as conceituais de arquitetura projetos de sistemas prediais e na pr pria utiliza o destas constru es est o transformando esses edif cios constituindo se num tema amplo e multidisciplinar relacionado ao conc
109. consumidor tem diminu do devido principalmente a varia o internacional do petr leo que chegou a US 52 00 barril antes das elei es de novembro de 2004 nos Estados Unidos da Am rica e em meados de 2005 chegou a US 65 00 barril e em 2006 a US 75 00 barril e 2007 a US 100 barril devido a crise no Oriente M dio gerra entre Libano e 30 Israel e crise na ocupa o no Iraque Mas apesar desse aumento o g s natural minimizou a crise energ tica vivenciada no pa s Atualmente no in cio do novo mil nio 2000 2004 e com a economia globalizada em franca expans o o Brasil tem vivenciado um crescimento de suas exporta es de produtos in natura e de manufaturados e em 2004 teve um dos melhores desempenhos de sua economia com aumento de cerca 4 5 e isso tem exigido uma demanda de energia cada vez maior mas a in rcia do governo em investir em gera o nos ltimos vinte anos tem causado s rias preocupa es quanto a continuidade desse desenvolvimento Um exemplo desse otimismo foi o desempenho no Estado de S o Paulo o mais industrializado do pa s onde obteve um aumento de consumo de energia el trica de 98 780 GWh em 2004 ante 93 526 GWh de registrado em 2003 significando um aumento real de 5 6 distribu dos da seguinte forma conforme a Secretaria de Energia Recursos H dricos e Saneamento do Estado de S o Paulo Boletim Informativo Dezembro 2004 conforme mostra a gr fico 3 2 1 e Na classe industria
110. ctions on Automatic Control vol 43 n 4 pp 457 459 1998 ARAKAKI J at al Integra o de atividades e servi os em Edif cios Inteligentes Aplica o da Metodologia PSP MFP HABITAR 2002 S o Paulo ARKIN H amp PACIUK M Service system Integration in Intelligent Buildings Proceedings of IB IC Intelligent Building Congress Tel Aviv 1995 ARKIN H Introduction of special issue of intelligent buildings In Automation in Construction vol 6 n 5 pp 379 381 BARCELLOS F P Sistema Did tico para Controle de N vel e Temperatura Pelotas RS 2005 Monografia Conclus o de Curso Ger ncia de Ensino Superior Curso de Automa o Industrial Centro Federal de Educa o Tecnol gica de Pelotas RS CASTRO NETO J S Edif cios de Alta Tecnologia S o Paulo Cartago amp Forte 1994 174 p 187 Conceitos de Mercado Livre Engecomp www engecomp com br acessado 12 07 2005 COSTA E C Refrigera o S o Paulo Edgard Blucher 3 Ed 6 reimpress o 2002 CRESTANA S Mat ria Prima para Produ o de Biodiesel Priorizando Alternativas Embrapa Minist rio da Agricultura Pecu ria e Abastecimento S o Paulo agosto 2005 www embrapa com br DEMARCO T Structured Analysis and Systems Specification Prentice Hall Englewood Cliffs NJ 1979 DEMONGODIM I amp KOUSSOULAS N T Differential Petri Nets Representing Continuous Systems in a Discret Event World IE
111. da bacia de Santos que apesar de confirmada em 2004 at em meados de 2007 n o se tinha iniciado sua explora o e comercializa o Enquanto que nos meses de setembro e outubro de 2007 devida ao aumento da demanda a Petrobr s resolve romper o fornecimento para os Estados de S o Paulo e Rio de Janeiro Comg s SP e Ceg RJ maiores consumidores de g s natural do pa s comprometendo os grandes consumidores principalmente as ind strias e propriet rios de ve culos convertidos a g s natural para o atendimento de fornecimento a termel tricas a g s natural Contudo existem grandes projetos hidrel tricos em andamento no Rio Madeira regi o norte do pa s como as usinas de Jirau com pot ncia de 3 150 MW e a usina de Santo Antonio com pot ncia de 3 300 MW previstas para entrada em opera o das primeiras m quinas em janeiro de 2011 e 2012 e a do Rio Xingu com a usina de Belo Monte com capacidade instalada 37 de 11 181 MW com previs o de entrada em opera o da primeira m quina em dezembro de 2013 segundo o Minist rio das Minas e Energia MME 2005 Com a atual necessidade de ampliar o parque nacional de gera o de energia outra alternativa desenvolvida principalmente no Estado de S o Paulo a gera o de energia el trica atrav s da biomassa queima do baga o e palha de cana de a car em usinas de a car e destilarias de lcool que al m do suprimento da pr pria demanda vende o excedente as
112. da igual ou superior a 3 MW e atendidos em tens o igual ou superior a 69 kV No caso de consumidores ligados ap s 08 de julho de 1995 os chamados clientes novos n o existe a restri o da tens o de atendimento Ou seja basta que tenham demanda igual ou superior a 3 MW para poderem comprar energia de qualquer fornecedor Os consumidores que n o se enquadram nas restri es acima podem comprar energia apenas de titular de autoriza o ou concess o de aproveitamento hidr ulico com caracter sticas de pequena central hidrel trica PCH ou fonte alternativa fonte e lica biomassa ou solar No jarg o do mercado esses consumidores podem apenas comprar energia de fontes alternativas Al m dos consumidores previstos acima o governo d sinais claros de que os limites necess rios para que o consumidor possa participar do Mercado Livre de Energia ser ampliado a m dio prazo 196 1 2 A Comercializa o de Energia Toda comercializa o de energia realizada atrav s de contratos bilaterais firmados entre o consumidor livre e um agente comercializador ou gerador A liquida o destes contratos ocorreram no ambiente da CCEE C mara de Comercializa o de Energia El trica organiza o que a partir da Lei 10 848 04 do Decreto n 5 177 2004 e da Conven o de Comercializa o institu da pela Resolu o Normativa ANEEL n 109 2004 sucede ao Mercado Atacadista de Energia El trica MAE uma organi
113. das e sa das Desta forma 75 necess rio descrevermos o sistema atrav s de uma ferramenta de descri o adequada Atualmente necess rio que estas linguagens sejam e Do ponto de vista do homem uma forma que expresse de modo natural especifica o do sistema e Do ponto de vista do dispositivo de controle uma descri o simples que seja f cil de ser interpretada e executada Com o objetivo de padroniza o de uma linguagem na descri o dos sistemas automatizados a norma internacional IEC 1131 3 estabelecida pelo International Electrotechnical Committe que estabelece uma nomenclatura internacional para sistemas autom ticos dividindo um Sistema Automatizado SA em duas partes distintas figura 4 3 5 3 1 que s o e Parte Operativa PO corresponde ao processo f sico a automatizar que opera sobre a mat ria prima e o produto E constitu da pelos atuadores que realizam as opera es agindo sobre componentes e dispositivos de automa o tais como v lvulas atuadores motores l mpadas etc e Parte Comando PC caracterizado por receber as informa es vindas do operador e ou do processo a ser controlado e emitir informa es ao sistema controlado coordenando assim as a es da Parte Operativa PO 76 Mat ria Prima Mat ria Prima Parte Operativa Valor Agregado PE SE Atuadores Retorno ie est Informa es Ordens de Comando o Sensores Figura 4 3
114. de edif cios respons vel pelo controle das instala es t cnicas pela detec o de inc ndios pela gest o de energia pelo controle de ilumina o pela climatiza o etc e O sistema de telecomunica o envolvendo comunica es de voz comunica o de dados comunica o com o meio externo etc e O sistema computacional que inclui sistemas de informa o escrit rio sistema de apoio de decis o automa o de procedimentos etc Uma nova ci ncia a dom tica pode ser entendida como um conjunto de subsistemas de automa o que formam um nico sistema integrado de servi os tais como e Distribui o de energia el trica e controle de demanda 44 e Controle de ilumina o e simula o de presen a e Controle de funcionamento de aparelhos eletrodom sticos e Controle bioclim tico atrav s de calefa o ventila o e condicionamento de ar e Controle de acessos portas janelas e cortinas autom ticas e Distribui o filtragem e aquecimento de gua e Controle de Seguran a detec o e controle de intrusos inc ndios e vazamentos e Comunica o e acesso remoto A dom tica que tamb m pode ser referenciada por express es como smart building intelligent building edif cios inteligentes Maeda 1993 um novo dom nio de aplica o tecnol gica tendo como objetivo b sico melhorar a qualidade de vida reduzindo o trabalho dom stico aumentando o bem estar e a seguran a de
115. do presen a da marca enquanto que um lugar k limitado poder ser convertido num contador de m dulo k 1 118 Em resumo o sistema representado numa RdP atrav s de 8 lugares e 6 transi es poder ser visto como correspondendo a quatro m quinas de estados com 2 2 2 e 5 estados respectivamente que interagem Uma tentativa de representa o unificada do mesmo sistema atrav s de uma nica m quina de estado levaria a uma representa o com 40 estados potenciais 2x2x2x5 4 6 Projeto da Arquitetura de Comando A escolha de uma arquitetura de comando para um Sistema Automatizado consiste na determina o das componentes que ser o utilizadas e como as diversas tarefas e pr requisitos funcionais de uma aplica o poder o ser repartidos no conjunto de equipamentos dispon veis Considerando tanto o aspecto funcional como o aspecto material da parte de comando a arquitetura de comando de um sistema distribu do a modelagem segundo tr s pontos de vista diferentes Funcional Material e Operacional conforme Denis amp Meunier 1997 4 6 1 Arquitetura Funcional A arquitetura funcional representa o conjunto dos tratamentos de informa es proveniente dos pr requisitos funcionais de controle comando Seus modelos s o geralmente constru dos como se a estrutura f sica do sistema fosse constitu do de um s equipamento ou seja n o se leva em conta sua distribui o f sica Ela deve assegurar as seguintes fu
116. do Dep de Eletrot cnica em especial aos Dr Jo o Virgilio Merighi Dr Rita M Fortes Dr Antonio Carlos de Bragan a ao Dep Constru o Civil pela amizade e est mulo e outros que me apoiaram no desenvolvimento deste trabalho Ao Eng MSc Maur cio da HI Tecnologia pela confian a e cess o do dispositivo eletr nico CLP ZAP 500 ZEM 400 na simula o do sistema de ar condicionado central de vital import ncia no desenvolvimento o prot tipo Ao Carrefour em especial o Sr Natal Gerente de Manuten o da loja avaliada e ao Sr Victor gerente de departamento que permitiram a realiza o de coleta de informa es da loja Carrefour Dom Pedro desse trabalho A todas as pessoas que direta ou indiretamente que contribu ram em todas as formas de meu aprendizado viii Sum rio RESUMI esasostitist cdi ssa no sia T oa dan ATo Del C ad 0 T Rb af Ro aca ad fa aa N iv Eista de PISTAS asas dci oras Dia aa a E aaa aaa sRRA Notas GR v Lista de tabelas cc sapaniaia no sieins sisii a RAEES E EE AEAEE EES vi Abreyviat ras E ERC A E SRE E E T EEREN vii 1 Loi a ah o o ARRAES astar a RD N RR E O 1 2m Opjeti VOS eeigen ieee EE a E EE EEE EIO EASE EGUNE 7 2 Revis o ilo Toat RCA E E E E E ET TEA 11 3 1 Panorama Energ tico Brasileiro ssesseeseeseeeseeeesseesseessresseesseeesseeessressresseesseeesseee 12 3 2 A participa o do g s natural na matriz energ tica 25 3 3 Investimento
117. do contactor supervis o do sensor de fluxo de ar falta de fase no quadro el trico supervis o de estado local remoto da chave que controla se o ventilador est ou n o conectado ao sistema parte do retrofit a indica o da necessidade e a execu o da altera o dos quadros el tricos de comando dos equipamentos a serem controlados para que estes possam ser conectados aos controladores prediais e integrados ao sistema Ou seja necess rio criar e implementar o diagrama de comando dos mesmos ao n vel dos quadros el tricos Na exist ncia de equipamentos e sistemas inteligentes ou controlados por computador devem ser feitos os estudos necess rios para serem inclu dos no projeto a interface correta com os mesmos por canal serial de comunica o ou rede de dados Por exemplo se houver um Gerador 68 com controle micro processado dotado de canal para supervis o e controle por sistema de automa o predial a interface correta inclu da no Caderno de Especifica es a ser gerado Com as fun es totalmente definidas bem como as intera es entre as mesmas e as interfaces a serem implementadas efetuada a Concep o do Sistema Integrado de Automa o Seguran a e Informa o destinado ao empreendimento a ser retrofitado A partir disso dever ser elaborada a arquitetura do sistema contemplando o Centro de Opera es Prediais n veis de rede de dados interligando o Centro a Controladoras de Rede redes de
118. e automa o em Dom tica ser realizado atrav s de uma programa o um controle dos consumos e uma manuten o As a es sistem ticas dessa fun o se relacionam principalmente com o conforto e podem ser classificadas como 1 gest o da ilumina o ii gest o da calefa o ventila o e ar condicionado iii gest o da qualidade do ar 50 iv gest o de funcionalidades dos espa os 4 2 2 Fun o de Controle A fun o de controle d ao usu rio por um lado informa es sobre o estado de funcionamento dos equipamentos e das instala es que os integram e por outro lado criam um registro dos diversos par metros e eventualmente induzem comandos corretivos Para tanto ele conta com controles instant neos e memorizados Essa fun o tem por objetivo atuar sobre os dispositivos de regulagem das instala es com a finalidade de que as tarefas programadas sejam respeitadas Finley amp Kamae 1993 Apud Saramago 2002 As fun es de controle associadas com um algoritmo ou com uma unidade de tratamento da informa o conduzir o s fun es de comando que poder o ser classificadas em fun es de Controle t cnico Seguran a tele transmiss o e Assist ncia sa de 4 2 3 Fun o de Comunica o As capacidades de telecomando e de programa o se aliam s potencialidades t cnicas da interatividade entre elas o controle e espa amento de informa es e servi os A interatividade d
119. e energia 4 Energia el trica Conserva o I Mariotoni Carlos Alberto II Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil Arquitetura e Urbanismo III T tulo T tulo em Ingl s Conservation of energy in commercial buildings through the implementation of automation devices Palavras chave em Ingl s Automation devices Energy efficiency Air conditioning system rea de concentra o Recursos h dricos energ ticos e ambientais Titula o Doutor em Engenharia Civil Banca examinadora Marcos A P Saramago Paulo S F Barbosa Ricardo Rodrigues Martini Frederico F Mauad Data da defesa 23 10 2007 Programa de P s Gradua o Engenharia Civil ii UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL ARQUITETURA E URBANISMO Conserva o de Energia em Edif cios Comerciais atrav s da Implementa o de Dispositivos de Automa o Marcone Susumu Gomazako Tese de Doutorado aprovada pela Banca Examinadora constitu da por CAM adm Prof Dr Carlos Albert Mariotoni Presidente e Ozientador Prof Dr Paulo S F Barbosa FEC UNICAMP Ara Frederico F Mauad SP S o Carlos Campinas 23 de outubro de 2007 iii Resumo Este trabalho vem apresentar um panorama do sistema el trico geralmente encontrado em constru es comerciais de grande porte com cerca de trinta anos de funcionamento que operam de forma pouco eficiente para os par metros atuais
120. e no per odo em que a disponibilidade de gua fluente nos mananciais m nima Este fato permite identificar em fun o da disponibilidade h drica uma poca do ano denominada per odo seco compreendido entre maio e novembro de cada ano e outra denominada per odo mido de dezembro de um ano at abril do ano seguinte O atendimento ao mercado no per odo seco s poss vel em virtude da capacidade de acumula o nos reservat rios das usinas que estocam a gua afluente durante o ano Assim o fornecimento de energia no per odo seco tende tamb m a ser mais oneroso pois leva necessidade de se construir grandes reservat rios e eventualmente operar usinas t rmicas alimentadas por energ ticos importados Devido a estes fatos t picos do comportamento da carga ao longo do dia e ao longo do ano em fun o da disponibilidade de gua foi concebida a Estrutura Tarif ria Horo Sazonal com suas Tarifas Azul e Verde que compreende a sistem tica de aplica o de tarifas e pre os 204 diferenciados de acordo com o hor rio do dia ponta e fora de ponta e per odos do ano seco e mido 2 1 Principais Defini es e Hor rio de Ponta corresponde ao intervalo de 3 horas consecutivas definido por cada concession ria local compreendido entre as 17 e 22 horas de segunda sexta feira e Hor rio Fora de Ponta corresponde s horas complementares s relativas ao hor rio de ponta acrescido d
121. eamento nos fancoils na recircula o de gua gelada nos dumpers torres de resfriamento etc 162 NOME S bado 120205 1724770 Ret Dte Nan S rie REL TP t RE TC t tipo Com 7 E ou 2 Sc nm beso 2 kterak ALTERA a j E Ea ka an k Lima 1 a hlb hic E 1 d Ls L 4d 1 6 OS VS E e oo Lao RI Ve e ue l i E TT 21 TINA TI LS e E mo E 12 13 14 15 16 17 18 19 2 Ss PP 39261 19522 105 22 0 004 300 74 087a x Sl 0 4 Iniciar q TOM IAS EJ Figura 5 3 8 Diagn stico do sistema de ar condicionado central Tabela 8 Registros de Demanda do Sistema de Ar Condicionado Central Imprime Configura 0 868i D o 86si D 0 867i D o 868i D o 868i D 0 867i D o 868i D o 868i D 0 867i D o 868i D o 868i D 0 867i D o e6si D o 868i D 0 867i D o 868i D o 868i D 0 867i D o 868i D 0 866i D 0 864i D 0 000 O 868i D 0 870i D 0 871i D 0 871i D 0 872i D 163 De acordo como diagnostico apresentada pela figura 5 3 8 acima demonstra o grande consumo do sistema 393 07 KVA confirmando cerca de 50 pois a m dia de demanda de energia observada durante o per odo de coleta nesta loja foi de 750 kVA n o observada na tabela 5 3 1 acima apresentado apenas por cerca de 10 minutos porque os dados s o coletados de 20 em 20 segundos Pode se observar tamb m que em determinados per odos de funcionamento da loja n o se registr
122. econ micas nacionais e regionais preciso que cada fonte ou recurso energ tico seja estrategicamente aproveitado visando a maximiza o dos benef cios proporcionados e a minimiza o dos impactos negativos ao meio ambiente e sociedade No modelo atual do setor el trico brasileiro al m das pol ticas e diretrizes nacionais s o elementos fundamentais para o bom funcionamento do mercado as regras de atua o e os mecanismos de regula o entre os quais a disponibiliza o de informa es consistentes e atualizadas a todos os agentes do setor necess rio por m um sistema de informa o eficiente e compat vel com a din mica e as dimens es do setor 14 Antes da crise energ tica do petr leo de 1973 pouca ou quase nenhuma preocupa o se tinha com rela o aos insumos energ ticos pois com grande oferta e baixos pre os a maior preocupa o dos pa ses desenvolvidos era disseminar seus produtos m quinas e equipamentos aos pa ses em desenvolvimentos com baixo rendimento e nenhuma preocupa o com a efici ncia energ tica Durante essa crise o Brasil tamb m teve a necessidade de desenvolver um produto nacional que minimizasse a enorme depend ncia do petr leo internacional no per odo conforme o Balan o Energ tico Nacional BEN MME 2004 mostrada na figura 3 1 4 principalmente como combust vel destinado ao setor de transportes que na poca grande parte desse produto era importada portanto suj
123. ecu o do programa Guia sobre sele o instala o e manuten o de CLP s Facilidades de software para comunicar com outros dispositivos utilizando comunica o baseada na MAP MMS Manufacturing Message Specifications Facilidades de software de comunica o de CLP utilizando IEC Fieldbus Facilidades de software para manipula o de l gica fuzzy dentro de CLP s Guia oara aplicac o e imolementac o das Assim no desenvolvimento da norma internacional IEC 61131 tabela 5 procurou se definir os pontos de intertravamento de sistemas seq enciais baseada nos seguintes objetivos Visibilidade Equipamentos Linguagens de programa o Manuais ou guias do usu rio e Sistemas de Comunica o 82 Ao mesmo tempo foram definidas as cinco linguagens descritas a seguir onde duas s o textuais e outras tr s linguagens gr ficas utilizadas atualmente na maioria dos controladores l gicos program veis dispon veis no mercado customizados de acordo com cada fabricante e apesar dessa diversidade de implementa es e por estarem baseadas nesta padroniza o sempre permitem meios para especificar todos os procedimentos e intertravamentos de controle inerente ao sistema a ser automatizado o IL Instruction List Lista de Instru es figura 4 2 7 1 Linguagem textual de baixo n vel semelhante linguagem Assembler baseada em comandos load store move add que apresentam alta efici n
124. edades para determinadas regi es o aumento da utiliza o do baga o de cana na produ o de energia el trica 22 tornando as usinas de a car e lcool em auto geradores de energia e at mesmo exportadores de energia el trica Outro importante passo na flexibiliza o da matriz energ tica brasileira foi no empenho na produ o de biodiesel iniciada em 1970 e patenteada por pesquisador brasileiro em 1980 de acordo com Crestana 2005 da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecu ria EMBRAPA que a partir da adi o de leos vegetais como soja baba u mamona girassol palma colza e outros ao diesel em pequenas propor es minimizam a emiss o de poluentes al m dos cr ditos de carbono comercializ veis em bolsa de valores O biodiesel obtido atrav s de um processo sustent vel utilizando mat rias primas vegetais renov veis que possui efeito positivo no ciclo do carbono onde o cr dito ambiental ser sempre maior que o combust vel f ssil que pela sua pr pria natureza s gera gases de combust o sem que o processo de fabrica o apare a uma fase agr cola de fixa o de carbono O biodiesel no Brasil teve o marco regulat rio na Lei 11 097 2005 onde estabelece percentuais m nimos de mistura de biodiesel ao diesel e o monitoramento da inser o de novo combust vel no mercado como aponta Crestana 2005 na figura 3 1 11 2005 a PATA 2 2 5 Autorizativo Obrigat rio Obrigat rio Me
125. edi o remota ainda n o foi implantado cuja coleta de dados sobre o consumo ainda feita manualmente e posteriormente enviada aos locat rios Existe por m a possibilidade de 145 instala o do sistema de supervis o e monitoramento j que esses equipamentos permitem esse tipo de acoplamento como mostra a foto 5 1 2 6 re r LALAN nosessers E pmm MERI ER SPRER REDE Foto 5 1 2 6 Medidor de energia de locat rio J com rela o alimenta o de energia el trica dos caixas registradoras existe um sistema de seguran a localizado o sistema de nobrake que garante o funcionamento desses equipamentos mesmo na falta de energia durante certo per odo como mostra a figura 5 1 2 7 Figura 5 1 2 7 Sistema de nobrake que alimenta os caixas registradores O consumo registrado no transformador secund rio 300 kVA apresenta uma caracter stica interessante onde se observam picos de consumo contudo n o h interrup o de fornecimento de energia Isso se deve ao fato desse transformador ser respons vel pela 146 ilumina o de todo p teo externo estacionamento que s o desligados ap s a meia noite ficando apenas a parte respons vel pelo sistema de seguran a patrimonial do pr dio Outro problema observado nesse transformador foi o desbalanceamento de fases e o baixo fator de pot ncia onde h a necessidade de instala o de capacitores e de mudan a na alimenta o das fa
126. eito de edif cio inteligente Isso tem evidenciado com a expans o da viol ncia indiscrinada em diversas regioes brasileiros agravada nos ltimos anos decorrentes de problemas socio econ micos conforme aponta figura 1 1 do jornal a Folha de S o Paulo 24 01 2004 Apud Moreira amp Ono 2005 e a preocupa o com a seguran a pessoal e patrimonial demonstrada claramente uma triste realidade o pa s com o maior dice de criminalidade do mundo apresentada pela revista Veja n 1 ano 40 figura 1 2 o que leva a popula o procurar locais seguros para a realiza o de suas necessidades b sicas de suprimento at mesmo algum lazer escolhendo ambientes que ofere am certo conforto e prote o mesmo que aparente a fim de resguardar seus ocupantes contra a viol ncia urbana Isso evidencia a necessidade de aplica o de dispositivos de supervis o e controle de um grande n mero de pontos a serem monitorados dentro desse tipo de constru o desde as mais simples at a que inclua certa intelig ncia artificial nestas edifica es m 1997 a 2003 Figura 1 1 Maiores preocupa es da popula o da cidade de S o Paulo Fonte Folha de S o Paulo 24 01 2004 Apud Moreira B R Ono R 2005 N s e os outros Numa compara o internacional o Brasil o pa s com o maior ndice de criminalidade Ele lidera o ranking de ocorr ncias policiais em todos os quesitos com FURTOS exce o de f
127. eitos as varia es do mercado internacional CONSUMO FINAL POR FONTE 100 90 80 70 60 DERIVADOS DE PETR LEO 50 40 LCOOL 30 4 ELETRICIDADE 20 4 10 0 1973 1976 1979 1982 1985 asa 1991 1994 1997 2000 2003 Figura 3 1 4 Consumo Energ tico Nacional 1973 2004 Fonte BEN 2005 MME A partir da as quest es relativas a gera o alternativa de energia tem sido abordada diferentemente por diversos pa ses com estrat gias bastante particulares buscando sua independ ncia na produ o de determinados insumos energ ticos evidenciando um desenvolvimento sustent vel e o Brasil tem utilizado outros recursos dispon veis partir dessa 15 poca Foram tamb m durante esse per odo que se desenvolveram grandes projetos de hidrel tricas no pa s como as Usinas de Itaipu figura 3 1 5 Ilha Solteira Furnas entre outras E a cria o do programa PROALCOOL para suprir a defici ncia dos derivados de petr leo importado e caro para substitui o da gasolina nos ve culos automotores no setor de transporte IASS SiS I Figura 3 1 5 Hidrel trica de Itaipu Brasil Paraguai 14 MW Mesmo o Brasil sendo pa s tropical de dimens es continentais privilegiado pela natureza com uma das maiores reservas de recursos h dricos do planeta uma topografia favor vel nas constru es de hidrel tricas e com enorme potencial hidr ulico estimado em 257 920 MW
128. elecimento comercial tornando um ambiente agrad vel Assim tem sido incorporados diversos dispositivos de automa o para facilitar a supervis o em diversos sistemas prediais obtendo maior controle no gerenciamento e 41 manuten o dos sistemas el tricos prediais cada vez mais sofisticados como a ilumina o com sistema de dimeriza o seguran a intrus o sistemas de refrigera o de alimentos e ambiental circuito fechado de televis o CFTV controle de acesso transporte vertical transporte horizontal chancelas eletr nicas telecomunica es Internet intranet wirelles rede de inc ndio bombas de recalque controle de estacionamento de ve culos etc Entretanto observa se que tais instala es e servi os funcionam de maneira totalmente independente uns dos outros e podendo se comunicar e interagir entre si atrav s de um sistema supervisor onde quase sempre foram instalados em etapas distintas da vida do edif cio adaptando se deste modo a situa o existente e sem influenciar na concep o estrutural da edifica o A partir deste conceito e das novas tecnologias da informa o e comunica es aparece uma nova forma de projetar e construir que est sendo adotado nos modernos edif cios onde se observam uma preocupa o maior na adapta o de novas tecnologias al m da integra o dos sistemas de instala es prediais assim como novas aplica es Uma das principais entidades que aplicam
129. elo frio entretanto n o consiste apenas num tratamento inicial do produto a se conservar Ela exige a manuten o permanente das condi es timas de conserva o como temperatura umidade relativa e deslocamento do ar o que pressup e a exist ncia de uma completa cadeia de frios que inclui a prepara o o transporte o armazenamento a venda isto a prote o do produto desde sua produ o at o ponto de consumo E cada tipo de alimento requer uma condi o de temperatura adequada para sua total conserva o inclusive de suas propriedades nutricionais conforme demonstrado na tabela 5 2 2 abaixo 149 Temperaturas LEES Verduras V Bolos V Latic nios V Carnes VA A CONGELADO L Y Sumas CONGELADO Yy Sorvetes Y Tabela 5 2 2 Condi es de conserva o dos alimentos Fonte Revista ABRAVA mar o de 2006 ano 30 pg 29 Figura 5 2 3 rea refrigerada de prepara o de alimentos para venda Atualmente a t cnica do frio suplementada por outras de conserva o como o uso de atmosfera controlada prote es superficiais uso de embalagens de isopor envolvido com ou sem filme de pvc conforme aponta Costa 2002 150 E os supermercados a ougues mercearias sorveterias e outros estabelecimentos que trabalham com produtos aliment cios facilmente deterior veis utilizam se de balc es frigor ficos g ndolas refrigeradas c maras frigor ficas tudo para manter os alimento
130. eriais para constru o churrascaria fast food pra a de alimenta o lojas postos banc rios caixas eletr nicos lot rica e outros totalizando 27 lojas e postos de servi o agregados ao hipermercado com certa caracter stica de shopping center Para viabilizar esse estudo inicialmente realizou se um levantamento de dados consistentes do consumo de energia el trica geral atrav s de um aparelho registrador de consumo que foi instalado em pontos estrat gicos como na sa da do transformador principal transformador secund rio na alimenta o do sistema de ar condicionado central e frio alimentar para se obter um diagn stico preciso do sistema el trico O sistema de alimenta o de energia el trica desse pr dio conta com duas 2 subesta es sendo o principal com 2 transformadores de 1000 kVA trabalhando paralelamente fornecendo energia do hipermercado e outro de 300 KVA para a frente da loja locat rios p teo 133 de estacionamento e posto de gasolina que comp em essa loja Conta tamb m com um grupo de geradores a diesel de 4 x 250 KVA operando em standby no caso de falha de fornecimento ou al vio no per odo de pico al m de um sistema de noobreak que alimenta as caixas registradoras 13800 Y E a A zm O aeee eara smc amm cam umn Aii 3922922999 o jah n fis f ia mara Inan Orate IE T upd Figura 5 1 Diagrama unifilar do sistema de alimenta o Esse estabelecimento
131. erven o onde se permita uma corre o e melhoria da qualidade de energia do sistema de alimenta o atrav s de dispositivos de automa o e supervis o utilizando se o conceito de edif cio inteligente 5 1 2 Sistema de alimenta o de energia el trica A cabine prim ria principal conta com dois transformadores refrigeradas leo de 1000 kVA Figura 5 1 2 1 trabalhando em paralelo e alimentando a loja principal e outro com um transformador seco de 300 kVA Figura 5 1 2 2 respons vel pela fornecimento de energia pelo setor de frente da loja como as lojas de terceiros locat rios figura 5 1 2 3 home center p teo de estacionamento posto de gasolina e as caixas registradores al m de sistema de grupo de 4 geradores a diesel de 250 kVA em standby que entram em opera o em caso de falha no fornecimento de energia pela concession ria conforme se pode ver nas figura 5 1 2 1 abaixo Foto 5 1 2 1 Transformador Principal I 1000 kVA 141 Figura 5 1 2 3 Grupo gerador diesel com 4x 250 kVA Na cabine prim ria que alimenta a loja principal j se encontra incorporado um sistema de medi o remota da Engecomp cujo esquema de funcionamento arquitetura apresentado na figura 5 1 2 4 onde a supervis o e o gerenciamento da entrada de energia s o monitorados numa sala interna de controle como tamb m atrav s da rede corporativa e ainda 142 remotamente pela concession
132. esigna por um lado uma caracter stica da comunica o que uma mesma condi o da dom tica trata se de promover sistemas que pela padroniza o podem se comunicar entre si por interm dio de redes auxiliares e por outro lado est indicando que o espa o do ambiente n o ser somente interativo mas tamb m convivencial Arkin amp Paciuk 1995 51 4 2 4 Redes Dom ticas e padroniza o A rede dom tica o elemento principal de todo o sistema dom tico Um sistema de cabeamento permite realizar a comunica o entre os diferentes dispositivos conectados a rede sendo essencial para a dom tica As redes destinadas aos edif cios inteligentes se baseiam em aplica es onde uma rede separada e independente utilizada para cada fun o assim que existem redes destinadas seguran a detec o de inc ndios ao controle de acessos climatiza o inform tica As redes dom ticas s o em termos gerais redes polivalentes que permitem realizar diferentes fun es a fim de simplificar a complexidade da instala o da rede A mesma rede dom tica assegura por exemplo as fun es de seguran a conforto e gest o t cnica A rede pode estar constitu da de um ou v rios suportes de comunica o de acordo com as fun es que esse sistema dom tico realiza A elabora o e ado o de padr es para utiliza o em sistemas dom ticos representa um desafio cont nuo para pesquisadores e projetist
133. estado indispon vel o estado indispon vel corresponde situa o em que o disparo de uma transi o representa uma atividade sendo executada Considerando novamente as transi es TI e THI as marcas em um lugar passam do estado indispon vel ao estado dispon vel exatamente como nas RdP aut nomas Fundamentalmente a evolu o das RdP temporizadas depende do rel gio global Os valores deste rel gio representam o tempo no modelo Al m de portar cores as marcas podem portar um valor de tempo chamado tamb m de selo de tempo O selo de tempo de uma marca indica o m nimo valor de tempo do modelo em que a marca pode se utilizada ou seja retirada do lugar em que ela est para disparar uma transi o Em uma RdP colorida e temporizada uma transi o habilitada quando as marcas apresentam se portando as cores e em n mero exigidos por cada arco de entrada As marcas est o dispon veis ou seja os selos de tempo das marcas serem retiradas devem ter valor menor ou igual ao tempo do modelo A modelagem de uma atividade opera o de delta r unidades de tempo feita por meio de uma transi o T que gera para os lugares de sa da marcas cujos selos de tempo s o delta r unidades de tempo superiores ao valor do rel gio em que T disparado Como resultado do disparo as marcas geradas por T ser o indispon veis durante delta r unidades de tempo A execu o de RdP coloridas e temporizadas similar s filas de
134. eu ciclo de vida e utilidade destes quer seja como extens o da capacidade humana de opera o e transforma o de objetos manufatura quer seja como forma de substituir completamente o elemento humano em atividades perigosas tais como a manuten o de centrais nucleares as opera es de inspe o reparos soldagem em grandes profundidades ou mesmo a manipula o de carga em grandes alturas nas constru es civis ou ainda os sistemas de coleta de dados em ambientes como por exemplo em hospitais s o alguns exemplos simples e intuitivos destes casos onde a substitui o completa ou parcial do homem pelos sistemas automatizados lembra mais seguran a e respeito vida do que simplesmente desemprego Entretanto nestas atividades bem como nos sistemas antropoc ntricos onde o forte a extens o da capacidade humana melhorando a precis o de interven o repetibilidade confiabilidade etc torna necess rio que o processo de automatiza o represente um avan o ao inv s de uma moderniza o reflexa Para isso fatores tais como controlabilidade e previsibilidade dever o se considerados A controlabilidade associada capacidade de relacionar causa e efeito envolvendo planta e instrumentos de controle estando tamb m ligada capacidade de prever a ocorr ncia de eventos n o control veis e antecipar a sua ocorr ncia como o bloqueio de outros eventos que exacerbam seus efeitos ou a capacidade de for ar outr
135. fabeto Finalmente um aut mato como a formaliza o da sucess o de estados e transi es composta de um conjunto finito de transi es um mapeamento que para cada estado e para cada 81 evento associa um outro estado resultado da transi o ocasionada pelo evento letra de entrada em apre o 4 3 7 Norma Internacional IEC 61131 3 A Parte de Comando de um Sistema Automatizado dever ser bem especificada e documentada de modo a evitar ambigiidades e d vidas durante a sua implementa o e ou manuten o Para unificar e padronizar os s mbolos gr ficos e a sequ ncia do sistema e tamb m o que concerne os diferentes componentes de automa o e CLP s distribu dos por diferentes fabricantes foi criado um comit internacional da IEC respons vel pela especifica o das etapas de projeto dos CLP s incluindo desde o projeto de hardware teste documenta o programa o comunica o e at instala o resultando a norma internacional TEC 61131 3 tabela 5 Tabela 5 Norma IEC 61131 Informa es Gerais Requisitos de Equipamentos e Testes Linguagens de Programa o Guia do Usu rio Especifica o do Servi o de Mensagens Comunica o via Fieldbus Programa o para Controle Fuzzy Guia vara Imolementac o de Defini es de terminologias e conceitos b sicos Constru o eletr nica e mec nica e testes Estrutura do software do CLP linguagens de programa o e ex
136. fatores relacionados com a disponibilidade e seguran a da informa o assumem elevada relev ncia tornando se necess rio garantir que a informa o est dispon vel e segura quando necess ria independentemente da localiza o geogr fica sendo assim importante e necess rio a implementa o mecanismos de acessibilidade mecanismos de seguran a e toler ncia falhas Os sistemas SCADA melhoram a efici ncia do processo de monitora o e controle disponibilizando em tempo til o estado atual do sistema atrav s de um conjunto de previs es gr ficas e relat rios de modo a permitir a tomada de decis es operacionais apropriadas quer automaticamente quer por iniciativa do pr prio operador Atualmente os Sistemas Supervis rios podem ser definidos como uma interface homem m quina IHM amig vel os quais utilizam tecnologias de computa o e comunica o que permitem a supervis o e ou o controle de sistemas automatizados a partir do monitoramento e 128 controle dos Sistemas Automatizados efetuando o recolhimento dos dados em ambientes complexos eventualmente dispersos geograficamente e os respectivos sistemas apresentam uma visualiza o de modo amig vel com o usu rio com recurso Interface Homem M quina IHM altamente sofisticados 4 8 2 Caracter sticas dos Sistemas Supervis rios Entre os Sistemas Supervis rios existentes no mercado podemos citar o Wizcon 1 Ifix 2 Intouch 3 Elipse 4 Cimpl
137. figura 5 7 1 174 Temperatura C 5 10 1520 2530 35 40 45 50 5560 65 70 75 80 85 90 95 100 Tempo s Figura 5 7 1 Gr fico Temperatura X Tempo Considerando o sistema de ar condicionado como um sistema produtivo onde o produto final o ar condicionado pode se adotar o modelo apresentado na figura 5 7 2 Miyagi 1996 apud Villani 2000 para aplica o e classifica o das diversas partes do sistema de ar condicionado central Dispositivo de Atua o Dispositivo de Detec o Dispositivo de Controle o Sistema de Controle B Dispositivo de Realiza o Operador Objeto de Ar do exterior Usu rio Ar do ambiente Controle do Controle Monitora o Ar condicionado Figura 5 7 2 Diagrama do sistema de controle Fonte Miyagi 1996 apud Villani 2000 Os dispositivos de controle propostos neste estudo tem papel importante no sistema de gua gelada onde o CLP desempenha a fun o de controle monitoramento e comando o termopar como detector de temperatura o inversor na varia o de velocidade dos motores que 175 devidamente instalados podem minimizar o consumo de energia onde no equipamento avaliado possui 32 fancoils bombas de gua gelada bombas de recircula o e torres de resfriamento trabalhando em rota o constante Esses dispositivos podem ser incorporados no sistema existente no monitoramento e controle de temperatur
138. for maior que o contratado o consumidor pagar comercializadora o maior valor entre o Valor Normativo definido pela ANEEL e o pre o spot definido pela CCEE e Se o volume consumido for menor que o previsto o consumidor pagar pelo volume total contratado junto comercializadora recebendo da comercializador 200 referente sobra de energia o menor valor entre o Valor Normativo e o pre o spot da CCEE e O consumidor livre pode gerir plenamente o insumo energia el trica da mesma forma como administra outros itens relacionados sua atividade produtiva m o de obra e mat rias primas em geral Note que e O cliente livre poder dispor de contratos de fornecimento com flexibilidade no consumo da energia contratada sendo assim poss vel sazonalizar para mais ou para menos os volumes de energia contratada adequando desta forma seu contrato s oscila es naturais de consumo de energia decorrentes de seu ramo de atividade e Eventuais diferen as entre a energia contratada e a energia consumida para mais ou para menos podem ser comercializadas livremente pelo consumidor a pre os de mercado sendo poss vel efetuar antecipadamente uma opera o de compra adicional de energia ou venda de excedente meses antes do fato consumado livrando assim o consumidor da exposi o volatilidade dos pre os spot Da mesma forma pode se estruturar derivativos visando o gerenciamento da posi o de energia da empres
139. hesis Tokyo Institute of Technology Tokyo 1988 MOREIRA K B R ONO R Avalia o de m todos de planejamento de sistemas prediais de seguran a f sica e patrimonial CD ROM dos Anais do IX Simp sio Nacional de Sistemas Prediais 2005 Goi nia GO MURATA T amp ZHANG D A predicate transition net model for parallel interpretation of logic programs IEEE Transactions on Software Eng vol 14 n 4 Abril 1988 pp 481 497 PETERSON J L Petri Net Theory and the Modeling of Systems Prentice Hall Inc 1981 PETERSON J L Petri Nets Computing Surveys Volume 9 Number 3 September 1977 pp 223 252 PETRI C A Kommunikation mit Automaten Schriften des Institutes f r Instrumentelle Mathematik Bonn 1962 191 PRADO R T A Sistemas prediais e o ambiente estimativas de consumos de gua energia e degrada o ambiental CD ROM dos Anais do IX Simp sio Nacional de Sistemas Prediais 2005 Goi nia GO RADAMAGE P J amp WONHAM W M The Control of Discrete Event Systems Proceedings of the IEEE v 77 n 1 1989 REISIG W Petri Nets An Introduction Springer Verlag 1982 RONDEAU S Pol tica Nacional de Minas e Energia Escola Superior de Guerra Minist rio de Minas e Energia Rio de Janeiro julho 2005 ww w mme gov br REVISTA Veja Especial Crime As raizes a Impunidade as Solu es ed 1990 ano 40 n 1 10 de janeiro de 2007 pg 57 61 SARAMAGO
140. humano constante 36 7 C O calor excedente deve ser dissipado atrav s de trocas entre o corpo e o meio Nos sistemas de ar condicionado o processo da troca de calor homem meio ambiente estudado analisado e calculado para que ela se d nas melhores condi es poss veis dentro de um equil brio t rmico Pois existe a necessidade da manuten o da temperatura do corpo humano 36 7 C e a sensa o de desconforto facilmente percebida pelo homem Esses sistemas podem ser dividos basicamente em tr s principais sistema de produ o de frio de produ o de calor quando adotado e de distribui o de ar tratado Como mostra a figura 5 3 1 e 5 3 2 a seguir 156 Condicionamento do Ar Distribui o de frio calor ANa Caixa de mistura Ventilador J saor gt de retomo i Ardo i P ambiente i i i i i 7 i damper Trocador de Calor N Ardo Arplo i aquecimento resfriamento i i i i i i NANA NANA damper Serpentina de Serpentina de exterior ambiente INEO Filtro Ventilador de insuflamento NANNAN V lvulas RA T P outras T unidades m P outras unidades Bomba lt jus i Bomba gt 4 Torre de resfriamento Chiller w p I Figura 5 3 1 Esquema gen rico de sistema de
141. i o assumem maior carga atingindo seu valor m ximo aproximadamente s 19 horas variando um pouco este hor rio de regi o para regi o do pa s Devido ao maior carregamento das redes de distribui o neste hor rio verifica se que um novo consumidor a ser atendido pelo sistema custar mais concession ria nesse per odo de maior solicita o do que em qualquer outro hor rio do dia tendo em conta a necessidade de amplia o do sistema para atender ao hor rio de ponta Da mesma forma o comportamento do mercado de eletricidade ao longo do ano tem caracter sticas pr prias que podem ser visualizadas na figura 2 2 203 FT m Perfodo mido 1 Per odo Seco Per odo mido J ED e AN FEV MAR ABR MAL JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ N T do i i 1 1 I 1 i 1 1 1 1 A i Figura 2 2 Distribui o da sazonalidade Per odo Seco e Per odo mido Fonte Engecomp www engecomp com br acessado 15 07 2005 A curva representa a disponibilidade m dia de gua nos reservat rios das usinas hidrel tricas constituindo o potencial predominante de gera o de eletricidade A curva B representa o comportamento m dio do mercado de energia el trica a n vel nacional assumindo um valor m ximo justament
142. iais insumos energ ticos seguran a transporte climatiza o e outros componentes integrados a edifica o Gonsalves 2005 Atualmente essa tecnologia possui diversas aplica es em v rias atividades onde a populariza o de produtos eletro eletr nicos vem sendo absorvido por praticamente todas camadas sociais onde tem gerado aumento significativo na demanda de energia el trica em todo mundo e um novo panorama tem surgido no setor de energia onde os investimentos s o focados em pol ticas de conserva o de energia el trica Investimentos estes n o somente do setor governamental mas tamb m das concession rias de energia preocupadas com a continuidade no atendimento aos seus consumidores e a preserva o de sua capacidade limitada de gera o seja pelos insumos das termel tricas n o renov veis seja pela limita o da capacidade dos reservat rios sujeitos as condi es clim ticas ou mesmo buscando novas alternativas pouco conhecidas ou invi veis no curto prazo no suprimento de energia Assim a conscientiza o da conserva o de energia el trica mesmo que teoricamente contr ria ao principio de busca dos lucros dever ser uma pr tica n o somente do consumidor mas tamb m estimulada pelas empresas do setor visando a manuten o e atendimento de seus mercados A principio existe uma rela o direta entre aumento de consumo de energia el trica e aumento de PIB Produto Interno Bruto co
143. ial mantido pela ASHRAE American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers Define protocolos para uso em quatro camadas do modelo de refer ncia OSI aplica o rede enlace de dados e f sica Sua utiliza o mais difundida no controle de bioclim tico HVAC mas esta n o uma restri o 53 EIB O European Installation Bus definido pela EIBA European Instalation Bus association possui uma topologia aberta Implementa um sistema descentralizado com intelig ncia distribu da com acesso ao meio f sico por CSMA CA A instala o do barramento de dados feita paralelamente ao fornecimento de energia permitindo 64 dispositivos por linha 12 por linha principal e 15 por linhas principais por Backbone A utiliza o de um padr o n o exclusiva em um sistema dom tico Mais de um padr o pode ser adotado e coexistir com outro numa aplica o de automa o residencial ou predial 2 Impulsionada pelos avan os tecnol gicos a dom tica um mercado novo e em um cont nuo desenvolvimento com fortes potencialidades de crescimento econ mico Sua populariza o depende da a o conjunta de governadores institui es de pesquisa e fabricantes de equipamentos Os sistemas dom ticos t m por objetivo primordial atrav s da utiliza o racional e integrada de v rias tecnologias buscar a melhoria da qualidade de vida para os usu rios do ambiente residencial Apesar da variedade de padr
144. icity 5 dentre outros Dentre as principais caracter sticas necess rias para atender os requisitos para um Sistema Supervis rio figura 4 8 2 1 podemos destacar o Interface amig vel com o operador ou seja o sistema de supervis o tem que propiciar ao operador uma facilidade de visualiza o gr fica e opera o do sistema Gera o autom tica de relat rios Controle Estat stico do Sistema Hist rico de tend ncias acompanhamento das vari veis controladas Facilidade para intera o com outros aplicativos software Acesso autom tico a banco de dados Acesso compartilhado e Remoto o Conex o em rede e atrav s de modem ou r dio o Gerenciamento das condi es de alarmes 129 Gerador gr fico para Controle Programa o de de Vari veis Tarefas Relat rios Excel Access 8001 PRINCIPAL CELZS stetadia Sa Controle e Monitoramento da Monitoramento de Vari veis Interface Gr fica com Alta Produ o Defini o Figura 4 8 2 1 Principais Caracter sticas de um Sistema de amp nnervis rio Os sistemas SCADA cobrem um mercado cada vez mais vasto podendo ser encontrados em diversas reas tais como ind stria de celulose petrol feras hidroel tricas t xtil metal rgica automotiva eletr nica hotelaria hospitais entre outras Os sistemas de Supervis o e Controle est o cada vez mais sendo empregados em automa es prediais rea
145. iculdades enfrentadas no atendimento de uma demanda cada vez mais crescente visando utiliza o de forma racional da energia el trica que vital na vida contempor nea da humanidade Infelizmente pouco tem sido efetivamente realizado no aumento da oferta de energia devido a interesses pol ticos e econ micos que pode causar s rios preju zos na proposta governamental que se n o forem corrigidas em tempo poder inviabilizar o crescimento do PIB proposto de um aumento de 4 5 a a para os pr ximos anos Muito aqu m de pa ses emergentes da sia como a China e a ndia que cresceram em torno de 9 5 e 7 5 nos ltimos 10 anos e outros paises da Am rica do Sul como Chile e Argentina com 7 5 e 8 0 em 2005 e 2006 3 1 Panorama Energ tico Brasileiro Com cerca de 8 5 milh es de quil metros quadrados mais de 7 mil quil metros de litoral e condi es clim ticas extremamente favor veis o Brasil possui um dos maiores e melhores potenciais energ ticos do mundo onde em 2005 gerou 441 6 TWh sendo o 10 pa s gerador de energia el trica figura 3 1 1 conforme aponta Rondeau 2006 do Minist rio das Minas e Energia e uma grande parcela de fontes renov veis figura 3 1 2 11 E Hidroel trica ENucleoel trica Renov veis MTermoel trica Estados Unidos China Jap o R ssia Canada ndia Alemanha Fran a Reino Unido Brasil Brasil 10 posi o A gera o nuclear
146. isserta o Mestrado Faculdade de Engenharia Civil Universidade Estadual de Campinas UNICAMP GONSALVES O M Evolu o e Tend ncias dos Sistemas Prediais CD ROM dos Anais do IX Simp sio Nacional de Sistemas Prediais 2005 Goi nia GO GUANDALINI G 2007 Reportagem Especial Infra estrutura preciso vencer essa guerra Revista Veja ed 2020 ano 40 n 31 8 de agosto de 2007 pg 92 e 93 GUSTIN G D B Aplica o de Redes Petri Interpretadas na Modelagem de Sistemas de Elevadores em Edif cios Inteligentes S o Paulo 1999 Disserta o Mestrado Escola Polit cnica Universidade de S o Paulo HI TECNOLOGIA 2006 Manual T cnico do Controlador Industrial ZAP 500 ZEN 400 HINRICHS R A KLEININBAC M Energy and Enviroment Ed Thomsom S o Paulo 3 Ed 2003 543p 189 HO Y C Basic research manufacturing automation and putting trhe cart before the horse IEEE Transactions on Automatic Control 1987 vol AC 32 n 12 pp 1042 1043 HO Y C Discret Event Dynamic Systems Analyzing Complexity and Performance in the Modern Wold IEEE Control Systems Sociey Sponsor New York 1991 HUBER P JENSEN K amp SHAPIRO R M Hierarchies in Coloured Petri Nets inclu do em G Rozenberg ed Advances in Petri Nets 1990 Lecture Notes in Computer Science vol 483 Springer 1990 pp 313 341 HUBER P JENSEN K amp SHAPIRO R M High level Petri Nets Theory and
147. itivos de controle no sistema de distribui o de ar setorizada onde o volume de ar insuflado no setor de alimentos congelados e resfriados seria minimizado ou eliminado devido radia o de ar frio desses equipamentos nesse setor onde reduzem a temperatura Em contrapartida na se o de aparelhos de TV ligados para demonstra o o volume de ar refrigerado poderia ser otimizado para satisfazer s condi es de conforto ante a radia o dos aparelhos Com isso pretende se demonstrar que a aplica o de determinados dispositivos de automa o num sistema de ar condicionado central com equipamentos pouco ultrapassados permite uma melhoria significativa do monitoramento e gerenciamento de energia remotamente visto que esse sistema representa cerca de 45 da demanda de um edif cio comercial Atualmente o conceito de edif cio inteligente est relacionado facilidade do processo de adapta o de novos recursos e dispositivos adequando se s novas tecnologias e s necessidades do usu rio sem grandes transtornos oferecendo maior conforto seguran a e longevidade ao edif cio sem necessidade de grandes reformas retrofit A automa o uma rea bastante complexa multidisciplinar que envolve linguagem de programa o software plataforma eletr nica hardware e dispositivos de atua o mec nica Dessa forma um estudo sobre automa o algo muito abrangente e envolve uma vasta gama de conhecimentos
148. l respons vel por 45 9 do mercado total teve um consumo registrado em 2003 de 42 078GWh para 45 286 GWh em 2004 significando um aumento de 7 6 o maior do ano e Na classe residencial respons vel por 25 1 do mercado teve um aumento registrado em 2004 de 4 1 sobre 2003 com um consumo de 24 799 GWh com 11 8 milh es de consumidores e a m dia de 176 kWh por consumidor e Na classe comercial com uma representa o de 17 2 desse mercado teve um consumo de 17 022 GWh no ano de 2004 com um aumento 4 4 em rela o a 2003 31 Consumo de Energia El trica por Classe O Residencial mlndustral Comercial Demais Figura 3 2 6 Evolu o do consumo de energia el trica no Estado de S o Paulo Fonte Secretaria de Energia Recursos H dricos e Saneamento Dezembro 2004 J no ano de 2005 o consumo de energia el trica no Estado de S o Paulo incluindo autoprodutores foi de 118 439 GWh registrou um aumento de 6 7 em rela o ao ano anterior que foi de 111 011 GWh o que confirma essa tend ncia de crescimento da demanda de energia el trica apontada pelo Balan o Energ tico Paulista 2007 ano base de 2006 32 3 3 Investimentos no setor energ tico No per odo compreendido entre 1994 a 2001 portanto no primeiro governo do Presidente Fernando Henrique Cardoso teve o inicio das privatiza es no pa s onde o governo operava com grande defici ncia nos setores de transporte telecomunica es e do
149. lamente no Brasil conforme MARTE 1995 nesse mesmo ano foram entregues duas grandes obras em S o Paulo de edif cios onde se incorporavam essas tecnologias o edif cio do Citibank figura 4 1 2 na Avenida Paulista na cidade de S o Paulo que foi o pioneiro edif cio de alta tecnologia constru da no Brasil projetado pela companhia nacional ATT com 2500 pontos de supervis o e controle 48 Figura 4 1 2 Citbank Avenida Paulista vis o noturna Outro importante empreendimento tamb m em S o Paulo foi a constru o do Centro Empresarial Ita Concei o CEIC Projetados com tecnologia nacional pelo cons rcio Itauplan Itautec ambas pertencentes ao grupo Ita SA respons veis pelas reas de engenharia e equipamentos sistemas e posteriormente foram surgindo outros pelo pa s O desenvolvimento das redes de comunica o de dados no ambiente predial foi um passo decisivo para a integra o dos diversos subsistemas proporcionando como consegii ncia uma descentraliza o do controle Interessante salientar que de acordo com Gra a Dep Constru o Civil EPUSP que o custo de implanta o de Edif cios com Alta Tecnologia na ordem de 3 do total do empreendimento considerando se a vida til de 50 anos dessa edifica o e as despesas com folha de sal rios dos ocupantes pelo mesmo per odo ou mesmo pelo custo de manuten o dos equipamentos previstos para durar em torno de 15 anos ou mesmo se
150. lding Study Committee IEC International Electrotechnical Committee IHM Interface Homem M quina IL Instruction List Kbps kilo bite por segundo kVA kilo Volt ampere kvar kilo Volt ampere reativo kW kilo Watt kWh kilo Watt hora LD Diagrama Ladder XX LEE UERJ Laborat rio de Engenharia El trica Universidade Estadual do Rio de Janeiro MAE Mercado Atacadista de Energia El trica Mbps Mega bite por segundo MME Minist rio da Minas e Energia NO Mon xido de nitrog nio C Grau cent grado PC Parte Comando PC Personal Computer PCH Pequenas Centrais Hidrel tricas PIB Produto Interno Bruto PLD Pre o de Liquida o de Diferen as PO Parte Operativa PPP Parceria P blico Privado PROALCOOL Programa Nacional do lcool PROCEL Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica PS Ponta Seca PU Ponta mida RdP Rede de Petri SA Sistema Automatizado SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Sistema de Supervis o e Controle SED Sistemas de Eventos Discretos SFC Sequential Function Chart ST Structured Text TR Tonelada de Refrigera o xxi TUSD Tarifa de Uso do Sistema de Distribui o TUST Tarifa de Uso do Sistema de Transmiss o TWh Ter Watt hora V volts V Volts xxii 1 Introdu o No mundo contempor neo a busca pela efici ncia
151. lo caso venha a ocorrer decis o de se utilizar a tarifa o setorizada do consumo de energia e ou ar condicionado e ou g s o projeto deve permitir que esta informa o seja transferida pelo Sistema de Supervis o e Controle pr tratada e encaminhada para o sistema administrativo que a armazena em banco de dados pr prio e a incorpora na data correta no boleto de condom nio de cada unidade e ou centro de Gest o de cada rea Para que isto ocorra necess rio o estabelecimento de um protocolo de comunica o entre os aplicativos computacionais correspondentes ao controle do processo e controle administrativo Com base nos levantamentos efetuados e nas fun es definidas para serem automatizadas premissas de seguran a do pr dio e nas necessidades de cabeamento estruturado para implanta o do sistema de informa es define se para cada item o n vel de automa o a ser executado a seguran a a ser implementada e as condi es a serem obedecidas pelo sistema de informa es 66 Ser o tamb m definidas nesta fase as necessidades de troca de informa es entre os v rios subsistemas funcionais verificando se por exemplo como a detec o de fuma a em uma das depend ncias do empreendimento afetar o processo de insuflamento de ar ou ainda como a avalia o da demanda de energia dever bloquear ou liberar as cargas e com qual prioridade O gerenciamento t cnico aplicando para a sua parte n o vis vel opera
152. lo de vida do sistema Durante a fase inicial de projeto o projetista dever escolher uma arquitetura de comando que atenda os pr requisitos funcionais tais como os tempos de resposta do sistema Neste cap tulo s o apresentadas metodologias utilizadas para valida o de um modelo de arquitetura de comando distribu do atrav s da constru o de modelos de An lise Estruturada e de sua posterior simula o atrav s de Redes de Petri Coloridas e Temporizadas 4 4 1 Sistemas Automatizados Os Sistemas Automatizados SA s o cada vez mais complexas e diversas t m sido as formas utilizadas para caracteriz los Uma atitude poss vel amplamente utilizada a de considerar o sistema dividido em v rios componentes ou subsistemas no sentido que podem ser caracterizados individualmente como um sistema que interagem mutuamente atrav s de um conjunto de interliga es bem caracterizadas Correspondendo atitude de dividir para reinar Um modelo simples resultante desta atitude o largamente utilizado modelo baseado na decomposi o num sub sistema de controle e num sub sistema controlado figura 4 3 1 Como caso particular de particular interesse caracterizar o sub sistema controlado como uma componente de processamento de dados sendo se conduzido s arquiteturas micro controladas t picas com as suas componentes de dados e de controlo interoperantes e com funcionamento concorrente conforme Demongodin amp Kouss
153. logia de controle e dos equipamentos envolvidos evoluir com rapidez e implicar neste sentido na substitui o dos sistemas em opera o deve ser encarada com absoluta naturalidade uma vez que ao fim do prazo de sua durabilidade e poss vel obsolesc ncia o sistema j se pagou Os percentuais do sistema de automa o a serem considerados em rela o ao custo global do empreendimento giram em torno de 3 5 a 5 com retorno garantido Assim a evolu o do setor de obras civis de todos os portes na dire o da utiliza o de sistemas de automa o seguran a e cabeamento estruturado podem ser considerados irrevers veis uma vez que est inteiramente baseado nos tr s pilares que viabilizam a integra o destes sistemas aos neg cios evolu o tecnol gica otimiza o operacional e beneficio financeiro 4 3 5 Sistemas Automatizados Para modelagem de um sistema torna se necess rio entender o conceito de sistema assim como os limites do mesmo Um sistema qualquer cole o de intera o de elementos que funciona para alcan ar um objetivo comum e que evoluiu com o tempo A defini o acima indica que aquilo que pode ser definido como sistema num contexto pode ser apenas um componente de um outro sistema dando origem ao conceito de subsistema Assim o universo parece estar formado de conjuntos de sistemas cada qual contido em um outro ainda maior Sistema um conjunto complexo de coisas diversas que ordenadamente
154. lta tens o exceto os do grupo AS e normalmente com demanda acima de 300 KW para alguns consumidores o enquadramento ou n o THS facultativo 207
155. ma de conten o dos balc es expositores Fonte Econofrost www econofrost com br acessado em 20 01 2005 152 Existe tamb m no sistema de frio alimentar um lugar onde se armazenam alimentos que necessitam uma temperatura menor para sua conserva o em torno de 20 C que s o as c maras frias onde ficam depositados as carnes sorvetes derivados do leite iogurtes chantilis etc que ficam em local reservado no interior da loja Figura 5 2 1 3 C mara fria para armazenamento de alimentos congelados Esses equipamentos sofreram um processo de retrofit recentemente e portanto j se beneficiam de grande economia em rela o aos anteriores como pode ser observado no diagn stico apresentado na figura 5 2 1 4 onde se apresenta um consumo de energia el trica mais uniforme sem grandes varia es 153 BM RMS ANAWIN OF FRIO ALIMENTAR BE ALTERA ES iniciar S bado 26 03 05 12 22 40 24 2 29 30 31 Qt kvar Qitkvar Qui kyar SIeVA 57 11 57 11 0 000 116 40 E imagem cipII Mi Figura 5 2 1 5 Diagn stico do Frio Alimentar 154 FPI 0 871 i D 400 350 300 250 200 150 100 50 DIA 5 3 Sistema de Ar Condicionado Central Devido crescente urbaniza o da sociedade moderna a popula o de forma geral tem permanecido a maior parte do tempo em ambientes confinados Para garantir de certa forma essa perman ncia preciso
156. mento de energia el trica do pa s prov m de gera o hidr ulica Balan o Energ tico Nacional BEN 2006 e o petr leo representa mais de 38 da matriz energ tica nacional conforme a Figura 3 1 3 Apesar da import ncia dessas fontes a conjuntura atual do setor energ tico brasileiro crescimento da demanda escassez de oferta e restri es financeiras socioecon micas e ambientais expans o do sistema indica que o suprimento futuro de energia exigir maior aproveitamento de fontes alternativas Madeira e Outras Outras Renov veis Biomassas 28 13 3 FONTES RENOV VEIS 218 6 UA 64 milh es 9 3 tep tonelada equivalente de petr leo de tep Fonte MME BEN 2005 Figura 3 1 3 Matriz Energ tica Brasileira 2 005 Fonte BEN 2006 Balan o Energ tico Nacional Se do lado da oferta de energia as condi es s o relativamente confort veis principalmente devido a estagna o da economia nas ltimas d cadas do lado da demanda h enormes descompassos e desafios para a sociedade brasileira Tanto nas periferias de grandes centros urbanos como em regi es remotas e pouco desenvolvidas as formas convencionais de suprimento energ tico n o atendem s condi es s cio econ micas da maioria dessa popula o Portanto o planejamento e a regula o da oferta de energia devem buscar formas de suprimento energ tico compat veis com as potencialidades energ ticas e as necessidades socio
157. midores para o mercado livre de energia el trica onde estes poder o exercer o seu livre arb trio e negociar livremente seus contratos de energia diretamente junto a outros agentes do setor geradores e comercializadores dentro dos temos e condi es pre o prazo e flexibilidade que melhor lhes convier cabendo ao governo estipular as tarifas de transporte fio suficientes para garantir a remunera o dos ativos das distribuidoras e permitir o investimento cont nuo na amplia o da capacidade do sistema el trico Considerando que os consumidores livres conseguem obter uma redu o de 15 a 25 em seu custo de energia em fun o da atual sobra contratual de energia dispon vel no mercado torna se uma necessidade a an lise dos benef cios e riscos de uma eventual migra o para o mercado livre 195 1 1 Clientes Livres Os chamados Clientes Livres s o os consumidores de energia que podem n o apenas escolher sua empresa fornecedora de energia como tamb m gerenciar suas necessidades da maneira que lhes parecer melhor levando em conta vantagens em pre os produtos e servi os Os consumidores que n o optam por se tornarem clientes livres s o chamados de clientes cativos Qualquer consumidor com demanda contratada igual ou superior a 500 kW em qualquer segmento horosazonal pode optar por ser um cliente livre No entanto podem comprar energia de qualquer fornecedor apenas os consumidores com deman
158. n es e representar todas as fun es realizadas pelo programa software de comando assim como todos os dados que devem ser estocados ou circular entre as fun es de tratamento e precisar quando as fun es de controle devem ser ativadas ou seja quais s o os eventos necess rios para a realiza o de uma fun o 119 e precisar o tempo de vida dos diferentes dados ou seja se os dados s o consumidos na transfer ncia entre duas fun es fun o produtora e consumidora ou se preciso prever um ponto de estocagem para a perenidade da informa o A arquitetura funcional portanto expressa por um conjunto coerente de modelos funcionais que descrevem fun es ou tratamentos comportamentais que descrevem a evolu o e ativa o das fun es e de informa o que descrevem a rela o entre os dados Assim diferentes m todos podem ser utilizados para descrever integralmente a arquitetura funcional Atualmente opta se pela abordagem conhecida como An lise Estruturada conforme Gane amp Sarson 1979 e Demarco 1979 sendo esses tr s tipos de modelos combinados no sentido da obra de Yourdon 1989 b Figura 4 6 1 Modelo Esquepa tico da Arquitetura A modelagem da arquitetura funcional de um SAP poder ser realizada atrav s de diagramas de fluxos de informa es e estado e transi o O diagrama de fluxo de informa es representa o funcional realizado atrav s do
159. n o raz o 7 pela qual sob determinadas condi es clim ticas os equipamentos s o desligados manualmente para se minimizar os custos de energia el trica Tal situa o foi observada quando do levantamento do consumo de energia dessa grande constru o comercial Com isso elaborou se um prot tipo que viabilizasse uma simula o desse trabalho contendo CLP Controlador L gico Program vel Inversor de Frequ ncia termo resist ncia motor trif sico de 2 CV caixa de isopor com uma divis o interna transformador de 24 V conversor de temperatura em sinal el trico e reles que s o perfeitamente acopl veis em sistemas j implantados e com determinado per odo de opera o sem a necessidade de grandes interven es permitindo se com isso um ganho de efici ncia nesses sistemas de ar condicionado central A aplica o de inversores de fregii ncia conectados a controladores program veis CLP dos equipamentos permite um monitoramento da rota o dos motores do sistema de ar condicionado e termopares instalados em pontos estrat gicos reproduz a temperatura real on line do ambiente ou setor e enviam um sinal el trico ao CLP Este por sua vez envia um sinal ao inversor de frequ ncia que aumenta ou diminui a velocidade dos motores do sistema de insuflamento de ar com isso permitindo uma melhoria no gerenciamento da demanda de energia sem a necessidade de interven o humana Esses recursos de automa
160. nda A cadeia do frio engloba todo o trajeto percorrido desde o produtor do alimento at o consumidor final Esse longo caminho exige uma refrigera o constante que obede a aos par metros exigidos por cada alimento in natura ou s faixas de temperaturas recomendadas pelos fabricantes no caso de alimentos processados Naturalmente a cadeia do frio pressup e que o transporte desde a f brica at as c maras frigor ficas dos pontos de vendas seja feito em ve culos frigor ficos Os consumidores s o respons veis pelo ltimo elo dessa cadeia devendo transportar o mais rapidamente poss vel desde o local de compra at o seu pr prio refrigerador S o essenciais os cuidados em cada um dos pontos de venda 148 Processamento e Sistema de Estocagem de Estocagem na fonte distribui o produtos no com rcio Distribui o no varejo Consumidor fm Figura 5 2 1 Cadeia de frios do produtor ao consumidor Fonte Revista ABRAVA mar o de 2006 ano 30 pg 31 Pelo simples fato de um produto ser aliment cio seja carne verdura fruta hortali a ave ou peixe pressup e se deterior vel conforme o tempo devido sua composi o org nica Ent o para que suas caracter sticas se mantenham ideais ao consumo tem se que recorrer necessariamente a recursos da refrigera o utilizando se de balc es frigor ficos c maras frigor ficos e outros mecanismos largamente empregado na vida moderna A conserva o p
161. necessariamente considerar novos conceitos e diferentes t cnicas de abordagens que possam ser aplicadas tanto para a modelagem do sistema como para sua avalia o al m de evidentemente do aproveitamento eficiente dos recursos da alta tecnologia dispon veis Os sistemas de automa o supervis o e controle s o ferramentas important ssimas no gerenciamento dos diversos sistemas encontrados nesse tipo constru o no monitoramento dos insumos energ ticos sistemas de seguran a transporte conforto acesso e outros facilita o convivio das pessoas nesse tipo de constru o sem grandes dificuldades 2 Objetivos Pretende se neste trabalho demonstrar a partir do diagn stico do sistema el trico de um grande estabelecimento varejista constru do na d cada de 1970 que os benef cios dos dispositivos eletro eletr nicos dispon veis atualmente no mercado possibilitam uma melhoria consider vel da demanda de energia em sistemas de ar condicionado central instalados h cerca de 20 anos ou mais Onde no seu dimensionamento era considerada a taxa de ocupa o m xima do recinto que na maioria das vezes n o uma situa o verdadeira E isso tem contribu do com o alto consumo de energia desses equipamentos Segundo Sim es 2004 da Associa o Brasileira de Refrigera o Ar Condicionado Ventila o e Aquecimento ABRAVA esses sistemas s o respons veis por aproximadamente 50 do consumo de energia el trica dos edif
162. necimento de energia el trica desse hipermercado realizada pela concession ria local CPFL Companhia Paulista de For a e Luz em 380V Trif sica mais Neutro com Fase A Fase B e Fase C e para viabilizar esse estudo inicialmente foi instalado o aparelho registrador RMS Marh 21 figuras 5 1 1 e 5 1 2 na entrada de alimenta o principal cabine prim ria composto de dois transformadores a leo de 1000 kVA trabalhando em paralelo Posteriormente instalou se o mesmo aparelho registrador no circuito de alimenta o dos equipamentos do sistema de refrigera o frio alimentar e ar condicionado cuja estimativa que esses equipamentos sejam respons veis por cerca de 50 nesse tipo de estabelecimento e finalmente em outra cabine transformador seco de 300kKVA que alimenta os locat rios posto de gasolina e frente da loja inclusive p teo de estacionamento al m das caixas registradoras Figura 5 1 1 Registrador RMS Marh 21 138 Figura 5 1 2 Coleta de dados barramento da cabine prim ria O aparelho RMS Marh 21 permite registrar v rias grandezas abaixo relacionadas em intervalos de 20 segundos apresentando um diagn stico bastante confi vel preciso e detalhado do sistema de alimenta o de energia el trica encontrado nesta loja e Tens o el trica de fase fase neutro A B e C V e Tens o el trica de linha fase fase AB BC e CA V e Corrente el trica de fase A B e C A e Fatores de Po
163. neira que suas propriedades possam ser obtidas pela teoria dos conjuntos e ou pela teoria dos grafos As Redes de Petri s o grafos orientados constitu das de quatro tipos de entidades lugares transi es arcos e marcas Graficamente os lugares s o representados por c rculos e as transi es por tra os ou ret ngulos Os arcos s o orientados e ligam os lugares s transi es e vice versa conforme Reizig 1982 Murata 1989 Peterson 1981 Este conjunto forma um gr fico bipartido cada lugar s ligado a transi es e cada transi o s ligada a lugares Estes lugares cont m um n mero inteiro positivo ou nulo de marcas Cada transi o ligada a uma dada quantidade de lugares denominados entradas e sa das representando respectivamente 107 as pr condi es e as p s condi es deste subsistema Cada arco designado como arco de entrada ou arco de sa da tem associado a ele um determinado n mero de marcas denominado seu peso A regra fundamental da teoria das Redes de Petri a do disparo das transi es Uma transi o dita habilitada se cada um dos lugares a montante desta transi o cont m uma quantidade de marcas igual ou superior ao peso do arco de entrada correspondente O disparo de uma transi o consiste em retirar de cada lugar a montante desta um n mero de marcas igual ao peso do arco de entrada correspondente e em adicionar a cada lugar a jusante um n mero de
164. nforme Sawhill amp Cotton 1986 Mas deve se freiar o consumo de energia mesmo com o PIB em crescimento Em pa ses como os EUA e Jap o o crescimento de energia el trica foi menor que o aumento do PIB face as medidas de adotadas de conserva o de energia el trica eliminando os desperd cios e buscando se equipamentos energ ticamente eficientes Pelo lado do consumidor o que se tem notado com rela o as politicas de conserva o de energia el trica refere se ao chamado Gerenciamento do Lado da Demanda GDL onde o consumidor gerencia o pr prio consumo evitando se os desperd cios e conseguindo incentivos junto as concession rias a n vel de tarifas conforme Teive at al 2001 Os consumidores ganham com uma redu o tarif ria enquanto a concession ria ganha na modula o da carga e deslocamento da ponta podendo se assim evitar poss veis cortes de carga e consumidores descontentes Em 2000 conforme o PROCEL Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica Eletrobr s o Brasil consumiu 306 747 bilh es de kWh de energia el trica e apenas o setor comercial foi respons vel pelo consumo de 15 deste total ou seja 42 94 bilh es de kWh De toda a energia consumida no setor comercial onde se enquadram os hot is shopping centers hipermercados supermercados e outros de menor porte desperdi am se aproximadamente 14 o equivalente a 5 8 bilh es de kWh Isto representa um desperd cio
165. ngloba v rios subsistemas tais como Automa o de Utilidades ou seja El trica Hidr ulica e Ar Condicionado e a Seguran a Patrimonial incluindo Controle de Acesso Detec o e Combate a Inc ndio Circuito Fechado de Televis o Sensoriamento Perimetral Sistemas de Voz Sistemas de Comunica o por R dio etc Al m disto existem os equipamentos operacionais do pr dio de v rios portes tais como Sistema de Elevadores Geradores no breaks redes de Instrumenta o El trica Inteligente e equipamentos diversos tais como cozinhas lavanderias etc 65 4 3 4 O Retrofit de Edif cios O conceito de Automa o n o somente direcionado a empreendimentos novos podendo ser estendido a pr dios j existentes mesmo com idade avan ada que podem atualizar sua metodologia de gerenciamento dos sistemas prediais como um todo mas o grau de dificuldade depende da infraestrutura encontrada nessa edifica o onde em edif cios comerciais modernos a utiliza o de piso elevado e forro falso facilita essa adequa o 4 3 4 1 Levantamento No in cio das atividades dever ser realizado um estudo detalhado da opera o do pr dio acompanhado de um levantamento completo do mesmo avaliando todos os equipamentos e sistemas instalados e operacionais S o tamb m levantadas suas necessidades administrativas de forma a viabilizar a correta especifica o de suas interfaces com o sistema de gest o t cnica Por exemp
166. nimo 2m o Permitem armazenar grandes bancos de dados o Permitem anima es o Possibilidade de utiliza o para a finalidade de computador o Possuem grande capacidade gr fica 132 5 Materiais e M todos Estudo de caso Hipermercado Ap s avalia o do sistema el trico do estabelecimento comercial com cerca de trinta anos em funcionamento observou se que embora promovidas diversas interven es localizadas em suas instala es el tricas determinados sistemas como o de ar condicionado central ainda apresenta alguma defici ncia e poderia ser melhorado Com a intens o de demonstrar a viabilidade dessa melhoria observou se que existe a possibilidade de incorpora o de novos dispositivos de monitoramento aos j existentes no sistema de condicionamento de ar central A partir disso elaborou se um prot tipo contendo alguns dispositivos de automa o que podem ser implementados no sistema de ar condicionado contendo um CLP controlador l gico program vel conversor de tens o inversor de fregii ncia motor trif sico Y2 cv termoresist ncia e alguns acess rios que permitem simular o sistema de ventila o e circula o de gua gelada no sistema O estabelecimento comercial em quest o figura 5 1 foi concebido inicialmente com uma rea de atendimento de 11 970 m e ap s algumas reformula es conta atualmente com uma rea de 9 970 m agregada a reas exploradas por terceiros como loja de mat
167. no per odo de ponta e A plena carga 10 CV x 1 100 x 0 736 kW x 10 h x 30 dias x R 0 10 R 220 80 m s e Com inversor controlando a velocidade de 25 do tempo em plena carga com 50 a 80 da velocidade e 25 a 60 de velocidade 10 CV x 1 100 x 0 736 kW x 2 5 h 25 x 30 dias x R 0 10 R 55 20 m s 179 10 CV x 0 8 80 x 0 736kW x 5 0 h 50 x 30 dias x R 0 10 R 88 20 m s 10 CV x 0 6 60 x 0 736kW x 2 5 h 25 x 30 dias x R 0 10 R 33 12 m s Total R 176 52 m s Diferen a R 44 28 m s Diferen a em porcentagem 20 Portanto pode se observar que a economia gerada em apenas um motor de 10 CV desse sistema de ar condicionado central 32 fancoils de R 44 28 m s por motor em 10 horas de opera o durante um dia resultando em uma economia de R 1 416 96 m s apenas com os motores dos fancoils desse sistema mais dois motores de 30 CV das torres de resfriamento R 256 68 m s totalizando uma economia de R 1682 64 m s Analogamente transferindo para todo o sistema de ar condicionado do estabelecimento em que a m dia total considerada de 600 000 kWh m s da loja nos meses com o ar condicionado funcionando de 750 000 kWh m s e de 450 000 kWh m s nos meses em que o sistema fica desligado segundo informa es da administra o o que representa um acr scimo de 60 de aumento da demanda de energia Com isso pode se afirmar que com a aplica o desses dispositivos no sistema te
168. ns o da oferta de energia el trica no Brasil Fonte Rondeau 2005 apud ANEEL MME Uma forma de reprimir essa demanda de energia el trica muito utilizada no mundo a eleva o de tarifas que no Brasil considerada bastante alta para os padr es onde se paga em torno de R 125 00 ano para se manter uma geladeira ligada e na Inglaterra R 104 00 ano e no M xico R 66 00 ano com mostra a figura 7 2 apresentada pela Revista Veja 184 Figura 7 2 Custo da energia el trica Fonte Revista Veja n 31 ano 40 pg 92 Uma sugest o para um novo trabalho seria de se estender a aplica o desses e outros dispositivos de automa o em outros sistemas prediais e integrar num nico sistema central de onde se permita monitorar e gerenciar toda loja e interligando toda rede em grupos corporativos 185 8 Bibliografia AGERWALA T A Complete Model for Representing the Coordination of Asynchronous Process Hopkins Computer Research Report Number 32 Computer Science Program Johns Hopkins University Baltimore Maryland July 1974 ALVES FILHO M S CUGNASCA C E Tecnologia Lonworks nos Produtos para Automa o Predial e Sistemas de Gerenciamento de Edif cios Inteligentes CD ROM dos Anais do Tecnologia da Informa o e Comunica o na Constru o Civil 2005 S o Paulo SP ANTSAKLIS P J amp NEROD A Hybrid Control Systems An Introductory Discussion to the Special Issue IEEE Transa
169. ntervalos temporais s transi es e ou lugares dos modelos As RdP temporizadas possibilitam avaliar quantitativamente o desempenho temporal dos sistemas estudados As RdP temporizadas s o redes n o aut nomas ou seja elas pertencem classe de extens o das RdP cuja evolu o din mica n o depende unicamente do estado da rede em quest o mas tamb m do ambiente associado a ela No caso espec fico das Rdp temporizadas este ambiente caracterizado por um rel gio global que determina a disponibilidade das marcas depois do disparo das transi es Estas RdP s o chamadas de temporizadas determin sticas se os intervalos s o especificados de forma determin stica ou estoc sticas se estes intervalos s o especificados de forma probabil stica Nas RdP temporizadas as regras de disparo de transi es foram modificadas para levar em considera o a dura o das atividades a es ou estados de um modelo Assim se uma marca chega a um lugar num instante t e a transi o TI cujo disparo gerou esta marca especifica uma atividade de dura o z esta marca somente estar pronta para disparar a transi o TII seguinte no instante t z Isto porque as marcas em RdP temporizadas apresentam dois estados dispon vel ou indispon vel A passagem dos estado dispon vel ao estado indispon vel acontece quando uma 110 transi o dispara ou seja as marcas colocadas pela transi o em um lugar de sa da est o em
170. o RS232 com o PC o que permite uma visualiza o gr fico do processo conforme mostra a figua 5 6 3 1 173 E s92 ajaj 8 lt 7 ooog a e 20 w F Verscoi range fred mj E e A d a Mode nz Tue M 3 2 1 E 1 3 3 a lt gt SEDAN das O 45 0005 PO 15 0 04 10 15 100 XE EXU ET220 A COMO DADO Documents pr Searg Capai Mes Sucuri ona mamas DAM 1 amenos Figura 5 6 3 1 Tela de gr fico do mult metro e PC 5 7 Simula o atrav s do prot tipo A simula o do prot tipo consiste em colocar na caixa de isopor com divis o interna numa parte com gelo simulando um ambiente frio outra vazia simulando um ambiente quente onde o termopar instalado em cada se o transmite duas situa es de temperaturas diferentes e uma terceira situa o o termopar medindo a temperatura ambiente Este por sua vez envia um sinal de temperatura convertida em sinal el trico pelo transdutor ao CLP que com uma condi o de programa o pr definida emite um sinal ao inversor de freqii ncia que controla a velocidade do motor de prot tipo Com isso demonstra se que conforme h varia o da temperatura registrada aumenta se ou diminui se a velocidade dos motores do sistema recircula o gua gelada fancoil torre de resfriamento assim como na situa o inversa com o decr scimo da temperatura reduz se a velocidade dos motores como podemos verificar no gr fico registrado abaixo da
171. o total das horas dos s bados e domingos e Per odo Seco compreende o intervalo situado entre os fornecimentos abrangidos pelas leituras dos meses de maio a novembro de cada ano e Per odo mido compreende o intervalo situado entre os fornecimentos abrangidos pelas leituras dos meses de dezembro de um ano a abril do ano seguinte e Segmentos Horo Sazonais s o as combina es dos intervalos de ponta e fora de ponta com os per odos seco e mido conforme abaixo e Hor rio de ponta em per odo seco PS e Hor rio de ponta em per odo mido PU e Hor rio fora de ponta em per odo seco FPS e Hor rio fora de ponta em per odo mido FPU Tarifas de Ultrapassagem s o as tarifas aplicadas parcela da demanda medida que superar o valor da demanda contratada no caso de Tarifas Horo Sazonais respeitados os respectivos limites de toler ncia Modula o corresponde a redu o percentual do valor de demanda no hor rio de ponta em rela o ao hor rio fora de ponta 205 Consumidor do Grupo A s o aqueles atendidos em tens o de fornecimento igual ou superior a 2 3 KV ou ligados em baixa tens o em sistema de distribui o subterr neo mas considerados para efeito de faturamento como de alta tens o Nesta categoria os consumidores pagam pelo consumo pela demanda e por baixo fator de pot ncia mediante tr s tipos de tarifa o convencional horo sazonal azul e horo sazonal verde Consumidor do Grupo B s
172. obede am aos requisitos de conceitualiza o contendo apenas propriedades desejadas do sistema modelado e de totalidade todas as propriedades desejadas do sistema modelado 78 Sa das Fn Entradas Sa das X Entradas Sistema L Figura 4 3 6 1 Automatismos Combinat rios Sa das t Fn Entradas Sa das t 1 Sai das t Entradas bLuumuuunmu Atraso Figura 4 3 6 2 Automatismos Seqienciais E comum nos sistemas encontrar componentes que apresentem atividades concorrentes ou paralelas Neste sentido as Redes de Petri s o uma linguagem de modelagem que foi desenvolvida especificamente para modelar sistemas discretos que possuem componentes que interagem concorrentemente conforme Peterson 1981 Agerwala 1974 Sistemas a Eventos Discretos SED s o aqueles cujas vari veis de estado mudam s num conjunto discreto de pontos no tempo Por exemplo Um banco um exemplo de sistema discreto desde que a vari vel de estado o n mero de clientes no banco muda s quando um cliente chega ou quando o servi o prestado a um cliente completado A motiva o para estudar m todos matem ticos para representa o especifica o design modelagem e simula o de sistemas discretos est associada necessidade de se 79 estabelecer limites e prever o comportamento destes sistemas notadamente os automatizados comportamento este que est intimamente ligado ao s
173. ocorridas ao longo do tempo num modelo din mico do sistema A Simula o de Sistemas normalmente utilizada para a b c d e f Projeto de sistemas ainda n o existentes Impossibilidade de realiza o experimental com o sistema real Experimenta o com o sistema real indesej vel Para compress o ou expans o da escala de tempo Para avalia o do desempenho de sistemas Para treinamento e instru o Modelagem de um Sistema pode ser definido como a representa o de um objeto sistema ou id ia em uma forma diferente da entidade propriamente dita Eles podem ser classificados como Modelos f sicos e Modelos matem ticos enquanto define Modelo de Sistema como um conjunto de informa es sobre um sistema coletado com o prop sito de entender este sistema 71 No sentido literal da palavra modelo a representa o de alguma coisa Pode ser definido tamb m como a representa o simplificada de um sistema com o prop sito de estudar o mesmo Um modelo uma r plica ou uma abstra o da caracter stica essencial de um processo Assim problemas que desobedecem a solu es diretas por causa do tamanho complexidade ou estrutura s o frequentemente avaliados atrav s de modelos de simula o Modelo ent o vem a ser uma representa o simplificada de alguma parte da realidade de sistemas podendo ser eles de diferentes tipos Os modelos podem ser classificados como f sico escala natu
174. ojeto gera as condi es para que as possibilidades destes sistemas sejam exploradas ao m ximo provendo os edif cios comerciais de solu es de custo benef cio adequadas para a distribui o de telefonia al m de Redes de Inform tica a pr pria instala o do Sistema de automa o predial com seus subsistemas Som CFTV Seguran a Patrimonial etc e deixando o empreendimento pronto para os novos saltos tecnol gicos das telecomunica es no que se refere velocidade de transmiss o de dados teleconfer ncias etc Figura 4 3 2 4 Sistema de monitoramento predial Fonte Revista Thecne n 55 ano 2001 64 4 3 3 Principais Elementos de um Sistema Predial Os Empreendimentos Imobili rios v m tendo um crescimento importante de forma a atender um n mero cada vez maior de usu rios o que acarreta o aumento do conjunto de equipamentos destinados a atender estes locais Os sistemas mais importantes que existem no projeto de edif cios hoje e que operam de forma totalmente aut noma podem ser classificados como Sistemas de Automa o Predial Sistemas de Administra o Sistemas de Hotelaria Sistemas de Estacionamento Sistemas de Voz Dados e Imagem Audit rios e Centros de Confer ncias Fed OM ci E IDO S Outros dependendo da especificidade do pr dio como por exemplo controle de Docagem de Aeronaves em Aeroportos Controle de Brinquedos em Parques Tem ticos etc Um Sistema Predial e
175. onde a grande preocupa o do setor a conscientiza o da forma eficaz de utiliza o onde existem muitos desperd cios atrav s de negligencia do usu rio equipamentos ineficientes obsoletos instala es e aparelhos ultrapassados e isso tem contribu do no agravamento do abastecimento de energia el trica 38 Da a necessidade de uma melhoria tanto das instala es el tricas j existentes como tamb m a necessidade de um melhor detalhamento durante a elabora o de novos projetos procurando se utilizar de sistemas mais eficientes para se minimizar as perdas e consequentemente a melhoria do sistema el trico de todo o empreendimento como um todo seja residencial comercial ou at mesmo industrial consumo de energia eletrica 2003 4 47 0 4 9 m SETOR ENERG TICO m RESIDENCIAL O COMERCIAL o P BLICO E AGROPECU RIO m TRANSPORTES m INDUSTRIAL Figura 3 3 2 Consumo de energia el trica setorial 2003 Fonte Minist rio da Minas e Energia 2004 39 4 Sistemas de Automa o Predial Os constantes aumentos das tarifas e a crescente demanda por energia el trica em edif cios na ordem de um ter o de toda energia mundial trouxeram a preocupa o de se tornar mais racional o consumo de energia nas constru es prediais sem interfer ncia humana principalmente em instala es respons veis por grande demanda como condicionamento ambiental ilumina o interna e externa
176. ondicionado s o definidos segundo a ABNT Associa o Brasileira de Normas T cnicas como o processo pelo qual s o controladas simultaneamente pelo menos a temperatura a umidade a movimenta o e pureza do ar em recintos fechados destinados ocupa o humana 155 E segundo a A S H R A E American Society of Heating Refrigeration an Ar Conditioning Engeneers como o processo de tratamento de ar visando o controle simult neo da temperatura da umidade da pureza e distribui o do ar afim de atender as necessidades do recinto condicionado conforme aponta Villani 2000 As principais fun es de um sistema de ar condicionado s o resfriar aquecer umidificar desumidificar purificar e distribuir o ar tratado adequadamente no ambiente a fim de assegurar condi es para conforto e de respeito sa de dos usu rios Os efeitos do sistema de ar condicionado em materiais e produtos podem ser facilmente detectados calculados avaliados e medidos por m no conforto humano s o extremamente complexos pois o corpo humano age como uma m quina t rmica personalizada variando conforme ra a cor idade peso do indiv duo etc Os seres humanos garantem sua subsist ncia f sica atrav s da ingest o de alimentos que por processos biol gicos e metab licos geram energia consumida na vida di ria Parte dessa energia transformada em calor este deve ser dissipado para manter a temperatura do corpo
177. or controladores e atuadores onde na maioria l em sinais dos sensores e controlam o acionamento dos atuadores e nesse equipamento j existe incorporado um sistema de monitoramento atrav s da interface IHM de cada aparelho Para a interface com o usu rio geralmente s o usados os sistemas de supervis o SCADA Supervisory Control amp Data Acquisition Systems os quais s o compostos por telas que possibilitam ao operador interagir com o sistema ligando e desligando equipamentos ou at mesmo ajustando Nesse estudo utilizar se de um prot tipo especialmente concebido para esse objetivo constitu do dos seguintes instrumentos sensor e atuador e Um CLP Controlador L gico Program vel da HI Tecnologia de fabrica o nacional e Um inversor de fregi ncia CFW 08 da WEG e Transformador de tens o em 24V do mesmo fabricante do CLP para alimenta o e Um motor trif sico de 2 CV simulando os motores envolvidos no sistema fancoils bombas de recircula o de gua gelada compressores chillers torres de resfriamento e Uma termorresist ncia 167 e Transdutor respons vel pela convers o de sinal t rmico em el trico e Uma caixa de isopor com divis o interna e e Um instrumento de medi o mult metro digital Minipa ET 2076 com sa da RS 232 de comunica o com PC onde se far a coleta de dados do prot tipo conforme a figura 5 5 1 Figura 5 5 1 Prot tipo com CLP com IHM conversor 24V
178. os Com a ajuda das mudan as clim ticas quando ocorreram maiores precipita es acima da m dia no per odo a situa o come ou a se normalizar no ver o de 2002 2003 e 2004 2005 Onde atualmente o sistema opera com 70 de sua capacidade o que n o significa que problemas futuros estejam sob controle Somente com a retomada dos investimentos na amplia o do sistema com as margens de risco anteriores crise aliada a uma pol tica de energias alternativas energ ticas e licas biomassa termel tricas e nucleares pode se minimizar e evitar riscos de racionamento no futuro que possam comprometer o desenvolvimento do pa s como um todo saindo da condi o de eterno pa s em desenvolvimento que se ouve h d cadas Atualmente segundo a ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica em janeiro de 2005 o pa s contabiliza atualmente 1 399 empreendimentos em opera o gerando 90 793 454 kW de pot ncia Est prevista para os pr ximos anos uma adi o de 34 161 189 kW na capacidade de gera o do Brasil proveniente de 69 empreendimentos que est o atualmente em constru o e mais de 526 outorgadas conforme mostra o gr fico da tabela 3 abaixo 35 em Constru Pot Outo Quantidade Pot Fiscal rg Construir Pot Outorg Central Geradora Hidreletrica CGH 170 89 290 88 554 1 848 46 30 572 Central Geradora El trica EOL 11 31 075 28 625 0 0 147
179. os de automa o de sistemas de seguran a acarretando num cuidado e a responsabilidade com rela o ao gerenciamento dos sistemas destinados a controlar centros com estas dimens es torna se muito grande tanto do ponto de vista de otimiza o de sua opera o e manuten o como da redu o do custo condominial hoje fator determinante na viabiliza o destes empreendimentos Ao mesmo tempo a tecnologia de automa o tem respondido ao mercado oferecendo uma gama de solu es com qualidade durabilidade e custo reduzido permitindo assim que o enfoque dos projetos de sistemas integrados para o controle destes complexos possa evoluir acompanhando assim este crescimento 59 At pouco tempo automatizar pr dios significava criar um conjunto de controles para suas fun es mais importantes dando ao empreendimento uma condi o operacional um pouco mais evolu da que a opera o manual Por m faltavam condi es t cnicas e gerenciais para que se pudesse efetuar a implanta o de sistemas que atuassem nos pr dios de forma integrada objetivando tirar partido do estado efetivo da arte do setor de automa o no sentido de se otimizar de fato a opera o minimizando custos e maximizando a efici ncia Estas condi es se tornaram realidade determinadas pelo est gio de padroniza o de comunica es e de protocolos pela moderniza o dos equipamentos de campo que viabilizam o uso de algoritmos de controle cada vez m
180. os eventos que anulem ou minimizem tais efeitos Este o caso dos sistemas de seguran a onde eventos s o for ados ante a ocorr ncia de estados que s o considerados indesej veis tais como os estados que antecipam as perdas de energia el trica ou vazamentos no caso de sistemas dom ticos implicam na interrup o do processo e suspens o das atividades Portanto a controlabilidade est relacionada no caso de sistemas discretos com a rela o existente entre estados identific veis dos sistemas rela o estas que n o podem ser classificadas por fun es nem de vari veis discretas nem de vari veis cont nuas Associado a isto est a possibilidade de prever n o somente a exist ncia dos eventos n o control veis mas os pontos em que estes se manifestam de forma decisiva de modo a desencadear a es de preven o de falhas maiores O planejamento de quais as atividades ou estados considerados desej veis e 80 qual a sua sequ ncia de ocorr ncia isto qual os processos devem ser refor ados em cada instante Estes aspectos de controlabilidade e previsibilidade s poder o ser devidamente representados modelados simulados ou mesmo provados formalmente se a rela o de causa e efeito que lava a mudan a de estados for matematicamente representada segundo o paradigma j conhecido de que sistemas artificiais de engenharia control veis podem ser completamente com as devidas restri es ao significado atribu
181. os s o essencialmente n o lineares Quanto classifica o dos sistemas em determin sticos e estoc sticos estes ltimos s o caracterizados pela presen a de alguma vari vel ou de algum par metro cuja defini o exige estat stica como por exemplo e sinal de entrada cont nuo no tempo de origem atmosf rico e sinal de entrada discreto no tempo em que os intervalos entre pulsos ou impulsos sucessivos s o aleat rios como a chegada de clientes a urna fila de servi o e alguma transmiss o interna alterada em fun o de probabilidades como a parada da produ o por falha de m quina e o retorno ap s tempo de reparo 74 Acionados Acionados no Tempo por Eventos Cont nuos Discretos no tempo no tempo cons N o lineares Figura 4 3 5 2 1 Classifica o Geral de Sistemas A figura 4 3 5 2 1 apresenta uma classifica o de Sistemas Os sistemas de maior interesse em Controle s o os din micos acionados pelo tempo e em Automa o s o os acionados a eventos especialmente a eventos discretos 4 3 5 3 Elementos de um Sistema Automatizado A complexidade crescente dos sistemas automatizados implica numa grande dificuldade por parte do usu rio na defini o de uma maneira clara concisa e n o amb gua das especifica es funcionais associadas a esses sistemas Esta complexidade tende aumentar ainda mais com a utiliza o de um n mero elevado de informa es de entra
182. ositivos proporcionam Esse tipo de iniciativa deveria ser mais intensificada em todos os setores que se utilizam da energia el trica que um bem precioso e que deve ser utilizado de forma mais racional para que se possa usufruir por mais tempo atendendo as necessidades da humanidade Cabe salientar que embora o pa s esteja numa situa o atual tranquila quanto ao fornecimento de energia se considerar o ndice de crescimento do pa s projetado pelo governo atual de 4 5 a a essa previs o est cada vez mais comprometida devido a dificuldade encontrada no atendimento dessa crescente demanda de energia el trica devido ao baixo investimento no setor de gera o e infra estrutura onde o pa s corre o risco de novo racionamento de energia 183 Por m os rg os governamentais preocupados com a situa o est o viabilizando o aumento dessa oferta apresentada por Rondeau 2005 MME atrav s do Plano Decenal de Expans o de Energia El trica PDEE 2006 2015 onde o cen rio apresentado um aumento de 41 800 MW de capacidade a ser instalada em 10 anos e 41 300 km de linha de transmiss o com investimentos de US 56 bilh es MWm dio 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Expans o de oferta licitada at final de 2005 Oferta existente at final de 2003 Necessidades para licita o a partir de 2006 Expans o de oferta licitada at final de 2004 Figura 7 1 Expa
183. ou o consumo de energia do sistema devido ao desligamento intencional efetuado por um funcion rio da manuten o com a pretens o de se economizar energia mas isso demanda certo tempo de execu o entre a percep o e a opera o Esse procedimento geralmente ocorre em per odo quando o sistema de ar condicionado bastante solicitado geralmente no ver o quando as temperaturas externas est o bem elevadas ou mesmo em outras esta es do ano quando ocorrem altas temperaturas Esse processo pode ser otimizado com a implanta o de determinados dispositivos de automa o estrategicamente instalados no sistema de ar condicionado central que certamente eliminaria esse servi o 164 5 4 Sistema de Ilumina o artificial Com rela o ao sistema de ilumina o artificial encontrado atualmente consiste na ilumina o com 850 calhas e l mpadas fluorescentes HO 2x110W conforme o pessoal de manuten o com reator de partida r pida convencional cuja substitui o por reatores eletr nicos n o fora bem sucedida devido queima constante desses e ao aumento da frequ ncia com que trocadas as l mpadas problema este que com o retorno dos reatores convencionais tem diminu do como mostra a figura 5 4 1 abaixo O aproveitamento da ilumina o natural insignificativo devido sua grande dimens o onde a istala o de ilumina o zenital implicaria na adi o de grande carga t rmica atrav s da radia
184. oulas 1998 100 CONTROLADOR CONTROLADO Figura 4 4 1 Caracteriza o de um sistemas nas suas partes mestre e escravo Cada componente destes sistemas pode operar independentemente isto de forma concorrente Deste modo a an lise completa do sistema dever considerar estas caracter sticas de funcionamento concorrente dos v rios subsistemas Esta natureza concorrente do funcionamento da maioria dos sistemas complexos cria diversos problemas ao longo do seu processo de desenvolvimento nomeadamente nas tarefas associadas sua modela o valida o e implementa o Por outro lado dado que os subsistemas interagem condicionando mutuamente os seus comportamentos torna se necess ria alguma forma de sincroniza o entre os modelos que os representam Por exemplo comum que alguns sub sistemas necessitem de aguardar por resultados de outros sub sistemas antes de prosseguirem no seu funcionamento de acordo com Antsaklis amp Nerode 1998 De um modo mais geral a intera o entre os v rios subsistemas traduz depend ncias l gicas que podem ser classificadas num dos seguintes casos o troca de informa o no caso de um sistema necessitar de um recurso produzido ou tornado dispon vel por outro o sincroniza o no caso de se necessitar de estabelecer rela es de ordem entre o funcionamento dos sistemas exclus o m tua no caso de um recurso partilhado por v rios sistemas n o poder se
185. pain is de configura o os 61 denominados patch panels e cria o de um espa o para a aloca o de equipamentos que antes n o era necess ria como mostra a figura 4 3 2 2 telecomunica es Sala de equipamentos Painel distribuidor principal Pomo de entrada Entrada de servi os Backbone entre e de sinais edifica es Figura 4 3 2 2 Sistema de cabeamento horizontal e vertical de um edif cio Fonte Revista T chne n 60 ano 2002 Trazer estes cabos para a base do pr dio conect los aos pontos externos de dados e Central de Telefonia gerou o denominado cabeamento vertical e a cria o de um espa o o Main Closet destinado a centralizar as comunica es de voz e dados do empreendimento Antes era uma a Sala de Automa o agora dependendo do pr dio s o tr s espa os destinados a Automa o Seguran a e Comunica es Por outro lado a tecnologia permitiu esta evolu o atrav s do desenvolvimento de cabos com capacidade de uso tanto para rede de dados como para sistemas de voz em velocidades de 100 Mbps at 250 Mbps viabilizando assim normatizar e ordenar de forma adequada os cabeamentos horizontais e verticais Atrav s disso tornou se poss vel integrarmos com seguran a numa s rede de dados voz e imagem todos os servi os de um empreendimento decis o que viabiliza a concentra o 62 das informa es e dos centros de decis o e ao
186. possibilidades deve se evitar a utiliza o de textos Sempre que poss vel e necess rio s descri es de sistemas automatizados dever o ser representadas de forma gr fica que s o mais f ceis de serem interpretadas e executadas por m encontrar uma forma que seja aceita e entendidas por todos torna se muito dif cil Os Sistemas Automatizados podem ser classificados como i Automatismos Combinat rios O estado das sa das depende do estado das entradas ou seja as sa das s o determinadas unicamente em fun o do estado corrente das entradas conseqiientemente o funcionamento do sistema n o depende do tempo conforme mostra a figura 4 3 5 3 2 ii Automatismos Seq enciais O estado das sa das depende do estado atual das entradas do sistema O funcionamento depende do seu passado Conseq entemente o estado das sa das no instante t fun o do estado das entradas neste tempo t e dos estados das sa das no tempo t 1 conforme mostra a figura 4 3 5 3 3 4 3 6 Linguagens utilizadas para modelagem de sistemas automatizados Uma linguagem para modelagem de sistemas o meio pelo qual se expressam modelos tendo como principal objetivo a descri o de sistemas Suas principais caracter sticas s o e Possuir uma base formal visando obter uma interpreta o exata e precisa e b Clareza visando facilitar a comunica o entre todos os envolvidos numa modelagem e c Possibilitar a constru o de modelos que
187. r utilizado simultaneamente por mais do que um deles 101 4 4 2 Ciclo de Vida de um Sistema Automatizado O ciclo de vida de um Sistema Automatizado SA come a com uma fase de especifica o e projeto que consta do Diagrama de Atividades e Desenvolvimento de um Sistema Automatizado figura 4 4 2 1 Esta fase consiste nas seguintes atividades e An lise das necessidades do sistema resultando na defini o de seu Caderno de Tarefas e Projeto preliminar do sistema com a especifica o de suas propriedades gerais e Especifica o e projeto da Parte de Comando e Especifica o e projeto da Parte Operativa e Valida o das diferentes etapas do sistema tendo em vista que cada atividade de projeto gera modelos que devem ser validados antes de passar fase de realiza o do sistema e ao restante de seu ciclo de vida 102 Tempo Explora o Otimiza o Mamuten o FR Re Maintenance Int gration et validation du SAP Tests et mise en route Int gration et validation de la partie commande Int gration et sur validation de la iN partie mat log le ji t hors site site E e de la partie 3 Valid Valid Valid g mat rielle j pet et iTr tests tests A des du a Conc Conc Int g A o Qi souy canas d implant des RD ua i sur o o SOUSA Conc met site i Sidi gns d t A jo RR mat log l e n Codage C blage de
188. ra 4 3 7 3 Diagramas de Blocos de Fun es era 85 Figura 4 3 7 4 Exemplos de telas de programa o utilizando SFC 85 Figura 4 3 8 1 Implementa o de uma transi o utilizando Ladder 87 Figura 4 3 9 1 Esquema ilustrativo de um GRAFCET 88 Figura 4 3 10 1 Etapas e A es de um GRAFCET 90 Figura 4 3 10 2 A o Condicional num GRAFCET 91 Figura 4 3 11 1 Transi o e Receptividade de um GRAFCET 92 Figura 4 3 11 2 Exemplo de Temporiza o num GRAFCET 93 Figura 4 3 11 2 1 Liga es Orientadas Seq enciais rea 94 Figura 4 3 11 2 2 Liga o Orientada AND Divergente 94 xiv Figura 4 3 11 2 3 Liga o orientada AND Convergente 95 Figura 4 3 11 2 4 Liga o orientada OR Divergente e 95 Figura 4 3 11 2 5 Liga o orientada OR Convergente 96 Figura 4 3 12 1 Representa o de um salto de etapas i 96 Figura 4 3 13 1 Retomada de etapas sesistnuasas sore cugasastasa den iia quagusda pobgsa tuna adassis age Fanvasna a 98 Figura 4 3 14 1 Regras de Evolu o de um GRAFCET 100 Figura 4 4 1 Caracteriza o de um sistema nas partes mestre escravo 101 Figura 4 4 2 1 Diag
189. ral e reduzida e matem tico num rico algor tmico As principais etapas necess rias para a obten o de modelos consistem na realiza o de a an lise do sistema identificar entidades atributos etc b simplifica o desconsiderar entidades e atributos irrelevantes Como exemplos de aplica es de Simula o de Sistemas podem destacar atividades nas reas de Administra o Economia Engenharias Biologia Medicina Inform tica e Entretenimento Como principais limita es de simula o podem destacar e Resultados s o dependentes dos est mulos modelos estoc sticos e determin sticos e Desenvolvimento de bons modelos pode ser oneroso e Falta de precis o qualidade da modelagem fornecem o valor das vari veis em todos os instantes de tempo 12 4 3 5 2 Modelagem de Sistemas Din micos Sistemas Din micos podem ser entendidos dentro da Mec nica Newtoniana Cl ssica como for as e energia produzindo um movimento Dentro desse conceito for as aplicadas a massas geram acelera es que definem os movimentos dos corpos no espa o tais fen menos s o regidos por equa es diferenciais ou de diferen as em que o tempo a vari vel independente Por analogia estende se o termo din mico a todos os fen menos t rmicos qu micos fisiol gicos ecol gicos etc que tamb m sejam regidos por equa es do mesmo tipo S o sistemas intrinsecamente din micos como que acionados pelo tempo
190. rama de Atividades de AS errar 103 Figura 4 4 3 1 Exemplo de Sistema de evento discreto 105 Figura 4 5 1 1 Utiliza o de rede Petrl uasesssansseneitanm estadas cara ra ea dataset arte 112 Figura 4 5 2 1 Rede de Petri marcada 1 us resina a DOS 114 Figura 4 5 2 2 Rede de Petri marcada H srs aa pa a DU pa 116 Figura 4 5 2 3 Marca o resultante do disparo erre 117 Figura 4 5 2 4 Rdp onde n mero de marcas em qualquer lugar lim 118 Figura 4 6 1 Modelo Esquem tico de arquitetura funcional 112 Figura 4 6 2 1 Exemplo de arquitetura material snneseseseeessseesseesseessersseeessseesseesss e 121 Figura 4 6 3 1 Exemplo de arquitetura operacional 123 Figura 4 7 1 Proje o do modelo de um tratamento de CLP 125 Figura 4 8 1 Controle Supervis rio ses atacssel cnraeiss Eae n sea aaa asd LS quo as 128 Figura 4 8 2 1 Principais caracter sticas de um sistema supervis rio 130 Figura 4 8 2 2 Sistema supervis rio de Hipermercado rre 131 Figura 5 1 Diagrama Unifilar do Sistema de Alimenta o da Loja 133 Figura 5 1 Hipermercado Carmelour 2 siasisas sia rgls ara tgasa frag adia ag hs aa tG afeitar 134 Figura 5 1 1 Registrador RMS Marh 21 nn eeeescersaecerearceanada 138
191. rca de tr s d cadas de funcionamento trinta anos de atividade durante esse per odo essa loja tem passado por constantes reformas ou retrofits principalmente a inclus o de um novo equipamento de ar condicionado central de 300 TR Toneladas de Refrigera o em 1997 somando se aos dois existentes de 175 TR totalizando 650 TR E isso implicou num acr scimo de carga no sistema al m da introdu o de alguns dispositivos de automa o e controle do sistema el trico existente como a supervis o de ilumina o medi o remota de energia e substitui o de determinados equipamentos de refrigera o balc es expositores de alimentos horizontal e vertical por outros mais modernos e eficientes A preocupa o da administra o tem sido na melhoria da efici ncia do sistema el trico cuja demanda m dia atualmente observada de cerca de 600 000 kWh m s E grande empenho foi investido na melhoria do sistema de ilumina o artificial com a instala o de sistemas de supervis o gerenciamento e medi o remota que permitem ligar ou desligar determinado departamento da loja atrav s de um computador localizado no setor de manuten o conforme conveni ncia da administra o 135 Essa opera o ainda manual sem sensores de ilumina o ou de presen a setorizada que poderiam medir o n vel de iluminamento artificial trabalhando em conjunto com o natural e a radia o gerada pela presen a humana que enviaria um
192. rcado Potencial Mercado Firme Mercado Firme 800 milh es de 1 bilh o de 2 4 bilh es de Litros ano Litros ano Litros ano Figura 3 1 11 Percentual de Biodiesel no leo diesel Fonte Crestana 2005 Embrapa 23 3 2 A participa o do g s natural na matriz energ tica Com a privatiza o do setor energ tico introduzida no pa s nos ltimos anos e o agravamento da recente crise de energia el trica brasileira na ltima d cada nos setores de gera o transmiss o e distribui o de energia verificou se a necessidade de encontrar outra forma de energia alternativa que substitu sse pelo menos parte dessa energia el trica utilizada no aquecimento e resfriamento de gua e o g s combust vel torna se uma alternativa bastante interessante e eficiente na produ o de calor e gua gelada e at mesmo na auto gera o de energia el trica atrav s da implanta o de novas redes de gasodutos em diversas regi es do pa s pelas novas concession rias de g s natural como mostra a figura 3 2 1 e a introdu o de novos equipamentos de aquecimentos e refrigera o diferenciada em nosso mercado procurando atender a diversos seguimentos e sistemas CEG S POTIGAS DRAG AS dA COPERG S ALG EMSERG S BAHIAG S GASMIG PETROBRAS CEG E CEG RIO G S BRASILIANO D Regi o Norte COMG S E Regi o Nordeste GAS NATURAL SPS D Regi o Centro Oeste 4 COMPAG S E Regi o Sudeste Ta SCG S DB Regi
193. ria permitindo um monitoramento do consumo on line assim como dados de consumo instant neo di rio mensal como mostra a figura 5 1 2 5 Figura 5 1 2 4 Sistema de Medi o Remota no quadro de energia principal A as Rede RS485 Medic es Secundarias Concession ria Controle de Cargas e Capacitores Entradas Sa das Anal gicas Monitora o de Estados Figura 5 1 2 5 Esquema de funcionamento do sistema de supervis o de energia el trica Fonte Engecomp www engecomp com br acessado 12 07 2005 O aparelho registrador RMS Math 21 de coleta de dados ficou instalado na sa da da cabine prim ria que alimenta a loja principal a fim de se obter um diagn stico detalhado desse 143 consumo registrando o consumo durante 24 horas por dia com intervalo de 20 em 20 segundos num per odo de 11 dias do m s de mar o do dia 12 03 2005 a 23 03 2005 num per odo bastante quente onde os equipamentos de refrigera o e do ar condicionado central foram bastante solicitados Esses dados podem ser observados na figura 5 1 2 6 onde apresenta um diagn stico detalhado do consumo da loja durante esse per odo que se verificaram grandes oscila es principalmente devido ao sistema de ar condicionado central e que em determinados per odos do dia desligado manualmente pelo funcion rio da manuten o junto ao equipamento com a intens o de economizar energia el trica seguindo as orien
194. ria uma economia de energia el trica em torno de 20 de 300 000 kWh m s aproximadamente R 6 000 00 m s 60 000 kWh m s nos meses em que se utilizam do sistema de condicionamento de ar ambiental Considerando se que o per odo de utiliza o do sistema de ar condicionado esteja restrito apenas no per odo de ver o 3 meses ent o resultaria numa economia de R 6 000 00 x 3 R 18 000 00 ano sem contar os recursos humanos disponibilizado para esse fim e que o sistema pode ser solicitado em outros per odos do ano devido as grandes varia es clim ticas ocorridas nos ltimos anos 180 Analogamente considerando se que de um total de 100 lojas do grupo onde 30 a 40 ainda estejam nas mesmas condi es sistema de ar condicionado central operando com baixa efici ncia ter amos uma economia de R 18 000 00 x 3 4 R 54 000 00 ano a R 72 000 00 ano portanto uma economia bastante significativa Essa estimativa foi considerada apenas na demanda contratada no hor rio fora de ponta que foi de R 0 10 kWh mas se considerar que durante os per odos de grande movimento como no Natal Ano Novo F rias Escolares de final e in cio de ano e Carnaval onde a popula o costuma freq entar essas lojas durante a noite a economia pode ser bem maior j que a tarifa passa a R 0 80 kWh quando ultrapassa a demanda contratada Se considerarmos que em apenas 10 do tempo de funcionamento do sistema de condicionamento ambiental
195. rme Denis amp Meunier 1997 Estes modelos devem ser gen ricos para poderem ser livremente acoplados entre si segundo as diferentes arquiteturas propostas As Redes de Petri RdP Coloridas e Temporizadas s o particularmente adequadas constru o de tal modelo din mico A colora o permite criar modelos gen ricos pois uma sub rede pode ter uma nica estrutura lugares transi es e arcos independentemente de seu posicionamento na arquitetura apenas as diferentes cores das marcas representando por exemplo diferentes tipos de dados indicam seu papel em rela o s outras sub redes J a temporiza o indispens vel para descrever o comportamento temporal do modelo din mico A 123 figura 4 7 1 apresenta as sub redes modelizando as fun es provenientes da arquitetura funcional as quais s o acopladas s sub redes dos equipamentos Para simular e avaliar os modelos de arquitetura operacional optou se pelo programa computacional Design CPN software mantido pelo grupo CPN da Universidade de Aarhus Dinamarca Design CPN um editor e simulador de RdP Coloridas e Temporizadas Al m disso o programa permite a constru o de modelos hier rquicos atrav s dos seguintes mecanismos de acordo com Maciel 1996 at al e transi es podem conter em seu interior sub redes o que permite uma modelagem estruturada tipo top down ou bottom up e lugares de sub redes diferentes podem ser fundidos entre si como se
196. s se torna bem simplificada 4 3 10 Etapas do GRAFICET Uma etapa corresponde a uma situa o durante a qual o comportamento da totalidade ou parte do sistema em rela o s suas entradas e sa das invari vel ou seja a Parte Comando permanece numa mesma etapa enquanto o comportamento do sistema se mant m constante A inicializa o fixa as etapas ativas no in cio Estas etapas s o ativadas incondicional e referenciadas no GRAFCET duplicando os lados do s mbolo correspondente etapa A etapa representada por um quadrado referenciado numericamente aos quais est o associados uma ou mais a es figura 4 3 10 1 As a es a serem realizadas quando uma etapa est ativa s o descritas de modo literal ou simb lico no interior de um ret ngulo associado etapa Portanto torna se necess rio representar uma etapa ativa num instante determinado isto feito colocando se uma marca na parte inferior do s mbolo que representa a etapa 88 Uma etapa pode ser ativa ou inativa em um determinado instante e portanto o sistema ser representado pelo conjunto de etapas ativas As a es associadas a uma s ser o efetuadas quando esta ativada A utiliza o de macro etapas poss vel sendo representada num diagrama em separado As macro etapas s o representadas num GRAFCET por um quadrado com tra o vertical duplo ma da etapa inicial 1 x etapa inicial Resetar M quina Re 2 gera es
197. s fornecedores e at mesmo exportando o excedente de energia e outros insumos gerados pelo sistema Figura 3 2 2 Plataforma submarina de Campos RJ Fonte Petrobr s 25 Apesar de recentemente o relacionamento do Brasil com a Bol via estar pouco conturbada a respeito do fornecimento de g s natural no ano de 2005 onde a popula o ind gena revindicavam a nacionaliza o do combust vel e aumentar o imposto sobre o produto em 70 o pa s se encontra num patamar relativamente confort vel devido a descoberta de uma grande reserva de g s natural na Bacia de Santos SP conforme a ANP Ag ncia Nacional do Petr leo 2004 com reservas estimadas em 400 milh es de m onde praticamente triplica as reservas de g s natural como tamb m o aumento do uso do alcool anidro como combust vel nos rec m criados ve culos flexfuel que est o invadindo nossa frota de ve culos pequenos e m dios devido a flexibilidade que estes permitem 2 RESERVAS 2001 E PRODU O 09 2003 DE GN NO BRASIL RESERVAS 75 324 RESERVAS 1 239 q PRODU O 9 336 PRODU O 304 N 3 RESERVAS 10 155 PRODU O 2 570 RESERVAS 7 374 PRODU O 2 080 RESERVAS 33 603 PRODU O 6 080 RESERVAS 19 230 PRODU O 1 400 TOTAL BRASIL RESERVAS 332 373 PRODU O 45 113 SERVAS 159 425 PRODU O 18 163 RESERVAS 2 547 CEGENDA PRODU ANSES RESERVAS 400 000 RESERVAS milh es m PRODU O 1 080 PROD
198. s nas condi es ideais de consumo Figura 5 2 4 Balc o Expositor do A ougue 5 2 1 Balc es Frigor ficos Um dos equipamentos largamente utilizados nesse ramo de com rcio o balc o expositor de auto sevi os de onde o cliente retira o produto que escolheu Geralmente s o usados dois tipos de balc o em supermercados o aberto e o fechado Nessa loja em sua recente reforma na cadeia de frios os balc es frigor ficos expositores de alimentos congelados e resfriados como mostra a figura 5 2 1 1 foram substitu dos por outros mais modernos e eficientes que exp em os produtos durante o per odo de atendimento e ap s ficam fechados por tampas cortinas ou portas de vidro mediante a 151 retirada de determinados alimentos e o seu dep sito em c maras frigor ficas apropriadas como se v em na figuras 5 2 1 2 Figura 5 2 1 1 Balc o expositor fechado com cortina retr til Nesse tipo de balc o expositor o ar frio menos dissipado para o meio devido a suas caracter sticas construtivas onde os ventiladores simulam uma cortina de ar minimizando a perda de ar frio com o meio durante o per odo de funcionamento da loja Quando fechada durante o per odo noturno se utiliza de uma cortina de tecido alum nio fazendo com que a temperatura interna se mantenha por mais tempo e consequentemente se economize energia qual mostrado na figura 5 2 1 2 Warm Ambient Air Figura 5 2 1 2 Siste
199. s no setor energ tico essesssseeesseessesseeseresseetssreessressresseeessessseesseesse 34 4 Sistema de Automa o Predial nsnsseeesseessensseesseeesseeesstessetsseesserssseessstessresseesseeesseeessees 41 4 1 Conceito de Edif cio Inteligente nnsenneensseesseesseesseeesseeesstesseesseesseeesseeesseesseesseessees 46 4 2 Fun es Dom ticas e Classifica o sseeesseesseessesesseeesseessrtsseesseresseeessresseesseessees 50 4 2 1 Fun o de Gest o ug sera di is S R R E RT A A ia 50 de F ncao de Controlo ra a e A e 51 4 2 3 F n o de COMUNICA O au isiniye ciii esti 51 4 2 4 Redes Dom ticas e padroniza o ssseessseeesseesseesseseseresseeessressresseessseesssees De 4 2 5 Principais Padr es utilizados em Redes Dom ticas 52 4 3 Evolu o da Automa o Predial e ereererereererecereracarennca 55 4 3 1 A incorpora o de novos conceitos e reeeereeeeereraens 58 4 3 2 O Cabeamento Estruturado session suada psoado po SL ias ans li pad Dad 60 IX 4 3 3 Principais Elementos de um Sistema Predial serre 65 434 0 Retrofit de EOICIOS suegiadsistapa asa oeste eie ae gas Bass pas paira 66 A SA Levantamento sia ER 66 4 3 4 2 Comunica o entre os Diferentes Sistemas iii 67 4 3 4 3 Interface com Equipamentos Existentes i ie 68
200. s s e mat E C blage sur site Especifica o ns R alisation de la Partie Op rative Figura 4 4 2 1 Diagrama de Atividades de Desenvolvimento de um Sistema Automatizado 4 4 3 Sistemas a Eventos Discretos A complexidade crescente dos sistemas automatizados industriais implica numa grande dificuldade por parte do usu rio na defini o de uma maneira clara concisa e n o amb gua das especifica es funcionais associadas a esses sistemas esta complexidade tende a aumentar ainda mais com a utiliza o de um n mero elevado de informa es de entradas e sa das de acordo com Ramadge amp Wonham 1989 Sistemas a eventos discretos s o sistemas em que os sinais 103 e assumem valores num conjunto discreto tais como on off verde amarelo vermelho 1 2 3 5 e as altera es de valor quando ocorrem s o t o r pidas que se podem modelar como instant neas em qualquer instante t e alteram se por duas poss veis raz es ocorr ncia de eventos instant neos externos isolados e independentes ocorr ncia de eventos internos definidos por rigorosas cadeias l gicas Uma quest o de nomenclatura eventos s o por natureza discreta no tempo mas justifica se o nome de sistemas a eventos discretos para salientar a id ia de eventos de amplitudes pertencentes a um conjunto discreto Em ingl s corrente o uso do nome Discrete Event Systems DES e na l ngua portuguesa Sistemas a Eventos Discretos
201. s sistemas em geral interv m 104 eventos externos importantes enquanto internamente existe uma l gica rigorosa de causas e efeitos A figura 4 4 3 1 apresenta um exemplo de controle de trafego atrav s de um sem foro num cruzamento de ruas em T As chegadas cij e as sa das sij de ve culos s o eventos com quatro tipos de possibilidades de trajetos 1 2 ve culos vindo da dire o 1 e virando para a dire o 2 1 3 ve culos vindo da dire o 1 e virando para a dire o 3 2 3 vindo da dire o 2 e indo para a dire o 3 3 2 vindo da dire o 3 e indo para a dire o 2 Podemos observar que existem duas situa es para o sem foro S e mostrando o sinal vermelho R para 1 2 e 1 3 o sinal verde G para 2 3 e 3 2 e mostrando o sinal verde G para 1 2 e 1 3 o sinal vermelho R para 2 3 e 3 2 As transi es R gt Ge G gt R tamb m s o eventos internos Uma automa o do sem foro deveria levar em conta as filas formadas a partir dos eventos cij e sij e definir os instantes dos eventos controlados R gt G e G gt R Controle de Tr fego de um Sem foro 1 E Figura 4 4 3 1 Exemplo de Sistema a Evento Discreto 105 O projeto da arquitetura de comando do SA consiste em repartir as fun es de comando do sistema entre os diversos equipamentos de controle comando dispon veis Tradicionalmente esta atividade esta inserida dentro das atividades de especifi
202. scri o do Modela o sistema Revis o PR Implementa o simula o An lise Propriedades do sistema Figura 4 5 1 1 Utiliza o de redes de Petri na modela o e an lise de sistemas A primeira abordagem considera as RdP como uma ferramenta auxiliar de an lise Neste caso outras t cnicas e formalismos s o usados para especificar o sistema com base nessa especifica o o sistema ent o modelado atrav s de uma RdP que ser posteriormente analisada Se forem detectados problemas proceder se a altera es na especifica o e o ciclo ser repetido at que mais nenhum problema grave seja detectado figura 4 5 1 1 112 Como exemplo de problema grave refira se uma situa o de bloqueamento deadlock na comunica o entre dois sistemas concorrentes Outros problemas que podem aparecer ser o identificados posteriormente Nesta abordagem tornam se necess rias convers es consecutivas entre a RdP equivalente e a especifica o do sistema realizada num formalismo distinto Para evitar esta situa o uma abordagem alternativa pode ser utilizada utilizando as RdP em todas as fases do processo de desenvolvimento As t cnicas de an lise s o utilizadas como ferramenta para se obter uma rede de Petri isenta de erros que ser diretamente transformada num sistema pronto a operar Na primeira abordagem a nfase colocada em transformar uma especifica o de sistema na sua
203. ses para que se minimize o desequil brio entre elas figura 5 1 2 8 BM RMS ANAWIN CARREFOUR DPEDRO LOJAS Quarta feira 23 03 05 20 25 20 sno a Es E 450 ai 40 70 350 ai 300 o 250 o 200 ao 150 a 100 10 Es o Est 23 25 29 Qit kvar Qet kvar 20 22 20 0 909i D ms 20 22 40 0 908i D BM ALTERA ES EX 20 23 00 0 909i D 0 909i D 0 900i D 20 24 00 0 902i D 20 24 20 0 901i D 20 24 40 0 901i D 20 25 00 0 900i D 0 911i D iniciar Figura 5 1 2 8 Diagn stico registrado do transformador II 147 5 2 Frio Alimentar Nos supermercados modernos as reas dedicadas a alimentos resfriados e congelados n o param de crescer Elas s o verdadeiras vitrines de sedu o para os consumidores de grandes centros urbanos que cada vez mais ocupados procuram praticidade no preparo das refei es e aproveitam os constantes lan amentos das ind strias aliment cias Nos ltimos anos tem aumentado especialmente a oferta de alimentos prontos ou semi prontos e a demanda crescente por eles para o supermercadista muito vantajosa pois normalmente possuem alto valor agregado e geram impacto direto na rentabilidade do empreendimento Mas para garantir a disponibilidade desses produtos e a sua correta conserva o preciso n o descuidar do controle constante das condi es de temperatura ao longo de toda a cadeia de frio o que inclui o ponto de ve
204. setor el trico inicialmente na concess o da distribui o posteriormente na transmiss o e em algumas em gera o de energia Aos poucos o governo foi se desfazendo de algumas de suas usinas algumas bastante eficientes capazes de gerar eletricidade a um custo de US 5 00 MWh A venda come ou pelas distribuidoras e os contratos n o foram muito interessantes para o consumidor brasileiro um exemplo disso que Furnas Centrais El tricas gerava eletricidade a US 23 00 MWh e as concession rias como a Light do Estado do Rio de Janeiro que passou a ser uma subsidi ria de uma empresa estrangeira comprava energia a esse pre o e a repassa a US 100 00 MWh para o setor residencial No pa s de origem essa mesma subsidi ria repassa aos seus consumidores a US 75 00 MWrh da energia gerada em usinas nucleares onde o insumo principal ur nio enriquecido tem um custo consider vel no processo de enriquecimento e descarte do produto que s o muito mais caras que as hidrel tricas sem custo pelo insumo aproveitando se apenas da energia cin tica utilizada no processo Outro problema foi que devido a cl usulas contratuais bastante generosas essas empresas n o foram obrigadas a investir na expans o e moderniza o do sistema durante oito anos Dessa forma praticamente todo lucro era repassado aos acionistas como dividendos repassando as d vidas contra das pelas concession rias para o BNDES Banco Nacional de Desen
205. significativos E qualquer economia com insumos representa 159 receita empresa e pode ser repassada indiretamente aos usu rios na forma de melhor ambiente variedade conforto e atendimento Na poca da implanta o da loja a racionaliza o de energia el trica n o era preocupa o do empreendedor pois era barata e abundante ao contr rio de hoje Antes o pa s esbanjava energia devido entrada em opera o de novas hidrel tricas estimulando o consumo Importante salientar que durante a exist ncia do empreendimento o sistema de climatiza o tem passado por um processo de retrofit ou seja uma readequa o da rede de dutos redu o da rea de atendimento incorpora o de novo equipamento de condicionamento de ar com a interface IHM painel de controle incorporado no pr prio chillers figura 5 3 4 a figura 5 3 6 de onde se permite o monitoramento e o controle da temperatura do ar insuflado assim como novo sistema do frio alimentar que monitora os balc es frigor ficos e c maras frias de alimentos congelados e resfriados Figura 5 3 4 Chiller resfriador de ar condicionado 160 q ai Gi g g Figura 5 3 6 Painel de CLPs Sistema de ar condicionado central Analisar se tamb m a import ncia da aplica o de dispositivos no gerenciamento e na supervis o remota atrav s de um computador que possibilita um monitoramento on line com uma vis o geral do sistema intervindo
206. simultaneamente transpostas Regra 5 Ativa o e desativa o simult nea de um passo Uma etapa mant m se ativa se esta for simultaneamente ativada e desativada Ou seja se durante o funcionamento do sistema uma mesma etapa deve ser desativada e ativada simultaneamente ela permanece ativa Cabe ressaltar que nenhuma a o realizada ou nenhuma receptividade validada em um espa o de tempo nulo isto estas opera es n o s o instant neas Uma vez estabelecidas s defini es fundamentais assim como as regras de evolu o de um GRAFCET a figura 4 3 14 1 exemplifica algumas particularidades dos elementos do GRAFCET a es receptividades e liga es orientadas que tornam melhor descri o de um sistema automatizado Etapa Inicial a o T receptividade OR Divergente T receptividade 4 Etapa ativa 5 a o 3 a o W OR Convergente AND Divergente N 7 8 T Ne AND Convergente Figura 4 3 14 1 Regras de Evolu o de um GRAFCET 99 4 4 Modelagem de Sistemas Automatizados utilizando Redes de Petri O projeto da arquitetura de comando de Sistemas Automatizados SA com estrutura de controle e arquitetura de comando distribu da requer na sua concep o uma especifica o de uma arquitetura de comando que ser determinante no cic
207. sinal el trico ao computador e automaticamente diminuiria a intensidade de luz Mas essa possibilidade est prejudicada devido s caracter sticas construtivas sem janelas e clarab ias No sistema de ar condicionado central essa interven o ainda mais problem tica pois o painel de controle IHM Interface Homem M quina de temperatura e vaz o de gua gelada no sistema est localizado no pr prio equipamento Conforme as condi es internas as varia es de temperaturas de fornecimento do sistema s o realizadas no IHM do pr prio equipamento que se encontra em uma rea restrita de dif cil acesso e consequentemente demanda certo tempo para realizar essa altera o como tamb m da sensibilidade e disponibilidade do interventor 136 5 1 Metodologia Al m da coleta de dados da alimenta o de energia el trica do transformador principal e do transformador secund rio foram tamb m requisitadas informa es complementares ao departamento de manuten o sobre as caracter sticas de consumo dessa loja como Informa es sobre o consumo geral de energia el trica da edifica o e Reformas e trocas de equipamentos e Reformas aplicadas no sistema el trico e Tipos de interven o sob certos equipamentos e situa es e Negocia o tarif ria junto concession ria e Informa es sobre defici ncias e dificuldades no monitoramento de algum sistema ou setor da loja Com isso verificou se
208. t ncia A B e C e Fator de Pot ncia Total e Fregii ncias Hz e Freqi ncias instant neas Hz e Pot ncia ativa kW e Pot ncia reativa indutiva kvar e Pot ncia reativa capacitiva kvar e Pot ncia aparente kVA e Energia Ativa Total kWh e Energia Reativa Capacitiva total kvarh e Energia Reativa Indutiva total kvarh e Distor o Harm nica Total em Tens o 139 e Distor o harm nica Total em Corrente Esse aparelho ficou instalado em tr s pontos estrat gicos transformador principal sistema de ar condicionado e frio alimentar e transformador secundario durante 15 dias registrando e acumulando dados de consumo de energia durante 24 horas ininterruptas com intervalo de 20 segundos o que possibilitou um diagn stico bastante preciso do sistema de fornecimento de energia el trica da loja Os dados registrados no aparelho foram armazenados numa mem ria interna do aparelho onde atrav s de um software poss vel a transfer ncia desses dados para uma planilha do Excel ou mesmo apresentando numa tela de computador o dign stico gr fico do sistema de alimenta o de energia como mostra a figura 5 1 3 15 58 20 15 58 40 15 59 00 15 59 20 15 59 40 16 00 00 16 00 40 16 01 00 16 01 20 16 01 40 16 02 00 16 02 20 16 02 40 Figura 5 1 3 Diagn stico do transformador principal 140 Ap s an lise desses dados ser o sugeridas poss veis medidas de int
209. ta es da administra o do pr dio demandando tempo e desgaste f sico do funcion rio EE GR FICOS 99200221 opace 8 nn Ere rE 8 ans e G O a ir PLA WHKW Qt kvar Qit kvar Qet kvar St KVA FPt 965 89 350 76 350 76 0 000 027 6 0 940 D Iniciar Figura 5 1 2 6 Consumo geral registrado da loja principal 144 Tabela 6 Registro de demanda do transformador principal RELAT RIOS 99200221 P g 18 1245 Imprime Configura O 938i D 0 938i D 0 939i D 0 940i D 0 940i D 0 938i D 0 939i D 0 938i D 0 940i D 0 940i D 0 940i D 0 939i D 0 937i D 0 937i D 0 939i D 0 940i D 0 939i D 0 940i D 0 938i D 0 939i D 0 939i D 0 939 D 0 938i D 0 938i D 0 939i D 0 940i D Observa se no gr fico anterior e na tabela acima que s 16 horas e 20 segundos do s bado dia 12 03 2005 geralmente de grande movimento ocorreu um pico de Pot ncia Aparente de 1027 6 kVA ou seja num per odo muito pequeno que n o causa nenhum problema no fornecimento de energia do sistema e que ap s alguns minutos abaixou para menos de 1000 kVA ao passo que na maioria do per odo em que ficou registrando os dados de consumo ficou abaixo dos 750 kVA o que comprova que apenas transformador de 1000 kVA atenderia perfeitamente essa demanda Com rela o ao transformador secund rio 300 kVA que atende os locat rios o sistema de m
210. tilizado nos EUA neste seguimento Cebus O protocolo para automa o residencial CEBus Consumer Electronic Bus oferece dois sistemas padronizados pelo CEBus Industry Council o primeiro fornece controle a baixas velocidades aproximadamente at 10 Kbps o segundo utilizado para sistemas que utilizam altas taxas de transmiss o de dados tais como transmiss es de v deo e som O padr o vers til ao permitir a utiliza o de v rios meios de comunica o e linhas portadoras de energia tais como par entrela ado r dio frequ ncia infravermelhos cabo coaxial e fibra ptica O m todo de acesso ao meio f sico se d por CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detection e o chip respons vel pelo hadware de comunica o e protocolo s produzido por um fabricante a Intellon Corporation em Ocala na Fl rida LONWORKS Topologia de rede criada pela Echelon para automa o predial e industrial Por ser uma plataforma tecnol gica de rede completas aberta e projetada para implementar a interoperabilidade de redes de controle considerado um dos padr es mais completos em termos de recursos e utiliza o O esquema de acesso ao meio f sico se faz por CSMA CA Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance ativada por eventos Todo o foco deste padr o est num chip denominado Neuron que inclui todo o hardware de comunica o e protocolo de rede Lon Talk BACnet Padr o de controle para automa o pred
211. to de dispositivos que al m de gerar economia de energia tamb m reduz o custo de manuten o do sistema Os inversores variam as velocidades dos motores conforme a necessidade de vaz o ou temperatura do ar de cada regi o controlada Ao diminuir a velocidade os inversores proporcionam grande economia de energia Tal efeito n o ocorre com as v lvulas tradicionais dumpers onde a vaz o reduzida por m o motor continua operando na mesma velocidade pressionando o fluxo de ar sobre a entrada da v lvula absorvendo a mesma pot ncia Outra vantagem possibilidade que esses dispositivos possibilitam que os motores sejam acionados suavemente sem trancos Com isso reduz se a quebra de elementos de transmiss o como correntes e rodas dentadas ocorr ncias freq entes em virtude do esfor o adicional provocado pelos motores com partida direta De forma geral o desempenho do sistema melhora e o consumo de energia reduzido significativamente porque os ventiladores e bombas solicitam do conjugado do motor proporcional ao quadrado da velocidade Um exemplo da aplica o desse dispositivo a economia proporcionada por um motor de 10 CV 1 CV 736 W de um fancoil do sistema de ar condicionado central dessa constru o que opera cerca de 10 h dia per odo de funcionamento da loja 8 00 s 22 00 durante 30 dias no ver o brasileiro onde a demanda contratada de R 0 10 kWh mas que pode subir at R 0 80 se ultrapassar
212. turado cabling figura 4 3 2 1 Pavimentos de 1 000 m2 que antes teriam talvez dois ou tr s equipamentos passaram a comportar da ordem de um a cada 10 m2 ou seja de 100 a 150 computadores em cada pavimento Esse tipo de comunica o est cada vez mais popular mesmo em sistemas dom sticos onde existem dois ou mais computadores j poss vel conect los fazendo com que haja comunica o entre eles e externamente atrav s da rede mundial de computadores a internet de banda larga isso tem facilitado muito a vida do homem contempor neo onde muitos trabalham em casa ESQUEMA DEMONSTRATIVO DO CABEAMENTO ESTRUTURADO B computador aa gd 7 impressora ES fap z sensores ea iei controlador ba ai TES telefonia 7H Ee CFTV IE os Omme sua patch panel ELES udio a E mim gi interfonia E Tv a cabo Figura 4 3 2 1 Cabeamento estruturado Fonte Aureside www aureside com br artigos A necessidade de conect los em rede e dotar seus usu rios de pelo menos um ponto de telefone internet determinou fatores de projeto e implanta o que antes n o eram considerados No n vel do pavimento este cabeamento passou a ser denominado de horizontal As necessidades de redes e configura es dos ramais telef nicos definiram a cria o de um ambiente novo em cada pavimento denominado closet de comunica es onde os cabos dos computadores e dos telefones s o trazidos e alocados a
213. tware facilmente parametrizados atrav s de interface homem m quina que habilita no controle de processos e m quinas industriais O controle da rota o dos motores se verifica atrav s de um sinal enviado pela termoresist ncia ao CLP que atrav s de uma condi o pr estabelecida envia um comando ao inversor aumentando ou diminuindo a velocidade dos motores do sistema fancoils bombas de recircula o bombas de gua gelada permitindo se com isso a elimina o dos dampers venezianas de palhetas moveis 172 Estes dispositivos localizam se na entrada dos dutos de distribui o de ar refrigerado que fecham ou abrem a passagem de ar mas n o interferem na rota o dos motores dos fancoils ventiladores de ar refrigerado Em regime de abertura m xima permitem a passagem total de ar j na situa o inversa obstruem a passagem desse mesmo ar que certamente gera desperd cio de energia Fazendo se uma analogia com um autom vel seria como se acelerasse e freiasse o veiculo ao mesmo instante embora o objetivo fosse atingido de desacelerar haveria o desperd cio de combust vel provocando desgaste desnecess rio de combust vel pe as e componentes envolvidos na a o Figura 5 6 2 2 Fancoil e damper 5 6 3 Mult metro Digital Minipa ET 2976 Esse aparelho foi escolhido devido as suas caracter sticas construtivas por ser facilmente encontrado no mercado e possuir software e porta de comunica
214. ub redes de estrutura id ntica que servem unicamente para indicar estados diferentes do sistema As RdP coloridas s o uma das abrevia es do conceito original que possibilitam sem mudar o poder do algoritmo deste conceito nem suas propriedades uma economia de escrita e de leitura extremamente necess ria representa o de sistemas complexos As RdP coloridas seguem o princ pio que a marca o de uma rede representa em geral o n mero de acontecimentos de eventos de um mesmo tipo Associando a cada tipo de evento um 109 atributo distintivo que por raz es hist ricas foi chamado de cor a marca o de um nico lugar pode ent o modelar diversos acontecimentos de eventos de tipos diferentes atrav s de marcas de cores diferentes na verdade segundo a defini o das RdP coloridas um lugar deve ter a cor das marcas que pode conter definida a priori Jensen 1987 este lugar poder conter no entanto todas as sub cores que tenham sido definidas como filhas desta cor m e Para as RdP coloridas uma transi o habilitada n o somente se os lugares a montante possuem o n mero de marcas exigidas pelos arcos de entrada como no conceito original mas ainda se estes lugares cont m marcas de tipos ou seja portando as cores exigidas pelos arcos de entrada O conceito de tempo n o abordado na defini o original das RdP No entanto para a avalia o de desempenho de sistemas torna se necess rio introduzir i
215. ue poderia comprometer a continuidade do crescimento econ mico vivenciado no ultimo ano no pa s De acordo com Rondeau 2005 o Brasil tem grandes reservas de recursos naturais que podem ser viabilizados se devidamente comprometido com a na o no atendimento dessa demanda crescente como mostra a figura 3 3 1 abaixo 36 HIDR ULICA Vantagem competitiva do pa s Recurso renov vel Potencial de energia el trica de 260 GW 28 aproveitado Potencial expressivo para gera o de energia el trica bioeletricidade BIOMASSA Recurso renov vel Potencial de oferta superior a 500 MW ano Importantes reservas de carv o mineral a 32 bilh es toneladas 90 Rio Grande do Sul CARV O MINERAL Potencial de 20 000 MW durante 100 anos considerando utilizar 50 para gera o de energia el trica 6 maior reserva de ur nio do planeta NUCLEAR 32 bilh es de toneladas equivale a 1 2 bilh o de tep Alto potencial na gera o de energia el trica Reservas de 306 bilh es m equivale a 0 3 bilh o de tep G S Produ o 48 milh es m dia 2005 50 do mercado de G s Natural atendido com produ o nacional 2005 tep tonelada equivalente de petr leo Figura 3 3 1 Principais Fontes de Energia El trica do Brasil Fonte Rondeau 2005 MME Uma amostra de que esse comprometimento coloca em risco o desenvolvimento do pa s a in rcia desse governo em viabilizar a explora o do campo de g s natural
216. ultrapassar essa demanda o resultado seria de 6 000 kWh x R 0 80 kKWh R 4 800 00 m s passando de R 6 000 00 m s para R 10 800 00 m s o que justifica o desligamento manual atualmente existente no sistema 181 7 Conclus o Esse estudo veio demonstrar que esses aparelhos de automa o atualmente existente no mercado permitem executar retrofits em sistemas de climatiza o ambiental principalmente em sistemas onde n o foram previstos tais dispositivos oferecendo uma sobrevida do sistema de ar condicionado central com determinado tempo de uso por m sem a mesma efici ncia dos equipamentos modernos onde todos os equipamentos que integram o sistema s o mais econ micos energeticamente Isso reverte em efici ncia energ tica do sistema onde com pequenas interven es localizadas pode representar em economia significativa sem grandes investimentos j que a troca de equipamentos antigos por mais modernos e eficientes necessitaria de grandes recursos financeiros principalmente tratando se de um sistema de ar condicionado central desse porte 650 TR Pode se concluir que apesar existirem sistemas de ar condicionado central pouco ultrapassado e ineficiente ainda sim poss vel se aperfei oar esses sistemas com pequenas interven es localizadas onde esses dispositivos de automa o trazem vantagens econ micas e operacionais compensando o investimento que dilu do rapidamente pela efici ncia que esses disp
217. urto e porte ou tr fico SEQUESTROS de drogas Esses casos s o os mais subnotificados no pa s DETENGO POR PARTE ou HOMIC DIOS MORTES POR ARMA DE FOGO Fontes Minist rio da Justi a 2005 FBI 2005 governo da It lia 2005 e ONU 2002 e 2004 Figura 1 2 Brasil pa s com maior ndice de criminalidade Fonte Revista Veja ano 40 n 1 10 01 2007 pg 57 Pensando nesse mercado grandes empreendedores do com rcio atacadista e varejista v m construindo grandes lojas que oferecem aos usu rios certa comodidade conforto e principalmente seguran a pessoal e patrimonial veiculos O crescimento do n mero de constru es de shopping centers e hipermercados que vem sendo implantados em diversas regi es do pa s nos ultimos anos comprova essa tend ncia onde esses estabelecimentos oferecem a seus usu rios a comodidade de se encontrar v rias op es num mesmo local desde uma grande loja de departamentos diversas salas de cinemas 5 lojas de eletrodom sticos auto pe as e acess rios entretenimento redes de fast food e servi os bancos livrarias farm cias caixas eletr nicas lot ricas at quiosques de pequenos objetos souvenirs e acess rios diversos A busca pela efici ncia produtividade e seguran a pessoal e patrimonial necess rias no mundo atual deverm ser considerados ao projetar ou modificar um empreendimento desse porte E para conseguir estes objetivos tem se que
218. ut thirty years of operation that operate in way a little efficient for the current parameters mainly in her air conditioning system In that construction in study her system of environmental conditioning represents an increment in the energy demand of about 60 passing to the 450 000 kWh month for 750 000 kWh month and the change of those equipments for more modern and efficient it would mean great investments becoming unviable in the short period With that a prototype was elaborated containing automation devices that can be incorporate to the existent system without great difficulties and minimizing the operational costs with the system Those devices allow a more efficient monitoring without the need of those investments as the substitution of great equipments compressors chillers etc that they part of the system of air conditioned central That prototype allowed to demonstrate that with the application of those incorporate devices in those systems they can generate an economy of about 20 in the electric power consumption that represents a quite significant economy of 60 000 kWh month this case when operated the system of conditioned air besides relieving the human resources made available for that monitoring type Key words automation devices saving energy air conditioning system Dedicat ria Jesus Cr sto e Nossa Senhora Pela sabedoria inspira o sa de e prote o durante toda minha vida A minh
219. v rios dom nios conforme Peterson 1977 amp Reisig 1982 e que ser utilizado como exemplo introdut rio aos conceitos envolvidos Uma interpreta o da RdP apresentada poder ser associada a um sistema contendo um produtor e um consumidor em que os lugares pl e p2 modelam as atividades do produtor os lugares p4 e p5 as do consumidor enquanto p3 se encontra associado ao processo que armazenar temporariamente os produtos produzidos t2 tl p3 of Q jJ 7 p p5 Figura 4 5 2 1 Rede de Petri marcada I Nessa RdP alguns dos lugares cont m uma marca ponto negro pelo que a rede de Petri se diz marcada Pensando nos lugares da rede como estados do sistema ou condi es a verificar a marca permite indicar se o estado ou condi o se verifica ou n o Como exemplo a presen a de uma marca em p1 modela a disponibilidade de produtos produzidos prontos para serem transferidos para o armaz m enquanto que a marca em p2 revela uma condi o de em produ o A distribui o de marcas numa RdP marcada denomina se marca o da RdP e define o seu estado De forma an loga s transi es tl e t2 poder o ser associados os eventos de produzido e transferido para armaz m 114 As marcas poder o mover se pela rede atrav s do disparo de uma transi o Isto o estado da rede pode ser alterado pela ocorr ncia de eventos Uma transi o para poder ser disparada dever estar habilitada
220. vel e muitas vezes n o permite ao usu rio adapt lo a sua necessidade obrigando o a se adaptar ao pacote imposto pelo fornecedor e n o apenas as necessidades do usu rio conforme apresentado em Souza M AB 2004 Outro problema a dificuldade de interconectividade entre os sistemas de fabricantes diferentes onde a maioria trabalha com protocolo de comunica o fechado n o permitindo ao usu rio a implementa o de novos m dulos de controle que n o perten a ao disponibilizado pelo fabricante Nas ind strias com o avan o da complexidade dos processos de fabrica o os fornecedores de atuadores e controladores industriais est o se utilizando cada vez mais de sistemas de sensoriamento e controle descentralizados interligados via rede de comunica o da mesma forma que um controlador de um sistema predial levando as informa es ocorridas no processo industrial na sala de monitoramento e controle figura 4 1 43 Intemet Internet i i Process Industrial Networks Vision Distributed I O Figura 4 1 Sistema de controle industrial Fonte Lab EE UERJ curso de CLP J nos anos 80 surgem novos requisitos de conforto de seguran a de flexibilidade dos locais de trabalho e novas e maiores necessidades de servi os de telecomunica es e processamento de informa es Isso deu origem ao aparecimento nos edif cios de tr s sistemas fundamentais e O sistema de automa o e gest o
221. volvimento Social rg o do governo federal que financia o setor produtivo com juros reduzidos como ocorreu com a Cemig Companhia Energ tica de Minas Gerais assumida por um grupo norte americano que remeteu US 300 milh es de d lares ao pa s de origem conforme Vichi 2004 33 Mas o principal problema ou m rito que a maioria da gera o de energia continua nas m os do governo e o pa s parou de investir no sistema devido a necessidade de apresentar super vits fiscais impostas pelo Fundo Monet rio Internacional FMI Entre 1994 e 2001 o aumento da capacidade instalada foi de apenas 2 700 MW no sistema Os investidores privados preferiram comprar usinas prontas a investir na amplia o do sistema e como a demanda continuou a crescer devido a uma s rie de fatores restou uma nica alternativa consumir as guas desses reservat rios dando in cio ao processo de racionamento agravado no per odo de 2001 2002 Mas especialistas j tinham alertado o governo j em 1995 que a curva da oferta e demanda de energia se cruzariam em 2000 por m as chuvas generosas do ver o de 1999 2000 permitiram o adiamento da crise quando no final do ano de 1999 os reservat rios continham apenas 18 de sua capacidade o menor da hist ria e no in cio de 2000 com as chuvas as reservas subiram para 29 7 em junho provando mais uma vez que Deus brasileiro Como tudo que se utiliza tende a se acabar se n o for reposta
222. za o civil de direito privado sem fins lucrativos que congrega agentes de gera o distribui o e comercializa o de energia el trica A entidade tem por finalidade viabilizar a comercializa o de energia el trica no Sistema Interligado Nacional nos ambiente regulados e livre al m da contabiliza o e da liquida o financeira das opera es realizadas no mercado de curto prazo as quais s o auditadas externamente nos termos da Conven o de Comercializa o As regras e os procedimentos de comercializa o que regulam as atividades realizadas na CCEE s o determinados pela ANEEL Os agentes da CCEE s o divididos em tr s categorias e Gera o composta pelas classes de agentes geradores concession rios de servi o p blico agentes produtores independentes e agentes autoprodutores e Distribui o composta pela classe dos agentes de distribui o e Comercializa o composta pelas classes de agentes importadores agentes exportadores agentes comercializadores e agentes consumidores livres Entre outras fun es da CCEE uma garantir no ambiente regulado a contrata o conjunta de todos os distribuidores atrav s de leil es visando permitir economias de escala na compra de energia e a distribui o equilibrada dos riscos e benef cios da contrata o Os contratos bem como os dados de medi o dos pontos de consumo e gera o s o registrados na 197 CCEE pelos agentes Isto permite

Conservacao de energia em edificios comerciais atraves

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