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Como citar este trabalhoAn. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003
CONCEITOS DO PIR
O Planejamento Integrado de Recursos pode ser entendido como uma ferramenta no processo de planejamento que leva em consideração opções de utilização de recursos do lado da oferta e da demanda, em termos qualitativos e quantitativos, visando o desenvolvimento sustentável e contando com a participação dos órgãos, ou elementos da sociedade, envolvidos, se não em todo o processo, pelo menos na parte de identificação das metas e os objetivos do PIR (Udaeta 1997).
O processo de planejamento segundo o PIR (ver Fig. 1) compreende várias etapas, quais sejam:
• identificação dos objetivos: onde fica claro o que se pretende com o processo de planejamento;
• estabelecimento da previsão da demanda: onde se identifica, ou se prevê, a demanda existente (por energia, eletricidade, ensino-aprendizado, atendimento de saúde, moradia)1;
• identificação dos recursos de oferta e demanda: onde se levanta quais os recursos2, externos e internos, de oferta e de demanda, estão disponíveis para o atendimento da demanda segundo a meta estabelecida;
• valoração dos recursos de oferta e demanda: nesta etapa se atribui, qualitativa e quantitativamente, atributos aos recursos de tal forma que se permita uma comparação entre eles. Nem sempre é necessário, possível ou desejável que esta valoração se dê apenas em termos de custo. Os objetivos podem levar a atribuição de outros critérios, até mesmo subjetivos;
• desenvolvimento de carteiras de recursos integrados: onde, de acordo com as metas, se agrupam os recursos, de oferta e demanda, em carteiras, de modo que haja diversas opções integradas, segundo o mesmo período de previsão;
• avaliação e seleção de carteiras de recursos integrados: onde se escolhe, dentre as opções de carteiras, os recursos que atendem, segundo os critérios objetivos definidos (menor custo, maior satisfação, etc.), à demanda prevista, de acordo com as metas estabelecidas;
• plano de ação: é onde se define, a partir dos recursos já escolhidos, quais os passos que devem ser dados no curto prazo para que a meta definida no PIR seja atingida.
• o plano integrado de recursos preferencial deve prever instâncias avaliativas, que permitam o monitoramento do plano de ação ao longo do tempo e o seu ajuste à realidade constantemente mutável.
Dentro dessas etapas, há a necessidade, de acordo com o entendimento do ente que lidera, ou dirige, o processo do PIR, da interação com a sociedade, com os órgãos reguladores do setor e outras interelações publico-privadas. O quadro apresentado na figura 1 mostra o fluxo de um processo PIR.
Não é objetivo deste trabalho descrever todos os aspectos do PIR. Porém, alguns pontos relevantes devem ser destacados:
• o PIR pode ser visto como um processo onde se define um plano preferêncial, de forma tal que o ganho para todos os participantes seja conhecido e transparente. Quanto maior a transparência e a participação dos envolvidos, maior será a possibilidade de colocação de todos os conflitos e, por conseguinte, maior aceitação do que foi resolvido;
• a parte mais complicada desse processo de planejamento é a assimilação de seus conceitos e filosofia e a implementação do plano de ação, que freqüentemente envolve a mudança de paradigmas e novas atitudes dos profissionais envolvidos. A inserção de novas tecnologias podem também trazer incertezas grandes pela falta de informação e mesmo resistência ao novo;
• o PIR não trata o processo de planejamento de forma puramente técnica. Questões subjetivas ou que não possuem um consenso de valoração (como custos ambientais, sociais, etc.) são parte do processo;
• o acesso e a obtenção de informações confiáveis a respeito dos recursos de oferta e denanda e do uso do serviço é um dos requisitos do PIR. Esta é uma dificuldade adicional em países como o Brasil, que não possui dados, mesmo oficiais, ainda confiáveis;
• é necessário que haja uma instituição central que coordene, agregue os agentes e cobre os resultados do processo de planejamento. É este ente que irá liderar o PIR e dar o viés do processo.
IDENTIFICAÇÃO DE UMA DEMANDA SOCIAL
O desenvolvimento de políticas sociais é uma atribuição do Estado, como meio de atender o direito de cada cidadão de ter acesso aos serviços públicos. Ao conduzir esse processo, o Estado tenta fazer crer que atua na concepção e na implementação de propostas que têm como objetivo o desenvolvimento conjunto da nação e que os critérios de decisão resultam de avaliações objetivas de como atingir as metas propostas (TENDRIH, 1990).
As políticas sociais explicitam-se através da atuação concreta de organismos e agências estatais encarregados de implementá-las.
O serviço de energia elétrica é uma função social efetivado por concessionárias.
É uma matéria que diz respeito a uma estratégia de desenvolvimento do modelo econômico. O eixo do modelo desenvolvimentista brasileiro é voltado para o crescimento e a modernização da produção de bens que tenham retorno econômico. A eletrificação rural aparentemente não induz crescimento, nem retorno econômico nem alguma outra taxa que possa colocá-la na pauta do desenvolvimento.
Durante muito tempo não houve onde discutir eletrificação rural no âmbito federal. Uma omissão de longa data. Nos anos entre 1980 e 1997 o Brasil atendeu a menos de 2 % das necessidades de sua área rural, entrando em 1998 com dois terços de suas propriedades no escuro. Somente o estado de São Paulo tem no seu território reservatórios que são capazes de gerar energia renovável capaz de acender três Chiles, dez Bolívias, mas tem também milhares de pessoas vivendo no escuro em mais de um quarto de suas propriedades rurais, segundo a Eletrobrás.
Ausente o Estado, as coisas se passam como se a responsabilidade social, que é sua, fosse assumida pela empresa de energia juntamente com outorga de poderes
Na prática, essa transferência não se realiza e inclusive, pode se dizer que no novo modelo de mercado a tendência e a mesma.
Todavia, no setor elétrico e na Agricultura, as áreas que mais se aproximam do assunto, bem como em quase todos os setores dos governos federal e estaduais, é consensual que o tema pertença à concessionária.
A eletrificação rural, pela sua natureza, é um problema de distribuição de energia elétrica. É comum o entendimento que não seja mais do que a extensão das atividades normais da empresa para mercados distantes, dispersos e nada lucrativos e que não requeira qualquer consideração institucional especial. Não motiva engenheiros, técnicos e agentes, muito pelo contrário. Em algumas empresas a eletrificação rural fica na área de engenharia de distribuição, em outras na área de comercialização, em quase todas elas é depositária do pessoal menos prestigiado dessas áreas, salvo quando surgem verbas externas para gastar.
A concessionária tem obrigações muito bem definidas com relação a seus clientes. Vive sob a pressão da busca constante ao lucro e aos índices de qualidade satisfatórios. O cliente que reclama, que consome, que dá lucro é o urbano.
A população rural que permanece sem luz é pobre, não vai consumir, vai dar prejuízo e não reclama. Não tem voz e não tem representatividade. Nesse esquema nunca vai se constituir em prioridade para a concessionária. Vai permanecer no escuro e no esquecimento.
A concessionária é posta perante um dilema (FOLEY, 1992).
Por um lado, não pode dizer que vai deixar de atender mercados dentro de sua área de concessão. Por outro lado, não vai conseguir conciliar o atendimento de populações rurais pobres com os objetivos da empresa.
A maneira que ela encontra para sair do dilema é negar a existência do problema.
De fato, o agente que diz que não atende porque pobre não deve ter luz – pobre rural, porque o urbano tem luz, reforçando pressões migratórias para as periferias social e urbana das cidades grandes – ou, no terceiro mundo, nega ver pobre no interior, está discriminando em nome do Estado. Sua empresa discrimina em nome do Estado. O Estado discrimina em nome de uma distribuição da riqueza nacional perversa que se faz acompanhar por uma também perversa distribuição de energia nacional.
O Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES e a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo se associaram para entender os motivos que impedem que pequenos produtores rurais tenham acesso aos serviços públicos de energia elétrica.
As mais importantes agências internacionais de financiamento e fomento de projetos de infra-estrutura nos países em desenvolvimento, tais como o "World Bank", o "Asian Development Bank", a "USAID", a "Comission of the European Communities", entre outras, ao analisar os resultados de políticas extensivas de eletrificação rural em países em desenvolvimento manifestam opiniões convergentes. Em primeiro lugar, entendem que eletrificação rural é uma questão social que deve ser resolvida por uma agência de desenvolvimento, de preferência nacional, externa e independente à concessionária, cujos objetivos não se coadunam com o atendimento de populações rurais pobres. Em segundo lugar, as agências internacionais afirmam que os relatos de sucesso em tais políticas estão sempre associados a uma atividade comunitária de parceria com os executores dos programas, com forte envolvimento das lideranças comunitárias nos processos.
Levando em consideração esses dois pontos importantes, que, de fato, são consistentes com a experiência do BNDES em programas de eletrificação rural para produtores de baixa renda, esse banco e a Escola Politécnica desenvolveram um modelo de eletrificação rural. Esse modelo, que possui alguns elementos do Planejamento Integrado de Recursos mas que não foi originariamente pensado como tal, foi implantado no estado do Rio Grande do Sul no começo da década de 90 e no estado de São Paulo, desde 1995. É este programa de São Paulo, chamado "Luz da Terra", que é analisado nesse trabalho.
PARTICIPAÇÃO DA SOCIEDADE NO ATENDIMENTO À DEMANDA SOCIAL
O modelo BNDES/USP de eletrificação rural prevê que haja a participação efetiva da sociedade no atendimento à demanda existente. Isto é conseguido através de um processo adequado de marketing e informação mas, principalmente, através da demonstração de vontade política que busque romper com os paradigmas existentes nas concessionárias sobre o tema. É extremamente difícil sair de um modelo onde a concessionária, estatal ou privada, é o ator principal para um modelo onde se envolve outros atores, inclusive a comunidade. É uma dificuldade também encontrada no ambiente do PIR.
A participação social no modelo proposto inicia-se com a demonstração de vontade. A vontade da sociedade, expressa através de um governo que consiga perceber a importância do tema, é o primeiro e mais importante passo na direção de romper as barreiras ao atendimento do pobre rural. A priorização da eletrificação rural vai ser sempre objeto de uma decisão política, que privilegia determinados temas em detrimento de outros.
Essa vontade política pode ser criada a partir da percepção da urgência do tema, por motivos ideológicos ou por pressão dos grupos interessados. É papel também da Universidade despertar essa vontade política, influenciando e assessorando os governos em sua consecução. Vencido esse passo, passa-se para outro, igualmente importante, que é o de planejar e implementar uma política de eletrificação rural. Neste ponto, a viabilização de recursos, a identificação das demandas reprimidas e o envolvimento de todos os agentes, do Estado e da sociedade, são fundamentais para o sucesso da política. Conforme RIBEIRO:
"o estado (...) tem a obrigação de incluir todos os cidadãos, inclusive os pobres rurais, nas metas de atendimento dos serviços públicos. Para tanto, é necessário um modelo de eletrificação com objetivo específico de atender pequenos produtores rurais. É fundamental utilizar uma engenharia de eletrificação rural de baixo custo, desenvolver um esquema de crédito adequado ao público pretendido, e envolver outros atores além da concessionária, em um arranjo institucional que privilegie a participação comunitária". (RIBEIRO, 1997, p. 17)
Aliás, a participação comunitária é um ponto fundamental na implantação de políticas que visem o desenvolvimento rural sustentável. A Agenda 21 afirma, em seu capítulo 32, que
"a descentralização das tomadas de decisões, entregando-as a organizações locais e comunitárias, é a chave para mudar o comportamento da população e implementar estratégias agrícolas sustentáveis" (CONFERÊNCIA DAS NAÇÕES UNIDAS SOBRE MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO, 1992, p. 400).
Muitos autores apontam a participação comunitária como um paradigma decisivo para o sucesso de uma política de eletrificação rural. RAMANI (1992) aponta que deve ser fomentado o envolvimento da comunidade atingida e dos vários níveis locais de organização através de arranjos que possibilitem a atividade participativa nas tomadas de decisão, com iniciativas de baixo para cima. Devem ser entendidos os valores do povo rural e aproveitadas a experiência intuitiva que a comunidade tem sobre as opções locais e seu desejo e capacidade de ajudar. MUNASINGHE (1987) ressalta a importância de se conseguir a participação das lideranças e da representação da comunidade junto às equipes que fazem planejamento, projeto e construção das obras dos sistemas elétricos, o que implica a necessidade de se estabelecer canais de comunicação eficientes com as comunidades atingidas. ROSA, RIBEIRO e MELLO (1993) examinam diferentes arranjos institucionais locais para um programa estadual de eletrificação rural, e percebem que quanto maior o envolvimento da comunidade, mais baixo é o custo médio alcançado. Houve, também, redução de custo quando a comunidade foi chamada a opinar sobre rotas alternativas para a rede elétrica. CECELSKI (1992) indica que devem existir programas promocionais de uso de energia elétrica entre os produtores rurais e identifica, entre as causas que desestimulam o uso da eletricidade na zona rural de um país em desenvolvimento, a aproximação tradicionalmente passiva em relação ao mercado por parte da concessionária.
RIBEIRO E SANTOS (1994) demonstram que o modelo de eletrificação rural baseado na concessionária não é adequado à solução da situação brasileira e propõem um novo modelo baseado em um arranjo que envolve outros atores. SANTOS (1996) publica o detalhamento de uma política de eletrificação rural que aplica esse modelo, fazendo a avaliação de uma experiência nela baseada que proporcionou o atendimento de 6.500 novos consumidores de baixa renda a um custo médio de US$ 735. Demonstra que o sucesso dessa política depende da vontade do governo em promovê-la e da participação comunitária.
Este último autor chama a atenção para um ponto delicado da política de eletrificação rural que propõe: devem ser tomados cuidados especiais para se conseguir a adesão e o envolvimento dos agentes em diferentes níveis dentro dos órgãos participantes.
CAMINHOS PARA O PIR - O EXEMPLO DO PROGRAMA "LUZ DA TERRA"
No início de 1995, o BNDES solicitou que a Universidade de São Paulo levasse ao governo que se instalava no estado de São Paulo uma proposta de projeto de eletrificação rural baseado em seu modelo já experimentado, com sucesso, em outro estado.
As Secretarias de Energia e de Agricultura e Abastecimento manifestaram interesse. O governo estadual instituíra uma equipe com nível de diretoria dentro da CESP que dispunha de capacidade operacional para dar consecução à intenção de elevar de 60% para 80% o índice de propriedades rurais atendidas, conforme dispunha o Plano de Governo. Essa equipe deu suporte ao trabalho de duas sucessivas comissões nomeadas para propor políticas e elaborar um plano de eletrificação rural para o estado, voltado para o propósito do desenvolvimento da população do campo.
A fonte de recursos oferecida pelo BNDES para a realização das obras necessárias era o Fundo de Amparo ao Trabalhador - FAT. A negociação entre o governo de São Paulo e o BNDES foi balizada por alguns cuidados que precisam ser observados na utilização dos recursos do FAT e em atendimento a outras determinações que o Banco deve obedecer. Entre outros pontos, algumas recomendações do BNDES que foram aceitas pelo governo de São Paulo ao planejar sua política de eletrificação rural foram as seguintes:
• o projeto teria cunho social, sendo que a energia deveria visar o conforto do lar em primeiro lugar, como forma de promover a dignidade da família no campo;
• o projeto seria explicitamente voltado para a inclusão da família de baixa renda no público-alvo, sem permitir a exclusão de qualquer categoria social, possibilitando o atendimento de todo cidadão em todos os municípios;
• o crédito seria tomado pelo próprio interessado;
• o governo de São Paulo deveria equacionar a forma de dar cobertura ao risco bancário.
O BNDES entendia que a principal ferramenta para se conseguir a adesão do agricultor de baixa renda era o baixo custo unitário. Não haveria como financiar um programa com custos muito superiores aos de outros programas idênticos que o próprio BNDES já tinha financiado. O valor médio verificado no último programa da Eletropaulo era idêntico ao registrado em programa estadual que vinha sendo apoiado pelo BNDES em outro estado e ficou estabelecido como média a ser alcançada (R$ 1.500,00) em todas as áreas do estado de São Paulo. Para tanto, em todas as concessionárias e permissionárias envolvidas, deveriam ser recomendados padrões elétricos simplificados, optando-se preferencialmente pelo Sistema Monofilar com Retorno por Terra, condutor de aço zincado, poste de madeira, transformador de pequeno porte, além da construção pelo sistema em mutirão.
O BNDES deixou claro que não considerava que as concessionárias fossem instituições adequadas para conduzir um programa com tais finalidades sociais, porque estas características conflitam com os seus objetivos empresariais. Deixou claro, também, que a sustentabilidade desse programa dependia de manifestações de forte vontade política do governo em promover um programa de cunho eminentemente social, de forma a superar inevitáveis resistências dentro das próprias empresas.
O governo do Estado de São Paulo concordou com todos esses pontos. De sua parte assumia alguns compromissos, entre os quais:
• participação de várias instituições estaduais, entre as quais, as três concessionárias públicas de então, as citadas Secretarias mais a de Economia e Planejamento e da Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento Econômico, a Nossa Caixa Nosso Banco - NCNB - como agente financeiro, a Universidade de São Paulo;
• constituição de um sistema de equivalência em produto no âmbito do Fundo de Expansão da Agropecuária e da Pesca - FEAP;
• garantias bancárias dadas pela NCNB e, no caso de rendas inferiores a determinado valor, pelo FEAP;
• pagar a ligação das famílias de baixa renda e a construção das linhas tronco necessárias;
• permitir "várias portas de entrada ao programa", na suposição de que em muitas agências das concessionárias o programa poderia não ter a agilidade necessária;
• incentivar e orientar a participação das prefeituras e outras instituições comunitárias dos municípios, de forma a organizar o envolvimento dos interessados, o trabalho em mutirão e a compra de materiais em conjunto;
• coordenar diretamente todas as ações; a equipe da CESP, que era independente da Diretoria de Distribuição, teria a capacidade de levar a política estadual a todos os municípios, sendo que a gestão das operações não deveria ficar por conta das concessionárias e sim por responsabilidade da Secretaria de Energia, como meio de garantir o atendimento social e a imposição da obediência às linhas da política de governo.
Sob tais compromissos, foi aprovado o Programa "Luz da Terra" com metas de atender 100% da população rural. Envolvia recursos iniciais da ordem de R$ 225.000.000,00 para as primeiras 150.000 ligações, das 200.000 que se imaginava existir como demanda reprimida. Os números não eram importantes pois havia recursos para atender a totalidade, e portanto, cada um teria que ser atendido. Esta, sim, uma meta importante: atender 100%. O BNDES se comprometia com 180 milhões, aos beneficiários caberia 15%, ao estado de São Paulo, 5%.
Os 15% de cada interessado poderiam ser pagos pelo trabalho não especializado em mutirão. Os 5% de contrapartida do estado não seriam desembolsados: as concessionárias se obrigariam, por esse valor, a executar serviços técnicos de confeccionar o projeto, fiscalizar e aceitar a obra em doação.
Ressalte-se que foi por iniciativa do próprio governo do Estado de São Paulo que este ficou com as responsabilidades de atender de graça os consumidores de baixa renda e de construir as linha tronco que fossem necessárias. Para complementar o quadro de fontes de recursos, é importante registrar que, por lei federal, as concessionárias são obrigadas a fazer, em todas as obras de atendimento a novos consumidores, um investimento mínimo, nesse caso, da ordem de 20% de cada obra. Era mais ou menos dessa ordem a despesa prevista com os dois itens: baixa renda e linhas troncos.
O programa "Luz da Terra", lançado em setembro de 1996, só teve seu primeiro financiamento contratado em julho de 1997, 11 meses depois. Até março de 1998, data de encerramento da primeira etapa do contrato com o BNDES de uma proposta inicial que previa a assinatura de 30.000 contratos de financiamento, foram assinados exatos 2.074 contratos.
Em resumo, com relação aos compromissos que o governo do estado de São Paulo assumiu com o BNDES, tem-se a concluir o seguinte:
• a equipe que iria operacionalizar o programa em todo o estado deixou de existir; consequentemente, a atividade da Secretaria de Energia ficou muito restringida, limitando-se a ações de gabinete.
• as concessionárias se tornaram instituições que comandavam o programa de fato nas ações no interior; em muitas cidades, não foi aberto o programa "Luz da Terra";
• os não-produtores rurais, moradores apenas da área rural, ficaram excluídos;
• na maior parte dos municípios não se permitiu o atendimento do público de baixa renda;
• as concessionárias ficaram sendo a única porta de entrada, sem conseguir apreender o caráter social da política de governo para a eletrificação rural; os projetos ficaram caros, seguindo padrões convencionais antigos não simplificados;
• não foi compreendido o papel do banco, que ficou com a imagem de atravancador do processo;
• as prefeituras não se envolveram;
• o estado não conseguiu coordenar a ação dos diversos atores no interior; muitas autoridades e muitos agentes abnegados se viram em situação constrangedora por se envolver em compromissos infrutíferos com a população rural.
Percebeu-se claramente que existiu um vácuo entre o que foi planejado e o que foi executado. O modelo proposto pelo BNDES e pela Universidade de São Paulo não foi implantado. Havia um espaço, situado dentro do município, que não foi preenchido nem física nem politicamente.
O programa foi interrompido no início de 1998. Houve, em seqüência, uma longa etapa de negociação com o BNDES, visando a prorrogação.
O BNDES entendia que os fatos mostravam que a vontade política que o governo manifestara não era complementada por ações de apoio ao programa "Luz da Terra".
Para o modelo proposto dar certo, um ingrediente é fundamental: a vontade política de fazer. O governo tem que assumir a política proposta e implementar ações que façam com que essa política seja realizada. Ações que implicam em colocar recursos, humanos e materiais, à disposição, convencer e fazer seus agentes de governo levar para frente sua política. Deve cobrar responsabilidades quando são devidas. São ações que mostram o interesse do governo pela eletrificação rural de baixo custo.
Essa vontade não foi suficientemente demonstrada pelo governo de São Paulo.
O fluxograma de ações sugere um programa mais complexo e lento que o tradicional. Há, simultaneamente a um projeto técnico, uma operação bancária de empréstimo, regida por normas rígidas e em que os riscos tem que estar claramente definidos. Os objetivos do custo baixo e da não-exclusão só são alcançados com vários esforços, de todos os organismos envolvidos.
O ponto central das ações é uma boa articulação local e o resultado dela: apoio à comunidade para que esta possa manejar o programa e acessar o crédito. As ações também são concatenadas. Uma tarefa não realizada ou realizada pela metade compromete o processo e implica em retrabalho e lentidão. A compreensão dos procedimentos e da filosofia do programa tem que ser grande.
Em outubro de 1998, o programa foi retomado. Novos compromissos foram assumidos, principalmente com relação à gestão de programa e à disponibilização de equipes capacitadas a agir no interior. Foi criada uma nova metodologia de trabalho baseada no trabalho de ROSA; MELLO (1997) e descrita por RIBEIRO et al. (1998). Esta metodologia prevê a criação de Serviços Municipais de Eletrificação Rural (SMER) com o objetivo de retomar a proposta inicial de envolvimento dos poderes locais e passar a responsabilidade de implantação do programa para as municipalidades e os órgãos de extensão rural. Seriam órgãos que teriam a tarefa de coordenar as ações do programa localmente e identificar os recursos, existentes dentro do município, que poderiam vir a se juntar aos recursos disponibilizados pelo BNDES, numa espécie de implantação de pequenos PIR locais direcionados ao atendimento de demanda por energia elétrica no meio rural. A implantação foi feita em mais de 100 municípios com resultados positivos, porém ainda insuficientes. Há necessidade de acompanhamento contínuo dos trabalhos do SMER, e o programa ainda sofre com a falta de uma equipe para ampliar a proposta para o restante do estado (mais de 600 municípios) e acompanhar os já implantados.
Nesse ínterim, o contexto mudou. As antigas concessionárias estatais foram privatizadas, fazendo com que todas as empresas de distribuição de energia elétrica no estado sejam particulares. Nesse processo, cabe ressaltar as ações que o governo do estado tomou em relação à garantia de continuidade do programa:
• na privatização da CPFL, não foi colocada nenhuma cláusula que garantisse a participação da empresa no programa. Há apenas um compromisso informal, assumido com o Secretário de Energia, de realizar 2.000 ligações em 1999. Como resultado, a CPFL praticamente se afastou do programa, apesar de já ter sido identificado um potencial de pelo menos 7.000 ligações em sua área de concessão;
• baseado nesse exemplo, na privatização da Elektro, Bandeirante e Eletropaulo Metropolitana, o governo do estado impôs a exigência de ligação de, respectivamente, 22.970, 12.500 e 600 consumidores rurais no período 98/99. Apesar de não haver sanções explícitas para o caso de não cumprimento da cláusula, há alguns sinais de que os novos controladores pretendem dar atenção ao tema. Das três, a Elektro é a que mais vem se empenhando, apoiando a constituição de SMERs em sua área e procurando alternativas de negociação. Há problemas de restrição orçamentária para a confecção de projetos e construção de linhas tronco em algumas áreas. A Bandeirante provocou um grande enxugamento de seus quadros logo após a privatização, causando uma certa perda de memória do programa nos municípios e indefinição dos agentes locais sobre o seu papel no programa. Com isso, o programa vêm patinando em sua área já há bastante tempo. Espera-se que, a partir de pressões do governo, a empresa tome posição mais firme em relação ao cumprimento de suas metas. A Eletropaulo Metropolitana alega que suas ligações estão em área de proteção ambiental e não vem tomando medidas para resolver o problema;
• quanto às demais empresas, que já eram privadas, o governo, em negociação com elas e a ANEEL, fez incluir nos novos contratos de concessão que foram assinados em fins de 1998, cláusula que obriga as empresas a apresentarem um plano de eletrificação rural assim que solicitadas pelo governo. Algumas empresas se manifestaram, como a Caiuá, Santa Cruz e Sul Paulista, que pretendem iniciaram suas ações no início de 1999. Algumas cooperativas de eletrificação rural também estão se incorporando, como a CETRIL, CERIPA e CEDRI.
São ações positivas, porém ainda insuficientes. É necessária forte vontade política para que as exigências postas sejam cumpridas, e não há grandes garantias de que o processo seja retomado como inicialmente planejado. Os compromissos assumidos pelo governo do estado em relação aos interessados de baixa renda e na construção de linhas troncos estão dependendo da boa vontade das concessionárias, hoje particulares. Não foi resolvido ainda o problema dos não produtores rurais de uma maneira geral, havendo apenas soluções paliativas nas áreas da CPFL e Bandeirante.
CONCLUSÕES
Mostrou-se, neste trabalho, a participação da sociedade como parte de um modelo de eletrificação rural que visa o atendimento de toda a demanda existente, até dos mais pobres. Tal participação, conseguida num projeto piloto no Rio Grande do Sul, não se conseguiu ver estabelecida no estado de São Paulo, da maneira como foi inicialmente planejado. Houve falhas no processo de planejamento e, principalmente, na etapa de implantação de uma política pública que contava com recursos do BNDES e queria aproveitar ao máximo os recursos disponíveis da comunidade. O ente que deveria liderar o processo, no caso o governo do estado de São Paulo, não conseguiu disponibilizar os recursos humanos necessários à implementação de sua política nem obter um arranjo institucional adequado. A liderança de uma política de governo ficou a cargo das concessionárias, negando o modelo proposto. Outra parcela dos motivos do fracasso da política deve-se também a incertezas provocadas pelo processo de privatização das empresas e ao próprio processo de planejamento do programa, que contou com a participação apenas passiva das concessionárias.
Um ponto é claro: é necessário que o governo do estado de São Paulo se posicione de modo mais incisivo para que o programa retorne ao seu eixo original e permita que a eletricidade atinja os mais distantes rincões do estado paulista. Uma política pública de forte impacto social na zona rural poderá ter conclusão melancólica por causa de indefinições institucionais. Para tanto, uma saida conciente, a esta problemática, pode facilmente se achar na aplicação do PIR como processo a partir do Estado.
REFERÊNCIAS
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[12] SANTOS, J.F.M. Política de eletrificação rural. Rio de Janeiro, março de 1996. 162p. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro.
[13] TENDRIH, L. Experiências com sistemas de eletrificação rural de baixo custo: uma análise dos impactos sócio-econômicos. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Itaguaí, Rio de Janeiro, junho de 1990.
[14] UDAETA, M.E.M Planejamento Integrado de Recursos Energéticos - PIR - para o setor elétrico (pensando o desenvolvimento sustentável). São Paulo, 1997. 351p. Tese (Doutorado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
Endereço para correspondência
Fernando Selles Ribeiro, Marcelo Aparecido Pelegrini, Miguel Edgar Morales Udaeta
E-Mail: rural@pea.usp.br
1 O PIR originariamente deriva do setor elétrico, é também aplicado em outros setores energéticos, como o gás. Aqui, propõe-se o PIR como ferramenta para atender uma demanda social. Neste caso, as iniciativas em geral vêm do Estado ou da própria sociedade.
2 Recurso, no caso, pode ser entendido como todo elemento que permite responder um dado serviço atrelado à problemática das necessidades.
Luz no campo ou o anti-ótimo de pareto
Guerra, S. M. G.; Marta, J. M. C.
Planejamento de Sistemas Energéticos, Departamento de Energia, Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP
RESUMO
O artigo analisa o Programa Luz no Campo, no qual se procura mostrar a preocupação do governo com planejamento, classes sociais e direitos dos cidadãos no contexto da reforma do sistema elétrico no meio rural. Tal instrumento de intervenção, pretendendo dar conforto e renda ao trabalhador rural acredita na energia como a panacéia dessas males daquelas populações. Concluindo tratar-se de mais um dos bons negócios da atual fase de política econômica cedido às empresas internacionais.
Palavras-chave: Política Energética, Teoria Econômica. Eletrificação Rural, Estratégia de Negócios.
ABSTRACT
This article analyzes the "light in the country program", intending to show the government concerns with planning, social classes and citizens rights, in the context of rural electric system reform.
This intervention of instrument, intend to give comfort and income to the rural worker, believes on energy as a panacea for the bads of those populations.
INTRODUÇÃO
O plano objetivo e a realidade nacional, regional ou local são dispares. Não seu diagnóstico, em tudo evidente, mas na suas ações. Essa articulação esperada entre objetivos e metas e a realidade deve considerar os diferentes extratos de renda, caso contrário se constitui num plano de expansão comum de consumo e não em um programa de eficiência energética como pretende o PROCEL. Estando longe de melhorar renda, como pretende a propaganda do governo. Não acontece articulação específica entre reforma agrária e os assentamentos recentes, permitindo uma eficiência social mais evidente. Percebe-se um manual de projetos para potenciais fontes de energia sem financiamento definido. Assim é tênue a relação social, desprezível a hierarquização espacial, economicista a viabilidade.
Uma avaliação relativa a propriedade futura das linhas a serem estendidas é importante ao ficar evidente o papel de investidores como "doadores" à concessionária de "pedaços de mercado". Em tempos de regulação, o suprimento definitivo pela concessionária exigiria uma participação financeiramente no processo, pois a viabilização do lucro será garantida no longo prazo.
DÉBÂCLE OU FALTA DE COMPREENSÃO SOBRE TEORIA ECONÔMICA ?
A Teoria Econômica apresenta aos seus cultores, especialistas e conhecedores, um princípio chamado Ótimo de Pareto [1]. Segundo esse princípio, as partes envolvidas procuram estabelecer um equilíbrio no qual todos objetivam perder o mínimo possível, ao mesmo tempo em que maximizam seus ganhos [2].
O governo brasileiro parece ter encontrado uma forma de negar tal princípio descobrindo o anti-Otimo de Pareto no qual todos ganham e ninguém perde.
Criado pelo decreto de 02 de dezembro de 1999, aquele Programa menciona as vantagens que todos teriam, o que permite o olhar crítico sobre as desvantagens. Vejam-se tais vantagens:
• para a atividade rural, tratando-se dos aspectos sociais como educação e saúde.
• para os governos estaduais cumprirem suas promessas em regiões recém ocupadas, mediante a aplicação de recursos a fundo perdido.
• para as concessionárias que dizem cumprir sua "missão social", determinada nos contratos de concessão, aumentando o número de consumidores e ficando com grande extensão de redes prontas para o uso de seus consumidores cativos, induzindo ao crescimento do consumo
A realidade entretanto parece não ser bem essa.
Ao se reestruturar o setor energético, não se estabeleceu o setor ou órgão que ficaria responsável pelo planejamento indicativo ou que nome tenha[3]. Com isso, planos, programas e projetos do Ministério das Minas e Energia ficaram ao sabor de um certo ente abstrato chamado mercado.
- "A Consultora se esqueceu de alocar o setor no organograma", garantiu aquela autoridade.
Dessa maneira, o Luz no Campo, a exemplo de outros programas, não pode ser assim considerado. Isso porque recomenda a técnica de elaboração de planos, programas e projetos que haja uma concatenação, uma interligação, uma articulação entre os vários elos que os fundiriam. Só assim, os resultados dariam robustez à política econômica adotada.
Trata-se, isto sim, de uma estratégia política do ponto de vista do governo, sem substrato quantitativo, especialmente em um ano sabidamente crítico em relação ao crescimento da demanda devido, também, a condicionante climática. Mas altamente positivo em relação as eleições municipais, tão carentes de energia no meio rural.
Assim, foram alocados, pela Eletrobrás, através do RGR R$1,77 bilhões para todo o país. Esse recurso esta sendo repassado às concessionárias a taxa de 5% a. a. mais 1%, portanto abaixo da cotação de juros de mercado para outros investimentos. Sabe-se que a energia por si só não altera renda e padrão de vida de investidores e trabalhadores. É necessário que as taxas de juros para investimento e aquisição de bens também possam ser equalizadas para viabilizar o consumo de energia, caso contrário não se completa a pretendida concatenação, interligação, articulação do programa.
A realidade estabelecida regionalmente permite que algumas regiões passem a viabilizar os "linhões" lançados sem grandes cuidados econômicos [4]. As festas regionais têm mostrado alegria de curto prazo! O amanhã de tais festas, realizadas com base na expectativa da formação e expansão da renda regional e na geração e absorção de empregos, acaba por mostrar a frustração advinda de planos, programas e projetos sem compromissos consistentes e duradouros.
PROGRAMAS DE REFORMA AGRÁRIA, ASSENTAMENTOS RURAIS E CONSUMIDORES DE BAIXA RENDA
Programas dessa natureza demandam total e forte articulação. Esta deve ser entendida como uma determinação social e não como a resultante da universalização a que a lei obriga. No entanto, o que a história política brasileira mostra à sociedade não se apresenta nem como determinação e muito menos como a aplicação da lei.
No tocante a energia, os assentamentos rurais têm apresentado projetos visando a viabilizar o Programa, uma vez que suprem sua demanda de eletricidade por meio do uso de motores Diesel. Dessa forma, substituem a obrigação investimentos das novas empresas. Além disso, tais assentamentos criam redes de transmissão diretamente pagas por seus usuários. Eximem-se, dessa maneira, as concessionárias de custos com esse grupo de consumidores.
Volta-se, aqui e agora, às anti-vantagens do ótimo de Pareto!
Isso é possível em regiões consolidadas[5]. Naquelas em implantação, como as de Reforma Agrária, a questão não se resolve, embora o governo do Estado cubra parte dos custos visando, aparentemente, viabilizá-las.
Essa viabilização, no caso de Mato Grosso, segundo a lei 7.289 de 30 de maio de 2000 no seu artigo terceiro, deve atender propriedades com área não superiores a 50 ha. e transformador monofásico de 5kVA. Em nome de pequenos agricultores, o governo do Estado subsidia parcialmente o empreendimento. No entanto, algumas questões não são facilmente esclarecidas: quantos serão? que perfil de consumidor será esse?
ENFIM UM NEGÓCIO
Em Mato Grosso aquele Programa foi estabelecido com loas e festas, pompa e circunstância, com presença do senhor ministro. O governo estadual exarou aquela lei concedendo R$20.000.000,00 ao Programa. O governo federal, através da Eletrobrás, agraciou a nova empresa local em R$128.000.000,00 pelo Programa RGR com taxas de 5% e mais 1% a.a. Para espanto de todos, essa própria empresa, conforme seus comunicados, investirá no Estado, segundo a legislação estadual R$8.000.000,00, a serem totalmente ressarcidos pelo consumidor. Finalmente, os usuários completarão o montante de R$170 milhões, aportando R$14 milhões.
Como se sabe, todo o sistema de distribuição construído pelo consumidor deverá ser cedido à empresa para uso e as decorrentes apropriação e incorporação ao seu patrimônio. Como reforço, o sistema financiado para ter consumidores cativos, na área rural, passa a ser da empresa concessionária. O que implica aumento de seu patrimônio. O patrimônio da empresa era em 1998 de R$480 milhões [6]. No entanto, apenas com o "Luz no Campo", até 2002 seu patrimônio terá crescido mais de 30%, com financiamento totalmente pago pelos consumidores cativos.
Novamente, vê-se que nem mesmo Pareto poderia fazer melhor equilíbrio!
A expressão popular de que o uso do cachimbo deixa a boca torta passa a ter sentido!
A certeza de que se trata de um bem público e por isso estabelecido em concessão deixou por muitos anos ao Estado a responsabilidade de por e dispor sobre energia. Apenas aqueles que necessitavam de energia para chácaras, fazendas e demais propriedades rurais recorriam à construção de linhas destinas a resolver problemas então prementes. Pouco ou nenhum financiamento e muito tráfico político era o costume.
O Estado, para uns, em eterna dificuldade, para outros, em completa obrigação, ia suprindo tanto a uns, quanto a outros, com mais ou menos parcimônia. Os custos ou eram incorporado ao patrimônio ou se transformavam em auxilio às campanhas políticas. Todos eles permitiam um crescimento do patrimônio das então empresas concessionárias. Afinal, eram meio nossas, como o petróleo.
As mudanças, chamadas reestruturação do setor energético, privatizaram as empresas públicas. O que era nosso, passou a ser deles. A partir dai a população não participa, a não ser como consumidora, não sendo mais sócia. Apenas dispende recursos, investe para cobrir o custo marginal e os impostos devidos. Os sócios agora são outros!
Dessa maneira, o Luz no Campo, é um programa estratégico de ação empresarial procurando alcançar regiões onde o consumo formal da empresa necessita se expandir face a concorrência. Por isso é também um programa político. Entretanto, é fundamentalmente um programa visando a expansão do crescimento do consumo.
Nesse caso, não se justificam as transferências de recursos daquela monta. A maneira mais adequada seria o financiamento de capital para que se implantasse tal Programa, sem o repasse ao consumidor. O RGR é um fundo e como tal seus quotistas ¾ o consumidor ¾ devem ser remunerados pelos ganhos da "cessão" a que acabam se obrigando.
AGRADECIMENTOS
São dirigidos agradecimentos tanto aos amigos que nos contemplaram com informações a respeito da condução do Programa no Estado de Mato Grosso, quanto aos que dele deveriam ser os beneficiários.
REFERÊNCIAS
[1] Pareto economista, matemático e deputado fascista italiano do inicio do século.
[2] PARETO, V. Elementos de Economia Política, Abril Cultural, 1986, S. Paulo
[3] Palestra proferida por representante do MME em Seminário sobre o setor elétrico em 1 e 2 de junho de 2000 em Cuiabá,/MT.
[4] Diário de Cuiabá, no. 9626 de 08.06.2000
[5] Referimo-nos aos casos de Nova Bandeirante, a Lucas do Rio Verde e Nova Mutum, todas no Estado de Mato Grosso, onde os assentamentos foram realizados na década de setenta e oitenta, ao longo da Cuiabá- Santarém e a Colonização do Aripuanã.
[6] BNDES, Cadernos de Infra-estrutura, Ranking do Setor Elétrico, RJ, agosto/1999.
^rND^1A01^nRosana R. dos^sSantos^rND^1A01^nRoberto^sZilles^rND^1A01^nRosana R. dos^sSantos^rND^1A01^nRoberto^sZilles^rND^1A01^nRosana R. dos^sSantos^rND^1A01^nRoberto^sZillesEletrificação de localidades isoladas: centros fotovoltaicos de carga de bateria e sistemas fotovoltaicos domiciliares
Rosana R. dos Santos; Roberto Zilles
Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos, Instituto de Eletrotécnica e Energia, USP 05508-900 São Paulo, SP tel.: 3818 4912 r.400 fax.: 3816 7828
RESUMO
Os centros fotovoltaicos de carga de baterias (CFCB) surgiram, inicialmente, como uma boa oportunidade para o estabelecimento de um sistema cooperativista ou da figura de um micro-empresário para administrar o fornecimento de pequenas quantidades de energia para fins de iluminação. A grande vantagem preconizada para estes sistemas consistia na eliminação completa da inadimplência de pagamento pelo serviço prestado, pois, a cada recarga, o usuário pagava uma quantia pré-estabelecida. Outra vantagem associada é a possibilidade de operar os centros de carga com um fator de capacidade maior do que o de sistemas domiciliares, acarretando menor investimento inicial em módulos fotovoltaicos para atender o mesmo número de usuários. No entanto, ao realizar um estudo do custo do ciclo de vida anualizado de centrais de carregamento, verifica-se que, devido à maior profundidade de descarga a que são submetidas as baterias, sua troca deve ser efetuada em períodos menores, acarretando altos valores de custo anualizado . Esta situação elimina a vantagem apontada acima. Fundamentando-se nas características positivas levantadas inicialmente, muitos centros de carga foram implantados no país. Em particular, analisa-se o caso da experiência realizada pela COPEL no litoral norte do Estado do Paraná. Esta experiência revelou aspectos importantes que devem ser considerados na escolha da tecnologia e, posteriormente, na sua implantação: o referido sistema de carregamento após um ano de operação foi substituído por sistemas fotovoltaicos domiciliares (SFD).
Palavras-chave: energia solar, eletrificação rural, centro fotovoltaivo de carga de bateria, sistemas fotovoltaicos domiciliares.
ABSTRACT
The Solar Battery Charging Stations (SBCS) were initially conceived to foster the establishment of an electrical community co-operative or of a private entrepreneur to supply small electricity demands to far-from-the grid households. The great foreseen advantages of the SBCS being security of payment for the electricity service and operation under higher capacity factor. However, an analysis of the annual costs of SBCCs indicates that they are in reality a more expensive alternative due to the shorter life-time of batteries. The paper presents the financial analysis of a case study, where SBCS and SHS were designed in order to offer equal electricity service. The paper also presents the SBCS experience of COPEL, that, after one and a half year of functioning was replaced by SHSs.
INTRODUÇÃO
Em 1993, Muhopadhyay et al [1] publicam os resultados de uma experiência de implantação de um sistema solar centralizado de carregamento de lanternas na Ilha de Kaikhali – Índia. As lanternas consistiam de uma lâmpada de 7W, um controlador e uma bateria de 6V e 12 Ah, resultando em um conjunto leve e bastante flexível do ponto de vista do transporte. Cada domicílio era possuidor de um destes conjuntos. Foi detectado, após o início do projeto, demanda por aumento do número de pontos de luz, indicando necessidade de maior quantidade de energia disponível.
Em 1994, Snyman & Enslin [2] introduzem o conceito de geração solar fotovoltaica centralizada para carregamento de baterias domiciliares em oposição aos sistemas de geração e armazenamento de energia centralizados com rede de distribuição. Eles identificaram como problema destas redes de distribuição o fato de não haver equilíbrio de consumo entre seus diversos usuários: domicílios econômicos acabavam sofrendo falta de energia elétrica devido ao comportamento daqueles menos ciosos do uso eficiente do recurso.
O conceito de centros fotovoltaico de carga de bateria, quando comparado com o de sistema fotovoltaico domiciliar, apresenta teoricamente algumas vantagens, tais como incentivo ao estabelecimento da figura do micro empresário, garantia de pagamento pelo serviço prestado, menor investimento inicial em equipamentos, menor custo de manutenção e operação, flexibilidade quanto ao aumento de capacidade de geração, e, dependendo do modelo de implementação adotado (totalmente privado, privado subsidiado, público-privado), melhor definição quanto à propriedade e financiamento dos equipamentos [3].
No entanto, a prática tem demonstrado que centros fotovoltaicos de carga de baterias (CFCB) têm sido desmontados ou abandonados em favor de sistemas domiciliares (SFDs), a exemplo de Barra do Ararapira da COPEL1 [4] e dos sistemas da Fundação Teotônio Vilela (FTV) 2. Vale apontar alguns fatos:
1) os centros de carga, pressupõem o transporte periódico das baterias, que pesam, em média, 25kg.
2) os CFCB mantém o problema encontrado nas redes de distribuição acima mencionadas, ou seja, a discrepância de modo de consumo entre usuários ocasiona variadas profundidades de descarga da bateria e se reflete em diferenças de vida útil. As baterias portanto não oferecem serviço equivalente após alguns ciclos de carga e descarga,
3) as baterias ficam submetidas a profundidades de descarga superiores àquelas previstas para SFDs e, portanto, morrem mais cedo. Além desta característica, implícita do projeto, o usuário tende, de qualquer forma, a permitir maior descarga da bateria, pois isto significa menor desembolso periódico para recargas.
Cabe então investigar o reflexo financeiro destes fatos através de uma comparação entre as duas alternativas de atendimento, pressupondo mesmo serviço energético para ambas.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CENTRO DE CARGA
TÉCNICO
O gerador fotovoltaico, instalado junto ao edifício do centro de carga, fornece energia para recarregar as baterias de usuários pertencentes à sua zona de influência. Na figura 1 vemos o esquema de um CFCB.
Para executar a função de recarga, um certo número de tomadas é disponibilizado. A determinação deste número está diretamente correlacionada com o quociente da quantidade de domicílios pertencentes à área de influência e do período ente recargas desejado.
Com relação ao tempo de recarga da bateria, é proposta do Banco Mundial [5] que seja de um dia. Desta forma, o usuário deixaria sua bateria para carregar pela manhã e a recolheria ao anoitecer, ficando sem o serviço de eletricidade durante aquele dia de recarga.
Para evitar este fato, um esquema semelhante ao do botijão de gás deveria ser adotado, ou seja, o usuário deixa uma bateria descarregada e leva outra carregada. Para tanto, o centro disporia de um número de baterias extras, proporcional ao número total de tomadas, isto pressupondo taxa de 100% de ocupação. Este esquema, no entanto, gera uma série de conflitos entre os usuários, como esclareceremos no próximo item.
Cabe ainda comentar que existem dois arranjos físicos possíveis para os centros de carga.
O primeiro é conhecido como busbar, onde as tomadas de recarga saem de uma barra comum, alimentada pela potência conjunta de todos os módulos fotovoltaicos. O controlador de carga e descarga mais a bateria podem ser instalados dentro de uma caixa, formando um kit, a ser transportado do domicílio até o centro e vice-versa (figura 2). Este esquema é o mais utilizado no Brasil.
O segundo, denominado, 'módulos dedicados', prevê um certo número de módulos fotovoltaicos por tomada de recarga, não havendo inter-conexão por barra entre as tomadas. O kit bateria pode ter o mesmo conceito daquele descrito acima. Este tipo de arranjo foi adotado no Marrocos, na Tailândia e nas Filipinas.
O Banco Mundial, através de seu documento Solar Battery Charging Stations: an analysis of Viability and Best Practices [5], sugere a utilização de painéis auto-regulados, eliminando a necessidade de controladores de carga. No entanto, ainda merece verificação a aplicabilidade deste conceito em climas tropicais.
Os módulos ditos auto-regulados possuem menor número de células em série e portanto menores tensões de circuito aberto e de ponto de máxima potência. Em latitudes temperadas a tensão menor garante que a corrente do módulo fotovoltaico cairá drasticamente para altos estados de carga da bateria, impedindo que ela sofra de sobrecarga. No entanto, em latitudes tropicais, a temperatura mais elevada de operação causa diminuição da tensão das células fotovoltaicas, o que indica que, no módulo "auto-regulado", com menos células em série, a tensão de saída será ainda menor, implicando queda acentuada da corrente mesmo antes de estar a bateria em seu pleno estado de carga.
ADMINISTRATIVO
Há basicamente três lógicas de implementação de projetos de eletrificação rural fotovoltaica utilizando aos centros de carregamento de bateria: totalmente privada, privada com subsídios e pública-privada.
A lógica totalmente privada pressupõe a compra, manutenção e operação do sistema por um agente privado, que contrai financiamento em condições de mercado para a compra dos equipamentos e recupera seu investimento através da cobrança de tarifa de recarga das baterias. A troca de baterias, controladores, lâmpadas e reatores fica a cargo do usuário, ou, mediante pagamento, a cargo do agente privado.
Na lógica privada com subsídio, o funcionamento é muito parecido com o descrito no parágrafo anterior, excetuando que as condições do financiamento são facilitadas por fundos ou linhas de crédito específicas de apoio ao desenvolvimento rural ou às energias renováveis.
Finalmente, quando se trata de um projeto de parceria do público com o privado, o subsídio vem na forma de repasse dos equipamentos do centro de carregamento para a comunidade através da concessionária, programa de governo ou ONG. O gerenciamento do centro é delegado a um empreendedor, que fica responsável pela recarga das baterias e pela manutenção e recolhe a tarifa correspondente ao serviço prestado. Nesta tarifa estão embutidos o salário do empreendedor e a reposição das baterias e controladores. Dentro deste esquema a reposição das luminárias é de responsabilidade do usuário, bem como a fiação interna da casa.
Dentro desta última lógica estão a maioria dos projetos já implementados no mundo e, principalmente, os dois projetos implementados no Brasil: COPEL (concessionária) e FTV (ONG).
Não importando a lógica de implementação, é necessário determinar a área de influência do CFCB, ou seja, seu mercado. O Banco Mundial [5] sugere uma área de influência de raio 12km para terrenos planos, significando que, aquele usuário que estiver na borda da zona de influência deverá empreender grande tarefa para ter carregada sua bateria3. Outros autores [6] [3] sugerem número de domicílios atendidos variando entre 30 e 40.
Os CFCB são geralmente calculados para repor a carga da bateria em um dia. O usuário deixa sua bateria "vazia" e pega uma "cheia". Este processo foi denominado estratégia do butijão de gás, que, para bem funcionar, implica todas as baterias terem o mesmo tipo de utilização e todos os dias serem igualmente insolarados, senão, haverá conflito entre os usuários.
De fato, a discrepância de modo de consumo entre os usuários submete as baterias a variadas profundidades de descarga, o que se reflete diretamente em diferenças de vida útil. As baterias passam a não oferecer serviço equivalente após alguns ciclos de carga e descarga. O usuário, por sua vez, começa a supor que o responsável pelo centro esteja praticando favoritismo, não lhe entregando bateria devidamente carregada. De fato, com a diminuição anormal da capacidade de carga das baterias, os usuário precisam recorrer ao centro mais a miúde. O centro, por sua vez, não foi dimensionado para tal demanda e o empreendedor acaba não podendo realmente carregar a 100% as baterias.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM SISTEMA DOMICILIAR
TÉCNICO
Os elementos fundamentais que caracterizam a todo sistema fotovoltaico são a própria carga e o módulo fotovoltaico. Em geral um sistema tão simples somente permitiria consumos proporcionais a radiação solar, isto é, durante as horas do dia e especialmente em dias claros. Em regra geral, é necessário dotar o conjunto de um sistema de acumulação que permita liberar o consumo da geração. Tais sistemas podem adotar muitas e variadas formas, sendo a mais freqüente a acumulação eletroquímica em baterias secundárias.
Para conseguir uma boa adaptação entre as características da bateria e os módulos fotovoltaicos, incrementando o rendimento do conjunto e prolongando a vida da bateria é conveniente intercalar entre ambos elementos um sistema eletrônico de regulação que evite sobrecargas e descargas profundas no acumulador. A figura 3 representa esquematicamente um sistema fotovoltaico domiciliar.
ADMINISTRATIVO
Os sistemas fotovoltaicos domiciliares apresentam diferenças importantes com relação aos CFCB's. A principal esta relacionada com a ausência deslocamentos para recarga de baterias. Os deslocamentos observados no funcionamento dos CFCB's, em certa medida, reproduzem um sistema de distribuição de energia. Nos SFD's geração e consumo estão fisicamente na propriedade do consumidor, não há distribuição. Portanto, é o usuário que assume a gestão energética de seu sistema. Esta configuração impede termos de diálogos tradicionais entre gerador e consumidor, isto é, nos casos de inadimplência, tanto no sistema convencional de atendimento pela rede elétrica como no CFCB, é fácil punir o usuário com o corte de fornecimento ou retenção da bateria no centro de carga. Esta característica dos SFD's tem suscitado enormes discussões e modelos de administração, que vão desde compras diretas, aluguel de equipamentos, leasing, etc.
ESTUDO COMPARATIVO DO CUSTO DO CICLO DE VIDA ANUALIZADO DE UM CFCB E UM SFD DIMENCIONADOS PARA O OFERECER MESMO SERVIÇO.
Neste estudo, procurou-se comparar as duas alternativas de atendimento do ponto de vista dos investimentos iniciais em módulos fotovoltaicos e das trocas de baterias.
Outros custos que apresentam influência na análise econômico-financeira de cada projeto isoladamente tais como instalação da infra-estrutura, operação e manutenção4, troca de lâmpadas e reatores, fiação interna da casa e controladores de carga, foram considerados idênticos nos dois casos e portanto anulados da equação comparativa.
Para que a análise seja passível de generalização, procurou-se executá-la normalizada por residência atendida, adotando-se a mesma demanda energética para ambos os casos e o mesmo nível de insolação.
Dimensionou-se um CFCB e um SFD para fornecer o mesmo serviço de 100Wh/dia a 35 residências localizadas em uma área cujo nível mínimo de irradiação é de 2,7kWh/m2 [ref. 7 pág. 147]. Como procedimento de cálculo, adotou-se o método do pior mês tanto para o centro de carga quanto para o sistema domiciliar.
O intervalo entre recargas de bateria no CFCB está previsto para 5 dias e 1 dia é o tempo necessário para recompor a carga da bateria. Para 35 casas e cinco dias de intervalo entre recargas, o número ótimo de tomadas é 7.
A tabela I resume os resultados deste dimensionamento:
No CFCB, as baterias foram especificadas em C10 devido à alta corrente de carga a que estarão submetidas durante o regime de carga, estimada em média como 7,9A. Para efeito comparativo, adotou-se C10 também no SFD, embora o regime de carga da bateria neste sistema ocorra com corrente sensivelmente menor, dada sua característica de ciclagem diária.
Com os valores adotados de potência de módulos fotovoltaicos e de capacidade das baterias, resultam os fatores de capacidade e profundidade média de descarga da bateria expressos na tabela II.
Vale ressaltar que a diferença percentual de fator de capacidade em favor do CFCB, citada como uma de suas vantagens, resulta somente da menor disparidade entre os valores calculado e adotado (vide tabela I) de capacidade de geração quando comparado com o SFD. Se fosse possível atingir com exatidão os valores calculados para ambos os casos, os fatores de capacidade seriam iguais.
A profundidade de descarga da bateria está diretamente relacionada com sua vida útil. Quanto mais profundos os ciclos repetitivos de carga e descarga, tanto menor sua vida útil.
A tabela III resume os principais resultados da análise financeira dos projetos, considerando um tempo de recuperação do capital igual a vida útil estimada do módulo fotovoltaico, ou seja, 25 anos, os valores de profundidade de descarga apresentados na tabela II, R$15/Wp e R$2,6/Ah C10.
Supondo que os projetos foram implementados de acordo com a lógica privada com subsídio, seria razoável se esperar taxa de desconto igual aquela praticada pelo Banco do Nordeste para financiamentos de projetos de desenvolvimento, ou seja 6%+TJLP, resultando em 14% aa.
Se a taxa de desconto for de 14% e a amortização acontecer ao longo de 25 anos o custo anualizado por domicílio de um CFCB equipara-se àquele de um SFD, para vida útil da bateria no CFCB igual a dois anos e três anos no SFD.
No entanto, relatos de campo nos deixam acreditar que a vida média de uma bateria de um CFCB seria de um ano e não dois, como previsto pelas curvas dos fabricantes. Alguns fatores foram identificados que justificam este fato:
1) mal funcionamento do controlador de descarga,
2) by pass do controlador permitindo descarga profunda,
3) bateria repassada para o usuário sem estar plenamente carregada,
4) danos advindos do transporte freqüente.
Neste caso, em sendo um ano a vida útil da bateria, o CFCB custaria 48% mais caro, em termos de custo anualizado por domicílio atendido, do que o SFD.
Dos R$ 322,05 de custo anual a 14% de taxa de desconto, 61% é exclusivamente para reposição das bateria, enquanto que, no SFD, a parte das baterias fica em 32%.
Adotando então um ano de vida para as baterias do CFCB e três anos para aquelas do SFD, realizou-se uma análise do custo resultante da energia. Para uma taxa de desconto de 14%, a energia fornecida pelo CFCB sairia R$8,82/kWh e a do SHS, R$5,96/kWh.
A figura 4 apresenta um resumo dos resultados discutidos neste item.
O CASO DO NORTE DO PARANÁ
Em agosto de 1996, a COPEL (Companhia Paranaense de Energia), em colaboração com o PRODEEM (Programa para o Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios do MME), instalou um CFCB de 1000Wp para atender 35 famílias de Barra do Ararapira, litoral norte do Estado do Paraná [4].
O projeto foi implementado dentro da lógica pública-privada, ou seja, o PRODEEM cedeu os equipamentos, a COPEL instalou e designou um agente privado para gerenciar o centro. A tarifa de recarga da bateria foi estipulada em R$2,00.
O centro de carga funcionou durante aproximadamente um ano e meio, sendo em seguida abandonado em favor de sistemas domiciliares, como pode-se observar na figura 5.
As alegações dos moradores para o abandono no centro de carga podem ser resumidas da seguinte forma:
dificuldade no transporte da bateria, especialmente para os idosos,
As características técnicas do CFCB e dos SFDs que o substituíram estão apresentadas na tabela IV a seguir:
Nota-se que tanto para o CFCB quanto para o SFD os mesmos usos finais são oferecidos. A diferença está na quantidade de energia diária disponível por domicílio, que se refletirá no número de horas de utilização, visivelmente maior no SFD.
Cabe agora analisar o perfil financeiro das duas opções de atendimento, adotando como taxa de desconto o valor de 9%, correspondente à rentabilidade do patrimônio líquido da COPEL no exercício de 1998 [8] e tempo de retorno do investimento igual à vida útil estimada dos módulos fotovoltaicos, ou seja, 25 anos.
Nestas condições, apresenta-se na tabela V o custo do ciclo de vida anualizado por domicílio para o CFCB e para o SFD, considerando R$15/Wp e R$2,6/Ah C10.
O custo anual de um domicílio atendido pelo centro de carga é 47,5% maior do que se fosse atendido por SFD.
Considerando que os equipamentos foram doados, vale verificar o quanto deveria despender um usuário para repor sua bateria ao longo de 25 anos em um e outro caso. Este resultado se encontra na tabela VI.
Ou seja, para o usuário, o CFCB custa 123% mais caro, caso seja ele que arque com as trocas de baterias ao longo de toda vida útil do módulo fotovoltaico.
Supondo agora que a tarifa de R$2 por recarga seja a remuneração da concessionária pela prestação do serviço a qual, portanto, se responsabiliza pela troca das baterias. Supondo ainda (a partir de observações de campo) que haja uma recarga a cada 3 dias, ou seja, 122 recargas anuais, o usuário reembolsaria para a concessionária R$244, representando praticamente o valor anual da troca de bateria.
No entanto, do ponto de vista do usuário, será mais vantajoso pagar R$110 anuais para ter um SFD, seja este pagamento feito para a concessionária, para um agente privado ou diretamente na compra de uma nova bateria.
CONCLUSÕES
A prática tem demonstrado que centros fotovoltaicos de carga de baterias (CFCB) têm sido desmontados ou abandonados em favor de sistemas domiciliares (SFDs), a exemplo de Barra do Ararapira da COPEL e dos sistemas da Fundação Teotônio Vilela (FTV).
As alegações dos moradores para tal fato podem ser resumidas da seguinte forma:
Devido à insatisfação do usuário com o serviço prestado pelo CFCB, a adimplência tende a diminuir, eliminando a grande vantagem administrativa preconizada para este tipo de atendimento.
Além disto, analisando-se o custo do ciclo de vida anualizado de um CFCB e de um SFD (dimensionados de forma a oferecer o mesmo serviço em termos de usos finais e horas de disponibilidade) e 14% de taxa de desconto, chega-se à conclusão que atender um domicílio com CFCB é 48% mais caro do que atendê-lo por SFD. Isto devido à diferença de vida útil da bateria: 1ano para CFCB e três para SFD.
No caso de se considerar 2 anos a vida da bateria de um CFCB, seu o custo anual eqüivaleria àquele do SFD.
Os fatores levantados neste artigo indicam que, ao menos no Brasil, o caminho para a utilização da energia solar na eletrificação rural passa mais pela resolução dos problemas de gestão e administração dos sistemas fotovoltaicos domiciliares do que pela adoção de CFCBs.
REFERÊNCIAS
[1] K. Mulhopadhyay et al, "Solar PV lanterns with centralized charging system – a new concept for rural lighting in the developing nations" in Solar Energy Materials and Solar Cells 31, pág. 437-446, 1993.
[2] D.B. Snyman e J.H.R. Enslin, "Centralised PV Generation and Decentralised battery storage to cost-effective electrification of rural areas", in Renewable Energy, vol 4, n. 1, pág 27-32, 1994.
[3] GTZ "Basic Electrification for Rural Households: experience with the dissemination of small-scale photovoltaic systems – a guidebook for decisionmakers, planners ans suppliers" pág. 40㫆. Division 415 Energy and Transport, GTZ. Eschborn, 1995.
[ 4] COPEL, "Energias Alternativas: utilização da Energia Solar na COPEL", http://agencia.copel.br/copel/port/negocios-ger-energiasolar.html em 03.29.2000
[ 5] World Bank, " Solar battery Charging Stations: an Analysis of Viability and Best Practices". Fevereiro, 1999.
[6] D.B. Snyman e J.H.R. Enslin "Cost Effective PV power for Electrification of Rural Areas by Solar battery Charging Centres", Proceedings of ISES Solar World Congress, Harare, Zimbabue, 1995.
[ 7] F.Morante, "Demanda Energética em Solar Home Systems", Tese de mestrado, IEE/PIPGE Universidade de São Paulo, Abril 2000. São Paulo, Brasil.
[8] COPEL, "Demonstrações Contábeis – Exercício 1999", pág. 11, http://www.copel.com/ri/pdf/balcopel1999.pdf acessado em 27/06/2000.
Endereço para correspondência
Rosana R. dos Santos
email: rosana2@uol.com.br
1 Fato constatado em visita de campo.
2 Informação obtida em entrevista com o coordenador do projeto da Fundação Teotônio Vilela de Alagoas.
3 A título de exemplo, caso este usuário acesse a pé o CFCB, ele deverá caminhar 2h com uma bateria de 25kg nos braços e depois regressar ao seu domicílio, isto não menos de uma vez por semana.
4 Não há consenso sobre a igualdade de custos de manutenção e operação entre CFCB e SFD. O Banco Mundial adota 5% e 20% a participação da O&M no custo final do projeto. A prática no entanto indica que esta participação tende a ser equivalente.
Avaliação dos sistemas fotovoltaicos instalados nas residências dos moradores da Ilha do Cardoso
Zilles R.; Morante F.; Fedrizzi M.C.
Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos, Instituto de Eletrotécnica e Energia, USP, Av. Prof. Luciano Gualberto 1289, CEP 05508-900, São Paulo, SP, Fax: 11 3816728278
RESUMO
Este trabalho apresenta os resultados da visita técnica realizada ao Parque Estadual da Ilha do Cardoso-SP para avaliação dos sistemas fotovoltaicos instalados nas residências de moradores da ilha. Todos os sistemas visitados pertencem ao programa comercial, iniciado pela CESP em 1997, denominado ECOWATT. As visitas possibilitaram o cadastro de 75 sistemas (2 igrejas, 4 escolas e 69 residências). Foram efetuadas entrevistas com os usuários presentes (56 entrevistas) e, em algumas residências teste de desempenho e funcionamento do controlador de carga. O trabalho revela claramente falhas no dimensionamento e que os sistemas estão fora dos padrões de qualidade recomendados para este tipo de instalação. Em nossa avaliação, a demanda para muitos usuários poderia ser suprida com um único módulo, de forma que teria o mesmo serviço com um menor valor mensal a ser pago à concessionária. Por outro lado, outros usuários necessitariam um sistema maior e poderiam pagar mais por este serviço. Neste sentido, faltou uma análise mais detalha do comportamento de uma família caiçara e das diferenças de estrato social e econômico entre os moradores da Ilha. As observações obtidas revelam que na hora de elaborar o programa de eletrificação fotovoltaica, não foram levados em conta uma série de fatores que sem dúvida, poderiam garantir o êxito final do programa.
Palavras-chave: Energização Rural, Sistemas Fotovoltaicos, Energia Solar, Demanda Energética
ABSTRACT
This work reports the results of a technical evaluation of Solar Home Systems project at Parque Estadual da Ilha do Cardoso–SP. The systems belong to the CESP's commercial program called ECOWATT, initiated in 1997. During the visit were registered 75 systems (2 churches, 4 schools and 69 houses). In same houses testes of charge control performance and operation were done. The work shows some problems at the design and at the technical standard. In our valuation, some systems should have been smaller and some biggest, depending the needs and the payment capacity of each family. In this sense, a study of caiçara's way of living were missing, as well as its difference at social and economic class. The results reveal that many simple, but important, aspects for the exit of the project were not take in to account.
1. INTRODUÇÃO
A nível global se observa cada vez mais a aceitação de que os sistemas fotovoltaicos são, para um leque amplo da população rural dispersa, a única alternativa de disponibilização de atendimento de pequenas quantidades de energia elétrica. Por outro lado, também se reconhece que os sistemas fotovoltaicos representam uma alternativa cara quando comparada com o sistema convencional de atendimento às zonas servidas pelas redes de distribuição. Sobretudo, quando as comparações são realizadas em termos do custo do kWh.
Apesar de ser uma alternativa cara desde o referencial tradicionalmente considerado, muitas outras soluções de atendimento (internalizando todos os custos) são mais caras ou não sustentáveis no atendimento da população dispersa, como por exemplo grupos de geração Diesel.
Diante dessa situação, muitas reuniões foram realizadas em âmbito nacional sobre a possibilidade de utilização da tecnologia fotovoltaica em programas de eletrificação rural de domícilos de baixa renda. Os primeiros Sistemas Fotovoltaicos Domiciliares (SFD), sistemas entre 50 a 200 Wp que visam atender domicílios privados, foram implantados no final de 1992 através de um projeto de cooperação internacional CEPEL/DOE/NREL [1]. Em 1996, começaram as primeiras discussões no estado de São Paulo sobre a viabilidade de realizar uma eletrificação rural fotovoltaica massiva das localidades de difícil acesso. Estas discussões foram iniciadas pela Secretaria de Estado de Energia no contexto do grupo que realizou um estudo de Planejamento Energético do Vale do Ribeira [2].
Na ocasião das discussões, havia em andamento na região, um esquema de implantação de SFD baseado em subsídios provenientes de ONG's [3]. Este subsídio se restringia aos equipamentos. Instalação, operação e manutenção ficaram a cargo dos beneficiários. A experiência deste projeto permitiu chegar a algumas conclusões, mas também ampliou o leque de perguntas e problemas, basicamente em relação aos subsídios requeridos e a forma apropriada de organizar a gestão e administração dos SFD.
As discussões propiciadas pela Secretaria de Estado de Energia apontaram duas formas de atendimento, com SFD, da população dispersa localizada na região do Vale do Ribeira:
- Propriedade privada, usuários ou associação de usuários proprietários dos SFD adquiridos através de fundos de ONG's ou de forma subsidiada podendo ser amortizados em vários anos. Nesta forma de implantação os beneficiários são os responsáveis pela operação e manutenção.
- Concessão de utilização, os usuários não são proprietários dos SFD apenas possuem uma autorização de utilização de um equipamento que disponibiliza uma certa quantidade de energia elétrica, pela qual pagam. Os SFD são de propriedade da empresa concessionária que também é a responsável pela manutenção.
A partir dessas discussões a CESP, atual ELEKTRO, em 1997 iniciou um programa de atendimento a clientes com energia fotovoltaica, denominado Programa ECOWATT. O modelo adotado buscava recuperar o capital investido e proporcionar um mecanismo sustentável de atendimento de regiões dispersas. Do ponto de vista econômico e administrativo o programa surgiu como uma resposta à problemática da eletrificação de domicílios individuais com SFD. Nesse sentido, deve-se reconhecer o esforço e mérito da área de distribuição da CESP que adotou uma posição de vanguarda, no âmbito das empresas concessionárias, na adoção de mecanismos de gerenciamento de SFD.
Este trabalho mostra resultados de uma avaliação técnica e aponta os problemas que estão contribuindo, apesar da existência de um mecanismo de gestão bem estabelecido, ao descredito do programa e da tecnologia fotovoltaica na região. Cabe ressaltar que os problemas encontrados não são particularidades do Programa ECOWATT, situações semelhantes são encontradas na maior parte dos projetos de eletrificação rural com SFD.
2. ANTECEDENTES
Desde de 1985, a Companhia Energética do Estado de São Paulo (CESP), atual ELEKTRO, vem fomentando o uso de sistemas fotovoltaicos em algumas localidades do Estado. Com relação ao Vale do Ribeira, como resultado de um convênio entre a Secretaria Estadual de Saúde e a CESP, entre 1985 e 1989, foram realizadas instalações em algumas Unidades Básicas de Saúde (UBS) da região, visando a melhor cobertura e qualidade do atendimento. Como resultado desse convênio foram beneficiados os postos de saúde de Marujá, Pedrinhas, Pilões, Praia Grande, Indaiatuba, Paraíiso e Santa Maria [4].
Posteriormente, a partir de 1991, a CESP e a Secretaria do Meio Ambiente – Instituto Florestal (SEMA-IF) passaram a estudar a forma de eletrificar com sistemas fotovoltaicos algumas Unidades de Preservação do Estado como parques estaduais, estações ecológicas, etc. A primeira unidade de preservação a ser atendida foi a Estação Ecológica Juréia-Itatins [5]. Adicionalmente, nesse ano, ambas instituições também começaram a desenvolver o denominado Programa Eldorado, tendo o apoio financeiro da Alemanha [6]. Embora o projeto date dessa época, somente em 1999 foram materializadas as instalações na Ilha do Cardoso, no denominado "Núcleo Perequê". Este estabelecimento está constituído por diversas edificações para laboratórios de pesquisa, tanques de cultivos da fauna marinha aquática, auditório para conferências e seminários, alojamentos com refeitório, cozinha e gabinetes de estudo. Neste núcleo foram instalados vários sistemas geradores fotovoltaicos totalizando fazendo um total de 8.910 Wp em módulos fotovoltaicos e e sistemas de acumulação de energia com um total de 16.510 Ah em bancos de baterias.
Com relação à eletrificação das moradias rurais do Estado de São Paulo, a CESP, em 1996 começou a esquematizarnos anos 90, desenhou um programa a política de eletrificação através da implantação de sistemas isoladosfotovoltaicos de forma comercial, isto é, sem subsídios. O esquema estabelecido fixava o fornecimento de eletricidade com energia proveniente de módulos fotovoltaicos. Assim, a partir de setembro de 1997 foram iniciadas as instalações do programa ECOWATT [7]. Para a realização deste programa, no Vale do Ribeira, foram escolhidas algumas comunidades rurais localidades nos municípios de Cananéia, Iporanga e Iguape. Estas localidades tinham como características principais aterem baixa densidade demográfica, a localização em importantes reservas de mata Atlântica do Estado e estarem constituídas por famílias de baixa renda. Além disso, as moradias destas famílias ficavam longe das redes de energia elétrica e não representavam um mercado potencial que justificassem grandes investimentos para serem eletrificadas por métodos convencionais.
Cabe ressaltar que na definição desta deste programa, empregando métodos comerciais de atendimento em sua implementação, ...."considerou-se como premissa que o projeto propiciasse retorno econômico. No entanto, analisando o nível de renda da população atendida, foram definidas condições de longo prazo para maturação econômica do projeto. Assim, a CESP, através de sua Diretoria de Distribuição, considerou adequadas condições de retorno sobre o investimento de longo prazo, entendendo ser essa uma de suas contribuições sociais ao desenvolvimento sustentável da região do Vale do Ribeira" [8]. Em todos os casos, considerando o aspecto ambiental, a opção tecnológica que mais se adaptava a esta situação foi a energização utilizando sistemas fotovoltaicos.
3. IMPLANTAÇÃO DO PROGRAMA ECOWATT
Definidas as linhas principaismestras deste do programa, a CESP em 1996 publicou o edital de licitação na qual indicava as principais características técnicas a serem atendidas pelas empresas interessadas. Entre outros dados, o edital especificava a localização das instalações; o nível de irradiação da localidade; a quantidade pretendida; os recursos financeiros dos usuários, os quais se responsabilizavam pelo pagamento mensal. Também se especificavam dados gerais do sistema tecnológico proposto constituídos por geradores fotovoltaicos completos e todos seus acessórios. A CESP determinou que caberia ao fornecedor dimensionar o sistema, tendo como base os usos finais indicados por ela nas Especificações Técnicas mencionadas no edital.
Os usos considerados pela concessionária foram:
• 2 lâmpadas fluorescentes compactas de 9 W, funcionando 4 horas por dia,
• 1 televisor preto e branco de 60 W, funcionando 3 horas por dia,
• 1 rádio de 30 W funcionando 3 horas por dia.
Com base a estes usos finais e as especificações técnicas correspondentes, a empresa que ganhou a licitação propôs configuração apresentada na tabela I.
Para instalar os sistemas, a ganhadora da licitação contratou os serviços de uma outra empresa, assim, a partir de setembro de 1997 começaram a ser materializadas efetivadas essas 120 instalações.
Com relação às questões jurídicas entre a CESP e os usuários, há um "Contrato de Autorização de Uso de Equipamentos de Produção de Energia Elétrica Através de Tecnologia Fotovoltaica de Conversão de Energia Solar", assinado por cada um dos usuários e a CESP. Dentro dos diversos aspectos contemplados neste contrato, a Cláusula Terceira especifica, por exemplo, que "tais equipamentos permitem a ligação de 2 (duas) lâmpadas fluorescentes compactas de 9 W cada, funcionando 4 (quatro) horas por dia, 1 (um) TV preto e branco pequeno, funcionando 3 (três) horas por dia e 1 (um) rádio AM/FM, funcionando 3 (três) horas por dia, ou carga elétrica equivalente, ficando vedado ao USUÁRIO a inclusão de outras ligações que não as aqui referidas". Assim também, através do Parágrafo Primeiro da Cláusula Sexta, ficou estabelecido que "a CESP instalará na unidade consumidora, o painel fotovoltaico, suporte, controlador de cargas e banco de bateria(s), que ficarão sob responsabilidade do usuário quanto a manutenção, conservação e quaisquer reparos que se façam necessários para preservar o bom funcionamento dos equipamentos".
Por outro lado, a Cláusula Oitava estabelece que "o USUÁRIO pagará à CESP, pela utilização dos equipamentos de conversão fotovoltaica e auxiliares o total de R$ 13,50 por mês, valor esse que será reajustado anualmente de acordo com a variação do IGPM da FGV – Fundação Getúlio Vargas". Em fevereiro de 2000, essa tarifa correspondia a R$. 17,90, figura 1.
Adicionalmente, na Cláusula Nona do contrato se menciona que "a CESP assumirá os ônus correspondentes à troca de 1 (um) banco de bateria(s) considerados os padrões usuais de vida útil dos equipamentos. Caso ocorram necessidades de trocas desses equipamentos, que excedam o previsto, a CESP analisará a seu exclusivo critério a responsabilidade pela reposição das baterias. Constatado o uso indevido pelo USUÁRIO os custos decorrentes serão de responsabilidade deste".
Considerando a não existência de subsídios e o objetivo comercial do programa ECOWATT, a CESP optou pelo estabelecimento de um mecanismo apropriado para assegurar o retorno econômico das instalações. A idéia principal era reproduzir este mecanismo e atender em condições similares até 2.000 famílias [8]. Pode-se observar que os passos seguidos pela CESP para implantar esta tecnologia, foram muito bem desenhados e, teoricamente, deveriam ter conduzido a ótimos resultados.
4. ESTADO ATUAL DAS INSTALAÇÕES
Entre os dias 3 e 8 de novembro de 1998, por solicitação do Instituto Florestal, técnicos do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (LSF-IEE/USP) realizaram uma visita técnica ao Parque Estadual da Ilha do Cardoso para avaliar os sistemas fotovoltaicos instalados nas residências dos moradores da Ilha. Esta inspeção não teve o objetivo de solucionar problemas, tarefa de responsabilidade da concessionária e da empresa vencedora da licitação, mas sim detectar e apontar os pontos críticos em várias ocasiões manifestados de forma dispersa pelos usuários das instalações.
Foram cadastrados 75 sistemas (2 igrejas, 4 escolas e 69 residências) e, realizadas entrevistas com os usuários presentes (56 entrevistas). Foram realizados também, de forma aleatória, testes de desempenho e funcionamento dos controladores de carga. O objetivo principal da visita técnica foi apontar os problemas como elemento de construção na busca de soluções entre as instituições envolvidas [9]. Cabe indicar que até o presente (junho de 2000) não foram tomadas nenhuma medidas para tentar reverter a situação encontrada na data da visita técnica. A continuação serão apresentados uma série de problemas encontrados que, em nossa opinião, deverão nortear as discussões entre a concessionária e a empresa responsável pela instalação dos equipamentos.
O SISTEMA DE GERAÇÃO
Os sistemas foram dimensionados em função dos dados contidos no edital de licitação, especificações técnicas. A empresa vencedora utilizou como critério de dimensionamento dos sistemas os dados fornecidos no edital para o "pior mês", procedimento muito estendido entre as empresas instaladoras que conduz, invariavelmente, ao sobredimensionamento dos módulos fotovoltaicos. O valor utilizado foi de 2,86 kWh/m2.dia, para a irradiação diária média mensal no mês de junho em superfície horizontal. De acordo com o edital mencionado, a empresa deveria fornecer um sistema capaz de suprir a seguinte demanda, tabela II.
A empresa ofertou 2 módulos de 70 Wp com , corrente de operação trabalho de 8,50 A, para a associação de dois módulos em paralelo. Considerando o dimensionamento pelo "pior mês", isto é, irradiação de 2,86 kWh/m2.dia em superfície horizontal e que os módulos estão orientados ao norte com inclinação igual a 30o, obtemos 3,12 kWh/m2.dia. Tal situação nos conduz a uma geração, para o "pior mês", de 26,52 Ah/dia. Assumindo-se um fator conservador de segurança de 1,2, teríamos ainda uma geração de 22,10 Ah/dia. Pode-se observar que os módulos estão sobredimensionados para a demanda proposta, 17,95 Ah/dia (observe que estamos tratando da pior situação possível).
Em geral o sobredimensionamento não oferece nenhum problema ao usuário, sempre e quando o banco de baterias esteja adequadamente dimensionado para absorver o excesso de energia referente aos meses com melhor irradiação. O único porém se refere a que o usuário estará pagando por um investimento inicial do qual não poderá usufruir em sua totalidade, uma vez que o banco de baterias não está dimensionado apropriadamente.
Em nossa avaliação, a demanda para muitos usuários poderia ser suprida com um único módulo, de forma que teria o mesmo serviço com um menor valor mensal a ser pago à concessionária. Por outro lado, outros usuários necessitariam um sistema maior e poderiam pagar mais por este serviço. Merece aqui mencionar que não se tem conhecimento de nenhum estudo de demanda foi realizado antes da implementação dos sistema e que não foram, não sendo consideradas as diferenças socioeconômicas encontradas entre os moradores da Ilha e seus respectivos estilos de vida.
BANCO DE BATERIAS E CONTROLADORES DE CARGA
Os sistemas de acumulação estão constituídos por duas baterias de 54 Ah associadas em paralelo, resultando em uma capacidade de 108 Ah, em C20. A empresa vencedora utilizou como critério de autonomia, 2 dias consecutivos, isto é, a descarga máxima permitida seria de 35,90 Ah. Esta situaçãodescarga conduz a uma profundidade máxima de descarga de 33,2 %. Entretanto, os ensaios realizados mostram que o controle de sobredescarga atua quando a tensão da bateria atinge o valor de 11,7 V. Tal valor representa uma profundidade de descarga de 60%, situação que certamente reduzirá o tempo de vida das baterias.
Por outro lado, no LSF-IEE/USP foram realizados alguns testes de carga e descarga de 4 baterias retiradas de 2 instalações do programa, apósdepois de 2 e 2,5 anos de uso respectivamente. A Tabela III apresenta os resultados de capacidade obtidos. Antes da realização dos testes de capacidade as baterias foram submetidas a um ciclo de carga e a um período de 24 horas à tensão constante de 14,4 V [10]. Os testes de capacidade foram realizados a um regime de descarga correspondente a I20.
Através do teste foi possível observar que as baterias estão com capacidades entre 10 e 13% da capacidade nominal (uma bateria é considerada tecnicamente morta quando sua capacidade atinge 80% da nominal). Estes resultados apontaram as deficiências do equipamento de controle de carga, no sentido que a excessiva sobrecarga permitiu a evaporação de água das baterias que não pode ser reposta. Em primeiro lugar, por estarem em uma caixa lacrada e em segundo, por não permitirem este tipo de manutenção. Trata-se de baterias automotivas sem acesso à manutenção mas que possuem um pequeno orifício que permite a evaporação do eletrólito. As 4 baterias foram pesadas e estavam com cerca de 1 kg a menos que seu peso nominal. Em outras palavras, podemos dizer que cada bateria perdeu aproximadamente 1 litro de água, ou seja cerca de 150 ml por célula.
Além desta constatação, observamos também que o controle de sobrecarga somente atua quando a bateria atinge a tensão de 14,8 V. Valor excessivo para o tipo de bateria que está sendo utilizada. É evidente que o banco de baterias está subdimensionado em função da potência instalada em módulos fotovoltaicos. A própria empresa responsável pela instalação reconhece este problema ao sugerir para alguns usuários a inclusão de mais uma bateria. Registramos uma instalação na qual a empresa incluiu uma bateria a mais, sendo o custo da bateria adicional coberto pelo usuário. Situação como esta denota a diferenciação feita entre os usuários, embora todos tenham assinado o mesmo contrato e assumido os mesmos compromissos.
Diante do encontrado em campo sugerimos, para melhor aproveitamento do sistema e satisfação dos usuários, a substituição das atuais baterias por outras de maior capacidade. Neste caso, cada sistema deveria ter uma sistema de acumulação combateria de capacidade nominal de 180 Ah, em C20. Além disso, faz-se necessário a modificação dos set points dos reguladores ou sua substituição por outros de melhor desempenho. Ainda com relação aos reguladores, a existência de uma chave que possibilite ao usuário comutar para uma posição de funcionamento que permita descargas mais profundas, torna inócua qualquer ação de lacrar as baterias para evitar sua utilização além dos limites permitidos pelo controlador de carga.
ACESSÓRIOS, FIOS E CONEXÕES
Neste aspecto as instalações encontram-se fora do recomendável, a fiação utilizada para conectar os módulos não é apropriada para uso na intempérie. Internamente as fixações da fiação não apresentam uma padronização. Há residências onde nenhum cuidado foi tomado neste sentido.
TREINAMENTO E MANUAL DE OPERAÇÃO
Apesar de que cerca de 60% dos entrevistados tenham acusado o recebimento do Manual de Operação, não existe evidências de que o treinamento aos usuários tenha sido cumprido. Lembramos que este requisito foi exigido à empresa vencedora. O desconhecimento geral dos usuários sobre o funcionamento de seu sistema denuncia o não cumprimento dessas exigências.
5. OUTRAS CONSTATAÇÕES TÉCNICAS
A seguir serão relatadas outras constatações verificadas ao longo da visita técnica e em trabalhos de campo adicionais feitos pelo Grupo de Pesquisa do IEE/USP:
SUPERFÍCIE DO GERADOR SUJA
A acumulação de poeira na superfície dos módulos (gerador), diminui a irradiação incidente sobre as células fotovoltaicas, implicando na redução de geração de eletricidade, figura 2.
Observou-se que no tipo de módulo em questão, a menor distância entre a borda da moldura metálica e as células contíguas dão-se no sentido de sua longitude. Tendo, os módulos fotovoltaicos, sido instalados na posição horizontal, ou seja, com seu lado mais longo paralelo ao solo, o acúmulo de poeira nas bordas atinge as células, produzindo assim um sombreamento sobre elas. Este fato é de ocorrência freqüente, e pode ser solucionado mantendo-se sempre limpa a superfície dos módulos ou instalando-os com um giro de 90o em relação à posição atual (com o lado mais estreito do módulo paralelo ao solo, nesta posição existe maior separação das células e o marco do módulo, ver figura 2).
CAMPO FOTOVOLTAICO EM LOCALIZAÇÃO NÃO APROPRIADA
Em algumas situações observou-se o campo fotovoltaico (módulos agrupados) instalado muito próximo a porta principal, obstruindo notadamente a passagem. Esta situação é agravada pela pouca altura da estrutura que expõe as pessoas a golpes contra as esquinas dos módulos, figura 3.
A localização correta do gerador deve considerar, além dos aspectos próprios da irradiação solar (orientação e ausência de sombras), outros aspectos relativos a integração na residência. Em geral, deve-se evitar a criação de impedimentos a qualquer atividade e, em particular, ao trânsito livre das pessoas. No momento da instalação, é comum que o usuário não seja consciente dos transtornos que podem derivar da existência permanente de novos elementos no conjunto de sua residência. Por isto, cabe ao instalador atentar para este tipo de situação procurando integrar os equipamentos da melhor forma ao ambiente doméstico.
INSTALAÇÃO E QUALIDADE DA FIAÇÃO
A qualidade da fiação externa e sua instalação deixaram a desejar em muitos casos. O tipo de fio não é o mais apropriado para instalações externas, sujeitas a intempérie, como também a má instalação pode causar sua ruptura, com o roçamento causado pelo vento contra paredes e esquinas, como ilustra a figura 4.
Com relação à fiação interna, foram utilizados fios sem nenhuma identificação e, sem fixação à parede. Aos conseqüentes riscos de enganche fortuito e de erros na conexão ao regulador, há que acrescentar a péssima aparência, que atenta contra a integração dos sistemas no universo do usuário. É fundamental que o instalador entenda a importância de uma boa instalação, não só do ponto de vista técnico como também estético. A falta de estética pode diminuir, por parte do usuário, toda a atenção e cuidado que o mesmo deve ter em relação a sua instalação.
FIOS USADOS COMO PLUGS, E TOMADAS MAL POSICIONADAS
Observamos que o instalador procedeu conforme métodos habituais na eletrificação AC convencional, sem levar em conta a necessidade do fornecimento de plugs especiais para a utilização de equipamentos elétricos na instalação, figura 5.
A implementação de sistemas fotovoltaicos deve incluir, não somente tomadas de corrente, mas também plugs que garantam a proteção frente a inversão de polaridade. Por tanto, o usuário, ou algum técnico local, deve ser capacitado para a substituição dos plugs especiais. Por outro lado, foi constado o mal posicionamento das tomadas. Praticamente na sua totalidade as 2 tomadas por residência, contempladas no programa ECOWATT, foram instaladas uma ao lado da outra, o que não nada é apropriado. Considerando-se que são tomadas para a utilização de aparelhos de rádio e televisão e que são utilizados, quando ao mesmo tempo, em peças separadas, não se compreende o motivo de tal decisão.
Os usuários afirmaram que foi pedido aos instaladores a colocação das tomadas em peças separadas (1 para a televisão na sala e outra para o rádio na cozinha ou no dormitório), mas o pedido não foi atendido em nenhum caso. Isto tem como conseqüência direta os seguintes fatos: a) a elevação do volume do aparelho que está sendo utilizado, quando o ouvinte não se encontra na mesma peça que o aparelho; b) a utilização de fios de extensão que ficam soltos pela casa; c) muitas pessoas seguem utilizando pilhas para os rádios para possibilitar sua utilização em outras dependências da casa.
A solução desse problema seria a realocação das tomadas para os locais desejados, uma vez que o usuário está pagando pelo serviço e deveria poder decidir onde quer que as mesmas sejam instaladas. Ressaltamos que não há impedimento técnico para tanto.
BATERIAS NÃO PERTENCENTES AO SISTEMA INICIAL
Alguns usuários, dando-se conta de que seus módulos fotovoltaicos poderiam carregar bem mais do que suas 2 baterias (de 54 Ah cada), estão carregando baterias não pertencentes ao sistema, figura 6.
O carregamento da terceira bateria dá-se de forma imprópria. A bateria carregada "por fora", não está sujeita ao controlador de cargas, (não é protegida de sobrecarga nem de sobredescarga), o que deve acarretar em morte prematura da mesma. O problema se agrava pelas péssimas condições de segurança em que se realiza a carga, ou seja, sua localização é acessível a qualquer criança ou animal, e as tampas para a inspeção do eletrólito costumam estar abertas, porque a bateria "ferve", como dizem alguns usuários.
PARAFUSOS E FIXAÇÕES INAPROPRIADOS
Observou-se a utilização de parafusos e fixações inapropriados às intempéries a que estão expostos. Com o tempo, o deterioro deste material pode pôr em risco a integridade e o bom funcionamento dos equipamentos, figura 7.
A única solução cabível é a substituição destes materiais por outros mais apropriados aos usos que se propõem, não esquecendo de que as condições de salinidade do ar local são altas, por tratar-se de região litorânea.
MÁ ORIENTAÇÃO DOS MÓDULOS, SOMBREAMENTO
Em alguns casos observou-se o mau posicionamento dos módulos, com um conseqüente sombreamento precoce. Neste tipo de situação, a solução deve ser a realocação dos módulos para uma posição mais propícia.
REATORES QUEIMADOS, LÂMPADAS ENEGRECIDAS, UTILIZAÇÃO DE LÂMPADAS INCANDESCENTES
Detectou-se a existência de reatores queimados e, sem orientação de onde adquirir novos, alguns usuários lançam mão de alternativas, que apesar de criativas, não são as mais indicadas, como pode-se observar na figura 8.
Praticamente a totalidade da lâmpadas PL de 9 W implementadas pelo projeto apresentam enegrecimento das extremidades, ou seja, sinal de envelhecimento precoce das mesmas.
É unânime a demanda por mais pontos de luz nas residências. Até nas menores residências há a necessidade de, pelo menos, um terceiro ponto de luz, que seria localizado no banheiro. Na sua falta, muitos usuários seguem valendo-se de velas, lampiões e lanternas para a utilização do banheiro no período noturno. Outros, no entanto, instalaram lâmpadas incandescentes, pela dificuldade de encontrar reatores e lâmpadas PL de 4 pinos no mercado local e por seu alto preço frente a opção por lâmpadas incandescentes. A falta de informação de que as lâmpadas incandescentes são menos eficientes também colabora para a sua maior utilização.
6. GRAU DE SATISFAÇÃO DOS USUARIOS
Diante de todos estes problemas pode-se dizer que a grande maioria dos moradores da Ilha do Cardoso que se acolheram ao programa não estão satisfeitos com o serviço prestado por esta tecnologia. Esta situação se reflete no alto nível de inadimplência observado. Por outro lado, esta insatisfação fica também exteriorizada através de opiniões negativas sobre a tecnologia fotovoltaica que muitos moradores da ilha manifestam. Além disso, os usuários manifestam que a tarifa cobrada é alta frente a qualidade do serviço prestado.
SERVIÇO PRESTADO PELOS SFD
Com o intuito conhecer o nível de consumo energético dos usuários destas instalações, o LSF-IEE/USP estabeleceu uma pesquisa de campo com a participação de algumas das famílias da localidade [11]. Para materializar esta pesquisa foi necessário utilizar medidores eletrônicos de Ampères-horas e uma metodologia de obtenção de dados adequada. Participaram da pesquisa 18 famílias de 4 comunidades rurais do Vale do Ribeira com características socioeconômicas e culturais diferentes [12].
Dessas 18 famílias, 4 estão localizadas na Ilha do Cardoso. Famílias 1 e 2 dispõem de sistemas obtidos através do programa ECOWATT, a família 3 não se acolheu ao programa, no entanto possui um sistema fotovoltaico adquirido com recursos próprios. A família 4 dispõe de um sistema que o LSF-IEE/USP instalou com a finalidade de demonstrar a funcionalidade e confiabilidade da tecnologia fotovoltaica. Na tabela IV estão relacionadas as principais características dos sistemas.
Os resultados das medições de consumo podem ser observadoas no histograma da figura 9. Pode-se notar que os consumos das famílias 1 e 2, mesmo dispondo de um sistema maior (proprograma ECOWATT) são inferiores aos das outras famílias 3 e 4 que possuem um sistema de menor potência.
Por outro lado, para conhecer o consumo nas instalações das outras famílias da região, a continuação são mostrados os resultados da pesquisa. Os dados correspondem às famílias que obtiveram maiores níveis de consumo em sua respectiva comunidade, cada uma dispondo de sistemas fotovoltaicos com distinta configuração. Assim a família 5 pertence à comunidades de Varadouro e a família 6 à comunidade de Retiro, ambas localizadas no município de Cananéia. Já a família 7 pertence à comunidade de Sítio Artur localizada no município de Ilha Comprida. As características das cargas e sistemas estão indicados na tabela V.
Os resultados das medições de consumo de todas estas famílias estão indicados na figura 10.
Observando as distintas configurações dos sistemas e das cargas, além dos níveis de consumo alcançados por estas famílias, podemos ver as grandes diferenças existentes com os sistemas do programa ECOWATT. No caso das famílias 5 e 6, seus consumos têm níveis parecidos às famílias 1 e 2 com sistemas do programa ECOWATT. Embora seus geradores fotovoltaicos tenham 70 e 48 Wp respectivamente, seus sistemas de acumulação são de 135 Ah. Por outro lado, a família 7 da comunidade de Sítio Artur, com um gerador de 110 Wp e uma bateria de 135 Ah, usufrui do uso de diversos eletrodomésticos já que dispõe de um inversor DC/AC de 75 W.
Em todos osestes 3 casos, o grau de satisfação destas famílias é muito alto assim como a confiabilidade na tecnologia, contrariamente ao que acontece com a maioria das famílias do programa ECOWATT. A situação fica mais crítica se considerarmos que muitas delas somente utilizam 2 lâmpadas fluorescentes de 9 W, sendo obrigadas a utilizarem velas e lamparinas para suprir esta deficiência.
7. COMENTÁRIOS E RECOMENDAÇÕES
Embora a concessionária tenha criado um programa inovador e com grandes chances de sucesso as observações apresentadas revelam que na hora de implantar o programa, não foram levados em conta uma série de outros fatores que, sem dúvida, poderiam garantir melhores resultados.
Em resumo, os problemas apresentados após a implantação guardam relação principalmente com:
- a configuração escolhida,
- a maneira como foram feitas as instalações sem levar em conta padrões mínimos de qualidade,
- a ausência de supervisão durante o processo de montagem e de monitoramento dos sistemas após implantação.
A desconsideração destes aspectos não encontram justificativa pois no âmbito da eletrificação convencional tais procedimentos são usuais e fazem parte dos padrões de qualidade das concessionárias. Para cada nova implantação cuidadosas licitações, supervisão técnica e controles de qualidade de equipamentos são efetuados, assim como planos de manutenção, rotinas de inspeção e treinamento de pessoal qualificado. A observância desses procedimentos na implantação do Programa ECOWATT conduziriam, sem dúvida, a melhores resultados.
Por outro lado, faltou também uma análise mais detalhada do comportamento de uma família caiçara e das diferenças de estrato social e econômico entre os moradores do Parque Estadual da Ilha do Cardoso. Estas diferenças levam a que cada família tenha um comportamento distinto perante a eletrificação o que ficara manifestado em sua demanda energética.
Adicionalmente, não foi definido um esquema claro de manutenção que permitisse, por um lado, reparar as falhas em curto espaço de tempo e, por outro, determinar com precisão quem é o responsável dos custos correspondentes aos equipamentos que devem ser repostos, como por exemplo os reatores queimados nos primeiros meses de uso.
Apesar de toda esta problemática, acreditamos que não há justificativa para abandonar o programa ECOWATT, ele reúne características relevantes para um programa de eletrificação de população dispersa.
Terminantemente, o programa merece uma revisão de seus objetivos e uma reestruturação dos sistemas instalados nos seguintes aspectos:
- substituição dos reguladores de carga,
- substituição das baterias,
- adequação da geração, acumulação e demanda,
- revisão da instalação elétrica,
- treinamento técnico em condições didáticas conforme previsto no contrato original.
Estas medidas poderão reverter a opinião negativa que dos usuários em relação ao programa e, certamente contribuirão para diminuição dos níveis de inadimplência observados. A problemática relatada não deve ser um fator que inibe a difusão da tecnologia fotovoltaica. O modelo proposto pela CESP guarda aspectos interessantes que merecem ser evoluídos a partir da experiência realizada.
REFERÊNCIAS
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Endereço para correspondência
Zilles R.
e-mail: zilles@iee.usp.br
Sistema híbrido Eólico-Fotovoltáico: alternativa na geração descentralizada de eletricidade para áreas rurais isoladas
Luiz Antonio Rossi
Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola, Departamento de Construções Rurais e Ambiência, Cidade Universitária "Zeferino Vaz", Distrito de Barão Geraldo, Caixa Postal: 6011, CEP: 13083-970, Campinas, SP, Brasil, Tel: +55(019)788-1041 e Fax: +55(019)788-1010
RESUMO
Na maioria dos países em desenvolvimento, as características da demanda de energia no setor rural, especialmente baixa densidade populacional e limitado poder aquisitivo, elevados investimentos em rede de distribuição e baixo consumo de energia dificultam a expansão desta forma mais convencional de suprimento de eletricidade. Muitos estudos tem relatado que sistemas descentralizados, e sua inserção no processo de energização rural, podem superar estas dificuldades.
Este trabalho descreve uma metodologia apropriada e original para, através da simulação em computador, serem realizados estudos visando a geração descentralizada de energia elétrica usando sistema eólico-fotovoltáico. Ela atende ao planejamento descentralizado e ao suprimento energético de localidades situadas em áreas isoladas, pequenas comunidades rurais, propriedades agrícolas, etc..
Podem ser realizadas análises técnicas, que consideram as variáveis mais significativas do sistema eólico-fotovoltáico, visando o dimensionamento do sistema. Uma característica importante do modelo de simulação é considerar a variabilidade e a disponibilidade do recurso solar numa base horária. Desta forma, situações e condições muito próximas daquelas que realmente ocorreriam podem ser simuladas.
Com o algoritmo de cálculo empregado, podem ser determinadas, dentre outras, as seguintes quantidades: fator de capacidade, fator de utilização, potência instalada, energia anual gerada e a probabilidade de déficit. Um exemplo de atendimento a uma demanda específica é dado. Pelos resultados foram comprovadas as características e versatilidade intrínsecas ao modelo de simulação.
Palavras-chave: Energização Rural, fontes alternativas, sistemas integrados, energia fotovoltáica, energia eólica.
ABSTRACT
In most developing countries the characteristics of energy demand in the rural context, especially for both the low population densities and the low income people, the heavy investments in the distribution network and the low consumption have restricted the spreading of this more convenient way of energy supply. Many studies relate that decentralized systems and its insertion in the rural energizing process can overcome these barriers.
This work describes an appropriate and original methodology for evaluating the generation of electrical energy by using hybrid aeolian-photovoltaics systems. The methodology is used in energy planning to supply small remote communities and farms. With this methodology, several technical analysis can be carried out involving parameters and variables of the aeolian-photovoltaic systems.
The simulation model takes into consideration the variability and the availability of the resources. This is made on an hourly basis. With this is possible to simulate real situations and conditions. The model calculates the capacity factor, utilization factor, installed power, annual energy generated and the loss of power supply probability.
Using the proposed method, a hybrid aeolian-photovoltaic system was simulated to supply a specific energy demand and the results are presented. The results have shown that the new model is very flexible and reliable.
INTRODUÇÃO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O suprimento energético ao meio rural tem sido um grande desafio, especialmente nos países subdesenvolvidos e em desenvolvimento, devido às enormes disparidades econômicas e sociais e às dimensões geográficas destes países, conforme (LEWIS, 1984), (MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, 1984) e (CORREIA, 1992). Especificamente no Brasil, perto de 70% das propriedades agrícolas não recebe energia elétrica da rede pública (MINISTÉRIO DA AGRICULTURA E REFORMA AGRÁRIA, 1991).
No decorrer dos anos, os custos sempre crescentes dos sistemas de geração, transmissão a grandes distâncias e das linhas rurais para atender locais isolados e áreas com baixa densidade populacional inviabilizaram, praticamente, os programas de expansão da eletrificação tradicional.
A crescente demanda reprimida do setor rural, as dificuldades do setor elétrico, as pressões políticas e sociais exigem, na busca de soluções, o engajamento de outros setores (privado) e outros agentes (prefeituras, sindicatos, cooperativas, entidades de ensino e pesquisa e proprietários) no desenvolvimento de alternativas energéticas para o campo (REIS e MORALES, 1994).
Diante do exposto, e dos relatos tanto de estudos de casos feitos por (SHANKER e KRAUSE, 1992), (VERA, 1992) e (CAMPOS, 1993), quanto de métodos de análise expostos por (CHABOT, 1992), (CHAER e ZEBALLOS, 1993), (ROSSI, 1995) e (CARVALHO et al), deve-se notar que são imprescindíveis a intensificação dos estudos no sentido da exploração das potencialidades dos recursos endógenos e o estabelecimento de metodologias que identifiquem o melhor e mais adequado sistema de suprimento de energia (ABADE et al). Esta forma de ação complementaria os programas de expansão da eletrificação rural por linhas de transmissão.
No caso deste trabalho, o enfoque foi dirigido à elaboração de metodologia para auxiliar os estudos técnicos do planejamento da geração de energia elétrica. É proposto um modelo de simulação de operação de um sistema híbrido que utiliza painéis fotovoltáicos e aerogeradores para gerar energia elétrica.
Uma de suas principais características é que ele leva em consideração a variabilidade e a disponibilidade dos recursos numa base horária, permitindo, assim, simular o sistema em condições muito próximas daquelas que realmente ocorrem.
MATERIAL E MÉTODOS
A análise da demanda e do suprimento energético nos setores rural e agrícola, com especial referência à energia renovável, gerou o conceito de sistemas integrados de geração de energia. Dentre estes, o sistema híbrido. Ele é definido como uma combinação de fontes energéticas convencionais e renováveis dimensionadas para atender os requisitos de energia daqueles setores.
O sistema híbrido é composto, preferencialmente, por módulos fotovoltáicos com suas estruturas e controladores próprios, grupo motor diesel-gerador elétrico com chave de transferência, aerogeradores com suas torres de montagem, seus reguladores, centro de carga e anemômetro, conjunto de baterias, inversores DC/AC, e, dependendo do caso, transformador e rede de distribuição. A combinação, também, com aproveitamento hidráulico pode apresentar aspectos interessantes sob o ponto de vista da complementaridade, o que permitiria otimizar o(s) sistema(s) segundo as disponibilidades dos recursos primários e as características da demanda e do consumo.
Faz aqui a análise de um sistema eólico-fotovoltáico. A complementaridade deste arranjo pode ter um caráter sazonal, já que esta aconteceria quando, em certa época do ano, ocorressem ótimas condições de radiação solar e fraca intensidade de velocidades de vento, ou vice-versa.
A integração dos recursos radiação solar e vento é feita através da eletricidade por eles gerada e armazenada em baterias eletroquímicas. Após, a energia pode ser usada nas formas DC, diretamente, ou AC, com o auxílio de um sistema de condicionamento de potência.
Quando a análise envolve sistemas integrados que usam recursos renováveis, em função de suas características intrínsecas: variabilidade, baixa densidade energética, localização específica, etc., existe uma certa complexidade em se dimensionar e analisar tais sistemas. Assim, por causa desta não constância na ocorrência e nas quantidades, é necessário o emprego de modelos que simulem o desempenho e o comportamento daqueles sistemas.
O modelo de simulação opera numa base horária, isto é os dados relativos à radiação solar, à velocidade do vento, à demanda e os resultados, em termos das energias envolvidas, são todos para cada hora do dia. Os parâmetros relevantes para o sistema híbrido são aqueles mostrados nas figuras 1 e 2, respectivamente, para o arranjo fotovoltáico e para o eólico.
A velocidade horária do vento constitui-se em dado de entrada e é baseada na média mensal do local. Um outro parâmetro importante é a radiação solar incidente, a qual permite estimar a energia disponível no local. Esta radiação é calculada através de metodologia citada e usada em (ROSSI, 1995). Também, são necessários dados da radiação solar mensal no plano horizontal.
Com isto, o programa computacional determina a radiação efetiva que incide no plano do painel com a inclinação desejada. Isto porque são determinados, para cada dia do ano, o fotoperíodo, a hora do nascer do sol e a hora do pôr-do-sol. Aqui, considera-se apenas a opção painel fixo(sem rastreamento solar), pois esta caracteriza-se como a configuração com menor custo de instalação.
Do lado da carga, faz-se o mesmo com a demanda. Ou seja, dados horários da potência solicitada pela carga são necessários. A figura 3 ilustra a introdução destes dados. Nota-se que os valores horários podem ser repetidos para um dia e/ou para um mês e armazenados num arquivo de dados com a extensão 
.CFG.
O algoritmo de cálculo empregado baseia-se em equações e conceitos descritos em (ROSSI, 1995). Com ele é possível determinar, entre outras, as seguintes quantidades: fator de capacidade do sistema eólico-fotovoltáico, a potência instalada, as energias disponível e utilizada pela carga, o fator de utilização do sistema e a probabilidade de déficit.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As operações e comandos, que aparecem na tela do computador, a serem realizados pelo operador ou usuário obedecem a seqüência: seleção e configuração do sistema de geração, entrada de dados da fonte solar, da fonte eólica e da demanda, realização da simulação e obtenção dos resultados.
Com o modelo de simulação desenvolvido, um exemplo de um sistema atendendo uma determinada demanda horária foi realizado. Especificamente, analisa-se aqui o efeito da sazonalidade. Esta é caracterizada pela variabilidade nas quantidades de energia e potência produzidas por sistemas de geração, no período de tempo analisado, quando existem restrições, respectivamente, de disponibilidade do recurso primário e de potência instalada.
No caso de recursos renováveis esta variabilidade ocorre em função do caráter altamente aleatório dos fluxos naturais destes recursos. Este fato confere às fontes renováveis uma elasticidade operativa muito baixa.
Portanto, através do estudo do efeito da sazonalidade, um sistema de geração de energia pode suprir os picos de demanda e as quantidades de energia de forma mais adequada, evitando, assim, o superdimensionamento das instalações e/ou do sistema de armazenamento.
O modelo de simulação desenvolvido permite que se efetue este tipo de estudo, pois proporciona ao usuário a opção de escolher, dentro do período de um ano, tanto a data de início quanto o número de dias do intervalo de estudo desejado.
0 caso apresentado a seguir procura mostrar, de maneira simples, como é feito o suprimento não só da demanda máxima, mas também da energia horária quando há falta do recurso e/ou de potência instalada.
Utilizando arquivos de dados do programa, simulou-se o sistema eólico-fotovoltáico atendendo uma carga, cujo consumo diário é 133,5 kWh e demanda máxima de 15 KW, durante o período de dois dias. 0s resultados de algumas variáveis estão dados na tabela 1.
Com a finalidade de ilustrar a descrição deste caso, usando-se os valores horários de algumas variáveis dos arquivos de dados do modelo computacional e da tabela 1, os gráficos I e II foram traçados.
No gráfico I, pelo comportamento da variável EGAS (energia disponível da fonte fotovoltáica), vê-se que, nos intervalos da 1a à 5a hora e da 18a à 24a hora, os painéis fotovoltáicos não geram energia por ausência de radiação solar, o que era de se esperar. Quem o faz e atendendo toda demanda horária e carregando a bateria é a fonte eólica. Isto é mostrado (gráficos I e II) pelos valores horários de EGACE (energia gerada pela fonte eólica para atender a carga) e CB (condição de armazenamento da bateria coletiva).
Outro detalhe importante é evidenciado pela condição de armazenamento do conjunto de baterias (coluna CB da tabela 1 e gráfico II). Isto é, quando do início da operação (1a hora do dia 01/01), por suposição, o conjunto de baterias estava com 80% (carga inicial) de sua capacidade máxima, no caso 70 kWh; já ao final do 1o dia e início do 2o dia, estava com, praticamente, 62% daquela capacidade e, ao final do 2o dia, estava com os mesmos 62% de capacidade, voltando a se carregar totalmente até a 12a hora do 2o dia. Isto mostra que o conjunto de baterias está dimensionado para atender as solicitações da demanda.
Portanto, mantida esta tendência e lembrando que a carga deixa de ser atendida pela bateria quando esta atinge o valor mínimo de 20% da capacidade máxima (por razões de segurança), percebe-se, pela coluna de Déficit, que não ocorrerá déficit de energia.
Pelas razões acima expostas, observa-se que é de suma importância não só o estudo da sazonalidade, mas também a consideração da complementaridade das fontes que utilizam recursos renováveis. Esta pode se dar ou por outra destas fontes ou por uma fonte convencional.
Nota-se que, através da análise das variáveis mais significativas das fontes solar e eólica, é possível efetuar-se a análise técnica do sistema e, a partir desta, a análise econômica. Com isto, pode-se decidir pelo sistema que melhor atenda as necessidades da carga. Também, pode-se efetuar os cálculos para a variação de outros parâmetros do sistema.
O modelo desenvolvido é uma ferramenta simples, porém referencial e valiosa, para auxiliar no planejamento e projeto de pequenos sistemas eólico-fotovoltáicos utilizados para geração de eletricidade.
CONCLUSÕES
Um procedimento para efetuar-se estudos visando a geração descentralizada de energia elétrica, através de pequenos sistemas eólico-fotovoltáicos, foi desenvolvido e implementado por meio de um modelo computacional próprio e original. Este incorpora programas que determinam os parâmetros das fontes, da carga e o esquema operativo da metodologia.
Análises técnicas e de sensibilidade, de diversas grandezas e em intervalos de tempo característicos (estações do ano, período seco e úmido, etc.), podem ser efetuadas num processo totalmente iterativo.
O modelo fornece soluções e resultados muito próximos daqueles que ocorreriam no sistema real, já que trabalha numa base horária e são necessários dados coletados (de preferência, em estudos preliminares) do próprio local.
Através da observação e análise dos resultados da simulação da operação do sistema, é possível a alteração de parâmetros que pode conduzir a um redimensionamento do sistema. Assim, a metodologia permite ao usuário tomar decisões e fazer avaliações rápidas e de modo iterativo.
Pelas características estruturais impostas ao modelo de simulação, das quais resultaram flexibilidade e potencialidades intrínsecas, conclui-se que o desenvolvimento deste modelo vai de encontro às necessidades dos que, de uma forma ou de outra, atuam na área de geração de energia com o uso de pequenos sistemas eólicos-fotovoltáicos.
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Endereço para correspondência
Luiz Antonio Rossi
e-mail: rossi@agr.unicamp.br
Experiências adquiridas na implementação da primeira instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos do Brasil
Carvalho, Paulo C. Marques deI; Montenegro, Francisco F. DII
IUniversidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, CEP 60455-760 Fortaleza, CE tel: (0xx85) 2889585 fax: (0xx85) 2889574
IICentro Federal de Educação Tecnológica do Ceará, Eletrotécnica, CEP 60040-531 Fortaleza, CE tel: (0xx85) 2883608
RESUMO
Este artigo descreve as etapas iniciais de operação de um sistema combinado utilizando as tecnologias de osmose reversa e fotovoltaica, através da implementação de um projeto pioneiro no Brasil.
Utilizando-se sensores e um sistema de aquisição de dados, pretende-se coletar dados a respeito da funcionalidade da instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos. Com isto, pode-se chegar a conclusões a respeito da instalação como um todo ou de componentes individuais desta, com justificativas respaldadas nas próprias medições.
Através da análise dos dados técnicos oriundos da instalação pretende-se conseguir a otimização do dimensionamento dos componentes da instalação para as condições peculiares do semi-árido nordestino. O projeto é financiado com recursos do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e do Banco do Nordeste.
Palavras-chave: Energia solar, sistema fotovoltaico, tratamento de água e osmose reversa.
ABSTRACT
This article describes the initial stages to put in operation a combined system using the technologies of reverse osmosis and photovoltaic (PV) through the accomplishment of a pioneer project in Brazil.
Being used sensors and a datalogger, the project intends to collect data regarding the functionality of the PV- powered reverse osmosis plant. As a consequence, conclusions can be reached regarding the installation as whole or individual components of this, backed in the own measurements.
Through the analysis of the technical data of the installation one intends to get the optimal design of the installation components for the semi-arid conditions of northeastern Brazil.
INTRODUÇÃO
Devido a aspectos culturais ou educacionais, muitos trabalhos científicos não costumam ser registrados acarretando quase sempre prejuízos para os profissionais de gerações futuras. Entretanto, as informações referentes ao projeto pioneiro de uma instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos, desde a metodologia de implementação empregada até a análise de dados qualitativos e quantitativos estão sendo devidamente registrados.
Cada vez mais os nordestinos do Brasil são forçados a explorar novas fontes de água para enfrentar de modo efetivo as condições adversas da Região. No Nordeste do Brasil existe um grande volume de água no subsolo capaz de resolver a crise da água desta região. No entanto, devido ao fato de 51% da área total do Nordeste, cerca de 788.358 km2, estarem localizados sobre rochas cristalinas o contato no subsolo entre a água e a rocha ao longo do tempo leva a um processo de salinização. O alto teor de sal da água a torna imprópria para o consumo humano. Através da figura 1[SBPC, 1995], percebe-se que, com exceção do Piauí, todos os estados nordestinos localizados no polígono das secas possuem a maior parte do território sobre terrenos cristalinos.
A crise da água é um problema de magnitude mundial e a osmose reversa tem se revelado uma valiosa ferramenta para solucionar este transtorno através da dessalinização de água do mar e salobra. Por sua vez, a tecnologia fotovoltaica vem se destacando em todo o mundo como uma eficiente e limpa fonte de energia. Entretanto, mundialmente, é ainda muito pequeno o número de instalações que combinam estas duas tecnologias. As principais experiências mundiais foram na Espanha, Argélia, Egito, Canadá, Itália e Arábia Saudita.
As experiências mostraram que um tratamento de água através desta combinação é viável do ponto de vista técnico. Os problemas surgidos durante o funcionamento foram devidos principalmente a um dimensionamento incorreto dos elementos para pré-filtragem. Para o caso de dessalinização de águas salobras foram alcançadas as maiores taxas de recuperação (relação entre o fluxo de água potável na saída e fluxo de água salobra ou do mar na entrada). Este fato representa uma motivação adicional para o uso de tais instalações no Nordeste do Brasil. A figura 2 mostra a proposta do presente artigo para uma instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos com sensores para medição de dados. O projeto tem como objetivo dessalinizar água salobra de poços por meio da energia solar para torná-la apropriada ao consumo humano (CARVALHO, 2000).
METODOLOGIA
Tem-se a seguir as etapas percorridas para a realização do projeto:
• Dimensionamento aproximado de uma instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos para as condições meteorológicas e sociais encontradas no semi-árido da região Nordeste do Brasil;
• Levantamento de custos;
• Escolha de uma comunidade rural situada no Polígono da Seca para concretização do projeto;
• Definição de grandezas a serem medidas:
• Construção da instalação;
• Levantamento de dados técnicos;
• Análise de dados
O local escolhido foi uma comunidade do município de Caucaia, distante cerca de 25 km de Fortaleza. A escolha deste local foi concretizada após algumas condições terem sido satisfeitas, tais como:
1) Há um poço perfurado e motor bomba com suprimento direto da rede elétrica da concessionária;
2) A água do poço tem um teor de sal que a torna imprópria para o consumo humano ;
3) Há um local seguro para toda a instalação e todos os instrumentos de medição e sensores;
4) Há um suporte mínimo para as pessoas envolvidas na montagem da estrutura física do projeto;
5) Há uma comunidade carente a ser atendida pelo projeto após sua implementação.
A base de cálculo para dimensionamento da instalação foi relacionada ao valor pretendido de m3 de água potável diários para atender a demanda da comunidade escolhida. Sendo assim, foi adquirida uma instalação que fornecesse nominalmente 0,25m3 de água potável por hora.
Comercialmente, uma instalação de osmose reversa é fornecida com um motor de indução. Entretanto, optou-se por um motor de corrente contínua devido ao custo do inversor necessário para o acoplamento do motor de indução ao módulo fotovoltaico. O inversor deveria suportar uma corrente de partida de 40A, condição verificada em laboratório, e deveria ter uma potência de 2500W. Na tabelas 1 e 2, percebe-se a discrepância de custos quando se compara as duas possibilidades de motor bomba da instalação de osmose reversa:
* Os preços das tabelas 1 e 2 são referentes ao primeiro semestre de 1999.
DEFINIÇÃO DE GRANDEZAS A SEREM MEDIDAS
Como o projeto é pioneiro, necessitam-se de valores quantitativos e qualitativos para se dar um parecer coerente a respeito da eficiência do mesmo. Sendo assim, através da relação de componentes que compõem a instalação, constata-se as grandezas a serem medidas.
Para permitir o conhecimento dos dados medidos, foi anexado ao projeto um sistema de aquisição de dados e um microcomputador. A figura 3 mostra as conexões entre os componentes da instalação.
Os componentes da instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos são: 02 controladores de carga (30A), 08 baterias (12V), 01 instalação de osmose reversa (vazão nominal de 250 l/h), 01 motor de corrente contínua (3/4HP), 20 painéis fotovoltaicos (55Wp). A instalação é equipada com um sistema de aquisição de dados composta de 01 sensor de radiação global, 01 sensor de temperatura ambiente, 02 sensores de vazão, 02 sensores de tensão DC e 03 sensores de corrente DC, devido a configuração dos painéis fotovoltaicos.
Os painéis fotovoltaicos formam um conjunto composto por dois grupos paralelos entre si e ligados individualmente aos seus controladores de carga. Cada grupo é constituído por dez painéis de tal forma que cinco painéis estão em paralelo entre si e em série com outros cinco painéis em paralelo entre si. Os sensores de tensão DC medem a tensão dos grupos de painéis fotovoltaicos e a tensão das baterias. Os sensores de corrente medem a corrente total de cada grupo de painéis e a corrente da bateria. Os sensores de vazão medem, respectivamente, na entrada e saída da instalação, o fluxo de água salobra e o fluxo de água potável produzida.
O uso das baterias se tornou necessário para que, mesmo em dias nublados, o motor de corrente contínua receba sua tensão nominal visando garantir a rotação constante da bomba de alta pressão e consequentemente uma pressão constante aos módulos de osmose reversa. Com isto, o volume de água potável produzido é mantido dentro do valor planejado.
Durante a montagem e testes iniciais da instalação foram constatados os seguintes problemas:
1) Por alguns instantes faltava água na entrada da instalação, comprometendo assim, a eficiência do projeto;
2) Não havia sido previsto um desligamento automático da instalação quando o reservatório de água potável estivesse cheio. Com isso, haveria um desperdício de água tratada;
3) O número de canais disponíveis no sistema de aquisição de dados era inferior ao número de variáveis a se medir;
4) Existência de oxidação em algumas conexões das baterias;
5) Não havia uma rede de alimentação adequada para suprimento do sistema de aquisição de dados (24VAC), dos sensores de vazão (24VDC) e da placa de multiplexação (12VDC).
Para resolver os citados problemas, foram encontradas as seguintes soluções:
1) Colocou-se um relé de nível no poço perfurado e definiu-se a coluna d'água de operação segura para o motor-bomba trabalhar sem riscos para si próprio e para a instalação. Através de um comando elétrico o motor-bomba ligado à rede e à instalação são desligados automaticamente quando necessário;
2) Semelhante à solução anterior, foi introduzido também um relé de nível no reservatório de água potável e a instalação passa a ser ligada ou desligada quando este reservatório está vazio ou cheio, respectivamente.
Vale salientar que em alguns instantes o motor-bomba, ligado à rede, pode estar ligado e a instalação desligada. A água bombeada é levada ao reservatório de água concentrada, para fins de lavagem de roupa, banho, etc.
3) Através de um transformador abaixador, 220/24VAC, e retificador, obteve-se as duas fontes necessitadas. Consegue-se obter a terceira fonte, 12VDC, a partir da fonte de 24VDC e um regulador de tensão. A placa de multiplexação, composta por relés, solicita uma fonte de suprimento com 12VDC devido à tensão nominal destes relés. Estes relés de comutação tem a função de selecionar uma única variável a ser medida por vez. Todas as variáveis de tensão e corrente deste projeto estão ligadas a um único canal do sistema de aquisição de dados. A escolha da utilização da placa de relés para multiplexação foi por motivo de redução de custos e teve sua fabricação de forma artesiana em laboratório.
4) Limpeza periódica dos terminais das baterias com benzina;
5) Através da inclusão de um circuito de multiplexação, conseguiu-se realizar a medição de diversas variáveis estando todas ligadas a um único canal. No entanto, apenas uma variável está disponível para medição de cada vez em um período devidamente especificado para tal finalidade.
PARAMETRIZAÇÃO DOS SENSORES
PIRANÔMETRO
O piranômetro é um instrumento usado para medir radiação solar [FRAIDENRAICH, 1985]. Devido a seus detalhes construtivos, é capaz de medir a radiação proveniente de todo um hemisfério. Sua saída é expressa em W/m2. A figura 4, mostra os detalhes construtivos deste instrumento.
O piranômetro consiste de um sensor termopar , um encapsulamento, uma cúpula e um cabo. O termopar é coberto por uma camada absorvente preta. Esta camada absorve a radiação, e converte em calor. A energia resultante que flui é convertida em corrente que circula pelo termopar. O termopar está em paralelo com uma resistência não mostrada, para se gerar uma tensão de saída. O encapsulamento protege mecanicamente o sensor e serve como base de fixação; a sílica gel protege o sensor contra umidade. Este sensor foi montado numa estrutura metálica no mesmo plano dos painéis fotovoltaicos.
SENSOR DE TEMPERATURA
O sensor de temperatura é usado para medir temperatura ambiente. Os terminais do sensor são ligados ao sistema de aquisição de dados. Um terminal vermelho é conectado a uma única entrada analógica. Um terminal preto conecta-se a um canal de excitação.
A figura 5 mostra um sensor de temperatura e suas conexões ao sistema de aquisição de dados. Nesta figura, observa-se que este tipo de sensor possui proteção de radiação de calor devido ser projetado para uso externo.
SENSOR DE VAZÃO
São usados dois sensores de vazão neste projeto. Um dos sensores é colocado na entrada da instalação de osmose reversa, ou seja, mede-se a vazão de água salobra. O outro, é posto na saída da instalação, mede-se assim, a vazão de água potável produzida. Isto está mostrado na figura 2.
Percebe-se que através destas medições consegue-se determinar a eficiência da instalação de osmose reversa.
O sensor de vazão possui palhetas que ao entrarem em contato com a água em movimento, geram pulsos elétricos. Este pulsos , através de cabos, são levados a um transmissor de vazão que decodifica estes pulsos e mostra, em "display", o valor da vazão em litros/hora ou litros/minuto. Uma outra saída deste transmissor é levada ao sistema de aquisição de dados para armazenamento das medições de vazão no decorrer de um determinado período.
A figura 6 ilustra o sensor de vazão com suas conexões ao sistema de aquisição de dados e o transmissor de vazão com "display" não mostrado.
SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS
Sabe-se que quanto menor for o espaçamento de tempo entre as medições e quanto maior for o número de valores medidos diariamente, para cada variável, menores serão os erros de leituras e mais exatas serão as medições. Sendo assim, tornou-se indispensável o uso de um sistema de aquisição de dados para possibilitar a medição das variáveis do projeto por um período de três a seis meses e com intervalos de dez minutos entre as medições.
A captação de dados oriundos do sistema de aquisição é feita através de um "notebook" conectado a este por meio de uma porta serial RS232. Os dados coletados podem ser mostrados através de gráficos e tabelas usando-se um programa específico para este fim.
CONCLUSÕES
Deve-se ser rigorosamente cuidadoso ao lidar com medições através das quais dar-se-á um parecer a respeito de algo. Pois, pior do que não medir, é fazer medições inadequadas que levem a conclusões erradas.
As principais conclusões deste artigo são:
1) As medições de vazão, temperatura, radiação solar, entre outras, são informações que permitem uma avaliação qualitativa e quantitativa, de todo este projeto que é pioneiro no Brasil, com segurança e confiança nos resultados obtidos;
2) É imprescindível se fazer testes em laboratório, antes de levar a campo os instrumentos e equipamentos. Primeiramente, para aprender como lidar com eles e evitar erros ou situações embaraçosas no campo, onde o grau de dificuldade para se resolver algum problema é quase sempre maior. Depois, para observar o desempenho destes em condições semelhantes a do campo. Com isto, pode-se identificar o mal funcionamento de componentes e providenciar o conserto ou sua substituição;
3) A periodicidade das medições depende diretamente do sistema de aquisição de dados. Quanto menor for este período, mais exatas são as leituras. As medições neste projeto são feitas a cada dez minutos, diariamente.
4) A manutenção dos instrumentos e equipamentos é indispensável para garantir a vida útil destes e a exatidão das medições. Como exemplos, pode-se citar que o excesso de sujeira no sensor de radiação levaria a erros na medição o que implicaria em conclusões incoerentes sobre o projeto e a ausência de manutenção das baterias poderia levar a parada total de funcionamento da instalação de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos;
5) A necessidade do uso das baterias é indispensável pois, sem elas, o motor de corrente contínua não recebe sua tensão nominal que visa garantir a rotação constante da bomba de alta pressão e a conseqüente pressão constante aos módulos de osmose reversa;
6) A presença de tensões indesejáveis no sistema de aquisição de dados implicaria em erros de leitura e conclusões incoerentes sobre o projeto. Cuidados especiais com aterramento devem, portanto, ser tomados para que estas tensões não ocorram;
7) O êxito de um projeto como este, não depende somente de equipamentos, instrumentos e pessoal qualificado, mas também da fácil disponibilidade de uma estrutura de apoio e a participação da comunidade envolvida;
AGRADECIMENTOS
Os autores deste artigo agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e ao Banco do Nordeste pelo financiamento deste projeto pioneiro no Brasil.
REFERÊNCIAS
[1] SBPC, Ciência hoje; Volume 19, número 110, 1995.
[2] Carvalho, P.C.M.: Água potável via energia solar; Ciência hoje, volume 27, número 158, março 2000.
[3] Fraidenraich, N., Lyra, F.J.M., ENERGIA SOLAR: Fundamentos e tecnologia de conversão heliotérmica e fotovoltaica. Ed. Universitária da UFPE, 1995.
^rND^sCarvalho^nP.C.M.^rND^sCarvalho^nP.C.M.^rND^1A01^nMaria Cristina^sFedrizzi^rND^1A01^nIldo Luis^sSauer^rND^1A02^nHiroshi^sNoda^rND^1A01^nMaria Cristina^sFedrizzi^rND^1A01^nIldo Luis^sSauer^rND^1A02^nHiroshi^sNoda^rND^1A01^nMaria Cristina^sFedrizzi^rND^1A01^nIldo Luis^sSauer^rND^1A02^nHiroshi^sNodaSistemas de bombeamento fotovoltaico de uso comunitário: implantação em comunidades isoladas na Amazônia
Maria Cristina FedrizziI; Ildo Luis SauerI; Hiroshi NodaII
IUniversidade de São Paulo, Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, Av Prof. Luciano Gualberto, 1289, CEP 05580-900, São Paulo, SP, tel: (11) 818-4912, fax: (11) 816-7828
IIInstituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, INPA, Caixa Postal 478, CEP 69083-000, Manaus, AM, tel: (92) 643-1863, fax: (92) 236-8542
RESUMO
Este trabalho apresenta uma experiência de introdução da tecnologia fotovoltaica em comunidades isoladas localizadas na região do Alto Solimões – AM. Especial atenção é dada aos aspectos relacionados com o envolvimento dos usuários nas ações de implantação dos sistemas em geral e, em particular, no processo de instalação e gestão dos sistemas de bombeamento de água utilizando a tecnologia fotovoltaica.
Palavras-chave: Abastecimento de água, energização rural, sistemas fotovoltaicos.
ABSTRACT
This work reports on the experience of Photovoltaic technology introduction in isolated communities of Alto Solimões region, in the Brazilian Amazon iner forest. Special attention is given to this involvement of users in both, the implementation of this systems in general, and in the installation and management of water pumping systems using Photovoltaic technology.
INTRODUÇÃO
Em 1998 foram iniciadas atividades de introdução da tecnologia fotovoltaica em quatro comunidades isoladas localizadas na região do Alto Solimões-AM, fronteira com a Colômbia e o Peru. Com financiamento do Programa Trópico Úmido, e apoiada por inúmeras instituições1, as atividades se inserem num projeto mais abrangente denominado "Programa de Desenvolvimento Sustentável do Alto Solimões" (PRODESAS), desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA. O PRODESAS existe desde 1995 e visa, dentre outras coisas, o fortalecimento da agricultura familiar, a utilização e o manejo sustentável dos recursos naturais e a organização da comercialização da produção das comunidades ribeirinhas daquela região.
A inserção da inovação tecnológica, nesse caso a energia solar fotovoltaica, está sendo respaldada por uma equipe multidisciplinar que contempla, além das áreas técnicas pertinentes, componentes das ciências sociais. Segundo MONTERO (1991), longe de atrasar um avanço científico, a incorporação de especialistas das áreas sociais na inserção de inovações tecnológicas, pode acelerá-lo, brindando a oportunidade de colocar em prova métodos e hipóteses, e chamar a atenção sobre novos problemas que possam vir a ocorrer [1].
No que tange as ações de introdução da tecnologia fotovoltaica, as comunidades foram inicialmente contempladas com a energização das escolas, centros comunitários e igrejas. Este constituiu o primeiro passo de difusão da tecnologia. Posteriormente foram introduzidos equipamentos de rádio-comunicação VHF nas dependências das escolas, com o objetivo de ampliar os usos finais da eletricidade proporcionado pela geração fotovoltaica. De fato, tal utilização tem proporcionado grandes benefícios, principalmente nas áreas de educação, saúde e comercialização da produção. Finalmente, dando continuidade a difusão da tecnologia fotovoltaica, ocorreu a perfuração de poços e instalação de sistemas de bombeamento para o abastecimento de água potável às populações.
A implantação dos sistemas de bombeamento contou com forte participação dos beneficiários no transporte do material, na perfuração dos poços e na instalação dos equipamentos. Cada comunidade foi contemplada com um sistema de bombeamento de água capaz de fornecer cerca de 4 m3/dia.
As tarefas de gestão e manutenção foram discutidas e apresentadas para os usuários, ficando cada comunidade responsável pela gestão de seu sistema. O processo participativo de introdução da nova solução tecnológica para a substituição da modalidade e dos procedimentos pré-existentes revelou-se de grande valia, facilitando a aceitação das mudanças e a execução das tarefas necessárias à implantação do mesmo.
Nesse trabalho contextualizamos a região na qual se insere a experiência e descrevemos o processo adotado para a introdução da tecnologia fotovoltaica para o abastecimento de água.
CONTEXTO
A região do Alto Solimões vem passando por profundas mudanças nos últimos anos. Com a necessária redução da atividade extrativista da madeira nativa (principal fonte de renda regional na última década), houve um sensível decréscimo da oferta de empregos e, conseqüentemente, da atividade econômica, reduzindo de modo substancial a circulação da moeda.
Por ser uma região portadora de grande biodiversidade (uma das maiores de toda a Amazônia legal) e de extrema fragilidade ecológica, qualquer proposta de desenvolvimento deve levar em conta os aspectos de sustentabilidade específicos da mesma [2] [3].
O fortalecimento da agricultura familiar proposto pelo INPA consiste na fixação do homem à terra através de atividades agrícolas condizentes com as aptidões agroambientais locais. O modelo consiste, dentre outras coisas, na prática da rotação de cultivos diversificados, na melhora genética in situ das essências utilizadas, no manejo sustentável das atividades extrativistas, na organização social comunitária para a produção e comercialização dos produtos. Além dessas ações, esforços são dirigidos no sentido de estabelecer um programa de ensino básico englobando alfabetização de adultos e ensino supletivo.
Apesar da diversificada produção do meio rural local, sua comercialização é pautada, em grande medida, pela atuação do marreteiro2 em virtude das dificuldades de transporte da região. Sendo o transporte eminentemente fluvial e baseado na utilização de combustíveis fósseis, há grande dependência externa no que concerne ao seu abastecimento e aos altos custos envolvidos.
Boa parte da renda das famílias ribeirinhas é utilizada na obtenção de combustível para transporte e iluminação. No que se refere à iluminação, famílias cuja renda mensal é inferior ao salário mínimo (R$ 151,00), chegam a gastar cerca de R$ 17,00/mês em querosene e R$ 12,00/mês em pilhas para a utilização de lanternas e rádios. Cabe ressaltar aqui que a rádio local tem sido, para as populações isoladas da região amazônica, a melhor forma de contato com o mundo externo, sendo muito utilizada também como meio de comunicação entre amigos e familiares que se encontram nas cidades mais próximas.
Outro problema enfrentado pelos ribeirinhos é a má qualidade da água consumida e os problemas de saúde relacionados a ela. Segundo os habitantes, as enfermidades que mais os atingem, e principalmente às suas crianças, são as diarréias, problemas de pele, ambas associadas ao uso da água.
Das comunidades contempladas no referido projeto piloto, Nova Aliança, Guanabara II, Vera Cruz e Novo Paraíso, as três primeiras são formadas por população cabocla e a última por população indígena da etnia Ticuna, sendo a sua totalidade praticante da religião da Ordem Cruzada Apostólica Evangélica, religião esta pautada em complexa estrutura hierárquica [4]. Sua população varia de 30 habitantes em Vera Cruz, a quase 300 em Guanabara II.
Além da organização característica da religião "Cruzada", foram formadas associações de moradores em cada comunidade para dar maior agilidade ao processo de desenvolvimento proposto pelo PRODESAS.
INTRODUÇÃO DA TECNOLOGIA
A introdução da tecnologia de geração solar fotovoltaica em comunidades tradicionais localizadas em regiões remotas, como é o caso dos ribeirinhos no Alto Solimões, visa a apropriação da tecnologia por parte dos usuários. Para a aceitação de uma inovação tecnológica os usuários devem saber, antes de tudo, das possibilidades e limitações do novo, bem como do grau de participação necessário para que a dependência externa seja mínima e o projeto seja exitoso.
A introdução dessa modalidade tecnológica às comunidades em questão iniciou-se com as implementações dos sistemas de iluminação nas construções de uso comunitário, tais como escolas, centros comunitários e igrejas, sendo seguido pela energização dos sistemas de rádio-comunicação VHF.
As primeiras instalações ocorreram três meses após o primeiro contato da equipe técnica3 com a região e seus moradores. Informações relativas a questões sócio-culturais, históricas e religiosas mais relevantes foram obtidas com a equipe multidisciplinar do INPA que vem realizando trabalhos de pesquisa na região desde 1986.
As ações práticas de introdução da tecnologia foram pensadas sob o eixo metodológico da inclusão dos usuários em todas as etapas de implantação. Assim foram utilizadas muitas horas de trabalho em reuniões, aulas práticas e demonstração de instalação dos sistemas fotovoltaicos comunitários. A partir dessa forma de contato, inicia-se uma primeira fase de apropriação da tecnologia, já que muitos usuários sequer conheciam o funcionamento de uma bateria ou tinham destreza no manuseio de alicates, chaves de fenda e de outros apetrechos usados nas instalações. Os módulos fotovoltaicos eram totalmente desconhecidos.
No que se refere ao treinamento técnico, inicialmente decidiu-se treinar com mais profundidade um usuário, em cada comunidade, escolhido entre aqueles que se mostraram mais hábeis a partir de nosso referencial. Este procedimento, aparentemente dotado de sentido comum, mostrou-se pouco apropriado por interferir em estruturas sociais pouco conhecidas. Para contornar esse problema e evitar a arbitrariedade no estabelecimento da manutenção dos sistemas, que a todo rigor deve ser definido pelos padrões culturais locais, passou-se a realizar o treinamento básico a toda comunidade, isso inclui, crianças, jovens, adultos sem exclusão de gênero. Posteriormente a comunidade em suas reuniões decidiu quem ficaria responsável pela manutenção. Este procedimento, apesar de mais laborioso, tem demonstrado bons resultados pois na falta do responsável pela manutenção rapidamente outro usuário pode assumir a função.
Ainda relacionado com o aspecto de treinamento, elaboramos um manual de utilização dos sistemas fotovoltaicos que foi distribuído pelos usuários.
ABASTECIMENTO DE ÁGUA, SISTEMA PRÉ-EXISTENTE
O sistema de utilização de água pré-existente ao projeto é similar nas quatro comunidades. A água costuma ser obtida diretamente de rios e igarapés e consumida in natura, geralmente, sem qualquer tratamento prévio4.
Na época úmida, no entanto, parte da população obtém água da chuva, mas mesmo esta vem sendo contaminada por falta de cuidados básicos de higiene na sua manipulação como ilustram as figuras 1 e 2. Além disso, a água da chuva não é armazenada em quantidade suficiente para abastecer toda a população, pois há longos períodos de estiagem e os reservatórios são de pequena capacidade (caixas d'água comunitárias de no máximo 200 litros e baldes de 10 litros de propriedade das famílias). Não foram encontradas cisternas coletoras de água da chuva de grande capacidade como as existentes no região nordeste do país.
Constatou-se que a quantidade de água carregada manualmente e efetivamente utilizada nas residências, utilizada para beber, cozinhar e lavar alguns utensílios, é de cerca de 50 litros diários por família5, o que significa de 3 a 6 "viagens" por dia ao manancial. Este trabalho costuma ser realizado pelas mulheres e crianças de cada família.
O banho, a lavagem de roupa e louça ocorrem diretamente nas margens dos rios e igarapés, bem como a coleta de água para o consumo humano, figura 3.
Como regra geral, todas as comunidades expressaram grande desejo em obter "água limpa" e mais próxima das residências, principalmente na época de estiagem que, segundo depoimento local, é "quando a água é lamacenta e tem gosto ruim, gosto de terra, e fica mais longe da casa".
No auge da estiagem é necessária a utilização de canoas para a coleta de água no centro do rio, onde a água é corrente e tem maior reposição. Exemplo mais drástico da dificuldade no abastecimento de água é o caso da comunidade Novo Paraíso. Estando localizada nas margens de um paraná6, o qual tem sua entrada de água assoreada na época mais seca, sua população tem que navegar de canoa até a outra margem, em território peruano, e caminhar até algumas lagoas existentes de onde coletam água para o consumo básico da família. Tal operação costuma tardar até três horas, a qual é realizada pelo menos uma vez ao dia por cada família. Já a lavagem de roupa é feita nas margens do Rio Solimões, o que implica para as mulheres em uma caminhada de cerca de duas horas, entre ida e volta, com o carregamento de toda a roupa a ser lavada.
A OPÇÃO ADOTADA
No projeto inicial, o abastecimento de água às comunidades contava com a perfuração de poços do tipo artesiano, com profundidades de até 50 metros e em localização cêntrica, com a finalidade de reduzir as distâncias até o ponto de coleta.
Surpreendentemente, a formação geológica da margem direita do Rio Solimões, em seu passo pelo município de Benjamin Constant, onde encontram-se três das quatros comunidades7, é formada por espessa camada de argila de até 200 metros de profundidade, aparentemente isotrópica, a qual apresenta pouca drenagem e grande retenção de água [5]. Este fato impossibilita a localização de lençóis de água subterrânea a pouca profundidade, inviabilizando o projeto inicial por problemas técnicos e orçamentários8.
A segunda modalidade consistia na captação de água através de sistemas de bombeamento instalados em flutuantes e dispostos ao longo dos cursos d'água. Esta opção foi abandonada em virtude dos altos índices de furtos ocorridos em localidades situadas às margens dos rios na região. Além disso, esta opção requer constante monitoramento dos sistemas em função da dinâmica local das águas, o que implicaria em uma especial organização dos usuários quanto ao posicionamento do flutuante9.
A opção finalmente adotada foi a perfuração dos poços dentro dos igarapés e de um açude, com a captação ocorrendo pela infiltração da água dos mesmos para a seção tubular dos poços. Esta modalidade permite a filtragem da água pelo solo e uma velocidade de reposição do poço compatível com a demanda hídrica das populações. O índice mínimo de reposição dos poços varia de 280 a 650 l/h na época seca.
Quanto à disponibilização da água, optou-se pela construção de um ponto comunitário central de coleta, o qual mantém a forma de utilização pré-existente do recurso hídrico, variando somente o local de captação do mesmo. O fato de que as residências não possuem sistema de deságüe das águas servidas foi determinante para que não se adotasse a opção de distribuição de água para cada uma delas. O risco de ocorrência de acúmulo de água nos pátios ou internamente às casas foi contado como de grande probabilidade de ocorrência, o que provocaria maiores problemas de saúde associados ao uso da água, por razões óbvias.
PARTICIPAÇÃO DOS USUÁRIOS
De acordo com a filosofia do projeto de adoção da tecnologia a participação dos usuários é de fundamental importância. A participação em todas as etapas do processo permite a desmistificação de que somente especialistas são capazes de instalar sistemas fotovoltaicos, como também inibe a passividade dos mesmos em relação ao desconhecido.
Desde o primeiro contato a equipe propôs aos usuários sua participação tanto nas reuniões de esclarecimento e treinamento como na efetiva instalação dos equipamento. Foram expostas as diferentes etapas pelas quais passaria o projeto, e a forma de participação de cada comunidade no mesmo. Foi explicitado que aquela situação era diferente das demais que costumavam ocorrer na região, principalmente em época de eleição quando candidatos presenteiam as comunidades com os mais variados equipamento e benfeitorias, os quais não contam com um treinamento de utilização e manutenção, e de participação da população. O fato de que a equipe do projeto não queria nada em troca, a não ser a participação dos usuários é, de certa forma, algo inusitado na região.
Outro aspecto impulsionador da participação dos usuários nos processos de instalação e, principalmente, nos treinamentos foi o conhecimento da efemeridade da permanência da equipe técnica no local. Foi comunicado que após a efetiva implementação de todas as etapas do projeto a participação da equipe técnica acabaria. Sendo assim, a responsabilidade pelo funcionamento e manutenção dos equipamentos ficaria a cargo das comunidades.
Os equipamentos e o material para as construções foram entregues pelos fornecedores em Tabatinga. Desta localidade até os locais navegáveis mais próximos a cada comunidade ocorreu por conta do projeto, com a utilização de embarcação cedida pela Pastoral Indigenista. Dos referidos locais até as comunidades o transporte ocorreu por conta dos usuários, sendo que, por ser época das "águas baixas", em algumas comunidades o material teve que ser transportado a pé por vários quilômetros.
Para a perfuração dos poços foi contratada uma empresa local, no entanto, houve a participação dos usuários em todas as etapas do processo. A empresa entrou com 50% da mão-de-obra (dois técnicos especiaizados) e cada comunidade se comprometeu em disponibilizar os 50% restantes. Para que ninguém ficasse prejudicado em seu trabalho pessoal, os comunitários se organizaram em turnos de meio período, o que permitiu que um grande número de pessoas aprendessem os passos básicos da perfuração de um poço. A figura 4 ilustra parte deste processo.
Os usuários participaram da instalação dos sistemas de bombeamento, que foi dividida em duas partes, a elétrica e a hidráulica. Por haverem participado das instalações dos sistemas de iluminação e de rádio comunicação, os mesmos já tinham um conhecimento básico de instalação elétrica, no entanto, desconheciam totalmente o referente à instalação hidráulica. Foi necessário, portanto, um treinamento específico com relação a esta questão. As figuras 5 e 6 ilustram partes do processo.
CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS
Os sistemas de abastecimento de água estão compostos por bomba Shurflo 9.300 com respectivo controlador Xx, gerador fotovoltaico 2 x 75 Wp, reservatório de água de fibra de vidro com sistema de bóia de nível superior (2 x 2.000 litros e 3 x 2.000 litros, dependendo do número de habitantes de cada comunidade), e "chafariz" coletivo para coleta de água, como ilustra a figura 7. Além disso, foram instalados hidrômetros na saída dos reservatórios.
Os poços são do tipo artesiano com filtro de brita, sendo seus diâmetros interno e externo de 6" e 8" respectivamente, profundidade média de 18 metros e vazão de cerca de 400 litros/hora.
GESTÃO E OPERAÇÃO DOS SISTEMAS
Após quatro meses de operação, pode-se dizer que os sistemas de bombeamento estão funcionando a contento. Por contarem com bóias de nível máximo nos reservatórios, os sistemas funcionam de forma autônoma, isto é, sem a necessidade de que haja alguém encarregado do seu desligamento quando os reservatórios estiverem cheios, o que não acontece em inúmeros sistemas comunitários no país.
Houve o compromisso, por todas as comunidades, de registrar os dados de consumo de água. Foi dado treinamento para a leitura dos dados de consumo acumulados em hidrômetro analógico (figura 8), a qual é feita semanalmente e repassada, através de rádio VHF, para o campus avançado da Universidade do Amazonas em Benjamin Constant.
O consumo médio atual é da ordem de 18 litros por pessoa por dia, o que denota que além do consumo humano a água está sendo utilizada para outras atividades domésticas.
Atualmente as comunidades reivindicam a ampliação da rede hidráulica ao longo das comunidades com mais pontos de coleta, confirmando assim um alto grau de aceitação do novo sistema de abastecimento de água.
COMENTÁRIOS SOBRE A IMPLANTAÇÃO
A implementação de sistemas e tecnologia de geração de eletricidade de forma distribuída em sistemas isolados enfrenta muitos entraves e não se tem muita experiência acumulada relacionada ao atendimento à populações isoladas. O que sim se sabe da necessidade do desenvolvimento de outras ações paralelas de assistência para que haja um desenvolvimento das comunidades. Isto é, somente a disponibilização de energia elétrica não coloca as populações rurais em pé de igualdade com as populações urbanas.
Especificamente no caso de fornecimento de eletricidade com sistemas fotovoltaicos, os maiores dispêndios estão relacionados ao investimento inicial. Por este motivo, é necessário o desenvolvimento de mecanismos capazes de viabilizar o atendimento deste serviço público à populações dispersas, com a finalidade de reduzir o "inchamento" das cidades, e proporcionar melhor bem estar à essa população. O usuário da rede elétrica convencional desfruta de financiamento, uma vez que a tarifa inclui a amortização dos investimentos totais do sistema elétrico, bem como os custos de sua operação e manutenção. No caso do abastecimento comunitário de água potável, não é descabido propor financiamentos, mesmos a fundo perdido, uma vez que é uma questão de saúde pública, e, conseqüentemente, de responsabilidade do Estado.
Uma vez viabilizado o investimento inicial, é de fundamental importância o treinamento e a participação dos beneficiados para que haja uma real autonomia e sustentabilidade do projeto. Isto reduz substancialmente os gastos relacionados com operação e manutenção do sistema energético implantado.
O mecanismo adotado nesta experiência não deve ser generalizado para todas as situações de implementação de sistemas de geração de eletricidade à população isolada e dispersa. No entanto, a proposta de gestão, operação e participação dos usuários mostrou-se muito eficaz e deve ser considerada em projetos dessa natureza.
A experiência apresentada está ancorada e respeita um profundo trabalho, pré-existente, de organização social das comunidades, desenvolvendo aspectos de educação, saúde, agricultura sustentável de produção familiar e comercialização da produção, e que vem tendo resultados animadores nos seus dois anos e meio de duração. Dadas as inúmeras variáveis envolvidas na questão "fornecimento de eletricidade e desenvolvimento rural", foi necessário a interação com inúmeros agentes regionais e locais.
O tempo necessário à implementação desse tipo de projeto é um elemento que deve ser levado em conta, principalmente na região em questão onde o regime hídrico fixa as condições de acesso e de execução das tarefas previstas para o desenvolvimento do projeto.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho conta com o apoio da ANEEL/PNUD no âmbito dos Projetos de Referência de Geração de Energia a Partir de Fontes Renováveis na Região Norte e da FAPESP – bolsa DR.
REFERÊNCIAS
[1] MONTERO, M. B.; Sociedades rurales e innovación tecnológica: reflexiones preliminares; Política y Sociedad, 9; pp 29-45; Madri; 1991.
[2] NODA, H.; Pequena produção rural auto-suficiente e auto-sustentável: O caminho da vida e da cidadania; 47a Reunião da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência; São Luis – MA; 1995.
[3] BYRON, N., ARNOLD, M.; What futures for the people of the tropical forest?; World Development, 27, 5; pp 789-805; 1999.
[4] GUARESCHI, P. A. A cruz e o poder: a irmandade da Santa Cruz no Alto Solimões; Editora Vozes; Petrópolis; 1985.
[5] CPRM; Projeto Carvão no Alto Solimões; Benjamin Constant; Furo 1AS-1-AM; 1975.
1 Universidade de São Paulo, Universidade do Amazonas, Diocese do Alto Solimões, Movimento de Educação de Base, Universidade Luterana do Brasil.
2 Marreteiro, também chamado de atravessador.
3 Pesquisadores da Universidade de São Paulo.
4 A Fundação Nacional de Saúde costuma distribuir hipoclorito de sódio de forma emergencial quando há surtos de cólera, por exemplo, não existindo um programa permanente.
5 Menos de 10 litros por pessoa.
6 Também chamado de "braço de rio", sendo um canal que interliga dois cursos d'água mais importantes.
7 Exceção feita à comunidade de Novo paraíso, localizada na Ilha do Bom Intento, com perfil geológico diferenciado.
8 Poços profundos tem custos altos na perfuração, bem como na potência instalada em geradores fotovoltaicos.
9 Na região em questão, o nível do Rio Solimões tem uma variação de até 12 m entre as cheias e a estiagem.
Energização Solar Fotovoltaica na Região do Alto Rio Solimões no estado do Amazonas
Carlos Alexandre dos Santos Nogueira
Núcleo de Eficiência Energética, NEFEN, Universidade do Amazonas, Av. Gal. Rodrigo Octávio J. Ramos, 3000, Aleixo, CEP: 69070-000, Manaus, AM, (0xx92)644-2194
RESUMO
Este trabalho apresenta resultados preliminares do projeto intitulado "Energização Solar Fotovoltaica de Quatro Comunidades Isoladas na Região do Alto Solimões", financiado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia/CNPq através do Programa Trópico Úmido. Destacam-se os seguintes aspectos do projeto em desenvolvimento: a estratégia de implantação de energização solar que permitiu conhecer os mecanismos sócio-culturais da comunidade evitando-se assim a rejeição da tecnologia e a não alteração dos processos tradicionais de trabalho; a contribuição das tecnologias no processo de organização da comunidade e também para o desenvolvimento desta; o processo de domínio do conhecimento tecnológico por parte da comunidade; a comparação econômica entre a eletrificação com sistemas fotovoltaicos e sistemas a gasolina em escolas e centros comunitários e os problemas verificados para o uso, gestão e difusão de sistemas fotovoltaicos.
Palavras-chave: fotovoltaico, planejamento regional, Amazonas.
ABSTRACT
This work presents preliminary results of the project entitled "Solar Photovoltaic Electrification of Four Isolated Communities in the Area of High Solimões", financed by the Ministry of Science and Tecnologia/CNPq through the Humid Tropical Program. The following aspects are highlighted in this work: the strategy of implementation of solar electrification that allowed to know the socio-cultural mechanisms of the community avoiding the rejection of the technology and the smallest alteration of the traditional processes of work; the contribution of the technologies in the process of the community's organization and also for the development of this; the process of domain of the technological knowledge from the part of the community; the economic comparison between the electrification with photovoltaic systems and gasoline electric generators in schools and community centers and the problems verified for the use, administration and diffusion of photovoltaic systems.
Keywords: photovoltaic systems, regional planning, Amazonas.
INTRODUÇÃO
As comunidades isoladas da Amazônia se caracterizam pela dificuldade de interligação e extensão dos sistemas elétricos convencionais devido as grandes distâncias entre elas. As fontes de energia convencionais (motores diesel ou gasolina, lâmpadas a querosene, etc.) não se ajustam a um modelo sustentável da melhoria da qualidade de vida na Amazônia. Assim, as soluções para a energização dessas comunidades são a utilização de fontes alternativas de energia que permitam utilizar seus recursos naturais com facilidade de manipulação e assimilação por parte de suas população, e baixo custo de manutenção.
Os sistemas solar fotovoltaicos foram indicados para um projeto de energização intitulado "Energização Solar Fotovoltaica em Quatro Comunidades Isoladas do Alto Rio Solimões", financiado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia através do Programa Trópico Úmido (PTU). As instituições: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), Universidade do Amazonas (FUA), Diocese do Alto Solimões (DAS) e Movimento de Educação e Base de Benjamin Constant (MEB/BC) formam uma parceria para a realização do projeto. As comunidades abrangidas pelo projeto de pesquisa são Novo Paraíso, Nova Aliança, Guanabara II e Vera Cruz, localizadas no Município de Benjamin Constant, região do Alto Rio Solimões, no Estado do Amazonas.
O presente trabalho trata do atendimento às necessidades energéticas básicas das comunidades citadas, que carecem atualmente, e deverão carecer por um longo período, de fornecimento energético procedente da rede elétrica convencional, com o que seus habitantes se ressentem da falta de fontes energéticas adequadas para desenvolver suas atividades produtivas, usos coletivos e domésticos.
Apresenta-se ainda os energéticos utilizados atualmente pelas comunidades, assim como a caracterização do processo de implantação da energização solar fotovoltaica e sua apropriação tecnológica por parte dos comunitários.
Os sistemas de iluminação implantados foram manejados e passaram a integrar as diversas rotinas, dentre elas as ligadas às práticas religiosas, de educação formal e organização social das famílias moradoras nas comunidades. Foi observado, a grande importância do bombeamento fotovoltaico e tratamento da água para o consumo, haja visto a baixa qualidade das águas encontradas na região. A implantação da rádio-comunicação auxiliará na superação das barreiras naturais que envolvem a região compreendida pelas comunidades, destacando sua utilização para os processos de comercialização, saúde e intercâmbio comunitário.
O SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTÔNOMO
Os elementos fundamentais que caracterizam todo sistema fotovoltaico são a própria carga e o módulo fotovoltaico. Em geral, um sistema tão simples somente permitiria consumos proporcionais à radiação solar, ou seja, durante as horas do dia e especialmente em dias claros. Em regra geral, é necessário dotar o conjunto de um sistema de armazenamento que permita liberar o consumo da geração. Tais sistemas podem adotar muitas e variadas formas, sendo a mais freqüente a acumulação eletroquímica em baterias secundárias (tipo baterias automotivas de chumbo-ácido).
Para conseguir uma boa adaptação entre as características da bateria e os módulos fotovoltaicos, incrementando o rendimento do conjunto e prolongando a vida da bateria, é conveniente intercalar entre esses elementos um sistema eletrônico de regulação que evite sobrecargas e descargas profundas no acumulador.
No caso da eletrificação rural em países em desenvolvimento, o esquema geral já descrito, representa bem uma instalação fotovoltaica autônoma para eletrificação de residências ou pequenos ambientes. Estes sistemas podem ser divididos basicamente em pequenos, de 10 a 20 Wp (Watt-pico); médios, de 50 Wp; e grandes, de 100 Wp. Um sistema de 20 Wp pode fornecer entre 70 a 80 Wh (Watt-hora), em condições de razoável insolação.
Os elementos fundamentais que constituem o sistema fotovoltaico autônomo são a própria carga elétrica, o gerador fotovoltaico e um subsistema de acumulação de energia (dependendo do uso do sistema).
• Um gerador fotovoltaico permite converter diretamente em energia elétrica a energia proveniente do sol que incide em sua superfície. Os "módulos fotovoltaicos" são um conjunto de células fotovoltaicas conectadas entre si, encapsuladas, formando uma unidade que as protege dos efeitos danosos que um longo tempo de exposição ao sol, chuvas, etc., pode causar. Da mesma forma, um gerador fotovoltaico é um conjunto de módulos, conectados em série ou paralelo, até alcançar a tensão e a potência de pico necessárias ao abastecimento da carga instalada.
• subsistema de acúmulo de energia é responsável pelo armazenamento da energia quando a geração é superior ao consumo e pelo abastecimento da carga quando há consumo e não há geração.
• Além dos componentes mencionados, devem ser considerados também como parte dos sistemas a fiação e a estrutura de suporte dos geradores fotovoltaicos.
Para conseguir uma boa adaptação entre as características da bateria e os módulos fotovoltaicos, incrementando o rendimento do conjunto e prolongando a vida da bateria, é conveniente intercalar entre esses elementos um sistema eletrônico de regulação que evite sobrecargas e descargas profundas no acumulador.
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
A metodologia empregada para o para o cálculo da irradiação solar global incidente no plano do coletor, e posteriormente o dimensionamento dos módulos fotovoltaicos e dos acumuladores, foram as adotadas a partir de Pinho, et. alli [1].
A metodologia utilizada parte do princípio que a irradiação global diária média mensal na superfície horizontal, H (0), para o local em questão, é conhecida.
1. Os valores médios mensais da irradiação global diária na horizontal, H(0), são os dados solarimétricos do local, obtidos através de série histórica medida no local do evento ou em localidades com características similares.
2. Os valores médios mensais da irradiação diária horizontal no topo da atmosfera, H0(0), são constantes de um ano a outro para os hemisférios sul e norte. Tais informações são obtidas através de consulta em tabelas.
3. O índice de claridade Kt é o parâmetro representativo da atenuação que sofre a radiação solar ao atravessar a atmosfera, sendo dado pela expressão (1).
4. A fração difusa da irradiação global no plano horizontal, Kd, é a quantidade de irradiação difusa contida na irradiação global, tendo em vista a evidência de sua relação com o índice de claridade. Para as correlações entre médias mensais utiliza-se a expressão empírica (2), que proporciona bons resultados e é de simples utilização.
5. A determinação dos ângulos apropriados da superfície do coletor, em relação ao azimute g e à inclinação b , dependem da distribuição da oferta em relação à demanda de energia ao longo do ano. Desta forma, objetiva-se maximizar a quantidade de energia em um determinado período, que apresenta maior demanda.
• Assim para sistemas localizados no Hemisfério Norte (região objeto desse trabalho), os coletores são orientados ao sul, ou seja, g=0º.
• Com relação ao valor ótimo do ângulo b , uma primeira aproximação para maximizar a irradiação global consiste em supor que o melhor ângulo é aquele que maximiza a irradiação direta captada, ou seja, o fator Rb. O valor deste fator é mais facilmente obtido por consulta em tabelas apropriadas, que se mostram em função da latitude (f) e do ângulo de inclinação (b) para cada mês do ano e ambos hemisférios terrestres.
5. Para calcular a irradiação global sobre uma superfície inclinada, H(g,b), é necessário decompô-las nas suas componentes de irradiação direta - B(g,b); irradiação difusa - D(g,b); e albedo - A(g,b), empregando as equações (3) e (4).
O coeficiente de refletividade, r , pode ser obtido em tabelas, para alguns tipos de cobertura do terreno.
Uma vez calculados todos os parâmetros mencionados, pode-se determinar a irradiação global diária média mensal no plano do coletor H(g,b), utilizando-se para tal a expressão (5).
6. Após a determinação da irradiação global sobre uma superfície inclinada é necessário o cálculo para as cargas elétricas (em Wh/dia) que serão supridas pelo sistema fotovoltaico.
7. De posse do cálculo das cargas elétricas, identifica-se o valor da capacidade do gerador, CA, nos painéis fotovoltaicos, utilizando-se a expressão (6).
O rendimento (h) direcionado às baterias automotivas é assumido como aproximadamente 0,83.
8. A capacidade de corrente da bateria, Ccb, indica quanto deve ser fornecido, em corrente, por hora ao sistema de cargas elétricas, sendo calculada pela expressão (7).
9. A capacidade de carga da bateria, Cb, é obtida em função da profundidade de descarga (Pd), em %, escolhida de acordo com a utilização do sistema e a capacidade de corrente da bateria, Ccb, sendo a mesma obtida através da expressão (8).
10. Finalmente, o cálculo do dimensionamento dos painéis fotovoltaicos (Pp) é obtido pela relação entre a capacidade do gerador (CA) e a irradiação global (H(g,b)), aplicando-se ainda um coeficiente de segurança. A expressão (9) é utilizada para esse fim.
Considerações
As comunidades apresentam suas construções comunitárias das escolas e dos centros comunitários com dimensões muito próximas entre si, além do mesmo estilo de construção. A diferenciação básica entre os dois tipos de configurações fotovoltaicas instaladas é a finalidade do uso. No caso das escolas, além da iluminação que sofre pequena variação do número das luminárias entre as comunidades, existe também a previsão para a instalação de telepostos (TV 20"+Vídeo K-7+parabólica e receptor). Os centros comunitários/igrejas desfrutam apenas de iluminação. Assim, os equipamentos utilizados para cada uma instalação nas escolas e centros comunitários/igrejas tem as mesmas características e modelos. A saber:
Escolas:
• 3 painéis fotovoltaicos de 70 Wp com estrutura metálica, tensão em 12 volts, fabricado pela Siemens e modelo SP70;
• 2 baterias de chumbo-ácido com capacidade de 180 Ah, não selada, tensão em 12 volts, modelo automotivo;
• 1 Regulador de carga e fios para conexão;
• Luminárias completas (1 lâmpada fluorescente de 20 W, reator 12/110 V e calha) – A quantidade de luminárias varia de acordo com as dimensões dos ambientes. Utilizou-se para o cálculo do número de luminárias e iluminação o método dos Lúmens.
Centros comunitários/Igrejas:
• 3 painéis fotovoltaicos de 36 Wp com estrutura metálica, tensão em 12 volts, fabricado pela Siemens e modelo SP36;
• 1 bateria de chumbo-ácido com capacidade de 180 Ah, não selada, tensão em 12 volts, modelo automotivo;
• 1 Regulador de carga e fios para conexão;
• Luminárias completas (1 lâmpada fluorescente de 20 W, reator 12/110 V e calha) – A quantidade de luminárias varia de acordo com as dimensões dos ambientes. Utilizou-se para o cálculo do número de luminárias e iluminação o método dos Lúmens.
No quadro 1, apresenta-se os locais de instalação dos sistemas fotovoltaicos com as respectivas características e custos iniciais de instalação.
COMPARAÇÃO ECONÔMICA: SISTEMA FOTOVOLTAICO x SISTEMA A GASOLINA
Fazendo-se uma comparação entre diferentes sistemas de suprimento de energia, mas mantendo-se a mesma carga prevista/instalada, podemos optar pela escolha do sistema de geração a combustão de gasolina.
Portanto, de acordo com o quadro 1 que apresenta o dimensionamento para o sistema fotovoltaico tomaremos o mesmo cenário mais direcionado ao uso do sistema de geração a gasolina.
Devido à escassez comercial de grupos geradores menores que 1.000 VA, escolheu-se como item de comparação o modelo Yamaha EF-1000, que apresenta o consumo de 3,8 litros de gasolina lubrificada (gasolina com mistura de óleo) para utilização contínua de 5 horas, em carga máxima.
Assim, apresenta-se no Quadro 2 os valores envolvidos para o suprimento da carga nas comunidades.
A primeira vista a implementação do sistema gerador a gasolina oferece muitas vantagens dentre as quais a própria capacidade de geração de energia (1 KVA) quase 5 vezes superior ao sistema fotovoltaico e o menor investimento inicial para os equipamentos. Mas, um fator de grande importância e que não pode ser esquecido é a complexidade da manutenção que um sistema a gasolina exige, sem contar com os custos de reposição de peças, troca de óleo e compra do próprio combustível para combustão.
Assim, com uma análise um pouco mais consciente, profunda e observação de itens já mencionados nesse texto, podemos ressaltar que a aplicabilidade de um sistema geração a gasolina para comunidades isoladas da Amazônia é desfavorável, tanto pela sustentabilidade quanto pela poluição e transferência da tecnologia de tal sistema de combustão.
A seguir são apresentados os custos anuais de manutenção do sistema fotovoltaico e do sistema a gasolina.
O grupo gerador a gasolina escolhido tem uma média de consumo por hora de 0,76 litro de gasolina lubrificada, que atualmente tem o custo de R$ 1,60/litro. A cada 70 hs de uso é necessário realizar a substituição do óleo lubrificante, segundo orientações do manual do consumidor, que custa por litro R$ 1,80. A troca do filtro de óleo deve ser realizada a cada 6 substituições do óleo lubrificante do motor, e tem o custo de R$ 6,50/litro.
O custo da manutenção de um sistema solar é bem menor em comparação com outros sistemas de geração de energia a combustão, e também exige menos trabalho que os demais. Assim, é necessária a complementação da solução das baterias com água destilada, que mensalmente consome uma média de 300 ml por bateria, tendo cada litro de água destilada o custo de R$ 1,00. Outra manutenção necessária ao sistema fotovoltaico é a substituição da bateria a cada 4 anos em média, e cada bateria de 180 Ah tem o valor de R$ 200,00.
Destaca-se ainda, que a depreciação de um grupo gerador a gasolina é bem mais rápida que a de um sistema fotovoltaico. No tocante aos sistemas solares, os painéis fotovoltaicos, por exemplo, tem seu tempo de vida útil de pelo menos 20 anos, enquanto as baterias duram em torno de 4 anos. Já os pequenos sistemas de combustão a gasolina tem vida útil bem menor, de 7 a 10 anos.
Vale ressaltar que o levantamento dos custos e preços dos equipamentos do sistema a gasolina foi realizado na cidade de Manaus (mar/2000), e que tais valores sofrem acréscimos quando adquiridos na região de Benjamin Constant onde encontram-se as comunidades em estudo. Os Sistemas fotovoltaicos tiveram seus preços levantados em março de 1999, após a maxidesvalorização do Real.
CARACTERÍSTICAS SÓCIO-ECONÔMICAS DAS COMUNIDADES
A população assentada nas localidades perfaz um total de 430 habitantes distribuídos em 82 famílias com 81 moradias. As populações das comunidades onde o projeto atua apresentam as características mostradas no Quadro 4.
A organização social, nas localidades pesquisadas, está fixada na composição das famílias, enquanto célula de vida política e produtiva na utilização dos recursos naturais. São as famílias que dão o contorno nas localidades ao ambiente e suas paisagens que é originário de relações culturais e étnicas correlatas a identidade com a cultura ribeirinha-cabocla e indígena-Ticuna.
A estrutura das famílias extensas, onde há grande autoridade paterna, considerável assimetria na relação entre os cônjuges, obediência e dependência dos filhos. O grupo familiar inclui a família nuclear, ascendentes, descendentes e colaterais. À família estruturada através do parentesco juntam-se os agregados; (genros, noras e afihados) e ampliam-se as relações familiares através dos laços religiosos numa forma de parentesco espiritual.
Os Sistemas de Produção
A totalidade dos moradores são nativos da região ou das proximidades. Assim, suas formas de produção apresentam as mesmas características daquelas utilizadas pelas populações tradicionais da Amazônia. Essas atividades são praticadas em ambientes pouco modificados tendo os sistemas de produção, basicamente, quatro componentes produtivos. A geração de produtos depende, fundamentalmente, da quantidade de força de trabalho familiar, onde os filhos, após completarem 8 anos, iniciam a sua participação.
Componente roçado
Nas quatro comunidades, o cultivo da mandioca e da banana foram os mais importante nas unidades de produção. Além desses, outras espécies são cultivadas na área destinada aos cultivos de ciclo anual ou bianual, destacando-se o abacaxi, o cupuaçú, e a pupunha (Quadro 5).
São cultivadas, nas proximidades e nos quintais das comunidade, as espécies frutíferas, hortaliças, espécies medicinais, ornamentais e, eventualmente, essências florestais. As principais espécies detectadas estão apresentadas no Quadro 6.
Componente extrativismo animal (caça e pesca)
A carne de caça é o alimento mais importante no fornecimento de proteína, depois do peixe. A caça é bastante praticada nas comunidades de Vera Cruz, Nova Aliança e Guanabara II, porém, pouco praticada pelos comunitários de Novo paraíso em função da escassez de animais nas proximidades e da região de várzea. Basicamente destina-se ao atendimento das necessidades das famílias e, eventualmente, à comercialização. A cutia e o macaco (várias espécies), são os animais caçados com mais freqüência (Quadro 7).
A pesca é realizada no conjunto da bacia hidrográfica, dando-se preferência, dependendo do período do ano, ao rio principal, igarapés ou lagos. O peixe é o principal alimento protéico dos ribeirinhos amazônicos e a atividade de pesca é o que consome maior tempo de trabalho do produtor, depois da agricultura. As espécies mais freqüentemente presentes são: curimatã, acarí-bodó, pacú, pirabotão, surubim, traíra, branquinha, aruanã, sardinha e tambaqui, (Quadro 8). As principais formas de processamento do pescado para conservação são, a salga e o moqueado.
Componente Extrativismo Vegetal
Essa atividade é realizada na floresta resultando nos seguintes produtos extraídos: alimentos, condimentos, remédios, aromáticos, madeiras e fibras (Quadro 9).
Os principais produtos extraídos da floresta para fins industriais e medicinais são: mel, copaíba (óleo) e andiroba (óleo). As principais espécies utilizadas para fins alimentares são: açaí e tucumã. Algumas espécies madeireiras são utilizadas para confecção de móveis, construção civil e como lenha. Os produtos são extraídos, principalmente, para consumo próprio. Apenas o açaí, a madeira, o cipó-titica (comercializado como vassoura), a copaíba e o mel apareceram como produtos comercializáveis.
Componente criação animal
Os sistemas de criação das comunidades contêm aves (galinhas e patos), suínos, ovinos (carneiros) e peixes. De maneira geral trata-se de planteis reduzidos tendo como finalidade principal a satisfação das necessidades das famílias. A comercialização, quando ocorre, é feita no próprio
local, ou nas cidades de Benjamin Constant e Tabatinga, principalmente.
A criação é extensiva, com pouco ou quase nenhum manejo reprodutivo, alimentar e sanitário. No caso das aves, suínos e ovinos os animais são criados soltos nas "comunidades" alimentando-se em sistema de pastejo direto e, complementarmente, de restos de comida, "crueira", castanha de macaco, milho, arroz, pupunha, banana, taioba, cupim, farinha, resto de comida, dentre outros. No caso dos peixes, a alimentação é composta por frutos em geral e raspa de macaxeira. As instalações, quando existem, (galinheiro, chiqueiro, açúde) são rústicas e construídas com o aproveitamento de material (palha, madeira, paxiúba, cipó, etc) da região.
O aproveitamento dos sub-produtos do sistema de criação, ocorre através do uso das penas das aves para o artesanato e do esterco para adubo. Por sua localização, a comunidade Novo Paraíso, só pratica a criação de aves (patos e galinhas), sendo o manejo, no período das cheias, feito em instalações chamadas "marombas". A criação de carneiros deslanados e de peixes em açúdes foi introduzida nas comunidades, respectivamente, pela extinta EMATER (atual IDAM) e pelo Movimento de Educação de Base - MEB/BC, em sistema comunitário.
Educação nas comunidades
O número de alunos matriculados nas escolas, em sistema seriado (1ª a 4ª séries) e alfabetização de adultos, estão representados no Quadro 10.
A comunidade indígena Ticuna de Novo Paraíso tem aulas em português e em Ticuna, ministradas por professores indígenas.
UTILIZAÇÃO DOS ENERGÉTICOS PRÉ-EXISTENTES
Segundo Zilles et. alli [2], com a intenção de realizar o levantamento dos energéticos mais utilizados nas comunidades realizou-se uma rápida entrevista com várias famílias, escolhidas aleatoriamente. As questões relevantes na entrevista enfocavam basicamente os seguintes itens: o querosene, gasolina, as velas e pilhas.
Querosene/Velas: Para a iluminação doméstica, os comunitários utilizam basicamente lamparinas de querosene. Ao contrário do que se esperava, a vela é pouco utilizada, somente em casos de falta de querosene e na escola de Guanabara II. O consumo de querosene varia muito em função do número de habitantes, e principalmente entre as famílias que apagam a lamparina para dormir e as que dormem com a lamparina acesa. Este consumo varia entre 4 e 9 litros por família por mês, perfazendo uma média de 6,5 litros por família.
Pilhas: Houveram grandes variações no consumo mensal familiar de 1 a 24 pares de pilhas por família/mês. No entanto, a média mensal encontrada foi cerca de 9 pilhas, perfazendo uma média de 108 pilhas por ano por família. Esse consumo familiar médio entre as 80 famílias dispostas nas 4 comunidades, resulta num total de 8.640 pilhas por ano.
Um possível impacto ambiental negativo é o destino das baterias usadas. Este impacto será minimizado pelo treinamento das comunidades sobre como reciclar as baterias de forma responsável.
Gasolina: Combustível de grande importância nas comunidades, é muito utilizada nos motores rabeta que equipam as canoas e pequenos barcos dos comunitários. Esse meio de transporte é praticamente o único possível para a interligação entre as diversas regiões e comunidades, de maneira mais econômica. Existem ainda as "voadeiras": lanchas pequenas com capacidade para 6 a 8 pessoas e equipadas com potentes motores de polpa (85 a 250 HP), que cobram uma taxa para o transporte; e, Barcos de Linha: Grandes barcos, construídos em madeira e/ou ferro - equipados com motores marítimos a Diesel (acima de 115 HP), que realizam o transporte de pessoas e carga entre cidades e regiões distantes.
CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO DE IMPLANTAÇÃO DA ENERGIZAÇÃO SOLAR FOTOVOLTAICA
Antes da implantação do sistema solar realizou-se uma verificação das necessidades mais importantes e imediatas, juntamente com as comunidades. O item de maior necessidade foi a água, mas esse também é o de maior complexidade e demora de implementação.
A educação para jovens e adultos foi tido como a segunda necessidade. As comunidades somente dispõe de educação para as crianças e jovens durante o dia. Desta forma, os jovens tornam-se prejudicados pois é imprescindível sua presença nos afazeres da comunidade (roçado, colheita, etc.), deixando de lado a educação. Com a implantação de iluminação nas escolas, haverá aulas a noite, o que resolve o problema dos jovens e cria perspectivas para a alfabetização de adultos.
O isolamento e dificuldade de comunicação com a cidade e outras comunidades foi outro item de necessidade. Com a implantação de um sistema de rádio para comunicação, será possível avisar de qualquer problema de saúde com comunitários, além do maior lucro na venda dos produtos cultivados nas comunidades devido a comunicação com uma "base" na cidade de Benjamin Constant que fornecerá informações de cotação dos produtos comercializáveis.
Uma outra necessidade identificada foi a atividade de lazer. Como as comunidades apresentam um perfil de influência religiosa muito presente e características étnicas diferentes, algumas são comunidades indígenas, outras mistas, sugeriu-se a implantação de um sistema de iluminação em uma construção comunitária, onde a escolha ficaria a cargo de cada população, ou na igreja, ou no centro comunitário, ou em outra alternativa indicada.
A atividade de instalação dos sistemas fotovoltaicos foi desenvolvida com a participação dos comunitários em todas as fases. Foram formadas, inicialmente, equipes para executar a preparação e colocação dos postes, montagem das placas, instalação dos reguladores, das baterias e das fiações.
Cada comunidade recebeu um caderno para anotações de carga da bateria, observações e registro de possíveis problemas e dúvidas existentes com relação ao equipamento. E, ainda, um kit contendo o ferramental básico (chaves de fenda, alicate, fita isolante, voltímetro) necessário para pequenos consertos, juntamente com uma luminária completa com reator e lâmpada, e duas garrafas (litro) de água destilada para manter o nível apropriado na bateria.
Para a reposição de componentes do sistema, a comunidade organizará um fundo de manutenção para a aquisição de elementos como regulador de carga, conectores, lâmpadas e interruptores.
APROPRIAÇÃO DA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA
A manutenção de uma instalação fotovoltaica não é das mais difíceis, além de ter baixo custo. Entre os principais elementos, o módulo fotovoltaico tem um tempo de vida útil superior a 20 anos, e a bateria, caso seja bem dimensionada, entre 4 e 5 anos. Desta forma, a fim de poder efetuar a reposição dos componentes, a comunidade organizará um fundo de manutenção que será composto por "mensalidades" (não necessariamente moeda). Este fundo permitirá repor certos elementos como reguladores, conectores, lâmpadas e interruptores.
A capacitação dos comunitários será realizada através de pequenos cursos ministrados durante a implementações dos equipamentos fotovoltaicos. Os cursos disponibilizarão conhecimentos e treinamentos para a formação técnica adequada à instalação de pequenos sistemas fotovoltaicos destinados ao atendimento de comunidades isoladas, apresentando os princípios básicos de funcionamento de sistemas fotovoltaicos aplicados a energização rural. Cada comunidade receberá ainda formação relativa aos aspectos básicos de manutenção e sensibilização (economia de energia).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A caracterização do processo de implantação de energização solar fotovoltaica na Região do Alto Rio Solimões permitiu conhecer os mecanismos sócio-culturais de aceitação e utilização da tecnologia fotovoltaica por parte dos comunitários. A principal característica foi a não modificação dos processos tradicionais de trabalho utilizados no cotidiano das populações humanas nas comunidades.
Os sistemas de iluminação implantados foram manejados e passaram a integrar as diversas rotinas, dentre elas as ligadas às práticas religiosas, de educação formal e organização social das famílias moradoras nas comunidades de Novo Paraíso, Nova Aliança, Guanabara II e Vera Cruz localizadas no Município de Benjamin Constant/AM.
A rádio-comunicação terá grande importância na superação das barreiras naturais que envolvem a região compreendida pelas comunidades, destacadamente direcionando sua utilização para os processos de comercialização, saúde e intercâmbio comunitário.
A água potável revelou-se a maior necessidade por parte de todas as comunidades, contrastando, dessa forma, com a imponência e imensidão do Rio Solimões, que não oferece água boa para o consumo humano permitindo sua escassez. Nesse contexto os sistemas de bombeamento suprirão as necessidades do uso da água para beber e cozinhar, auxiliando no processo de controle das doenças ligadas a baixa qualidade da água.
Todo este processo de implantação de uma nova tecnologia somente será bem sucedido com sua apropriação por parte dos comunitário. Este processo viabiliza o entendimento básico do sistema solar fotovoltaico: seus componentes, princípio de funcionamento, localização e reparo de pequenos defeitos e manutenção do sistema como todo.
A energização solar de comunidades isoladas na região amazônica é perfeitamente possível, sendo feito um acompanhamento técnico e a transferência de informações básicas para a manutenção dos sistemas fotovoltaicos aos comunitários.
As comunidades, a partir do uso da nova tecnologia, terão maior grau de auto-sustentabilidade energética e econômica (com o aumento da produtividade), de maneira compatível com o modelo de agricultura familiar defendido por seus habitantes, culminando em um desenvolvimento integral, econômico, cultural e social.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] PINHO, J.T.; ZILLES, R., "Planejamento e Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos". UFPA. Belém, 1998.
[2] ZILLES, R.; FEDRIZZI, M. C., "Energização Solar Fotovoltaíca de 4 Comunidades Isoladas na Região do Alto Solimões". Relatório Interno da Segunda Viagem de Campo do Projeto trópico Úmido. São Paulo, 1998.
[3] RADY, H. M., "Renewable Energy in Rural Areas of Developing Countries: Some Recommendations for a Sustainable Strategy", Energy Policy, junho, 1992.
Endereço para correspondência
Carlos Alexandre dos Santos Nogueira
nefen_ua@objetivomao.br
Avaliação do capim-elefante (pennisetum purpureum schum.) visando o carvoejamento1
João Batista de Andrade; Evaldo Ferrari Júnior; Darcy Antônio Beisman; Joaquim Carlos Werner; Odete Maria A. A. Ghisi; Vanderley Benedito de Oliveira Leite
Pesquisadores do Instituto de Zootecnia, Caixa Postal 60, 13460-000 Nova Odessa, SP
RESUMO
Foram conduzidos, nas Estações Experimentais do Instituto de Zootecnia, em Nova Odessa e em Brotas, 2 ensaios para avaliar a produção de matéria seca do capim-elefante, cultivar Guaçu, sob 4 doses de adubação nitrogenada (50, 100, 200 ou 400 kg N/ha/ano) e 3 freqüências de corte (2, 3 ou 4 cortes/ano). O delineamento experimental foi de blocos casualizados, com 4 repetições, os tratamentos arranjados em esquema fatorial 4 x 3 (4 doses de adubação e 3 freqüências de corte). A produção de matéria seca aumentou com o aumento da adubação nitrogenada e com a diminuição da freqüência de corte.
ABSTRACT
It was conducted, in the Research Farms of the Instituto de Zootecnia, at Nova Odessa and Brotas, 2 experiments to evaluate dry matter yield of elephant grass, cv Guaçu, upon 4 rates of nitrogen (50, 100, 200 or 400 kg N/ha/year) and 3 cut frequencies (2, 3 or 4 cuts/year). The experiments were set in randomized block design, with 4 replications. The treatments were arranged in a 4 x 3 factorial. The dry matter yield increased as nitrogen rates increased and cut frequency decreased.
INTRODUÇÃO
O capim-elefante é espécie adaptada a altas temperaturas e umidade, entretanto tolera temperaturas baixas antes de interromper o crescimento.
Essa gramínea mostra alto potencial de produção de biomassa, sendo inicialmente cultivado no Brasil como capineira, para fornecimento de forragem verde (GRANATO, 1924).
Devido ao seu alto potencial de produção, foram realizados estudos que mostraram respostas a adubação nitrogenada da ordem de 1800 kg de nitrogênio/ha/ano, todavia, as doses mais eficientes estão próximas de 450 kg/ha/ano (CORSI, 1972).
JAQUES (1990) e RUIZ et al. (1992) relataram produções de matéria seca de 80 a 90 t/ha/ano.
Além do nitrogênio, o fósforo e o potássio, são de grande importância para que se atinja altas produções de matéria seca, principalmente para gramíneas para o corte (WERNER, 1984 e FARIAS, 1994).
O objetivo do trabalho foi de avaliar a produção de matéria seca do capim em 4 doses de adubação nitrogenada, sob 3 freqüências de corte.
MATERIAL E MÉTOODO
Foram desenvolvidos 2 experimentos no Instituto de Zootecnia, sendo um na Estação Experimental Central em Nova Odessa, localizada nas coordenadas 22o 41' S e 47o 18' W, a 550 m de altitude e outro na Estação Experimental de Brotas, localizada nas coordenadas 22o 16' S e 48o 7' W, a 650 m de altitude. Os climas de ambas as Estações podem ser classificados com Cwa, pela classificação climática de Koeppen.
Os solos, de Nova Odessa e Brotas, onde foram instalados os experimentos, mostravam respectivamente os seguintes valores: pH (CaCl2) = 4,0 e 3,9; P (ug/ml) = 5 e 9; K = 0,11 e 0,11; Ca = 0,5 e 0,2; Mg = 0,4 e 0,1; H + Al = 5,2 e 5,8; S = 1,0 e 0,4 e T = 6,2 e 6,2 (todos em meq/100 ml de TFSA) e V% = 16 e 7, na análise química.
Nos terrenos dos experimentos de Nova Odessa e Brotas foram aplicadas, antes do plantio, 3t/ha de calcário (minercal), sendo este incorporado aos solos dos locais.
Foram avaliadas 4 doses de nitrogênio (50, 100, 200 e 400 Kg/ha/ano) e 3 freqüências de corte (F1 = dois corte/ano, 150 e 200 dias de crescimento; F2 = 3 cortes/ano, 90, 90, 180 dias de crescimento e F3 = 4 cortes/ano, 90, 60, 60 e 150 dias de crescimento), num delineamento de blocos ao acaso com 4 repetições, onde os tratamentos foram arranjados em esquema fatorial (4 x 3).
Os experimentos foram plantados em 21/01 e 28/04 de 1993 em Nova Odessa e Brotas, respectivamente.
As parcelas experimentais mediam 28,80 m2, com uma área útil de 9,60 m2. O capim-elefante, cultivar Guaçu, foi plantado em linhas espaçadas de 0,60 m e as mudas foram colocadas no sulco, duas a duas, no sentido pé com ponta e em seguida cortadas em pedaços de 2 a 3 gemas.
Em Nova Odessa, no momento do plantio foram efetuadas adubações com fósforo, aplicando-se 25, 50, 100 e 200 kg de P2O5/ha, para os tratamentos de 50, 100, 200 e 400 kg de N. Em Brotas, foi aplicado em todos os tratamentos 50 kg de P2O5/ha.
Após 40 dias do plantio foram aplicados nos dois experimentos 50 kg de nitrogênio (uréia) e 25 kg de K2O (cloreto de potássio).
O corte de rebaixamento para início dos levantamentos de produção foi realizado em 29 e 30/9/1993 em Nova Odessa e Brotas, respectivamente.
Após cada corte, nas freqüências estabelecidas, foram efetuadas as adubações nitrogenadas, aplicando-se a dose dividida pelo número de cortes programados. A adubação potássica foi efetuada, para todos os tratamentos, tomando-se por base uma reposição de 10 kg de KCl para cada tonelada de matéria verde removida por hectare.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela 1 mostra as produções de matéria seca dos experimentos de Nova Odessa e Brotas.
A análise de variância, das produções de matéria seca, para os experimentos de Nova Odessa e Brotas, mostrou significância (P < 0,05) para adubação e freqüência de corte. Não foi verificada interação (P > 0,05) entre adubação e freqüência de corte.
Em Nova Odessa a variação da produção de matéria seca, em função das doses de nitrogênio aplicadas, pode ser representada pela equação linear y = 19,96 + 0,0348 x, com R2 = 0,97, mostrando que à medida que aumenta a dose de nitrogênio aplicada aumenta a produção de matéria seca (Figura 1)
A variação da produção de matéria seca, em função das doses de nitrogênio aplicadas, no experimento de Brotas, pode ser representada pela equação quadrática y = 33,70 + 0,1598 x - 0,0003 x2, com R2 = 0,98, o que mostra que em Brotas foi atingido um potencial máximo de produção de matéria seca com a aplicação de mais ou menos 200 kg de nitrogênio (Figura 1).
Os resultados obtidos em relação à aplicação de nitrogênio são semelhantes aos encontrados na literatura, nos quais verifica-se um aumento de produção de matéria seca à medida que se aumenta a dose de nitrogênio aplicado ( CORSI, 1972 e WERNER, 1984).
Quanto às produções de matéria seca, em função das freqüências de corte (Tabela 1), verificou-se que em Nova Odessa, a produção de matéria seca na freqüência de corte 1 (dois cortes/ano) de 30,91 t foi maior (P < 0,05) que aquela da freqüência 2 (3 cortes/ano) de 27,21 t , que por sua vez foi maior que a da freqüência 3 (4 cortes/ano) de 21,30 t/ha/ano.
Para o experimento de Brotas, a produção de matéria seca obtida na freqüência de corte 1 de 49,48 t foi semelhante à produção de matéria seca verificada na freqüência de corte 2 de 47,65 t, sendo que ambas as produções foram maiores que a produção observada na freqüência 3 de 38,03 t/ha/ano.
Quanto às produções máximas obtidas, tanto em Nova Odessa como em Brotas, pode-se observar que estão dentro da amplitude relatadas em CARVALHO (1985), em trabalho com vários cultivares de capim-elfante. As respostas às freqüências de corte, tanto no experimento de Nova Odessa como em Brotas, são clássicas na literatura, ou seja, as produções de matéria seca de gramíneas são maiores quando o número de corte é menor e portanto, os intervalos de crescimento são maiores (PEDREIRA, 1965, GOMIDE, 1973 e FLORIO, 1976). Uma outra explicação para a baixa produção de matéria seca da freqüência 3 (4 cortes/ano) em ambos os experimentos,, seria que justamente o maior intervalo de corte dessa freqüência, 150 dias, compreendeu os meses de abril, maio, junho, julho, agosto e setembro, onde as taxas de crescimento diário, das forrageiras em geral, são as menores, variando de 19,2 a 21,2 kg de matéria seca/ha/dia, enquanto que no restante dos meses do ano, essas taxas variam de 31,0 a 60,9 kg de matéria seca/ha/dia (PEDREIRA, 1973).
CONCLUSÕES
A produção de matéria seca do capim-elefante, cultivar Guaçu, aumenta à medida que aumenta a adubação nitrogenada.
Freqüência de corte, com menor número de corte no ano aumenta a produção de matéria seca.
BIBLIOGRAFIAS
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GOMIDE, J.A. Fisiologia do crescimento livre de plantas forrageiras. In: SIMPÓSIO SOBRE MANEJO DE PASTAGENS, 1, 1973. Piracicaba. Anais..., Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", p.83-93, 1973.
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WERNER, J.C. Adubação de Pastagens. Nova Odessa, Instituto de Zootecnia, Secretária de Agricultura e Abastecimento, 1984, 49p. (Boletim Técnico, 18).
1 Projeto financiado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT)
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Braunbeck O. A.I; Volpato C. E. S.II; Oliveira C. A. A.III
IProfessor Ph.D. do DMAQAG, FEAGRI, UNICAMP
IIProfessor Ms. do DEG/UFLA. Doutorando em Eng. Agrícola no DMAQAG, FEAGRI, UNICAMP
IIIDoutorando em Engenharia Agrícola no DMAQAG, FEAGRI, UNICAMP
A colheita mecanizada de capim para aplicação forrageira constitui prática corrente da pecuária. A tendência atual de globalização exige da agricultura qualidade e produtividade o que frequentemente demanda mudanças tecnológicas nos processos e equipamentos utilizados. Para o aproveitamento do capim em aplicações industriais surgem restrições particulares relacionadas com custo da operação e a qualidade do produto colhido que demandam uma tecnologia de colheita específica para essa aplicação.
Capacidades operacionais da ordem de 15 t/h são normais em aplicações de pecuária, sendo que o custo da operação sofre redução significativa se a capacidade da operação for superior a 50 t/h, rendimento esse corrente na colheita de gramíneas similares, como a cana-de-açúcar.
Os equipamentos atualmente disponíveis para colheita de forragens foram desenvolvidas para operar em culturas plantadas em linhas, como é o caso do milho e do sorgo, Fig. 1 , sem possibilidade de operar satisfatoriamente em culturas perenes, como o capim elefante, que desenvolvem touceiras largas e tendem a se espalhar na entrelinha de plantio. O uso de mecanismos de corte basal com contra-faca ou faca de espera estacionária provocam movimentação ou desprendimento de raízes que danificam o estande da cultura perene. No caso de culturas anuais o corte basal com faca de espera pode provocar arrancamento ou movimentação das soqueiras sem prejuízo econômico.
Equipamentos lançados recentemente no estrangeiros efetuam o corte em área total, Fig. 2, utilizando corte basal com contra-faca estacionária. Os rotores alimentadores de eixo vertical operam com baixa velocidade de rotação para poderem efetuar simultaneamente as operações de alimentação e corte basal. No caso de gramíneas perenes, como o capim elefante e a cana-de-açúcar, os danos provocados pela contra-faca estacionária inviabilizam sua utilização.
A colheita do capim envolve cinco operações principais cujas características e desempenho devem ser aprimorados nas colhedoras de forragem convencionais para adequa-las à colheita de capim elefante para aplicações industriais :
1- Corte de base;
2- Alimentação da colhedora;
3- Alimentação dos processos de picagem ou esmagamento;
4- Picagem ou esmagamento;
5- Transporte ao veículo de transporte ou lançamento ao solo para secagem natural.
O presente trabalho tem por objetivo estudar o processo de corte de base inercial juntamente com o processo de flutuação do mecanismo de corte sobre a superfície do solo. O corte inercial permite que a própria reação inercial do colmo de capim desenvolva as tensões de cisalhamento necessárias para provocar o corte basal quando o colmo é atingido pela faca móvel, evitando assim o uso de uma contra-faca estacionária. As colhedoras ilustradas nas Figs. 1 e 2 utilizam o princípio de contra-faca estacionária, a qual danifica as soqueiras do capim em função da pouca flexibilidade das mesmas quando o corte é efetuado perto da superfície do solo.
Revisão Bibliográfica
O processo de corte inercial requer que a faca atinja os colmos de capim com uma velocidade mínima para completar o corte e na medida que essa velocidade aumenta, até um certo valor, a qualidade do corte melhora e a energia de corte diminui. Velocidades tangenciais elevadas melhoram o desempenho do corte mas tornam a faca mais vulnerável ao impacto com corpos estranhos, como pedras e tocos, alem de acelerar o processo de desgaste pelo atrito com o solo. O uso de facas oscilantes visa proteger as facas que operam com alta velocidade tangencial, aproveitando dessa forma as vantagens da alta velocidade de corte sem riscos importantes de danos mecânicos. A operação das facas de corte com alta velocidade tangencial apresenta ainda o inconveniente de seu rápido desgaste e a contaminação do produto com terra, se permitido o contato freqüente da mesma com o solo; para contornar esta limitação tornam-se necessários recursos de flutuação que mantenham as facas próximas mas sem contato direto com o solo.
A força e energia necessários para o corte dos colmos de cana-de-açúcar foram quantificados por KROES & HARRIS (1996), utilizando um aparelho composto de uma lamina de corte anexada a um braço fixado a uma mola que, tencionada, acelera o conjunto braço-faca com velocidade de até 20 m/s; a força de corte, representada na Fig. 3, é medida através de um transdutor de força conectado ao suporte que sustenta o colmo.
A força e a energia necessárias para o corte inercial de colmos de sorgo foram estudadas por Chattopadhyay e Pandey (1999). Os autores registraram velocidades mínimas no intervalo de 12,9 to 18,0 m/s para completar o corte inercial dos colmos. Aumentando a velocidade da faca até 60 m/s a energia específica de corte (energia por unidade de área da seção transversal cortada) reduziu-se a um terço dos valores registrados com a velocidade mínima. Os autores observaram que a energia utilizada específicamente para o corte dos colmos não supera 10% da energia total utilizada para o corte e lançamento (transporte) do material.
Hummel e Nave (1979) estudaram as perdas de grãos e a aceleração conferida à planta durante o corte inercial de talos de soja com três modelos de discos rotativos efetuando o corte com velocidades periféricas de 36, 46 e 65 m/s. As maiores velocidades resultaram em menores perdas e menor aceleração da planta, parâmetros esses que seguramente estão correlacionados. Em todos os ensaios a aceleração conferida à planta foi inferior para os discos rotativos que para a barra de corte convencional com movimento alternativo. Os resultados da pesquisa indicam a conveniência do uso de uma maior velocidade tangencial de corte, restando apenas como ponto negativo o risco de dano mecânico às facas na presença de corpos estranhos.
A quantidade de terra incorporada à matéria-prima varia com a posição mais ou menos ereta dos colmos. RIDGE et al. (1984) verificaram menor contaminação com terra nos colmos eretos. Segundo os autores, a posição relativa entre o cortador de base e o eixo dianteiro da colhedora afeta o nível de contaminação dos colmos. Os cortadores de base convencionais são normalmente fixados na parte inferior e frontal do chassi da colhedora, ficando o ajuste de altura por conta do operador que hidraulicamente modifica a posição relativa entre a estrutura da colhedora e as rodas dianteiras. Os autores destacam que o cortador de base localizado à frente do eixo dianteiro melhora a visibilidade do operador, mas paralelamente apresenta maior variabilidade na altura de corte, como consequência da maior distância aos pontos de apoio nas rodas. O cortador localizado próximo ao eixo dianteiro consegue um melhor acompanhamento do solo mas dificulta a visão do operador e exige o uso de mostradores dentro da cabine para permitir o ajuste manual da altura de corte por parte do operador.
O controle automático da altura de corte é utilizado nas colhedoras Class atuais, onde o controle de altura toma como referência o ponto de apoio das helicóides alimentadoras (pirulitos), as quais se encontram afastadas de 600 a 700 mm do ponto de corte dos discos.
Os volumes de terra alimentados pelo cortador de base junto com os colmos pode ser elevado. RIDGE e DICK (1988) avaliaram a capacidade de rejeição de terra dos cortadores de disco convencionais submetidos em laboratório à vazões de terra equivalentes a operar o cortador de base a 25 e 50 mm de profundidade. Apesar do cortador de base ter rejeitado entre 83 e 93% da terra e que os rolos alimentadores tenham rejeitado de 3 a 16% da mesma, o teor final de terra na matéria-prima permaneceu em torno de 1,5%. Os mesmos autores testaram também o suporte de facas tipo "spider" (aranha ou pé de galinha) como recurso para reduzir o teor de terra na matéria-prima – os resultador desta alteração não foram conclusivos.
A deficiência no controle da altura de corte de base das colhedoras de cana-de-açúcar, além de contaminar os colmos com terra quando opera em subsuperfície, provoca também perdas de matéria-prima quando o corte é elevado. OMETTO (1994) apresenta perdas na forma de tocos deixados pelo cortador de base. Estas perdas atingiram 1,17% (1,26 t/ha) na cana queimada e 1,44% (1,43 t/ha) na cana sem queimar, de um total de aproximadamente 5% de perdas totais visíveis.
Objetivos
O presente trabalho tem dois objetivos principais para auxiliar o desenvolvimento de uma colhedora de capim elefante: o primeiro consiste no estudo do processo de flutuação integral do mecanismo de corte e também das facas articuladas com oscilação num plano vertical; o segundo objetivo consiste no estudo do desempenho de facas oscilantes no plano horizontal visando efetuar o corte, em alta velocidade, sem riscos de quebras por impacto na presença de obstáculos. O processo de flutuação do mecanismo de corte basal, pesquisado neste trabalho, visa o acompanhamento ponto a ponto do microrelevo do terreno tomando como referência um ponto de tangência, entre o mecanismo e o solo, localizado muito próximo do local de corte na base do colmo. Deve-se resaltar que o ajuste da altura de corte é efetuado manualmente pelo operador da colhedora, do que podem resultar tocos excessivamente altos ou corte subsuperficial, fenômenos ambos indesejáveis por resultarem em perdas de matéria-prima ou contaminação da mesma com partículas e microrganismos do solo.
Material e Métodos
O desenvolvimento dos mecanismos de corte basal foi abordado através das seguintes fases:
1- Proposta de configuração do mecanismo e modelagem dinâmica para ser utilizada nos processos de simulação e otimização envolvidos no dimensionamento da unidade piloto. Esta fase foi aplicada tanto ao mecanismo pantográfico de sustentação quanto ao mecanismo de facas oscilantes com dois graus de liberdade. As figuras 4 e 6 ilustram respectivamente os mecanismos pantográfico (quatro barras) e o disco segmentado propostos para o caso.
2- Simulações para avaliação preliminar do desempenho do mecanismo proposto
3- Otimização do desempenho do mecanismo proposto. Esta fase inclui as definições das funções objetivo e restrições para cada caso.
4- Projeto mecânico de uma unidade piloto com base nos resultados da otimização. Esta unidade visa validar em caixa de solo os desempenhos previstos pela simulação.
5- Verificação em caixa de solo das características de desempenho da unidade piloto.
Uma estrutura de sustentação pantográfica, (quatro barras) ,Fig. 4, caracterizada pelo grande peso do mecanismo de corte, foi inicialmente dimensionada utilizando síntese gráfica de posição e avaliada em simulações para verificar a posição do disco cortador com relação ao perfil do solo em várias alturas de operação. Seu desempenho dinâmico foi simulado através das equações de Newton –Euler aplicadas ao mecanismo plano com um grau de liberdade. Dos diagramas de corpo livre foram escritas oito equações de reação e uma equação de movimento. A solução numérica do sistema de nove equações permitiu obter as reações nas quatro articulações, a posição do mecanismo ao longo do tempo e a força de interação mecanismo-solo. As simulações foram efetuadas utilizando o pacote computacional Matlab. Após as simulações, foi feita a otimização do mecanismo objetivando minimizar a força, sempre positiva, de interação mecanismo-solo, tendo como restrição as dimensões construtivamente viáveis do mecanismo. Nessa, utilizou-se o módulo Toolbox-Optim do programa computacional Matlab,
A validação do modelo de simulação do mecanismo pantográfico foi efetuada utilizando uma unidade piloto de cortador alimentador ilustrada na Fig. 5, a qual foi montada através de barras articuladas ao carro portador da caixa de solo. A instrumentação implementada permitiu registrar a força de contato do disco cortador com o perfil senoidal de seguimento. A velocidade de deslocamento é monitorada através dos pulsos gerados por um cabeçote indutivo, o qual se movimentando junto a uma grade com barras de aço espaçadas 50 mm. O movimento vertical do mecanismo pantográfico é monitorado através de transdutor linear fixado próximo ao ponto de contato do disco cortador com o perfil de seguimento.
Disco cortador segmentado
O disco para corte basal em desenvolvimento apresenta un conjunto de oito facas, cada uma com dois graus de liberdade como ilustra a Fig. 6. O mecanismo apresenta um conjunto de pinos e buchas posicionados vertical e horizontalmente; as articulações horizontais permitem o movimento da faca no plano vertical. Esse deslocamento viabiliza a rejeição da faca pelo solo, evitando a penetração no mesmo, na medida que a força de interação faca-solo atinge o valor previsto no dimensionamento. Uma segunda articulação de eixo quase vertical viabiliza a rejeição da faca pelos obstáculos, caso estes apresentem força de reação superior à necessária para o corte dos colmos, segundo previsto no dimensionamento e de acordo com os valores registrados por KROES & HARRIS (1996). O modelo de simulação dinâmica desenvolvido resultou da aplicação das equações de Newton-Euler às três peças móveis representadas na Fig. 6. O sistema de 18 equações inclui duas equações de movimento correspondentes aos movimentos da faca nos planos vertical e horizontal e 16 equações de reação que permitem calcular as forças atuantes nas articulações e no ponto de fixação do motor de acionamento. O rotor segmentado encontra-se disposto em ângulo de 10 graus com relação ao plano horizontal de forma a permitir o contato das facas com o solo apenas na parte frontal, local onde as mesmas efetuam a varredura da superfície e o corte dos colmos de capim.
Resultados e Discussão
Mecanismo pantográfico de sustentação
A Tabela 1 apresenta as características do mecanismo inicialmente dimensionado pela síntese de posição e o mecanismo final obtido através do processo de otimização. As mudanças dimensionais encontram-se dentro dos limites estipulados nas restrições do processo de otimização. Verifica-se que a mudança mais significativa, proposta pela otimização, corresponde à constante elástica da mola cujo valor incrementou-se sete vezes com relação ao valor inicialmente proposto.
O desempenho dos mecanismos pantográficos inicial e otimizado pode ser apreciado nas Figs. 7 e 8. As simulações correspondem a um perfil de solo senoidal com amplitude de 50 mm e espaçamento entre sulcos de 1230 mm, com velocidade de deslocamento do cortador de 2 m/s. O processo de otimização melhorou significativamente o desempenho de flutuação do mecanismo, representado pela força normal de reação do solo, cujo valor máximo foi reduzida de aproximadamente 3.000 N para 100 N. Este baixo valor de carga pode ser convertido em pressão inferior a 5 N/cm2 com área de contato de apenas 20 cm2 , pressão essa adequada para evitar movimentação ou compactação do solo ainda em casos de solos de baixa sustentação.
Rotor segmentado com facas oscilantes
O desempenho dinâmico do rotor de facas oscilantes foi avaliado através do modelo dinâmico registrando a força de interação faca-solo e os movimentos vertical e horizontal da faca representados pelos ângulos Teta2 e Teta4 nas Figs. 9 e 10. Na fase atual do trabalho as forças de interação entre faca e solo são elevadas, superiores a 5000 N, as quais devem ser reduzidas significativamente através do processo de otimização. Observa-se na Fig. 9 que existe um comportamento oscilatório da faca no plano vertical, quando esta não está em contato com o solo (força Rs nula). No entanto, quando a faca está em contato com o solo esse comportamento oscilatório não se manifesta, o qual é positivo já que permite que os processos de varredura e corte sejam sempre rentes ao solo. A Fig. 10 ilustra o movimento da faca no plano horizontal; observa-se um comportamento desejável do ponto de vista de não existir praticamente oscilação para as características da faca propostas inicialmente e considerando que a cada giro a faca efetua o corte de um colmo; verifica-se, no entanto, que a faca posiciona-se com um ângulo Teta4 de aproximadamente 65 graus durante a operação o qual deverá ser reduzido durante a otimização do mecanismo ou a configuração geométrica da faca alterada para adequar o projeto a essa posição angular.
Conclusões
1- As limitações de capacidade operacional e capacidade de corte basal das colhedoras de forragem existentes justificam o desenvolvimento de tecnologias alternativas que reduzam o custo da colheita, melhorem a qualidade do produto colhido e protejam o equipamento assim como a soqueira do capim para futuras brotações.
2- A utilização de mecanismos articulados flutuantes permite efetuar um seguimento do perfil do terreno de forma a manter a altura de corte mínima agronomicamente recomendada sem provocar movimentação de solo que possa contaminar o produto colhido e danificar as soqueiras ou as facas dos discos cortadores.
3- A utilização de modelos de simulação combinados com técnicas de otimização permitem obter ganhos de desempenho dos mecanismos não atingíveis normalmente através de processos intuitivos de aprimoramento ou por simulações sucessivas.
4- A proposta de rotor segmentado com facas oscilantes em dois planos mostrou resultados preliminares promissores em termos das amplitudes de oscilação das facas e da capacidade de corte; não assim com relação à força de interação solo-faca que deverá ser otimizada para atingir valores aceitáveis.
Referências Bibliográficas
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Endereço para correspondência
Braunbeck O. A.
E-mail: oscar@agr.unicamp.br
Volpato C. E. S.
E-mail: cesvolp@agr.unicamp.br
Oliveira C. A. A.
E-mail: caaoliv@agr.unicamp.br
A fixação biológica de nitrogênio como suporte para a produção de energia renovável
Diego Mureb QuesadaI; Cátia FradeI; Alexander ResendeI; José Carlos PolidoroI; Verônica Massena ReisI; Robert BoddeyI; Bruno José Rodrigues AlvesI; Segundo UrquiagaI; Deise XavierII
IEMBRAPA Agrobiologia, Cx. Postal 74.505, Seropédica 23851-970, RJ, Brasil
IIEmbrapa Gado de Leite Juiz de Fora 36038.330, MG, Brasil
RESUMO
A fixação biológica de nitrogênio é um grande suporte para se conseguir altas produções no campo, aliada a um equilíbrio com o meio ambiente e a racionalização dos custos . A importância da FBN se faz ainda maior nos casos de culturas produtoras de biomassa como fontes alternativas de energia, onde se torna necessário que o balanço energético (maior energia produzida que a consumida na produção de biomassa) seja altamente positivo. As pesquisas tem demonstrado que a chave para o sucesso do processo de FBN está numa seleção de genótipos e de bactérias diazotróficas que se associem mais eficientemente. É necessário portanto o estudo mais detalhado sobre a população de bactérias diazotróficas durante o ciclo de crescimento da planta em estudo.
Com este intuito, um estudo está sendo feito no campo para se selecionar genótipos de Pennisetum purpureum que sejam eficientes em produção de biomassa em solos pobres em N. No primeiro estágio, selecionou-se quatro genótipos (Gramafante, Cameroon, BAG 02 e Roxo) que se destacaram em produção ao longo de cinco anos, sem a aplicação de N-fertilizante. Estes foram para o campo para experimentação complementar, em solo também deficiente em nitrogênio para avaliação de biomassa e FBN. Resultados promissores estão sendo alcançados, com os materiais produzindo muito bem sem aplicação de N-fertilizante (estatisticamente igual ao equivalente a 100kg N/ha) e com um percentual de FBN bem satisfatório para uma gramínea forrageira, da ordem de 30%
Palavras-chave: Biomassa, Bactéria Diazotrófica, Energia, Fixação Biológica de Nitrogênio e Pennisetum purpureum,
ABSTRACT
Recently, rapid-growing grasses which possess the C4 photosynthetic pathway such as Miscanthus and Pennisetum spp. have been considered as prime candidates for the production of bio-fuels. In the case of Pennisetum purpureum (Elephant grass) and related hybrids, the genotypes studied until now have generally been selected for high production of forage for cattle under high N fertiliser additions. For forage production it is desirable that the tissues have high protein content. However, for biomass production the priority should be for carbon accumulation and the highest possible biomass production per unit of applied fertiliser. The manufacture of N fertiliser involves a very high cost in terms of fossil energy, and if large additions are made the grass biomass produced may have only a little more (or even less) calorific value than that utilised in the manufacture of the fertiliser. This completely negates the prime objective of biofuel production which the replacement of energy derived from non-renewable fossil sources with that derived from solar radiation.
Recently the team headed by Dr Johanna Döbereiner at Embrapa Agrobiologia have shown that several tropical grasses (including sugar cane and elephant grass) are able to obtain significant quantities of N through the action of associated endophytic N2-fixing bacteria. Derived from this line of reasoning a study is being conducted in the field to select appropriate genotypes of Pennisetum purpureum which are efficient is biomass production in soil of very low N fertility. In the first stage four genotypes have been selected : Gramafante, Cameroon, BAG 02 and Roxo, which have been the most productive over a 5 year period without N fertiliser addition. A complementary study is underway to evaluate biomass production and quantify the N2 fixation input. Preliminary results are promising and show that these materials produce well without N fertiliser application a with a contribution of approximately 30 % of plant N derived from N2-fixing, which can be regarded as very satisfactory for a graminaceous specie.
INTRODUÇÃO
A produção de material energético alternativo através de biomassa representa hoje um dos grandes desafios para a ciência, já que a continuação da queima desenfreada de petróleo, que além de ser finita , contribui para o efeito estufa que ameaça o equilíbrio do clima da terra. Como a queima de biomassa somente recicla CO2 que foi retirado da atmosfera pela fotossíntese, tudo indica que a longo prazo esta será a alternativa energética mais segura.
Qualquer bio-combustível para ter a sua produção viável, não somente precisa ser economicamente compatível mas necessita principalmente de tecnologias que garantam a sua produção com balanços energéticos altamente positivos, isto é, produzir pelo menos três vezes mais energia que a gasta para a produção e processamento dos materiais vegetais a serem utilizados. Na Europa e EUA, a elevada mecanização da agricultura e o consumo de níveis elevados de fertilizantes, principalmente nitrogenados, não permitem que este balanço seja alcançado. Contrário a isto, no Brasil há ainda muito mais uso de mão de obra manual e devido a falta de subsídios de fertilizantes, os adubos nitrogenados são usados normalmente em doses menores que um quinto do aplicado nos países desenvolvidos. Além disso vários genótipos de culturas em nosso país, como cana de açúcar, adquiriram mais facilidades de se associarem com bactérias fixadoras de nitrogênio e assim obtém grande parte do N necessário através da fixação biológica de nitrogênio, o qual pode estar associado com a alta capacidade fotossintética, taxa de crescimento, eficiência do uso de água e intercepção da luz das espécies tropicais. O capim elefante (Pennisetum purpureum Schum.), está entre as espécies de alta eficiência fotossintética, resultando numa grande capacidade de acumulação de matéria seca, tendo sido a forrageira mais utilizada em sistemas semi-intensivos de produção de leite. Nas últimas décadas, tem havido crescente interesse no uso desta forrageira sob pastejo, principalmente para vacas de lactação. Entretanto, devemos considerar que por se tratar de uma forrageira de alta produção, suas necessidades de nutrientes relacionam-se com seu potencial produtivo. Levando-se em conta que dentre os fertilizantes utilizados na agricultura, são os nitrogenados aqueles que mais oneram os custos com adubação, tem-se enfatizado a necessidade de uma maior exploração do potencial da fixação biológica de nitrogênio em gramíneas tropicais.
Devido a estes fatos, o Brasil assumiu a liderança na pesquisa sobre produção de gramíneas com níveis de adubação nitrogenada muito abaixo das necessidades das plantas sendo com isto energeticamente e ecologicamente mais indicados para alternativas bioenergéticas. A pesquisa tem demonstrado que a chave para o sucesso do processo de fixação biológica de N2 (FBN) na agricultura, está numa seleção de genótipos e de bactérias que se associem mais eficientemente. Várias espécies de bactérias fixadoras de N2 como Beijerinckia, Bacillus, Azotobacter, Derxia, Enterobacter e Azospirillum foram isoladas do solo e da rizosfera de cana-de-açúcar e outras gramíneas [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Três espécies já identificadas foram chamadas de endófitas (habitam o interior de plantas), são elas: Acetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae e H. rubrisubalbicans [9], [10], [11]. A. diazotrophicus também foi isolado de plantios de cana-de-açúcar em outros países como Cuba, México[12] e Austrália [13], [14]. Já para Herbaspirillum spp., os trabalhos de isolamento se referem apenas aos plantios no Brasil. O grupo do CNPAB estuda a associação destas bactérias com a cana-de-açúcar e os resultados mostraram que A. diazotrophicus possuí um modo de infecção passivo, isto é, utiliza aberturas naturais ou provocadas pelo crescimento ou injúrias para colonizar a planta. O modo de transmissão mais eficiente é via toletes usados para propagação e portanto somente foi isolado de plantas propagadas vegetativamente [15]. Já Herbaspirillum seropedicae foi isolado de diversas gramíneas e possivelmente usa a semente para sua transmissão [16]. Essas associações permitem que a cana-de-açúcar apresente produções acima de l50t por ha plantada em solos pobres e sem nenhuma adubação nitrogenada, acumulando mais que 200kg N ha-1 através da associação com estas bactérias [17]. Espera-se que no capim elefante sejam encontrados resultados semelhantes
Pouca informação se tem a cerca de bactérias colonizando gramíneas de alta produção de biomassa como Pennisetum, e ha uma grande necessidade de entender se os organismos presentes neste vegetal se comportam de forma semelhante aos resultados encontrados na cana-de-açúcar e usar esta oportunidade para a seleção de fontes energéticas mais eficientes.
Pesquisas com vários capins forrageiros mostraram também possibilidades semelhantes cobrindo até 40% da suas necessidades de N através da associação com bactérias fixadoras de N2 [18], [19]. Como até então, o melhoramento de capins sempre visou finalidades forrageiras que necessitam teores elevados de proteína e baixos níveis de fibra para ter boa qualidade como alimento animal, a mudança no rumo da seleção ou melhoramento de genótipos para fontes bioenergéticas se faz necessária. Neste caso, há a necessidade de um elevado teor de celulose sem necessariamente conter altos teores de proteína. Neste sentido a redução ou eliminação completa do adubo nitrogenado na produção de biomassa além de aumentar o balanço energético, ainda reduz os custos de produção apresentando ainda melhores possibilidades. Tudo isto, vislumbra a possibilidade do uso de capim elefante como fonte de energia renovável
Os objetivos do presente trabalho são o de selecionar genótipos de Pennisetum purpureum Schum., que apresentem elevadas produções quando adubados com adequados níveis de nutrientes (PK e micronutrientes) mas sem a aplicação de N e selecionar genótipos de Pennisetum purpureum Schum. para alta fixação biológica de nitrogênio.
MATERIAL E MÉTODOS
Os estudos estão sendo realizados através de três experimentos.
Experimento 1
Este experimento teve início em 1995, onde foram utilizados 14 genótipos de Pennisetum purpureum e 1 variedade de cana de açúcar selvagem (Krakataú, com alta eficiência para FBN) para se avaliar a contribuição da Fixação Biológica de Nitrogênio nos mesmos, através da técnica de diluição isotópica de 15N. Os genótipos são cultivados em cilindros de concreto (50 cm de prof. e 60 cm de profundidade), preenchidos com solo PVA série Itaguaí e marcados com 15N, em espaçamento 100 x 50cm O experimento vem sendo realizado na EMBRAPA-AGROBIOLOGIA, sendo utilizado o delineamento de blocos ao acaso, com sete repetições, e cortes periódicos estão sendo feitos para se avaliar matéria seca, N-total e enriquecimento em 15N.
Experimento 2
Este experimento tem por objetivo identificar bactérias fixadoras de N2 que colonizam raízes, folhas e colmos de capim elefante do experimento 1, pelo método do número mais provável (NMP).
Experimento 3
Neste experimento que está em desenvolvimento no campo, está se avaliando a produção de matéria seca e a FBN em quatro genótipos de Pennisetum purpureum, através da técnica de abundância natural de 15N , selecionados no experimento 1 e cultivados em solo muito pobre em N ( planossolo ) na área experimental da EMBRAPA-AGROBIOLOGIA. Os tratamentos são testemunha (sem aplicação de N) e aplicando-se 100 Kg de N/ha na forma de Uréia. Os quatro genótipos são Gramafante, Cameroon, BAG 02 e Roxo, sendo sua instalação em outubro de 1999 e a primeira colheita realizada em maio de 2000. As parcelas são constituídas de 5 linhas de 5 x 0,5m e o delineamento é o de blocos ao acaso com quatro repetições.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com relação a produção de matéria seca no experimento com cilindros ( experimento 1 ), a medida que os anos passam alguns genótipos se destacam em relação aos demais. Como este experimento não recebe adubação nitrogenada, isto vem comprovar que alguns genótipos são mais eficientes no uso do N do solo ou que os mesmos genótipos podem estar recebendo outra fonte de N diferente do solo, e neste caso só poderia ser via fixação biológica de nitrogênio. Assim, com o conteúdo de nitrogênio do solo caindo ao longo dos anos, os genótipos que utilizam somente nitrogênio do mesmo caem de rendimento e os que são mais eficientes no uso do N, e/ou possuem outra via de nutrição nitrogenada mantém ou até mesmo melhoram seus rendimentos. Estes resultados se encontram na tabela 1. Observa-se que os rendimentos variaram muito com o ano agrícola, mas o interessante é que no ano de 1999, cinco anos após o estabelecimento da cultura e sem aplicação de N-fertilizante, alguns genótipos como Gramafante e Cameroon se destacaram, produzindo de 50 até 80 t/ha de matéria seca, indicando um alto potencial destes materiais para uso na produção de biomassa, e com um balanço energético muito positivo pois não se tem usado N-fertilizante
As análises de enriquecimento em 15N nos genótipos de Pennisetum no ano de 1995, e consequentemente o percentual de contribuição da FBN nos genótipos estudados, levam a comprovação do que foi dito anteriormente. Os genótipos que mais se destacaram em relação a massa seca, também tiveram destaque quando se trata da contribuição da FBN, não diferindo estatisticamente dos genótipos que tiveram contribuições pouco maiores. Os resultados podem ser vistos na tabela 2.
Para se ter uma maior precisão nos resultados, se faz necessário que análises de enriquecimento em 15N sejam feitas nas colheitas seguintes, uma vez que a medida que os anos passam os genótipos mais promissores começam a se destacar. Estas análises estão sendo feitas na EMBRAPA-AGROBIOLOGIA, por espectrometria de massas. Com base nestes resultados, foram selecionados os genótipos para a implantação do experimento 3
No experimento três, quatro genótipos de capim elefante estão sendo estudados em solo deficiente em nitrogênio e submetidos a dois tratamentos de N. Um onde se aduba o equivalenta a 100 kg de nitrogênio por hectare, na forma de uréia, e outro onde as parcelas não recebem N-fertilizante (testemunha), para se saber se ocorre diferenças em relação a produção de biomassa e nitrogênio acumulado na parte aérea. Através da técnica de abundância natural de 15N, também se obtém o valor do delta para os quatro genótipos e o percentual de nitrogênio da planta oriundo da fixação biológica de nitrogênio nestes genótipos. Para se calcular a FBN por esta técnica, é necessário que se tenha uma testemunha não fixadora, que neste caso foi o genótipo Roxo, pois obteve um valor de Delta equivalente ao do solo
Apesar de não ter havido diferença significativa para nenhum dos parâmetros analizados,é de se ressaltar que os genótipos foram capazes de produzir até 100t/ha de biomassa, acumulando somente 40 kg N/ha, o que é mais um indicativo da capacidade de produção destes materiais, associada a sua elevada capacidade fotossintética, taxa de crescimento e eficiência no uso da luz. O genótipo Roxo teve um rendimento abaixo dos demais, o que já era esperado, pois os demais foram selecionados pela alta capacidade de produção de biomassa observada no experimento 1. Também não houve diferença estatística quando se compara o tratamento que recebeu N-fertilizante com a testemunha, para nenhum dos quatro genótipos, sendo um bom indicativo de contribuição da FBN. Para se ter uma conclusão mais concisa, é necessário que mais colheitas sejam feitas ao longo do tempo para se saber quais genótipos se destacarão. Em se tratando de uma gramínea forrageira, os resultados encontrados para a fixação biológica de nitrogênio são bem satisfatórios e promissores
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem. ao IPT, e especialmente a FINEP pelo apoio financeiro
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Paulo Brito Moreira de Azevedo
Divisão de Economia e Engenharia de Sistemas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Est. de S. Paulo, IPT, 05508-100 São Paulo, SP tel: (11) 3767-4924 fax: (11) 3767-4034
RESUMO
A utilização do capim elefante é bastante difundida na alimentação de animais como forragem. O seu uso energético ainda é bastante incipiente. Estudos de aspectos econômicos para esse fim são praticamente inexistentes.
O presente artigo tem por finalidade buscar trazer avaliações preliminares do custo de produção agrícola do capim elefante para uso energético, tendo-se por premissa inicial aproximações feitas a partir de seus custos para forragem.
A metodologia utilizada baseia-se em técnicas de análise de decisão. A referência de análise é o custo por tonelada de matéria seca do capim elefante.
As etapas de produção agrícola são as seguintes: formação e manutenção. Em ambas etapas o item que mais pesa no custo de produção agrícola é a adubação, que por sua vez vai ter reflexos diretos na produtividade agrícola.
Os resultados iniciais apresentam o custo de produção variando de R$10 a 13 a tonelada de matéria seca, posta no campo.
Palavras-chave: Capim elefante, custo de produção, energia, aspectos econômicos do capim elefante
ABSTRACT
Napier grass is widely used as animal feed. Its use as energy still is incipient. Studies of economic aspects for this use are practically inexistent. The present paper has the purpose to bring preliminary evaluations of the cost of agricultural production of napier grass for energy use, through of approaches made from costs for fodder plant.
The methodology are based in techniques of decision analysis. The reference of analysis is the cost per ton of dry mass of napier grass on the farm. The stages of agricultural production are the following ones: formation and maintenance. In both stages, the item most important in the cost of agricultural production, is the fertilization, which in turn influences the agricultural productivity.
The initial results shows the production cost varies from R$10 to R$13 (US$5,5 to US$7,2), per ton of dry mass on the farm.
INTRODUÇÃO
A partir das dificuldades que o uso da madeira como energético começou a apresentar no final dos anos 80, seja por questões ambientais, seja pela concorrência a usos mais nobres, tais como produção de pasta celulósica, mobiliário e uso na construção civil, alternativas à madeira passaram ser observadas mais cuidadosamente. Entre elas o uso do capim elefante.
O capim-elefante (Pennisetum purpureum K. Schumach.) ("Napier grass") é um vegetal que se mostrou com alto potencial produtivo de forragem picada verde ou conservada [1](JACQUES, 1990), o que consequentemente, dado seu alto teor de fibra, deverá também se apresentar com boas perspectivas como energético. A energia da biomassa nada mais é do que energia solar armazenada através do metabolismo da planta pela fotossíntese [2](IPT, 1992). Isto significa que quanto maior for o crescimento da massa vegetal num período curto de tempo, mais eficiente será o aproveitamento da energia solar pela planta. Neste sentido as gramíneas forrageiras apresentam crescimento mais acelerado que outras fontes vegetais, como a madeira.
Existem poucas informações a respeito do capim-elefante no que diz respeito à produção vegetal de fibras. Dados obtidos em experimentos exploratórios [3](GHISI et alli.1995) indicam para uma produção de matéria verde integral, com palha e tudo e seca a 100oC, está entre 21,3 e 49,9 t/ha, obtidos em 2, 3 e 4 cortes por ano. Fardos preparados com as canas integrais pesam cerca de 52 kg/m3 (70% umidade) [4](MARIA EUGÊNIA, 1998).
O capim-elefante é uma monocotiledonea e como tal, apresenta o colmo como uma parte fibrosa, mais dura, que forma a casca e uma medula com feixes vasculares. Sua estrutura morfológica é bastante semelhante à do bagaço de cana-de-açúcar, o qual apresenta a seguinte composição: 65% de fibras e 35% de material não fibroso.
Diante destas características promissoras para uso como energético, iniciou-se a partir de setembro de 1.998, estudos de aproveitamento do capim elefante para diversos usos como energia, denominado – Programa Integrado de Biomassa (PIB), coordenado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Est. de São Paulo e financiado pela FINEP – Financiadora de Projetos. Este programa é composto de 7 sub-programas:
• otimização do plantio de gramíneas de alto porte (IZ-Instituto de Zootecnia de Nova Odessa);
• plantio com interação bacteriana para fixação de nitrogênio do ar, objetivando reduzir o uso de fertilizantes nitrogenados (Embrapa /Seropédica /RJ e IZ);
• extração de proteínas do caldo das gramíneas visando ração animal (IPT);
• queima direta de gramíneas: colheita, secagem, transporte e combustão (UNICAMP);
• processo de carvoejamento de gramíneas (UNICAMP);
• processo de gaseificação de gramíneas (UNICAMP);
• estudos de pré-viabilidade econômica (IPT)
PROCEDIMENTO METODOLÓGICO
Como o atual estágio de desenvolvimento tecnológico da produção agrícola de capim-elefante para uso como energético, apresenta ainda muitas incertezas, este estudo baseia-se em técnicas de análise de decisão (ou risco).
Em linhas gerais esta técnica consiste em tratar as incertezas que envolvem o problema (preço do adubo e insumos, produtividade, etc.) como uma faixa de valores prováveis (em geral considerados em 3 níveis: baixo, médio e alto), aos quais são associadas probabilidades de ocorrência. Como conseqüência, há uma combinação de todas as faixas de valores atribuídas às incertezas, chegando-se assim a diversas possibilidades de resultados, vistas, no final, através do valor esperado (esperança matemática) da distribuição destes resultados com base nas probabilidades. A referência de análise foi o custo da tonelada da matéria seca da produção agrícola do capim-elefante (R$/ton M.S.).
As informações utilizadas para esta análise foram baseadas em inferências obtidas a partir da produção agrícola do capim-elefante para uso como forragem [5](ESALQ, 2000), complementadas por dados obtidos nos experimentos que vem sendo realizados pelo Instituto de Zootecnia, do sub-programa do Programa integrado de Biomassa.
É importante observar que nesta análise ainda não estão incorporados os custos financeiros de investimentos, tais como preço da terra, maquinaria, obras civis e outros investimentos.
O recurso computacional utilizado foi software DPL – Decision Programming Language.
ETAPAS DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA
Basicamente são duas etapas da produção agrícola do capim-elefante: formação e manutenção da área de cultivo do capim-elefante. As principais atividades de cada uma delas são as seguintes:
1. Formação:
• Preparo do solo: consiste em preparar o solo para o plantio do capim, iniciando-se pela aração, passando pela gradeação e terminando com a calagem do solo. Todas estas operações são feitas por tratores e implementos, cujo custo hora por ha foi considerado como sendo de R$ 11 a R$ 13 dependendo do implemento (inclusos os custos de mão-de-obra do tratorista e ajudante).
• Plantio: nesta fase são feitas as seguintes operações mecânicas: sulcação, distribuição de mudas (carreta) e cobertura mecânica (de terra) de mudas. As seguintes atividades complementares às anteriores, envolvem somente mão-de-obra: distribuição de superfosfato, distribuição de mudas, picação das mudas e repasse da cobertura das mudas. O custo da mão-de-obra considerado foi de R$0,89/hora/ha.
• Insumos: a tabela a seguir apresenta os insumos necessários à etapa de formação do plantio do capim-elefante.
2. Manutenção:
• Tratos culturais: nesta etapa o manejo da cultura restringe-se à adubação e calagem do solo, sendo todas estas operações mecânicas. Os insumos utilizados são os seguintes:
Além destes dados, as seguintes condições foram consideradas:
• perdas na produção: 5%;
• cortes anuais: quatro;
• percentual médio de matéria seca: 15%
ESTRUTURAÇÃO DO MODELO DE ANÁLISE DECISÃO
A partir das informações coletadas, estruturou-se o modelo de análise de decisão (Figura 1), cujo objetivo final é determinar qual é a melhor alternativa de adubação, tendo-se por referência o custo de produção agrícola. Observa-se no modelo três tipos de figuras, com cada uma delas representando os tipos das variáveis consideradas. As figuras ovais representam as variáveis de incerteza e a figura retangular, a variável de decisão (quantidade de adubo a ser aplicada). Os retângulos arredondados nas pontas são valores fixos ou valores a serem calculados a partir das demais variáveis. As setas representam a influência que uma variável exerce sobre a outra. Destaca-se a produtividade estimada que indubitavelmente recebe influência direta da quantidade de adubo aplicado no solo.
Com intuito de se observar quais variáveis apresentam maiores impactos nos resultados finais do custo de produção agrícola do capim-elefante, inicialmente foram feitos exercícios variando-se os valores das variáveis. Este procedimento é conhecido por análise de sensibilidade.
A Figura 2 apresenta as variáveis que se mostraram mais sensíveis aos resultados, observadas no diagrama de tornado, o qual apresenta a variação do custo de produção agrícola diante dos menores e maiores valores consideradas para a variável. Como pode ser observado, a produtividade do capim é a variável que apresenta maior impacto nos resultados, variando de R$10 a R$14 tonelada (40%), dada a estreita relação com a quantidade de adubo a aplicada como já salientado. Em seguida aparecem as variáveis: preço do adubo, período de produção e outros insumos para formação (fora o adubo) como as mais sensíveis aos resultados. As demais variáveis do modelo não apresentaram impactos significativos.
Com base nestes resultados, foram então eleitas as variáveis de incerteza do modelo a serem trabalhadas mais detalhadamente. Para cada uma destas variáveis foram portanto definidas faixas de valores e probabilidades de ocorrência destes valores, definidas a partir de discussões da equipe técnica do PIB. Os valores definidos foram os seguintes, com suas respectivas faixas de variação e probabilidades de ocorrência:
Logicamente quanto maior for a quantidade de adubo 20-05-20 aplicada, maiores são as chances de se obter alta produtividade. Com base em experimentos do Instituto de Zootecnia, foi portanto definida a seguinte relação entre estas duas variáveis (Figura 3)
Entretanto, altas quantidades de adubo arcam com aumentos significativos dos custos de produção.
A metodologia adotada, contudo, possibilita encontrar o ponto de equilíbrio entre a quantidade aplicada e a produtividade obtida, tendo-se por referência o custo de produção.
RESULTADOS E CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir da metodologia acima descrita, a árvore de resultados (combinação entre todas as variáveis do modelo de análise de decisão), resultou numa distribuição de 324 custos de produção agrícola do capim-elefante (81 resultados para cada alternativa de adubação). A Figura 5 apresenta o gráfico da distribuição acumulada destes resultados para cada uma das alternativas
A Figura 4 apresenta a melhor otimização das quatro possibilidades de adubação, sob o enfoque econômico. Os valores apresentados são observados pelo valor esperado (média) dos 81 resultados encontrados para cada alternativa de adubação, ponderados pelas probabilidades de ocorrência consideradas.
Como se observa, a quantidade de adubo que melhor otimiza o custo de produção agrícola é 666 Kg/ha. Nesta quantidade é que se obtém o menor custo de produção: R$11,97. A quantidade que pior otimiza o modelo é 333 Kg/ha, pois o custo de produção se encontra em R$ 13,71, 14,5% mais caro que o anterior.
Dos resultados encontrados, observa-se que a faixa de variação entre as alternativas de adubação encontra-se em valores próximos (R$13,71 contra R$11,97), perfazendo uma diferença de somente R$1,74.
A princípio esta pequena diferença, denota consistência nos resultados encontrados. Entretanto diante do atual estagio de desenvolvimento da produção de capim-elefante para fins energéticos, ainda existem inúmeros aspectos a serem melhor investigados. Basta lembrar que a maioria dos dados utilizados neste exercício, foram trazidos da produção agrícola para forragem animal.
Preliminarmente, contudo, especialistas agrícolas vislumbram que, salvo mudanças radicais no processo de produção agrícola do capim, futuramente quando forem consolidados os experimentos que atualmente vem sendo desenvolvidos, existem boas chances dos valores do custo de produção ficarem próximos aos valores encontrados por esta análise, pois a relação adubação versus produtividade do capim-elefante, diante de custos de produção aceitáveis, indica estar chegando próxima ao seu limite.
REFERÊNCIAS
[1] JACQUES, A. V. A . (1990); Fisiologia do crescimento do capim-elefante. IN: Carvalho, L. de A . et al. Eds.; Simpósio sobre capim-elefante. ANAIS; Coronel Pacheco, EMBRAPA-CNPGL, 195p.
[2] IPT – INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO, Análise de Pré-viabilidade econômica de aproveitamento de gramíneas forrageiras para carvoejamento e extração de proteínas. Relatório IPT/DEES-APAT nº 30.157/92, São Paulo, maio de 1992
[3] GHISI, O.M.A.A.; JÚNIOR, E.F.; WERNER, J.C.; BEISMAN, D.A.; LEITE, V.B.O.; MARTELLO, P.V. "Avaliação do Capim-Elefante (Pennisetum purpureum cv. Guaçu), visando o carvoejamento" Relatório Final Secretaria da Agricultura e Abastecimento do Estado de São Paulo Instituto de Zootécnica. Nova Odesa. 12.Maio.1995.
[4] PAIVA SOUZA, MARIA EUGÊNIA DE. IPT – Div. Eng. Mecânica / Agrupamento de Engenharia Térmica. Informações internas. Junho de 1999.
[5] ESALQ – ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA LUIZ DE QUEIROZ, Custo de produção agrícola do capim-elefante para forragem: ESALQ, 2000. (arquivo eletrônico recebido por email do Instituto de Zootecnia)
ANDRADE, J.B. Subprojeto: Produção de Biomassa pelo Capim Elefante. Área: Energia – Fontes Alternativas – Biomassa Rede Proposta: PIB – Projeto Integrado Biomassa Proponente: Instituto de Zootécnica Interessado: FINEP/RECOPE. Junho/ 1997.
IPT – INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO, Avaliação Técno-Econômica da Utilização de Capim-Elefante (Pennisetum purpureum K. Schumach) como matéria-prima para a fabricação de celulose. Relatório nº 41.540, São Paulo, 1999
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Silas Derenzo, Wagner Aldeia
Agrupamento de Processos Químicos, IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A., 05508-901, São Paulo, SP. Tel (011) 37674528, fax: (011) 37674052
RESUMO
Foram estudadas as condições operacionais da etapa de extração de proteínas do capim elefante (pennisetum purpureum schum) utilizando- se água e soluções alcalinas como agentes de extração Verificou-se que as melhores condições de extração ocorrem com pH inicial elevado (até pH10) em temperaturas moderadas (40ºC). Extrações com rendimentos próximos podem ser obtidas em processos que utilizem duas etapas de extração com água em temperaturas mais elevadas (70ºC).. Foi estudada também a variação do teor de proteínas e de massa seca com a idade de corte, constatando-se que o envelhecimento da planta resulta no decréscimo da quantidade de proteínas.
Palavras-chave: Capim elefante, proteínas, técnicas de extração
ABSTRACT
The operational conditions of the protein extraction step from a grass (pennisetum purpureum schum) were studied. Extracting agents utilized were water and alkaline solutions. The best extraction conditions observed in the present was the extraction at 40ºC and pH 10. Similar extraction yield was obtained with water as extracting agent in a two step process at 70ºC. It was studied also the dry mass and protein content in the plant with the cutting period.
INTRODUÇÃO
Proteínas são uma importante fonte de nutrição dos seres vivos. Enquanto as proteínas de origem animal são formadas por aminoácidos em proporção e qualidade ótimas para a nutrição, as proteínas de origem vegetal raramente são completas em sua composição. Entretanto, tais proteínas são importantes por serem, em muitos casos, a principal ou única fonte de aminoácidos essenciais na alimentação. Elas possuem propriedades que as tornam importantes pelos efeitos estruturais nos produtos alimentícios, inclusive aqueles à base de carne. De qualquer forma, não pode ser desprezada a importância das proteínas vegetais para o homem.
As primeiras idéias relativas ao aproveitamento de folhas não digeríveis para a nutrição humana datam de 1885, sendo que a primeira patente relativa ao assunto data de 1927.[1]. Nas décadas de 60 e 70, a previsão pessimista sobre a fome no mundo levou a uma intensificação na busca de novas fontes alternativas de nutrição. Os trabalhos desta época visavam a utilização destas fontes de proteínas tanto para a nutrição animal quanto sua aplicação como complemento da dieta humana. Atualmente, a utilização de proteínas de fontes alternativas estão mais ligadas a nutrição animal.
Em geral, os processos de obtenção de proteínas de origem vegetal, conforme apresentado na Figura 1, consistem basicamente na sua lixiviação da planta, seguida de sua precipitação, concentração e secagem.
A extração de proteínas das plantas é, em geral, de processamento mais difícil do que a de sementes. Este fato é devido ao baixo teor de proteína na matéria prima verde (cerca de 5% em massa), quando comparadas ao seu teor nas sementes (cerca de 40% em massa) [2].
Para que ocorra a extração das proteínas é necessário que haja a sua exposição ao agente extrator, o que é conseguido pelo rompimento das paredes celulares do vegetal. Este rompimento pode ser realizado em moinhos desfibradores, utilizados na indústria de celulose[2].
Podem ser utilizados como agentes de extração, tanto a água, quanto soluções moderadamente alcalinas e até mesmo de ácidos minerais a quente [3]. A solubilidade das proteínas é substancialmente influenciada pelo pH. O ponto isoelétrico de uma proteína é definido como o pH onde esta tem carga zero e solubilidade mínima. Após a extração, separa-se o caldo da torta por meios convencionais.
Nos processos clássicos de precipitação de proteínas, a solubilidade das mesmas em uma dada suspensão pode ser reduzida por diferentes métodos:
• coagulação por aquecimento [2].
• adição de sais neutros, como fosfato ou sulfato de amônio [4].
• redução da constante dielétrica, pela adição de solventes orgânicos tais como acetona, metanol ou éter [5];
• redução das cargas elétricas das proteínas (ponto isoelétrico), pelo ajuste do pH [5].
Uma vantagem desta última técnica é a seletividade na precipitação de compostos: aqueles com ponto isoelétrico maior ou menor que o pH da solução, permanecerão solubilizados.
Uma vez precipitadas, as proteínas podem ser concentradas por técnicas de separação sólido - líquido convencionais, tais como decantação, filtração e centrifugação, antes de serem secas por processos também convencionais.
Assim, como pode ser verificado, uma das etapas mais importantes do processo diz respeito a extração da proteína do vegetal.
OBJETIVO
O objetivo do presente trabalho é o de estudar as condições operacionais da etapa de extração das proteínas do capim elefante (pennisetum purpureum schum), dentro de um âmbito maior, que é a sua utilização para para fins energéticos.
PARTE EXPERIMENTAL
O capim, logo após sua colheita, foi picado em uma forrageira e armazenado a -18ºC, com o objetivo de retardar a degradação do material. Amostras de diversos lotes de material foram caracterizadas quanto à massa seca e ao teor de proteínas pelo método de Kjeldahl. As matérias-primas utilizadas nos experimentos foram provenientes do estudo experimental de plantio desenvolvido pelo Instituto de Zootecnia.
O rompimento celular foi realizado através da trituração com água em um liquidificador. Foi variado o pH inicial da suspensão, tanto pelo ajuste da quantidade de água, quanto pela adição de hidróxido de sódio.
A extração foi efetuada sob agitação em temperatura controlada, em um banho Dubinhoff. Após a extração, o material foi separado, prensado e o teor de proteína do caldo analisado pelo método de Biureto [6]. Foram realizados também alguns ensaios com mais de uma etapa de extração.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
CARACTERÍSTICAS DA MATÉRIA PRIMA.
O capim elefante, como todas as gramíneas, possui teor de massa seca e de proteínas que dependem de sua idade. Inicialmente foram determinadas estas variações, apresentadas nas Figuras 2 e 3, respectivamente.
Além das variações verificadas, o teor de proteínas ao longo da planta também pode variar, como pode ser verificado na Tabela 1, para o capim colhido 32 semanas após o plantio.
No entanto, como o objetivo do projeto é o de se estudar o aproveitamento de como um subproduto, optou-se por não separar o capim em diferentes partes, frente às dificuldades que isto representaria para a sua colheita no campo, e que também implicaria em custos adicionais.
ENSAIOS DE EXTRAÇÃO
Baseado nos resultados das caracterísitcas das matérias-primas iniciais, foram realizados ensaios de extração com a planta em idades variando entre 10 e 14 semanas, as quais apresentam maiores teores de proteínas.
Inicialmente foi avaliado a eficiência de extração das proteínas com diferentes níveis de pH do agente extrator. As extrações foram efetuadas em três etapas sucessivas e consecutivas, com um tempo de extração de 120 minutos a uma temperatura de 40oC. A Figura 4 apresenta os resultados deste estudo.
Os resultados indicam que um aumento no pH inicial do agente extrator maximiza a eficiência da extração. No entanto o pH da solução ao longo da extração decresce devido à liberação de ácidos presentes na planta, de modo que o pH ao final do processo apresentou um decréscimo de cerca de 2 pontos em relação ao pH inicial.
A extração em pHs iniciais acima dos níveis empregados (> 10) foram evitados, pois soluções altamente alcalinas podem degradar as proteínas [3].
Observa-se também, que no nível superior de pH, uma única etapa de processamento é capaz de extrair cerca de 75% da proteína e que em duas extrações consecutivas extrai-se praticamente todo o material.
Este mesmo nível de extração foi obtido nos ensaios em que se estudou o efeito da temperatura no rendimento de extração. A figura 5 apresenta os resultados deste estudo, realizado em uma única etapa de extração, com pH 10. Verifica-se que o efeito da temperatura é menos pronunciado, variando entre 73 e 78% na faixa de temperatura estudada.
Temperaturas mais elevadas foram evitadas pois acima de 70ºC ocorre uma coagulação significativa das proteínas [2].
Foi realizado também um estudo comparativo de extração a baixa temperatura (40oC) utilizando apenas água como agente extrator em um lote pobre em proteínas (aproximadamente 4% em massa). Verificou-se que a eficiência de extração com água (pH6) foi cerca de 65% daquela obtida com pH10, em uma única etapa de extração.
Para avaliar se a temperatura poderia ter um efeito benéfico na extração com água, foi realizado um estudo comparativo entre a extração com pH10 e a extração com água a 75ºC. Os resultados estão apresentados na figura 6.
Verifica-se que, com uma matéria prima mais rica em proteínas as diferenças de eficiência não são significativas podendo-se alcançar uma eficiência de extração comparável, na temperatura estudada.
Este fato, além de poder reduzir custos no processo pela não utilização de produtos químicos, possui um efeito benéfico de não contaminar o material celulósico a ser utilizado com fins energéticos.
CONCLUSÕES
Com base nos ensaios realizados pode-se tecer as seguintes conclusões:
1. A idade de corte do capim elefante tem um efeito acentuado sobre a massa seca e o teor de proteínas . Embora a massa seca aumente com a idade da planta, o teor global de proteínas decresce com o tempo.
2. O teor de proteínas varia com a geografia da planta; os maiores teores de proteína foram encontrados nas folhas jovens.
3. Os ensaios de extração demonstraram que a temperaturas moderadas (40ºC), um aumento no pH inicial da extração possui um efeito benéfico na eficiência do processo;
4. Para extrações com pH inicial 10, a temperatura tem um pequeno efeito na eficiência de extração.
5. A aplicação de mais de uma etapa de extração torna-se tão mais importante quanto menor for o pH inicial do agente extrator.
6. Uma temperatura mais elevada tem um efeito benéfico quando a extração é realizada sem a utilização de agentes alcalinos, podendo ser, a 75ºC, comparável à extração com pH 10.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FINEP, Financiadora de Estudos e Projetos, pelo apoio financeiro desta pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] PIRIE, N. W. , Leaf protein and other aspects of fooder fractionation, Cambridge Press University, Cambridge, 1978.
[2] PIRIE, N. W. International Biological Programme Handbook N.20, Leaf protein: its agronomy, preparation, quality and use, Blackweel, Oxford, 1971.
[3] BONDI, A. Plant proteins, in Processed plant protein foodstuffs (ALTSCHUL A. A. ed.), Academic Press, New York, 1958. , p.54-55.
[4] FOSTER, P. R., DUNNILL, P., "The kinetics of protein/salting-out: precipitation of yeast enzymes by ammonium sulphate", Biotech. Biogeng. Vol. 18, p. 545, 1976.
[5] VAN DER ZEE, R.J.E.M., Apostila do "Advanced course on dowmstream processes", Universidade Tecnológica de Delft, Holanda, capítulo 8, p. 8-15, 1993.
[6] COPELAND, R. A., Methods for Protein Analysis – A Practical Guide to Laboratory Protocols, Chapman & Hall, N. Y., 1994.
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Odail PagliardiI; Angelo Gemignani SobrinhoII; José Alberto JulianiIII; Wanderley BernardiIII
INIPE, Unicamp Caixa Postal 1170 CEP 13083-970 Campinas (SP) Fone (19)788.7242
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RESUMO
O Ministério da Agricultura, através do Grupo Executivo de Eletrificação Rural – GEER, criado em 1970, deu o passo decisivo para eletrificar as propriedades agrícolas brasileiras. O programa I PNER, considerado o marco inicial da eletrificação rural, foi importante para São Paulo, possibilitando o atendimento de 1630 usuários. Os programas que se sucederam, permitiram que o Estado deixasse a incômoda posição de ter 15% apenas de suas propriedades eletrificadas, em 1970, para atingir 60% em meados da década de oitenta.
Desde então, após cerca de uma década, em 1996, as autoridades governamentais se empenharam para continuar levando a eletricidade ao campo paulista, apresentando o Programa Luz da Terra, com recursos provenientes do BNDES e do FEAP, tendo como agente financiador a Nossa Caixa – Nosso Banco. O programa, ainda em vigor, tem como objetivo atingir 80% de eletrificação das propriedades.
O fato interessante, no que diz respeito a este financiamento, é quanto ao programa ser feito com base no valor produto plantado pelo agricultor a exemplo do crédito rural tradicional. Contudo existem críticas ao Programa principalmente em relação ao montante financiado e a atuação das concessionárias elétricas.
Palavras-chave: (1) eletrificação rural (2) investimento na eletrificação rural (3) programas de eletrificação rural.
ABSTRACT
The Ministry of Agriculture created, in 1970, the Rural Electrification Group to energize the Brazilian agricultural estates. The I PNER Program, considered the starting point of rural electrifiction, was very important to the State of São Paulo, supplying 1630 owers. The next programs set in that the State let the unconfortable position of having only 15 percent of rural estate in 1970, to arrive to 60 percent in half of the 1980s.
Since then, after about one decade, in 1996, the governmental authorities engaged on the continuation to bring the electricity to rural estates in the State of São Paulo. It was created the "Luz da Terra" Program with financial support of Brazilian Development Bank. The aim of the program in force already is electrify 80 percent of the estates.
The interesting fact about the financing of owners is that it can make with land output as the traditional rural credit. However there exist critiques to the Program mainly about the financied amount and the performance of the electric concessionaries.
INTRODUÇÃO
O objetivo deste trabalho é descrever os principais programas de eletrificação rural no Estado de São Paulo observando as fontes e condições de financiamentos, origens e montantes envolvidos, número de propriedades eletrificadas e os benefícios econômicos e sociais devidos a estes programas.
O trabalho constará de duas partes: a primeira apresentando uma síntese histórica até o final dos anos oitenta a qual se baseia no trabalho de PAGLIARDI [l990], e a segunda apresentando os financiamentos e planos recentes para levar os benefícios da eletricidade no setor rural paulista.
PERÍODO INICIAL
Apesar do primeiro serviço de eletrificação rural no Brasil ter sido instituído em 1948, somente em 1970 criou-se o Grupo Executivo de Eletrificação Rural - GEER, órgão do Ministério da Agricultura, para assessorar os projetos a serem financiados com recursos do Fundo de Eletrificação Rural. O programa, financiado pelo Banco Interamericano de Desenvolvimento - BID, direcionava recursos diretos às cooperativas de eletrificação rural e/ou às concessionárias para repasses às cooperativas. Porém, a entidade cooperativa assumiu somente 10% dos contratos, ficando praticamente todo o montante de posse das concessionárias [DNAEE/MME, 1985, pp. 42, 71 e 145].
A situação da eletrificação no campo, tanto no País como no Estado de São Paulo, no início de 1970, era alarmante, atingindo em torno de 15% das propriedade rurais paulistas.
I PNER
No período de 1970 a 1976 foi executado o I Plano Nacional de Eletrificação de Cooperativas - I PNER, que é considerado marco inicial da eletrificação rural nacional, embora atingisse apenas nove estados. O programa teve um montante de US$ 60.619 mil para eletrificar 28.056 propriedades, construindo 16.446 km de redes de distribuição rural. O BID participava com 47,4% dos recursos, cabendo 34,5% ao Ministério da Agricultura e 18,1% aos usuários. A estes últimos, cabiam prazos de 12 anos com três de carência e juros de 12% ao ano.
O sistema cooperativo de eletricidade paulista, embora tivesse pequena participação quando comparado com estados com forte afinidade cooperativista, evoluiu consideravelmente, atingindo 33 cooperativas com 8.457 associados em 1975.
A contribuição do I PNER para o meio rural paulista foi de US$ 1.183.446, excluindo a participação do GEER e do INCRA. O resultado foi a construção de 1.085 km de redes de distribuição, instalando 15.116 kVA de potência, para atender 1.630 usuários.
Mesmo com esse esforço, a Secretaria da Agricultura anunciava o índice de 20% na eletrificação das propriedades rurais, ou seja, das 347 mil propriedades agrícolas existentes no Estado de São Paulo, apenas 65 mil eram beneficiadas com a energia elétrica. Assim, mesmo com o programa da ELETROBRÁS em andamento e do II PNER a ser implantado, o Governo do Estado, no início de 1976, implantou um Programa de Crédito para Eletrificação Rural visando atingir a eletrificação de 100 mil propriedades agrícolas até 1980. Esses programas estão descritos a seguir.
ELETROBRÁS
Em 12 de fevereiro de 1976, a ELETROBRÁS criou o Departamento de Eletrificação Rural - DEER para atuar com as concessionárias, complementando o GEER que ficaria com as cooperativas, visando o suprimento de energia elétrica no setor rural.
De 1976 a 1980, a ELETROBRÁS, através do DEER, financiou com recursos próprios um programa que contemplava 16 estados, um território e o Distrito Federal, representando 17% do investimento total da empresa em 1976, totalizando US$ 458 milhões. Isto significava atender 117.100 propriedades rurais, com construção 64.500 km de redes de distribuição e instalando 66.500 transformadores.
A fonte de recursos era constituída por 52,3% da ELETROBRÁS e 47,7% repartidos entre concessionárias e seus usuários. Os prazos eram de 20 anos para pagamento, com sete de carência, juros de 12% ao ano, sem correção monetária e com possibilidade de financiar até 80% do valor envolvido.
A inversão da ELETROBRÁS na CESP e na CPFL representou 23% do montante total. Esse financiamento visava atender 3.062 consumidores rurais em 80 municípios da área de concessão da CESP, construindo 1.711 km de rede de distribuição. Na área da CPFL, o objetivo era atender 4.551 consumidores em 128 municípios, construindo 2.840 km de linha de distribuição rural.
A parte do financiamento que cabia às concessionárias era executado pelo Banco de Desenvolvimento do Estado de São Paulo - BADESP, que repassava aos consumidores rurais com prazo de amortização de 10 anos, com dois de carência e encargos de 15% ao ano (juros de 7% e correção monetária de 8%) capitalizados semestralmente (IGP-FGV de 1977 = 42,7%).
II PNER
O II PNER, inicialmente com execução prevista para o período de 1978 a 1980, contava com recursos suficientes para eletrificar 56 mil propriedades rurais. Em 1978, as aplicações atingiram o equivalente a US$ 89.389 mil e, em 1979, a US$ 60.611 mil. Estava prevista a construção de 32.524 km de linhas de distribuição de energia, com potência instalada de 311.438 kVA. O BID fornecia 50% dos recursos, ficando o GEER responsável por 33% e as cooperativas de eletricidade com o restante.
O II PNER, devido a atrasos na liberação de verba, foi prolongado até 1981, com investimentos próximos a US$ 103 milhões, abaixo da previsão inicial, porém beneficiando 59.667 usuários, através da construção de 31.428 km de linhas de distribuição rural e 332.035 kVA de potência instalada.
Assim, no período de 1979 a 1981, o II PNER pretendia investir em torno de US$ 10,3 milhões no Estado de São Paulo (10% daquele total). O objetivo era construir 2.829 km de redes de distribuição, instalar 34.068 kVA de potência para atender 3.774 usuários.
PROGRAMAS NA DÉCADA DE OITENTA
Os esforços, no período de 1983 a 1985, para aumentar o índice de eletrificação das propriedades agrícolas paulistas estariam a cargo das empresas concessionárias, dos órgãos técnicos oficiais estaduais, especialmente do DAEE, e das cooperativas. O apoio financeiro contava com a participação do BADESP, de US$ 120 milhões, para atender 30 mil propriedades rurais (10 mil a cada ano), construindo 18 mil km de linhas de transmissão e instalando 450 mil kVA.
Os recursos tinham como fonte a Caixa Econômica do Estado de São Paulo, o Fundo de Expansão da Agropecuária (pertencente a Secretaria da Agricultura paulista) e o GEER, além das fontes externas do BID e do BIRD. Os encargos financeiros para os produtores rurais seriam de 45% ao ano em 1982, passando para 5% ao ano mais correção monetária (de até 70% da variação da ORTN) para os anos seguintes.
Mesmo com o III PNER colocado em prática, o cenário internacional não permitia atingir os objetivos pretendidos. Aliás o III PNER, contando com recursos oriundos do retorno do capital investido no I e II PNER, conseguiu eletrificar apenas 4.402 propriedades rurais no País, enquanto esperava a liberação dos recursos externos.
Contudo, em fevereiro de 1986, o Governo Federal implantou o Programa Nacional de Irrigação - PRONI, que juntamente com o Programa Estadual de Irrigação, ampliou em 400 mil ha de área irrigada no Estado de São Paulo. O uso intensivo de irrigação na agricultura permitiu que diversas culturas aumentassem seu rendimento e, consequentemente, elevassem a produção agrícola paulista.
Mesmo com as dificuldades encontradas, o resultado foi a obtenção de um índice de 58,5% de eletrificação no Estado de São Paulo em 1985, ou seja, das 273.582 propriedades, 159.948 estavam gozando do conforto da eletricidade segundo o IBGE, enquanto o Brasil conseguia um índice de 17,4%. Isso representou um aumento considerável no número de aparelhos domésticos e máquinas produtivas no campo paulista no período de 1972 a 1986, conforme dados do IEA: geladeira com 6.764%, televisor com 8.232%, rádio com 1.260%, debulhador de milho com 3.475%, misturador de ração com 5.631%, desintegrador com 4.816% e máquinas de beneficiar arroz com 6.116%.
Esses resultados não ficaram restritos ao bem-estar social, se estendendo à produção e à produtividade agrícola. O BADESP apresentou os seguintes dados comparando o aumento da produtividade e produção da lavoura usando irrigação com aquela sem o seu uso na safra de 1981/82: arroz com 150%, cana-de-açúcar com 25%, cebola com 39%, feijão com 54%, milho com 70%, amendoim com 85%, trigo com 112%, laranja com 33% e café com 99%.
Cabe frisar que a eletrificação rural no Estado de São Paulo era trifásica. Existia experiências com MRT em Sete Barras, sendo realizada pela CESP, vindo a concluir que os custos envolvidos com este sistema era 42,7% inferiores ao do sistema trifásico [CESP, 1984]. Contudo a tentativa de colocar MRT no campo, para as micro e pequenas propriedades paulistas, só ocorreria na última década com o Programa Luz da Terra.
PERÍODO RECENTE
Na segunda metade da década de noventa as autoridades se empenharam em conseguir aumentar o número de propriedades agrícolas eletrificadas em todo o país. O Estado de São Paulo também procurou se esforçar para que principalmente o pequeno produtor rural pudesse usufruir dos benefícios proporcionados pela eletricidade. Alguns programas se destacam.
PROGRAMAS CONTEMPLADOS NO OGU
Os programas Projeto de Apoio ao Desenvolvimento do Setor Agropecuário – PROESA, Programa Nacional de Fortalecimento à Agricultura Familiar - PRONAF e o Programa de Infra-estrutura e Serviços em Projetos de Assentamento no Âmbito da Reforma Agrária - INCRA, estão condicionados à liberação, pelo Congresso Nacional, de recursos do Orçamento Geral da União.
O objetivo destes programas é apoiar os Estados, o Distrito Federal, Municípios e entidades públicas e, inclusive, privadas (tais como associações, cooperativas, fundações, sindicatos), em atividades de fomento ao setor agropecuário.
Nestes programas participam: o Ministério da Agricultura e do Abastecimento (da "Reforma Agrária", no caso do INCRA), na qualidade de gestor dos projetos; a Caixa Econômica Federal, na qualidade de operadora dos recursos; Estados, Distrito Federal, Municípios e entidades públicas e privadas com atuação no setor agropecuário, na qualidade de tomadores de recursos e responsáveis pela execução do projeto; e Agricultores e suas Associações, na qualidade de beneficiários finais dos projetos.
Dentre o conjunto de ações presentes nestes programas, destaca-se a implantação e recuperação de eletrificação rural. No Estado de São Paulo, em 1999, estes programas, relacionados à eletrificação rural (com exceção do PROFISA que não teve liberação), contemplaram cinco municípios: Iperó (na região de Sorocaba) com R$ 66.000,00, Avaré (em Bauru) com R$ 56.025,60, Martinópolis (em Presidente Prudente) com R$ 96.294,00 e Juquiá e Maracatu (ambos na Baixada Santista) com R$ 140.000,00 cada. O total de R$ 498.319,60 é baixo em relação aos programas específicos de eletrificação no campo. Contudo, eles são extremamente interessantes para os pequenos municípios pois são considerados a fundo perdido.
A participação nestes programas estão condicionadas à existência de recursos consignados no Orçamento Geral da União. Porém, há a contrapartida por parte dos beneficiados a qual deve ser constituída por recursos financeiros e/ou bens economicamente mensuráveis. Os percentuais mínimos de contrapartida estabelecidos pela Lei de Diretrizes Orçamentárias nas transferências para entes da administração pública são:
No caso de Municípios:
• 5% do valor de repasse da União quando se tratar de municípios com até 25 mil habitantes;
• 10% do valor do repasse da União quando se tratar de municípios localizados nas áreas da SUDENE, SUDAM e Centro Oeste;
• 20% do repasse da União para os demais Municípios.
No caso dos Estados e do Distrito Federal:
• 10% do valor do repasse da União quando se tratar de estados localizados nas áreas da SUDENE, SUDAM e Centro Oeste;
• 20% do repasse da União para as demais unidades.
No caso das Entidade Privadas:
• são fixados como limites mínimos de contrapartida os adotados para os municípios de seus domicílios.
A exigência para o setor público se candidatar ao financiamento destes programas, resumidamente, são a apresentação do Plano de Trabalho e do Projeto Básico, Declaração do Proponente que possui condições financeiras para arcar com a contrapartida, estar quite com os tributos e contribuições federais, com o PIS ou PASEP junto à Caixa Econômica Federal e com o Instituto Nacional de Seguro Social – INSS. Para o setor privado as exigências se assemelham.
LUZ DA TERRA
A primeira metade dos anos noventa se caracteriza pela falta de empenho no sentido de levar eletricidade para o pequeno produtor. É interessante observar que 40% das propriedades agrícolas paulistas continuavam sem os benefícios da eletricidade até meados dos anos noventa conforme o quadro 1 a seguir.
Assim, por cerca de uma década, desde 1985, pouca transformação ocorreu em termos de eletrificação rural no Estado de São Paulo. Consequentemente, o Governo estadual instituiu, em 25 de setembro de 1996, o Programa de Eletrificação Rural Luz da Terra, visando atingir o índice de eletrificação de 80% em curto prazo.
O objetivo era propiciar a maximização do atendimento de energia elétrica à população do Estado, fazendo respeitar o direito igualitário de todos os cidadãos por tal benefício.
Participam do programa um sistema integrado de órgãos públicos (Secretarias de Energia, da Agricultura e Abastecimento, da Ciência e Tecnologia e Desenvolvimento Econômico e da Economia e Planejamento), da Universidade de São Paulo (Escola Politécnica), tendo participação da Nossa Caixa - Nosso Banco e das permissionárias de serviços públicos de energia elétrica. Ainda era instituído a Comissão de Eletrificação Rural do Estado de São Paulo - CERESP, pertencente à Secretaria de Energia, com o objetivo de coordenar e gerenciar desde a operação de projetos até a prestação de contas da aplicação dos recursos.
Estava previsto também, a formação de uma Comissão Técnica para viabilizar o programa. Assim, as empresas concessionárias e permissionárias de serviços públicos de energia do setor rural paulista deveriam apresentar a esta comissão, normas técnicas unificadas, adotando padrões simplificados e privilegiando, sempre que tecnicamente possível, o sistema monofilar com retorno por terra (MRT). Cabiam, ainda, às concessionárias, executar, quando necessário e na medida de suas possibilidades, obras para a ligação de beneficiários finais comprovadamente de baixa renda.
O Programa de Eletrificação Rural Luz da Terra consta com recursos do Banco de Desenvolvimento Econômico e Social - BNDES e do Fundo de Expansão da Agricultura e da Pesca - FEAP da Secretaria da Agricultura e Abastecimento do Governo de São Paulo, tendo como agente financiador a Nossa Caixa - Nosso Banco. O convênio celebrado permite que os beneficiários com renda familiar bruta anual inferior a R$ 7.500,00 contem com condições especiais para aderir ao programa. O financiamento, de no máximo R$ 2.000,00 por propriedade, pode atingir até um ano de carência (dependendo do mês de assinatura do contrato) e 6 anos para pagamento (totalizando 72 prestações), com juros de 3,5% ao ano mais a TJLP. A cobrança do benefício é feito nas respectivas contas de consumo de energia, nas quais é discriminado o valor correspondente ao financiamento e, portanto, em caso de inadimplência por parte do contratante, torna-se mais fácil a punição.
A Secretaria da Agricultura e Abastecimento, através do FEAP, se responsabiliza pela subvenção econômica para equalização da dívida assumida pelos beneficiários finais com o valor do produto ou da cesta de produtos agropecuários relevantes para o caso. Assim, o interessado conta com a garantia de equivalência-produto para o pagamento do financiamento.
As exigências para participar do "Luz da Terra" se resumem em apresentar o projeto técnico, declaração do CERESP de que o processo está adequado às exigências do programa e declaração de que o interessado não se encontra em débito com o INSS e com a Receita Federal (imposto de renda).
O programa de eletrificação rural "Luz da Terra" tem por meta permitir aos moradores do campo acesso aos benefícios da eletricidade. Assim sendo, o programa prevê o atendimento das propriedades através do sistema Monofilar com Retorno por Terra (MRT) que atende perfeitamente as necessidades dos pequenos produtores: pode-se ligar lâmpadas, chuveiro, aparelhos eletrônicos, geladeira e pequenos motores elétricos. Em uma propriedade atendida por um transformador de 5 kVA, é possível a utilização de motores monofásicos de até 3 CV sem maiores problemas. Se for necessário a utilização de um motor de 5 CV, deve-se tomar o cuidado de utilizá-lo sozinho, ou seja, sem que outra carga esteja ligada simultaneamente. Já os transformadores de 10 kVA permitem a instalação de motores monofásicos de até 7,5 CV. Esses motores podem realizar uma série de trabalhos de maneira tão eficiente como um motor de 30 CV. O que vai ser alterado é o tempo de funcionamento: por exemplo, ao invés de 5 minutos é necessário trabalhar 15 minutos. O quadro 2, a seguir, resume o que é possível se obter com motores de até 7,5 CV.
O que falta na zona rural é informação, como pôde se notado em diversas pesquisas desenvolvidas pela USP. Os produtores querem utilizar motores, os quais demandam sistemas trifásicos e consequentemente possuem custos mais elevados impedindo, assim, o atendimento ao pequeno produtor. No entanto, as necessidades da maioria dos pequenos produtores podem ser perfeitamente atendidas por motores monofásicos de pequeno porte, reduzindo o custo da instalação elétrica e possibilitando seu atendimento. Casos específicos, em que o produtor realmente necessita de uma maior carga, para uma grande irrigação, por exemplo, podem ser contemplados com sistemas trifásicos. Mas nesses casos, o custo da ligação ficará bem maior e será de responsabilidade do interessado.
O grande problema enfrentado na pequena propriedade é quando o proprietário delega os serviços a um empregado a qual tem pouco conhecimento da limitação do MRT. Este empregado freqüentemente não tem consciência e/ou tem pouca paciência em utilizar de forma racional o equipamento, comprometendo os serviços.
Apesar dos esforços realizados por alguns setores institucionais para se levar eletricidade ao campo, algumas localidades não se candidataram ao programa Luz da Terra. Um dos motivos para essa atitude deriva do fato de que certas terras agrícolas estão estrategicamente próximas das grandes cidades. Assim, seus proprietários estão esperando apenas a oportunidade de transformar estas terras em condomínios fechados, ou seja, estão visando unicamente a especulação imobiliária. Uma tendência desta atitude está no uso destas terras como pastagens, com um número mínimo de cabeças de gado por hectare de forma a não deixar que a propriedade seja considerada improdutiva e seja confiscada para a reforma agrária. Ainda, como existem muitas propriedades cuja plantação é a cana-de-açúcar, estas não estão interessadas na eletrificação. Assim, algumas regiões não terão o menor interesse em eletrificar as propriedades como pode ser observado na tabela 3 anexa.
Infelizmente esta não é a única dificuldade enfrentada pelo Luz da Terra. Devido ao alto custo operacional dos serviços no campo em comparação ao setor urbano, as concessionárias de energia não se sentem incentivadas em eletrificar propriedades rurais, principalmente em regiões isoladas. Ainda, um problema enfrentado pelas concessionárias é quanto a inadimplência de alguns proprietários, principalmente nos assentamentos. Por se tratar de um programa social, as concessionárias não estão interrompendo o fornecimento de energia, vindo a assumir os prejuízos. Neste sentido, a CATI em conjunto com as Casas da Agricultura estavam, pelo menos até início de 2000, sentindo frustados seus esforços despendidos. Muitos pedidos de eletrificação de propriedades estavam sob risco de terem seus prazos vencidos, parecendo estar havendo uma falta de sintonia entre os órgãos envolvidos. Contudo, em meados de 2000, também parece ter havido uma disposição política, principalmente por parte da Secretaria da Agricultura, em dar prosseguimento ao programa visando atingir não apenas os 80%, porém eletrificar a totalidade (100%) das propriedades rurais. Neste sentido, foi importante aderir ao Programa Federal "Luz no Campo"
Com relação a implantação do sistema monofásico (MRT), sua aceitação depende da região considerada. Algumas localidades não se candidataram ao programa porque desejariam um sistema mais confiável por se tratar de propriedades maiores, cuja produção é exigente de motores mais potentes e/ou motores em número razoável funcionando simultaneamente e portanto demandante de sistemas trifásicos. Nestas condições, os proprietários procuram as cooperativas de eletrificação rural ou outra entidade para solucionar seu problema. Porém, em outras localidades, como a região de Sorocaba, existe um índice bastante alto de aceitação do MRT e, portanto de aceitação ao Programa Luz da Terra. Contudo, existe uma situação de conflito com esse sistema quanto a possibilidade do pequeno produtor crescer. Caso isto ocorra no curto prazo, o produtor terá que substituir todos os equipamentos monofásicos por equipamentos trifásicos para atender o aumento de produção vindo a encarecer a opção pelo programa. Outra crítica feita ao sistema MRT é quanto ao custo dos equipamentos compatíveis com o sistema monofásico, considerados mais caros em relação aos demais sistemas, tornando-o menos atraente. Neste sentido foi importante aderir ao Programa Federal Luz no Campo.
LUZ NO CAMPO
O Ministério de Minas e Energia, com apoio financeiro e técnico da Eletrobrás lançou, em 02 de dezembro de 1999, com término previsto em 2002, o Programa "Luz no Campo", visando eletrificar mais de um milhão de propriedades rurais em todo o país. Para atingir este objetivo eram destinados cerca de US$ 1 bilhão ou quase R$ 1,8 bilhão oriundos da Reserva Global de Reversão - RGR.
As aplicações dos recursos, na forma de empréstimos para os agentes executores (que poderão ser objeto de convênio ou contrato com cooperativas de eletrificação rural e administradores estaduais e/ou municipais), destinam-se à construção de obras de distribuição rural e sistemas de geração descentralizados.
As condições financeiras do programa se resumem em:
• Valor máximo de até 75% do custo total da proposta, com um custo referencial de R$ 3.200,00 por ligação (preços de 31/12/98).
• Prazo de aplicação de até 24 meses e carência também de até 24 meses ajustados ao cronograma de execução do projeto, ambos contados a partir da liberação da primeira parcela contratual.
• Juros de 5% ao ano calculados sobre o saldo devedor corrigido, enquanto a taxa de administração é de 1% calculado como anteriormente.
• Amortização de no máximo 5 (cinco) anos.
• Comissão de reserva de crédito propondo multa de 1% ao ano sobre o crédito liberado e não utilizado.
O financiamento está vinculado à receita e/ou outra garantia dos agentes executores. Ainda, o valor de liberação da primeira parcela será de, no máximo, 10% do valor financiado. É sempre bom lembrar que a liberação dos recursos é feita com base no cronograma físico-financeiro do projeto e está vinculado a adimplência no Cadi por parte do proponente.
O Estado de São Paulo aderiu ao Luz no Campo em meados de 2000 para complementar os recursos financeiros exigidos na implantação das redes de distribuição no setor rural. Esses recursos são relativamente altos para as concessionárias arcarem sozinhas, havendo a necessidade de financiamento da Eletrobrás.
Um ponto importante a ser destacado no Luz no Campo é que, embora tendo como meta prioritária a implantação do MRT, existe a possibilidade de conseguir o sistema trifásico, vindo a dar maior flexibilidade e aceitação ao programa.
Devido a adesão recente do Estado no Programa Federal, ainda não há informações para formalizar um diagnóstico sobre o Luz no Campo em São Paulo. Contudo, ele deve ser um complemento de peso ao Luz da Terra (podendo até mesmo suplantá-lo), sendo pretensão do Governo estadual eletrificar todas as suas propriedades agrícolas.
AGRADECIMENTOS
O autores desejam expressar seus agradecimentos ao Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético - NIPE da UNICAMP e à Coordenadoria de Assistência Técnica Integral –CATI da Secretaria de Agricultura e Abastecimento do Estado de São Paulo.
REFERÊNCIA
ELETROBRÁS. Projeto de Reestruturação do Setor Elétrico Brasileiro - Cooperativas de Eletrificação Rural. Brasília, dezembro de 1997 (relatório do consórcio Coopers & Lybrand).
CESP. A experiência com MRT na CESP. Salvador (BA), IX Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica, setembro de 1984.
PAGLIARDI, O. Uma discussão sobre o futuro das Cooperativas de Eletrificação Rural no Estado de São Paulo. Campinas, Unicamp, 1990 (tese de mestrado).
DNAEE/MME. Pontos Básicos para uma Política de Eletrificação Rural. Brasília, 1985.
FEAP. Financiamento de Estímulos à Agricultura de Pequenos Agricultores - Anexo 4, Decreto 41.187 de 25/09/96. São Paulo, 1997.
^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A01^nLuiz Fernando^sKurahassi^rND^1A01^nLuiz Henrique Alves^sPazzini^rND^1A01^nLuiz Cláudio Ribeiro^sGalvão^rND^1A01^nMarcelo Aparecido^sPelegrini^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A01^nLuiz Fernando^sKurahassi^rND^1A01^nLuiz Henrique Alves^sPazzini^rND^1A01^nLuiz Cláudio Ribeiro^sGalvão^rND^1A01^nMarcelo Aparecido^sPelegrini^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A01^nLuiz Fernando^sKurahassi^rND^1A01^nLuiz Henrique Alves^sPazzini^rND^1A01^nLuiz Cl udio Ribeiro^sGalvæo^rND^1A01^nMarcelo Aparecido^sPelegriniCustos unificados para a eletrificação rural em São Paulo
Fernando Selles Ribeiro; Luiz Fernando Kurahassi; Luiz Henrique Alves Pazzini; Luiz Cláudio Ribeiro Galvão; Marcelo Aparecido Pelegrini
GEPEA-USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158; Sala A2-35, CEP: 05508-900, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(11)3818-5279, Fax: (55)(11)210-3595
RESUMO
Preocupado com os altos custos de ligações praticados pelas empresas de energia, o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social - BNDES - fez uma série de exigências ao Governo do Estado de São Paulo para tornar-se o agente financiador do programa de eletrificação rural "Luz da Terra". Entre elas destacava-se a elaboração e adoção de uma norma técnica unificada privilegiando a adoção de sistemas simplificados de distribuição de energia elétrica e um sistema único de apropriação de custos compatível com as metas de baixos custos médios de ligação para o estado. Foi elaborado um modelo de apropriação de custos a partir dos preços médios de mercado de materiais e mão-de-obra cujos valores eram mais significativos na composição final dos projetos. O modelo foi aceito pelas concessionárias participantes do programa como padrão para estabelecer um custo de referência para cada projeto a ser executado. A vantagem de um sistema unificado é que permite a cada projeto de extensão de rede ter seus custos de materiais e mão-de-obra orçados numa mesma base, independente da empresa de energia envolvida. Apesar de não ter sido adotado por todas as concessionárias, a adoção de um sistema unificado e o estabelecimento de custos de referência mostrou-se essencial para o controle de preços das redes de distribuição rural para o estado de São Paulo.
Palavras-chave: Eletrificação rural, sistemas simplificados, custos unificados.
ABSTRACT
The Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social - BNDES, worried about the high connections costs practiced by the energy utilities, made some demands to the São Paulo State Government to become the agent backer of the rural electrification "Luz da Terra" program. Two of them was the elaboration and adoption of an unified technical norm privileging the adoption of simplified systems of electric energy distribution and an only system of costs establishment compatible with the goals of low medium connection costs for the state. A model of costs establishment was elaborated through the medium prices of market materials and labor activities whose values were more significant in the final composition of the projects.
The model was accepted by the utilities participants of the program as a pattern to establish a reference cost for each project to be executed.
The advantage of an unified system is that it allows to each project of grid extension to have its costs of materials and labor activities estimated in the same base, independent of the company involved. In spite of not having been adopted by all the utilities ones, the adoption of an unified system and the establishment of reference costs was essential for the control of rural distribution grids prices in the São Paulo State.
INTRODUÇÃO
Em 1989, o Comitê de Distribuição - CODI - reuniu as empresas convenentes em sua Comissão de Eletrificação Rural - CER - para um estudo conjunto. Foi verificado que existe uma grande variação entre os custos modulares das empresas para uma mesma instalação, atingindo-se variações médias da ordem de 1 para 4. Um dos motivos principais para tais diferenças é a diversidade de padrões de redes e critérios de projetos.
Em 1990, um relatório do CCON - Comitê Coordenador de Operações do Norte/Nordeste - afirmou que uma ligação rural poderia custar mil dólares, em média. Em algumas empresas custava mais de dez mil dólares, sendo o custo médio das concessionárias da região centro-sul de três mil e seiscentos dólares. O CCON também concluiu que os poucos recursos captados pelas empresas foram aplicados em sistemas convencionais, quando poderia, através da utilização de materiais alternativos, ampliar o benefício da energia elétrica a um número maior de consumidores.
Em maio de 1998, o jornal Gazeta Mercantil publicou uma matéria sobre eletrificação rural na qual um dos assuntos abordados referia-se aos altos custos praticados pelas empresas brasileiras de eletricidade. Foi constatado que no programa rural do Governo do Mato Grosso do Sul, cada quilômetro da sofisticada rede trifásica com postes de concreto custava R$ 24.700,00, trinta vezes mais do que na cidade francesa de Raimbolet, perto de Paris, onde sistemas monofásicos com postes de madeira atendem às necessidades de energia de seus moradores. Neste mesmo ano, o programa do Governo de Pernambuco atendia consumidores com o padrão técnico monofásico a um custo médio de R$ 1.200,00 por ligação, enquanto que o programa PROLUZ, do Rio Grande do Sul já beneficiara 11.300 famílias rurais no estado a um custo médio de R$ 1.500,00, também fazendo uso de padrões técnicos simplificados.
Jucá (1998) aponta que a falta de atrativos no mercado rural e a despreocupação em reduzir custos para ampliar o atendimento podem explicar porque, mesmo tendo constatado os motivos que levavam a tão grandes diferenças, as empresas continuaram praticando custos elevados.
Os altos custos inviabilizam a conexão do pequeno e pobre produtor ao sistema, agravando a pobreza e a distância da cidadania plena.
Para viabilizar o atendimento de eletricidade às suas áreas rurais, países desenvolvidos como os Estados Unidos, Canadá e Austrália desenvolveram programas de eletrificação que aliaram uma estrutura de financiamento atrativa com o uso intensivo de sistemas de distribuição simplificados. Nos Estados Unidos, por exemplo, a adoção do sistema monofásico e a padronização de equipamentos resultou, na década de 30, em um custo de 412 dólares por quilômetro de rede.
No Brasil, as pesquisas em sistemas simplificados de baixo custo para a eletrificação rural começaram em meados da década de 70 por iniciativa da Escola Técnica Federal de Pelotas, no Rio Grande do Sul. Foram estudados métodos simplificados para construção de redes como o sistema Monofilar com Retorno pela Terra, MRT, com o emprego de materiais simplificados como o poste de madeira, condutor de aço, chave repetidora, descarregador de chifre, haste de captação de descarga atmosférica e engate espiralado.
Apesar da adoção de padrões técnicos simplificados e baratos serem recomendados em trabalhos de órgãos Federais, ou então de financiamento, e de algumas entidades de ensino, na prática existem grandes dificuldades na aceitação desses padrões, no todo ou em parte, na maioria das empresas brasileiras.
Além da questão técnica, a prática mostra que os custos da eletrificação rural também dependem do modelo de gestão do programa implantado. O mesmo tipo de sistema elétrico pode ter custos muito diferentes nos casos onde é dada total liberdade às empreiteiras ou onde a comunidade atingida é envolvida no processo de eletrificação, participando do controle das compras de materiais e empregando mão-de-obra local, por meio de mutirão.
Experiências mostram que programas onde há a participação de órgãos externos às concessionárias, como prefeituras, secretarias de governos estaduais, universidades e a própria comunidade interessada em receber o benefício da energia, apresentam custos mais baixos por ligação.
No programa "Luz da Terra", no município piloto de Pindamonhangaba, por exemplo, a participação da comunidade no processo de licitação para um projeto no bairro de Bom Sucesso resultou em uma redução de custos de R$1.800,00 para R$875,00 por ligação.
Correia (1992) conclui que os recursos para a eletrificação rural investidos nos programas normalmente provêem de fontes externas, o que não faz o órgão executor, normalmente a concessionária, ter preocupação com os custos.
ELETRIFICAÇÃO RURAL EM SÃO PAULO
A eletrificação rural no estado de São Paulo evoluiu, principalmente, a partir de programas desenvolvidos por concessionárias de energia.
Após ser constituída, em 1967, a CESP iniciou suas atividades relacionadas à eletrificação rural. Os investimentos para construção das linhas-tronco e ramais eram suportados pelos interessados, sendo o padrão técnico utilizado, o trifásico. Este sistema durou até 1972, quando a CESP passou a investir em linhas-tronco que julgava rentáveis. Em 1976, a CESP passou a eletrificar propriedades rurais através do Plano Nacional de Eletrificação Rural elaborado pela ELETROBRÁS, no qual o consumidor participava dos investimentos conforme uma tabela montada com base no custo total dos projetos, rateado por todos os participantes. De 1981 a 1984, a CESP desenvolveu seus programas com recursos próprios, assumindo 30% dos custos e deixando 70% por conta dos consumidores. O sistema continuava a ser o trifásico e os transformadores eram de 75 kVA. A partir de 1990, a CESP iniciou programas regionais em parceria com o Governo do Estado, o qual passou a participar com 50% dos investimentos, ficando 40% por conta da CESP e 10% para o interessado. A linha tronco era trifásica, mas o ramal passou a ser MRT.
Até o ano de 1974, para energizar suas propriedades, os interessados da área de concessão da CPFL assumiam os investimentos, construindo seus ramais a partir de linhas existentes da CPFL ou de particulares. Em 1974, a CPFL passou a investir na eletrificação rural à razão de 10 salários mínimos por consumidor interessado na ligação, desde que a linha-tronco atendesse a grupos de 10 consumidores. A diferença do custo da linha-tronco era paga à vista pelo interessado. A partir de 1975, para agrupamentos de mais de 20 consumidores, a CPFL passou a assumir a construção da linha-tronco, desde que estes se congregassem em sociedades civis. Os consumidores respondiam apenas pela construção dos ramais secundários e estações transformadoras. Após agosto de 1976, a CPFL passou a construir as linhas-troncos sem a participação dos consumidores, conforme os índices da ELETROBRÁS. O prazo era de 15 anos para pagamento sujeito a juros de 12% ao ano. Em 1977, através de financiamento do BADESP, a CPFL passou a financiar e coordenar o projeto e a construção dos ramais e estações transformadoras dos clientes rurais, que continuavam encarregados da manutenção. Esta política persistiu até meados de 1978 quando a CPFL fundiu-se à CESP e adotou os seus critérios: construção de todo o sistema, até o medidor, pela concessionária, participando o cliente com 70% dos custos, financiados nas mesmas condições concedidas pelo BADESP e pela ELETROBRÁS. De 1983 a 1985, os custos das ligações rurais ficaram sob a total responsabilidade dos interessados. De 1986 a 1988 surgiram os recursos do PRONI, o que viabilizou a ligação de 137 novos clientes irrigantes. A partir de 1989 não mais existiu política específica para os clientes rurais.
A Eletropaulo, então Light Serviços de Eletricidade S.A, até a década de 70, realizou programas de eletrificação rural, principalmente na região do Vale do Paraíba, atingindo o número de 4000 ligações de propriedades cadastradas como rurais, oferecendo altos subsídios aos consumidores. De 1980 a 1984, o atendimento do mercado rural se deu de acordo com a legislação, sem a ocorrência de planejamento especial ou subsídios. A partir de 1985 foi desenvolvido e implementado o "Programa de Expansão da Eletrificação Rural - Eletrorural", que se estendeu até o ano de 1988. Neste programa, a Eletropaulo assumiu 70% dos investimentos ficando os 30% restantes a cargo dos interessados. No período de 1985 a 1988 foram ligadas 5.813 propriedades. Estas ligações representaram um crescimento de 51% no período, com média anual recorde de 13%.
De 1989 até 1993 o atendimento do mercado rural voltou a ser praticamente conforme solicitação individual dos consumidores, sem qualquer subsídio, com crescimento médio anual de apenas 1,5%. Em 1994 foi lançado o Programa de Eletrificação Rural - PER, com o objetivo de completar o atendimento ao mercado rural em toda a área de concessão da Eletropaulo. Em especial, o PER desenvolveu estudos de racionalização e atualização técnica, com redefinição de projeto, traçado de linhas e cálculos mecânicos, uso de materiais e equipamentos recuperados da rede urbana e serviços de mão-de-obra local, o que provocou uma redução de 60%, em termos médios, nos custos de construção das redes rurais, visto que o custo médio por ligação da Eletropaulo, antes do PER, era de aproximadamente R$ 9.000,00.
As concessionárias paulistas de energia elétrica, fossem elas de caráter estatal ou privado, normalmente não se preocuparam em exercer uma política de redução de custos para as linhas de distribuição nas área rurais. Além disso, o Estado foi pouco atuante na questão da eletrificação rural e nunca houvera uma política estadual que congregasse esforços de todas as empresas de energia simultaneamente em um objetivo único de atendimento à zona rural.
Apenas nos últimos anos algumas concessionárias adotaram práticas que possibilitaram um queda nos custos: 1989 na CESP e 1994 na Eletropaulo, sendo que a CPFL não se preocupou com esta redução.
O PROGRAMA "LUZ DA TERRA E O SISTEMA UNIFICADO DE APROPRIAÇÃO DE CUSTOS
O Governo do Estão de São Paulo, visando levar energia elétrica para 100% das propriedades rurais do Estado, instituiu, em Setembro de 1996, o programa de eletrificação rural "Luz da Terra".
Os recursos para o financiamento das ligações vieram do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social - BNDES, que para tornar-se o agente financiador do programa fez uma série de exigências ao Governo do Estado, face à sua preocupação em relação ao histórico de altos custos praticados pelas concessionárias de energia.
O BNDES solicitou que fossem atendidas, entre outras, três condições consideradas como fundamentais, e que o decreto que instituiu o programa obrigava a considerar:
a) a exigência de uso de sistemas de baixo custo;
b) a exigência da elaboração e adoção de uma norma técnica simplificada para todas as empresas que aderissem ao programa, correspondente a um sistema compatível com os baixos custos desejados; e
c) a exigência da elaboração e adoção de um sistema único de apropriação de custos, compatível com as metas de baixos custos médios.
O decreto que instituiu o programa previa a criação de uma Comissão para coordenar e gerenciar o programa, em todos os seus aspectos, desde a aprovação dos projetos e sua execução, até a prestação de contas da aplicação dos recursos e a total implementação do programa. Foi então instituída, no âmbito da Administração Estadual e subordinada ao Governo do Estado de São Paulo, a Comissão de Eletrificação Rural do Estado de São Paulo - CERESP.
A CERESP tinha várias atribuições, entre elas, Constituir uma Comissão Técnica - COMTEC - em conjunto com representantes do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo e da Secretaria de Agricultura e Abastecimento.
A COMTEC tinha como umas de suas atribuições examinar os projetos executivos e os orçamentos das obras elaboradas pelas concessionárias de energia considerando os aspectos técnicos e orçamentários, segundo os padrões simplificados e o sistema único de apropriações de custos estabelecidos.
Para atender às exigências do BNDES, foram então elaboradas pela COMTEC e aprovadas pela CERESP, a "Instrução Técnica Unificada - ITU 01", com o objetivo de traçar os parâmetros técnicos a serem seguidos para elaboração de projetos, e o "Sistema Unificado de Gerenciamento dos Projetos e Apropriação dos Custos", cuja finalidade seria o de orçar todos os projetos numa mesma base, independente de qual concessionária fizesse o projeto.
Para a determinação de um sistema único de apropriação de custos foi feito, inicialmente, um levantamento dos materiais de maior uso nas redes de distribuição rurais. Em seguida, estimou-se a média dos materiais por ligação, seus preços unitários e suas significâncias, ou seja, suas relações custo e incidência em relação ao valor total. Foi aplicada aos dados obtidos a teoria de Pareto - curva ABC - concluindo que as famílias de materiais de maior significância compostas por transformadores, postes, condutores, isoladores e dispositivos de proteção correspondiam a cerca de 80% do valor total de materiais - tipo A da curva - empregados na construção das redes de distribuição rural.
Foram então estabelecidos os valores dos itens mais significativos na composição dos custos, e os itens de mão-de-obra. Os valores adotados aproximavam-se da média de mercado e eram, geralmente, menores do que os praticados pelas concessionárias.
Através do "Sistema Unificado de Gerenciamento de Projetos e Apropriação dos Custos" a concessionária estabeleceria um orçamento de referência para cada projeto, o qual serviria de base para comparação com o orçamente apresentado pela empreiteira à comunidade. O custo de referência seria de uso restrito da concessionária, e não poderia ser revelado.
O CONTROLE DE CUSTOS
O programa "Luz da Terra" permanece em vigência até os dias atuais e, um estudo dos indicadores técnicos e econômicos de seus três primeiros anos revelam a importância da criação de um mecanismo de controle de custos.
Nos anos de 1997, 1998 e 1999 foram aprovados pela COMTEC projetos que somados contabilizam 7712 ligações. Os projetos foram elaborados pelas empresas Elektro Eletricidade e Serviços S/A, Empresa Bandeirante de Eletricidade, Companhia Paulista de Força e Luz, Caiuá - Serviços de Eletricidade S/A, Empresa Elétrica Bragantina S/A, Companhia Sul Paulista de Energia, Companhia Luz e Força Santa Cruz, Empresa de Eletricidade Vale do Paranapanema, e pelas cooperativas CERIPA - Cooperativa de Eletrificação Rural de Itaí, Paranapanema, Avaré LTDA, CETRIL - Cooperativa de Eletrificação e Telefonias Rurais de Ibiúna, e CEDRI - Cooperativa de Energização e Desenvolvimento Rural do Vale do Itariri.
O total projetado de redes que foram aprovadas pela COMTEC contabiliza 964 quilômetros de novas linhas de distribuição de energia no campo, a um custo médio por ligação, para os anos de 1997, 1998 e 1999, conforme a Tabela 1.
Da Tabela 1, pode-se notar que os custos durante os anos de 1997 e 1998 permaneceram praticamente inalterados, e próximos das expectativas iniciais de baixos custos idealizadas pelo programa. No entanto, no ano de 1999 nota-se uma sensível elevação nos custos médios em relação aos dois anos anteriores.
Apesar de ter existido um pequeno aumento no preço dos materiais que compõem as redes elétricas, o principal motivo da elevação nos custos, para o ano de 1999, deveu-se, principalmente, à redução do uso do sistema MRT pelas empresas de energia, conforme pode ser visto na Figura 1.
Da Figura 1, pode ser notado que, durante os anos de 1997 e 1998, as empresas fizeram uso do sistema MRT em cerca de 38% de seus projetos para o programa "Luz da Terra", reduzindo este percentual para cerca de 13% em 1999. Por outro lado, o aumento do padrão técnico bifásico vertical com condutor de aço foi de 33% em 1997 para 54% em 1999, explicando a elevação dos custos para este ano, pois o bifásico vertical, apesar de ser um sistema também simplificado quando comparado aos sistemas de distribuição urbanos, apresenta custos mais elevados do que o sistema MRT.
Quando se comparam os custos médios por ligação entre empresas diferentes, mostrados na Tabela 2, pode-se notar que os custos não apresentam grandes variações, como as que ocorriam no passado da eletrificação rural em São Paulo.
As pequenas diferenças que existem nos custos das empresas ocorrem em virtude do uso mais ou menos intensivo de padrões técnicos simplificados, e não são decorrentes de custos diferentes para instalações semelhantes.
O motivo de uma maior homogeneidade nos custos das ligações para o estado em relação ao passado deve-se, em grande parte, a adoção de um sistema unificado de custos e ao estabelecimento do custo de referência, aliados à consolidação de uma comissão técnica responsável pela análise técnica e orçamentária dos projetos de extensão de redes para as ligações rurais no estado de São Paulo, dentro do escopo do programa "Luz da Terra".
CONCLUSÃO
A falta de atratividade do mercado rural para as empresas de energia elétrica e o desenvolvimento de modelos de gestão para a eletrificação rural centrado nas concessionárias resultaram, durante muitos anos, em altos custos médios de ligação, inviabilizando o acesso aos moradores de baixa renda à luz elétrica.
A escassez de recursos para investimento em eletrificação rural e a necessidade de atendimento a uma demanda caracterizada por um público, em sua grande parte, de baixa renda deve levar a sociedade a discutir e implementar programas de eletrificação rural envolvendo múltiplos atores, integrados entre si, buscando um objetivo comum, ou seja, o de viabilizar o atendimento ao público rural indistinto.
A viabilidade da universalização do atendimento de energia elétrica pressupõe, entre outros aspectos, o atendimento das populações de baixa renda a custos compatíveis com suas capacidades de pagamento.
O programa "Luz da Terra", além de ser um modelo integrado de eletrificação rural, buscou criar mecanismos de controle de custos através do estabelecimento de uma instrução técnica simplificada e um sistema único de apropriação de custos. Ambos, apesar de não terem sido adotados integralmente pelas concessionárias, vem sendo fundamentais para o controle de custos e a eliminação de grandes disparidades existentes entres os preços praticados por diferentes empresas de energia.
REFERÊNCIAS
[1]JUCÁ, A.S. Eletrificação rural de baixo custo - norma técnica e vontade política. Dissertação de mestrado - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo 1998 190p.
[2]GAZETA MERCANTIL, Relatório - Dossiê eletrificação rural, 22 de maio de 1998.
[3] CORREIA, J.S.S. Eletrificação Rural de baixo custo - avaliação e prática. Dissertação de mestrado - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo 1992 242p.
[4]CERESP - Comissão de eletrificação rural do estado de São Paulo. Sistema unificado de gerenciamento de projetos e apropriação de custos do programa de eletrificação rural "Luz da Terra". São Paulo, 1996.
[5]ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Eletrificação Rural de Baixo Custo, Relatório Final. Universidade de São Paulo 1993
[6]PELEGRINI, M.A. Prática de eletrificação rural em São Paulo (1995-1997). Dissertação de Mestrado - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo 1998 134p.
Endereço para correspondência
Luiz Fernando Kurahassi
e-mail: kurahass@pea.usp.br
A evolução dos custos no programa de eletrificação rural do estado de São Paulo
Fernando Selles Ribeiro; Luiz Fernando Kurahassi; Luiz Henrique Alves Pazzini; Luiz Cláudio Ribeiro Galvão; Marcelo Aparecido Pelegrini
GEPEA-USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, Sala A2, 35 CEP: 05508-900, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(11)3818-5279, Fax: (55)(11)210-3595
RESUMO
Este trabalho tem por objetivo analisar os custos de extensão de rede no programa de eletrificação rural "Luz da Terra" desde o período de sua instituição até os dias atuais. É apresentada a metodologia de estimação do custo médio da ligação por consumidor rural, montada inicialmente para aplicação em redes de distribuição simplificadas, baseadas no sistema Monofilar com Retorno por Terra - MRT. A metodologia evoluiu para uso em outros sistemas, inclusive o bifásico vertical, visto que este sistema passou a ser largamente empregado no estado. Através de um levantamento de dados junto à CERESP - Comissão de Eletrificação Rural do Estado de São Paulo - são comparados os custos de diferentes concessionárias de energia elétrica ao longo do programa, levando em conta o padrão técnico adotado. O trabalho conclui que, a despeito do aumento dos preços dos materiais e componentes da rede, o fator preponderante para a elevação dos custos unitários é o descuido das concessionárias com a necessidade de reduzir custos, evidenciado pelo abandono paulatino da adoção dos procedimentos e padrões simplificados de construção das redes de distribuição rural.
Palavras-chave: Eletrificação rural, custos de rede, MRT.
ABSTRACT
The proposal of this paper is to analyse the costs of grid extension in the program of rural electrification "Luz da Terra" since the period of its institution to the current days. It will be presented a methodology to estimate the medium cost of the connection by rural consumer, developed initially for application in simplified distribution grids, based on the Single Wire Earth Return - SWER system. The methodology was developed for use in another systems, including the two-phase vertical, because this system became used largely in the state. As a result of a collection of data by CERESP - São Paulo State Commission of Rural Electrification - the costs among different utilities are compared along the program, taking into account the technical pattern adopted. The work conclusion is that, in spite of the increase of the prices of the materials and components used in the grids, the preponderant factor for the elevation of the unitary costs is the negligence of the utilities with the need of reducing costs, evidenced by the gradual abandonment of the procedures and simplified patterns of construction of rural distribution grids.
INTRODUÇÃO
A necessidade de se alocar criteriosamente os recursos públicos na construção e manutenção dos serviços de utilidade pública conduz tanto os países desenvolvidos quanto os de economia emergente à construção redes elétricas rurais no sistema monofásico .
As principais razões para isto, em países como Nova Zelândia, Austrália, Canadá, Estados Unidos e Rússia são:
a. As cargas nas zonas rurais são, geralmente, tão pequenas que raramente são necessários três condutores para atender a capacidade de transporte das mesmas;
b. A virtual impossibilidade de obter as vantagens teóricas das três fases em ambientes rurais, tais como:
• sua maior capacidade de carga para uma dada queda de tensão;
• dificuldade prática de balancear uma pequena carga nas três fases;
• limitações, por razões mecânicas, quanto à utilização de condutores de seção reduzida.
• Economia de custo .
Outra vantagem significativa deste tipo de sistema é a redução da quantidade de material utilizado e, por conseguinte, do capital empregado para a construção da linha. O sistema monofásico permite economia de cruzetas, isoladores, condutores e ferragens. Além disso, possibilita o emprego de postes de menor resistência mecânica e transformadores com características construtivas simplificadas.
O SISTEMA MRT
O Sistema Monofilar com Retorno por Terra, o MRT, é uma forma de distribuição de energia elétrica, em que genericamente, apenas uma fase da linha tronco é ligada a um condutor metálico. Conforme discorre RIBEIRO (1993), ao invés de três condutores, usa-se apenas um: o retorno da corrente é feito pela terra. Ao invés de três grossos cabos de alumínio, apenas um arame de aço, ou ainda uma cordoalha de três arames de aço, material muito mais resistente e que pode ser esticado com muito maior tensão de tração. Quer dizer, ao invés de um poste a cada 35 metros, se o condutor for de aço o poste seguinte pode estar a 300 metros, se o terreno for plano. Pode-se aproveitar o relevo obtendo-se, com postes no alto dos morros, vãos enormes, de mais de um quilômetro. O poste pode e deve ser de madeira e suas ferragens simplificadas, para sustentar apenas um fio. O transformador pode e deve ser de pequeno porte, ajustado à reduzida demanda.
O CUSTO DA ELETRIFICAÇÃO RURAL
De acordo com dados publicados no Guia Rural - Manual Técnico de Eletrificação Rural em 1998, constata-se que o custo de uma ligação trifásica pode custar até 3,6 vezes mais do que o MRT.
Segundo JUCÁ (1998), os altos custos das redes de distribuição rural são um dos principais motivos para os baixos índices de eletrificação rural no Brasil e, portanto, a redução dos custos de construção de redes é uma condição essencial para prover energia à regiões rurais vastas e com baixa densidade demográfica.
Este trabalho faz a avaliação dos custos da eletrificação rural no estado de São Paulo, mostrando que, a adoção de sistemas simplificados, principalmente do MRT, para a construção das redes de distribuição de energia elétrica na zona rural, é fundamental para a redução dos atuais custos praticados pelas empresas de energia.
METODOLOGIA PARA ESTIMATIVA DO CUSTO DO QUILÔMETRO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO RURAL
A metodologia desenvolvida para estimar o custo do quilômetro de rede de distribuição rural considera que o custo total da rede é composto pelo valor dos materiais, divididos em composições unitárias, somados aos custos da mão-de-obra empregada na execução das atividades de construção da rede elétrica.
Para determinar a parcela dos custos referentes à mão-de-obra, adota-se um critério onde este item corresponde a um valor percentual em relação ao custo total da rede. A adoção deste critério justifica-se em virtude da dificuldade de se obter os custos de mão-de-obra, e principalmente, de determinar suas variações ao longo do tempo, nas diversas localidades do estado de São Paulo.
O valor percentual empregado para quantificar a mão-de-obra foi obtido através de dados de uma amostra, composta por 139 projetos envolvendo 5.242 novas ligações no estado, analisada pela CERESP - Comissão de Eletrificação Rural do Estado de São Paulo - no período compreendido entre o início de 1997 ao final de 1999. Na análise da amostra pode ser observado que existe uma proporcionalidade entre o custo de mão-de-obra e de materiais que se mantêm próxima à relação 1:3, para a maioria dos projetos. Também foi notado que, apesar de ter ocorrido variação nos preços dos materiais elétricos que compõem as redes de distribuição de eletricidade, a relação citada entre material e mão-de-obra foi preservada ao longo do período de análise.
Para estimar o custo total dos materiais empregados na construção do quilômetro de rede elétrica, o ramal de distribuição rural foi dividido em unidades modulares. Cada unidade é composta por uma relação de materiais, a qual foi obtida no "Sistema Unificado de Gerenciamento de Projetos e Apropriação dos Custos" do programa de eletrificação rural "Luz da Terra".
O preço de cada módulo é igual a soma das parcelas dos materiais que o compõem, e a adição dos custos de todas as unidades modulares irá resultar no montante referente aos materiais empregados na construção do quilômetro de ramal de distribuição rural.
Na composição dessas unidades, alguns itens como postes, transformadores, condutores e dispositivos de proteção representam uma considerável parcela de seu custo total, enquanto que outros materiais, tais como arruelas, porcas e ferragens em geral, têm pouco significado quando seus custos são comparados individualmente em relação ao valor total do módulo. Por este motivo, os materiais cuja soma de seus custos individuais totalizam 85% do valor total de cada módulo são considerados individualmente, enquanto que os itens de menor valor são agrupados, totalizando 15% do valor global.
A seguir, serão apresentadas as unidades modulares com as respectivas relações de materiais que as compõem.
MÓDULO I: UNIDADE TRANSFORMADORA
A estação transformadora monofásica para sistema MRT é composta pelos seguintes materiais:
Pode-se notar na Tabela 1 que a potência nominal do transformador não foi especificada, pois a seleção de um transformador depende, além da demanda de cada consumidor, da quantidade de consumidores que a ele serão ligados.
Para levar em consideração a variedade dos transformadores que podem ser instalados em cada quilômetro de rede elétrica, foi adotado um procedimento de cálculo que, ao invés de considerar uma potência específica para o transformador, estima o custo do kVA instalado por estação transformadora, utilizando dados históricos do programa de eletrificação rural "Luz da Terra".
A Tabela 2 mostra a incidência de transformadores por quilômetro para ramais MRT e bifásico vertical, em um cenário onde a densidade de consumidores por quilômetro é 8,01, a potência instalada por quilômetro é de 25,77 kVA e o número de consumidores por transformador é 3,85. Estes parâmetros correspondem a valores médios da amostra analisada.
Através dos dados da Tabela 2, podemos obter uma formulação matemática que resultará no custo do kVA instalado por transformador monofásico:
$m1: custo do transformador monofásico de 5kVA
$m2: custo do transformador monofásico de 10kVA
$m3: custo do transformador monofásico de 15kVA
$m4: custo do transformador monofásico de 25kVA
Sendo, para a estação transformadora bifásica:
$b1: custo do transformador bifásico de 5kVA
$b2: custo do transformador bifásico de 10kVA
$b3: custo do transformador bifásico de 15kVA
A estação transformadora bifásica é constituída, basicamente, pelos mesmos materiais da estação transformadora monofásica, mudando apenas suas quantidades, conforme pode ser verificado na tabela 3:
MÓDULO II: CONDUTORES
São considerados quatro os tipos de condutores mais utilizados na composição das redes de distribuição rural, os quais estão descritos na Tabela 4.
O custo final dos condutores varia de acordo com a proporção de cada categoria utilizada na composição do quilômetro de rede de distribuição rural.
A equação (3) resulta no custo do quilômetro de condutor lançado.
$C1: Custo do quilômetro de condutor CAZ 3,09mm
$C2: Custo do quilômetro de condutor CAZ 3 x 2,25mm
$C3: Custo do quilômetro de condutor CAA 4AWG
$C4: Custo do quilômetro de condutor triplex
I1: Incidência do condutor CAZ 3,09mm por quilômetro de rede
I2: Incidência do condutor CAZ 3x2,25mm por quilômetro de rede
I3: Incidência do condutor CAA 4AWG por quilômetro de rede
I4: Incidência do condutor triplex por quilômetro de rede
MÓDULO III: POSTES
Assim como ocorre com os transformadores, em uma extensão de rede de distribuição rural podemos encontrar diversos tipos de postes. Eles irão variar de acordo com a altura e a resistência mecânica exigidas. Na Tabela 5 temos as categorias de postes mais utilizadas com suas respectivas porcentagens de aplicação.
O custo de um poste implantado é o resultado da somatória dos custos de cada poste multiplicado por sua respectiva porcentagem, divido por 100. O valor total dos postes instalados por quilômetro de rede é igual ao custo de cada poste, multiplicado pelo número de postes por quilômetro.
MÓDULO IV: SISTEMA DE PROTEÇÃO DOS RAMAIS
O sistema de proteção do ramais monofásico e bifásicos é composto pelos materiais mostrados nas Tabelas 6 e 7, respectivamente.
Para determinar os custos referentes ao sistema de proteção do ramal, considera-se que em cada ponto de derivação da linha tronco para o ramal é instalado um módulo de proteção.
MÓDULO V: PADRÃO DE ENTRADA
Os materiais que compõem um padrão de entrada podem ser vistos na Tabela 8.
A contribuição do padrão de entrada no custo do quilômetro de ramal de distribuição é função do número de consumidores por quilômetro de rede, visto ser igual a 1,0 a incidência do padrão rural por consumidor.
MÓDULO VI: ATERRAMENTO
A tabela 9 mostra os materiais correspondentes ao aterramento da estação transformadora.
Para cada estação transformadora instalada é considerada uma unidade de aterramento.
CUSTO TOTAL DOS MATERIAIS
O custo total de materiais que compõem o ramal de distribuição rural será dada pela equação (4).
$et: Custo da estação transformadora
$cd: Custo de condutores
$pt: Custo de postes
$pr: Custo de proteção do ramal
$pe: Custo do padrão de entrada
$at: Custo do aterramento
Além dos valores de materiais e de mão-de-obra, também será incluído o custo do projeto elétrico elaborado para a execução da rede de distribuição. Este custo corresponde a 5% do custo total da obra, sendo que este índice foi determinado pelas concessionárias de energia que executam os projetos de extensão de rede no programa de eletrificação rural "Luz da Terra".
ANÁLISE DOS CUSTOS DE EXTENSÃO DE REDE PARA O PROGRAMA "LUZ DA TERRA"
Os dados utilizados para a análise dos custos de extensão de rede elétrica no estado de São Paulo são referentes a uma amostra de 139 projetos, envolvendo 5.242 novos consumidores. Deste total, 4666 consumidores são da área de concessão da empresa Elektro Eletricidade e Serviços S.A. e 576 da área da EBE - Empresa Bandeirante de Energia S.A. Os dados correspondem aos anos de 1997, 1998 e 1999.
A tabela 10 mostra os custos médios por consumidor e os principais parâmetros técnicos na área de concessão de ambas as empresas no citado período.
Na Tabela 10, os parâmetros MRT, monofásico com neutro, bifásico vertical e trifásico referem-se a porcentagem de utilização de cada sistema nas redes de distribuição rural das concessionárias em questão no decorrer dos últimos três anos
Podemos observar, de acordo com os dados da Tabela 10, que os sistemas mais utilizados pelas empresas na construção de redes de distribuição rural são o bifásico vertical e o monofásico com retorno por neutro, não havendo portanto, predominância do padrão MRT.
Através da metodologia inicialmente apresentada, foram realizadas estimativas de custos para ambas as empresas. O primeiro cenário considera apenas o uso do padrão MRT, e o segundo, o emprego do bifásico vertical com condutor de aço. Os parâmetros custo por consumidor, consumidor por quilômetro de rede, consumidor por transformador e kVA por consumidor são os mesmos utilizados na Tabela 10. No entanto, adotamos 6 postes por quilômetro para sistema MRT e 7 para o sistema bifásico vertical com condutor de aço, visto que o uso do condutor de aço, aliado à otimização do traçado, implica no aumento dos vãos entre postes, e conseqüentemente, na redução de suas quantidades por quilômetro de rede. Os resultados desta estimativa são comparados com os custos médios das empresas de energia e podem ser verificados na tabela 11.
A comparação entre os custos pode ser melhor visualizado na figura 1:
Da figura 1 podemos observar que, para a Empresa Bandeirante de Energia, a adoção do sistema MRT implicaria em uma economia de cerca de 40% dos recursos empregados na construção de redes, e para a ELEKTRO, a qual utilizou o sistema MRT em 27,6% de suas redes de distribuição rural nos últimos três anos, o potencial de redução de custo é de cerca de 25%.
Cabe ainda ressaltar que o uso da mão-de-obra da comunidade para a execução de serviços não especializados, através de mutirão, pode reduzir ainda mais os custos de extensão das redes de distribuição rural.
CONCLUSÃO
O uso de padrões técnicos simplificados constitui-se em uma das condições essenciais para garantir aos moradores rurais, especialmente aos de baixa renda, o acesso à eletricidade. Nos atuais programas de eletrificação rural, o custo de construção dos ramais é financiado ao futuro consumidor, sendo o baixo custo da ligação um mecanismo essencial para garantir ao morador rural condições para honrar seus compromissos financeiros.
No estado de São Paulo, as empresas de distribuição de energia elétrica vêm abandonando o uso do sistema MRT.
O padrão técnico predominante na Elektro para extensão de redes rurais tem sido o bifásico vertical com condutor de aço. Apesar de sua simplificação técnica, este sistema não apresenta as mesmas vantagens econômicas do MRT, pois há um condutor a mais, sendo os gastos com estruturas e dispositivos de proteção são, consequentemente, maiores.
Na área de concessão da Bandeirante, o sistema monofásico com retorno por neutro é largamente utilizado. Este padrão, quando comparado ao MRT apresenta várias desvantagens econômicas, pois faz uso do condutor de alumínio, o qual, além de ser mais caro que o condutor de aço, apresenta menor resistência mecânica, e portanto, resulta em aumento no número de estruturas alocadas na rede. Há também o custo do condutor de neutro, e o aumento na complexidade da estrutura.
Conclui-se, portanto, que o uso do sistema MRT reduz os custos de extensão de rede e possibilita eletrificar mais propriedades com a mesma quantidade de recursos, criando, ao mesmo tempo, condições para viabilizar ao pobre rural o acesso à energia.
REFERÊNCIAS
[1]RIBEIRO, F.S. Eletrificação rural de baixo custo. São Paulo, 1993. Tese de livre docência - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 157p.
[2]JUCÁ, A.S. Eletrificação rural de baixo custo - norma técnica e vontade política. Dissertação de mestrado - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo 1998 190p.
[3]CERESP - Comissão de eletrificação rural do estado de São Paulo. Sistema unificado de gerenciamento de projetos e apropriação de custos do programa de eletrificação rural "Luz da Terra". São Paulo, 1996.
Endereço para correspondência
Luiz Fernando Kurahassi
e-mail: kurahass@pea.usp.br
Iluminação pública em pequenos municípios do estado de São Paulo
Edna Lopes RamalhoI; Moacyr Trindade de Oliveira AndradeII
IFEM/UNICAMP, CEP 13083-970, Campinas, SP tel (019)289-3722
IICSPE, CEP 01415-000 São Paulo, SP tel (011)3138-7057
RESUMO
Este trabalho tem por objetivo apresentar as características técnicas, comerciais e sociais relativas aos serviços de Iluminação Pública, discutindo as responsabilidades e especificidade dos mesmos, tendo em vista as atuais condições de sua operacionalidade, em função do alto grau de inadimplência por parte do Poder Público, os objetivos empresariais dos concessionários, e o processo de reestruturação do Setor Elétrico Nacional, identificando particularidades específicas das dificuldades vivenciadas pelos pequenos municípios, notadamente com características de economia agrícola / pastoril.
Em síntese, pretende-se avaliar a atual condição de prestação deste serviço público e sua evolução face as novas características dos atores oriundos da reestruturação do Setor Elétrico, cujos objetivos e responsabilidades estão em discussão, com sensíveis alterações no relacionamento entre concessionários, órgãos públicos municipais e os órgãos reguladores Federal e Estadual, evidenciando um possível impasse no que se refere à viabilidade de manutenção das atuais características de relacionamento entre os novos atores envolvidos.
Este enfoque maior foi direcionado às particularidades dos pequenos municípios evidenciando os problemas e formas de relacionamentos entre os órgãos oficiais envolvidos com a prestação deste serviço, as características de qualidade e das formas de viabilização técnica e econômica nas mesmas.
Utiliza-se, como caso exemplo, os serviços de auditoria técnica desenvolvido pela CSPE de confrontação de dados entre concessionárias e o Poder Público, sobre a conformidade entre os reais montantes de Energia, Faturas, Luminárias, Tipos de Lâmpadas, Manutenção e Expansão dos Sistemas de Iluminação Pública e aqueles praticados pela relação comercial, bem como resultados de pesquisa de satisfação realizada em municípios do Estado de São Paulo.
Palavras-chave: Iluminação Pública; Regulamentação do Serviço Público; Serviços de Iluminação Pública
INTRODUÇÃO
A Constituição Federal do Brasil, estabelece que é de responsabilidade dos Municípios, "organizar e prestar, diretamente ou sob o regime de concessão ou permissão, os serviços públicos de interesse local". [ C.F.B.,88 ]
A definição do "interesse local" é um dos pontos discutidos pelas prefeituras que entendem a iluminação pública não só com o aspecto de "prover claridade", mas dão ênfase a questão de segurança e inferem esta vertente como de responsabilidade Estadual, entendendo que o Estado, portanto, deve ser responsabilizado por parcela dos custos dos serviços de iluminação prestados.
Diversos são os pontos em questionamento, relacionados aos serviços de iluminação pública, envolvendo Prefeituras e Câmaras Municipais, Concessionários de Distribuição de Energia Elétrica, Governos Estadual e Federal, Ministérios Públicos, Poder Judiciário, entre vários.
Sucintamente, as discussões sobre as responsabilidades pela prestação dos serviços de IP, equacionamento das fontes de custeio, financiamento da expansão, pontos de conexão das redes com os concessionários e outros, tomaram desmedido vulto após a privatização dos concessionários de distribuição, em função de terem sido eliminadas as facilidades de dilatação de prazos de pagamento, compensação de créditos e débitos com os Estados e a União, passando a exigir a disponibilidade de recursos das prefeituras para o pagamento das faturas mensais dos serviços prestados com um prazo de 15 (quinze) dias após sua apresentação.
Assim, diversas medidas foram tomadas no sentido de prover os Municípios de recursos para o custeio deste serviço público, algumas delas consideradas inconstitucionais, por diversas decisões judiciais em várias instâncias, como a cobrança de Taxa de Iluminação Pública – TIP, independentemente das tentativas de legalização da mesma, via leis municipais ou da sua caracterização como uma contribuição espontânea dos consumidores de energia elétrica.
Este trabalho analisa o quadro atual das questões técnicas, econômicas, legais e outras que influenciam no desempenho dos serviços de iluminação pública, particularizando exemplos para os pequenos municípios do Estado de São Paulo, buscando evidenciar os esforços da CSPE no sentido buscar alternativas de atendimento à população dos serviços de iluminação pública bem como de mecanismos de adequação do seu custeio ( consumo de energia, despesas de operação e manutenção e investimentos na expansão da rede), junto às prefeituras, concessionários, órgãos reguladores e demais instituições envolvidas nesta questão.
RESPONSABILIDADE PELA PRESTAÇÃO DO SERVIÇO DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
Em face das disposições constitucionais, é passivo o reconhecimento que o serviço de iluminação pública é da alçada municipal, por se conter, sem sombra de dúvida, na esfera do peculiar interesse do Município – o aclaramento de ruas e logradouros públicos [Meireles,85].
Com o objetivo de atualizar, adequar e consolidar as disposições referentes às Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica destinada à Iluminação Pública, a ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, promove a revisão da portaria DNAEE-158/99, caracterizando :
DA CLASSIFICAÇÃO
Art. 3º "Classifica-se como Iluminação Pública o fornecimento de energia elétrica para iluminação de ruas, praças, avenidas, túneis, passagens subterrâneas, jardins, estradas, passarelas, abrigos de usuários de transportes coletivos e outros logradouros de domínio público, de uso comum e livre acesso, cuja responsabilidade pelo pagamento das contas e pelas demais obrigações legais, regulamentares e contratuais seja assumida, exclusivamente, por pessoa jurídica de direito público."
DOS SERVIÇOS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
Art. 8º "A responsabilidade pelos serviços de projeto, implantação, expansão, operação e manutenção das instalações de Iluminação Pública é do Município."
Par. 1º "O concessionário poderá prestar os serviços de que trata o caput deste artigo, mediante celebração de contrato ou convênio específico para tal fim, ficando, todavia, o Poder Público Municipal, responsável pelas despesas dele decorrentes."
Cumpre ressaltar que a revisão da portaria DNAEE nº 466, Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica" passou a incorporar a regulamentação para os serviços de IP, como apenas uma forma diferenciada de consumo.
Parece, por todas as vias analisadas e pareceres de competentes juristas, não restar dúvida quanto a competência do Município da prestação do serviço público de Iluminação Pública, bem como a viabilidade de prestação do serviço pelo concessionário de distribuição mediante celebração de contrato específico para tal fim.
As Prefeituras devem assegurar a qualidade dos serviços de iluminação pública, definir sua política, bem como adotar um adequado sistema de fiscalização, mesmo que os serviços sejam delegados a terceiros, como recentemente ocorreu no município de São Paulo, contando, hoje, com seis empresas prestadoras dos serviços de IP.
Estas tarefas devem garantir o pleno objetivo a que se propõe o serviço de Iluminação Pública, sem que seja necessária uma infraestrutura de concessionária de energia elétrica, podendo haver convênios entre as prefeituras, Associações, Federações e Confederações de Municípios, no intuito de diluir custos e promover a evolução dos serviços, pesquisa e regulamentações específicas, sem o excessivo ônus, de cada Prefeitura, na execução dos mesmos serviços, principalmente nos conglomerados denominados de regiões metropolitanas.
FATURAMENTO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
A regulamentação do Setor Elétrico recomenda, mas não obriga, o concessionário a instalar medição apropriada para a mensuração do fornecimento de energia para a Iluminação Pública. Os valores de consumo de energia ou demanda de potência ativas podem ser estimados, com base no período de consumo e na carga instalada, incluída a carga própria dos equipamentos auxiliares (reator / ignitor ) ou das perdas no sistema, quando for o caso.
O consumo mensal de energia elétrica para fins de faturamento é estimado como sendo o produto da potência instalada ( Lâmpadas + Perdas ) pelo número de horas de funcionamento no mês, geralmente expresso em kWh.
Deverá constar nos contratos de serviços de IP, segundo a revisão da portaria 466:
propriedade das instalações
A diversificação do ponto de entrega enseja a necessidade de definição de três tipos de tarifas, segundo a revisão da portaria DNAEE nº 466:
CONCILIAÇÃO DAS CONTAS DE ENERGIA ELÉTRICA RELATIVAS À ILUMINAÇÃO PÚBLICA
Com a introdução do PND- Plano Nacional de Desestatização e culminando com a implantação do projeto de reestruturação do Setor Elétrico Nacional, as Prefeituras Municipais passaram a defrontar com o problema de ter que, efetivamente, honrar seus compromisso em relação ao suprimento de energia elétrica, tanto para o próprio uso, prédios públicos, quanto para com a iluminação pública.
Em outros tempos, aplicavam-se diversos mecanismos de compensação ou até de perdão de dívidas e contas entre o Estado e o Município, principalmente entre aqueles que trajavam mesmas cores partidárias, promovendo-se a cada período, não idêntico ao de apresentação das faturas, mecanismos de liquidação de contas pendentes, muitas vezes um mero trocar de papéis.
Com a privatização dos concessionários de distribuição de energia elétrica, as contas passaram a requerer seu efetivo cumprimento e, de preferência, como dita a regulamentação, quinze dias após sua apresentação. Poucos organismos municipais, no passado, se preocuparam em criar receita específica para o pagamento das contas de iluminação pública.
Em diagnóstico realizado pelo grupo de estudos do DNAEE, [DNAEE, 1985], constatou-se uma grande diversidade de procedimentos entre as 45 concessionárias consultadas, havendo diferenças quanto:
Após este trabalho, a questão de inadimplência se torna vital para os concessionários, principalmente quando da privatização dos concessionários de distribuição, uma vez que a TIP- Taxa de Iluminação Pública1, passou a sofrer contestações judiciais, com interposições de ações civis públicas por representações do Ministério Público em diversos Estados. Em suma, as concessionárias que nas últimas décadas lastrearam os serviços de iluminação pública neste mecanismo, passaram, também, à vivenciar condições de inadimplência, ampliando o já dramático quadro apresentado
ESTADO DE SÃO PAULO
Os dados particularizados para o Estado de São Paulo são mostrados pela tabela 1, caracterizando a participação da Iluminação Pública em relação ao faturamento mensal total dos concessionários de distribuição no Estado de São Paulo.
A taxa média percentual de participação da Iluminação Pública em relação ao faturamento total do Estado de São Paulo é da ordem 2,294 % considerando, todos os concessionários, enquanto a média nacional é da ordem de 2,74
As quatro maiores empresas respondem por 91,41% da IP e 95,60% do Faturamento Total de Distribuição de Energia Elétrica do Estado.
Em Dezembro de 1998, estavam em débito 106 ou 45,11% dos 235 Municípios da área de concessão da CPFL e na ELEKTRO 142 ou 61,47% dos 227 Municípios, sendo que os totais das dívidas representavam cerca de 181,93% e 112,34%, respectivamente, do faturamento de iluminação pública neste mês.[ANEEL, 1999 ].
A situação de inadimplência total do país não apresenta, em média, uma situação tão expressiva, em relação ao número de Municípios. A média de Municípios em débito no país é da ordem de 37,30 % . Porém, quanto a relação (dívida / faturamento mensal ) a média nacional é da ordem de 151,10 %.
Cumpre ressaltar que estes últimos dados, em relação ao número de municípios e da relação ( dívida / faturamento mensal de IP) são parciais, não contando, por exemplo, com os números da Metropolitana e Bandeirantes em São Paulo e da Light no Rio.
Os casos extremos, dentre os dados disponíveis, revelam uma inadimplência da ordem de 90,91% no Acre e 11,15% na CEMIG, em relação ao número de municípios, enquanto para a relação (dívida / faturamento mensal) os índices extremos são de 1.720,18% na COSERN e de 14,31% na CEMIG.
Uma vez exposto o problema, a meta que deve ser almejada por todos os envolvidos é a obtenção de soluções perenes e legais para o equacionamento das necessidades, iluminação de ruas, logradouros, etc. de uso comum, ampliação da segurança pública e privada, e dos custos inerentes a operação, manutenção e expansão dos sistemas de iluminação pública, de forma a evitar o ressurgimento de situações extremas como evidenciado e, paralelamente, buscar alternativas de financiamento das atuais dívidas municipais junto aos concessionários de distribuição de energia elétrica, como ocorrido com no estado de São Paulo, alguns dos quais com mediação da CSPE.
Neste contexto, o Grupo de Trabalho do DNAEE apresentou, em 1985, algumas sugestões, enquanto as atuais discussões, promovidas pela ANEEL em suas audiências públicas, avaliam a viabilidade daquelas e de outras alternativas, trazidas por munícipes, prefeituras, órgãos de regulação, associação de municípios, consumidores, fabricantes de equipamentos, universidades e outros organismos, governamentais ou não, no intuito de prover os serviços requeridos pela coletividade, de forma consoante com a identificação de mecanismos para que os municípios obtenham os recursos necessários para garantir tanto a prestação do serviço, quanto o seu efeito colateral de ampliar a segurança.
OS RECURSOS E OS SERVIÇOS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
Embora nos últimos anos se tenha discutido, de forma exaustiva, a questão da TIP - Taxa de Iluminação Pública, é fato que a mesma passou a ser incluída nas faturas dos consumidores a partir do início dos anos 90.
Assim, também é fato que, antes de sua implantação, concessionários e Prefeituras Municipais prestavam os serviços de Iluminação Pública e mantinham satisfatórias relações comerciais quanto ao recebimento das faturas relativas aos mesmos.
Outro fato é que, nos dados da ANEEL, referidos a Dezembro de 99, dos 2.799 municípios avaliados apenas 37,70%, ou 1055 municípios, apresentam débitos destes serviços junto aos concessionários.
As recomendações indicadas pelo Grupo de Trabalho do DNAEE, portaria 39/85, foram parcialmente implantadas até o presente, reduzindo o montante de problemas verificado, como a necessidade de definição dos pontos de entrega e caracterizando tarifas diferenciadas para cada condição possível, como indicado em seção anterior.
As medidas de médio e longo prazos indicados pelo referido trabalho, porém, não foram consolidadas e o atual quadro apresenta encaminhamentos distintos ao evidenciado no mesmo, que, basicamente, propunham a alteração da legislação ordinária e a instituição da TIP, a médio prazo, e, a longo prazo, a reforma constitucional e a reforma tributária, visando aumentar a receita dos municípios.
Conforme evidenciado pela assessoria jurídica do IBAM - Instituto Brasileiro de Administração Municipal, [ Silveira, 96 ], a "taxa" só pode ser cobrada em razão do exercício regular do "Poder de Polícia" ou pela utilização, efetiva ou potencial, de serviços públicos específicos e divisíveis, prestado ao contribuinte ou posto a sua disposição (Art. 17 do Código Tributário Nacional, mantida no inciso II do Art. 145 da Carta Magna ).
A iluminação pública é posta à disposição da sociedade, não se enquadrando como serviço dirigido unicamente a um contribuinte, dotado de especificidade e divisibilidade. Segundo, ainda, o IBAM, os municípios devem constituir estrutura para arcar com o ônus do serviço de iluminação pública, que pode ser obtido através de uma melhor arrecadação do IPTU ou a celebração de convênios com os seus respectivos Estados, com repasse de recursos exclusivos para estes serviços, já que tanto Município quanto o Estado têm o mesmo objetivo, ou seja a segurança de toda a população, dos residentes, dos visitantes e das propriedades, públicas e privadas, de cada município.
Esta característica, particularizada para os pequenos municípios, indica que mesmo que os óbices impostos por incoerência administrativa, inadimplência, desvio de recursos, ou outros motivos fossem sanados o recurso gerado pelo município seria insuficiente para suportar os custos, por exemplo, dos serviços de iluminação pública necessários para sua adequação aos mínimos anseios dos munícipes e do próprio poder público, carecendo, portanto, de outros mecanismos de repasse quer do Estado quer da União.
O ÓRGÃO REGULADOR E OS SERVIÇOS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
A ANEEL vem promovendo o debate sobre o atual quadro nacional de adequação dos serviços de Iluminação Pública e dos aspectos legais, institucionais, técnicos, entre outros, que propiciem a sua auto-suficiência, a ampliação da eficiência energética, a viabilidade de expansão e a redução de custos dos sistemas de iluminação pública existentes. Para tanto, se estão realizando Audiências Públicas bem como mantendo permanentes canais de acessibilidade da Agência para com os atores envolvidos neste processo.
A CSPE tem participado ativamente dos debates, questionamentos e avaliações nacionais, bem como tem desenvolvido pesquisas no sentido de identificar alternativas de soluções definitivas quanto viabilidade, eficiência dos serviços de iluminação pública, principalmente por contar com diversos municípios entre os maiores do país, diversas regiões metropolitanas e ínfimos municípios com características essencialmente rurais que requerem diferentes considerações para este equacionamento.
As primeiras fiscalizações realizadas nos concessionários do Estado de São Paulo denotam urgência na resolução destas questões, uma vez que os índices de inadimplência bem com a relação entre os atuais débitos e os faturamentos mensais deste serviço são elevados.
A possibilidade de alteração de diversos aspectos, passíveis de serem adequados às características individuais de cada município, é um dos pontos em avaliação. Outro aspecto diz respeito a introdução de agentes de integração, ou seja, um concessionário exclusivo dos serviços de iluminação pública, evitando que as prefeituras sejam obrigadas a manter equipes próprias, passando, de forma consoante ao próprio PND, a promover a regulação e fiscalização da eficiência e efetividade do serviço, enquanto o novo agente, concessionário de iluminação pública poderia estender sua área de atuação à diversos municípios, otimizando a equipe técnica que se fizer necessária para a realização da tarefa, inclusive com relação a participação do novo mercado concorrencial, em fase de consolidação no país.
Outros questionamento relevante se caracteriza na atuação do poder legislativo onde, em primeira instância, se busca trilhar o caminha de constitucionalização da taxa de iluminação Pública o que minimizaria de forma efetiva os problemas de geração recursos dos municípios para este objetivo e, mais recentemente, o poder executivo traça como meta a implantação de um programa de ampliação da segurança no país, destinando, entre os mais de 100 itens, um percentual significativo de verbas para a expansão dos serviços de iluminação pública, o que, a primeira vista garante uma redução dos recursos necessários dos municípios para este fim, porém, exige uma ampliação da receita mensal para arcar com os custos adicionais dos sistemas implantados.
CONCLUSÃO
O quadro apresentado em relação aos serviços de Iluminação Pública indica a necessidade de integração dos diversos atores envolvidos na busca de alternativas para a consolidação da prestação deste serviço essencial à população, sendo fundamental a eliminação de interesses outros que não a identificação de um quadro viável , tanto em relação ao seu custeamento quanto a sua aplicabilidade técnica operacional, integrando, além dos concessionários e prefeituras municipais, os institutos de pesquisas, as universidades e outros organismos e poderes públicos, com o intuito de, uma vez equacionados os atuais problemas, promoverem o aumento da eficiência e da redução dos custos do serviço, passando o segmento Iluminação Pública a se consolidar como apenas mais um serviço prestado pelo setor elétrico nacional.
Os resultados das auditorias realizas pela CSPE, indicaram haver uma total ausência de controle, por parte das prefeituras, quanto ao faturamento dos serviços de IP. Este fato decorre da inexistência de cadastro nas prefeituras que possibilite um gerenciamento do sistema atual bem como evidencie as necessidades a serem incorporados num plano diretor do município. Esta característica é extensiva, também, às concessionárias que, na sua maioria, não dispõe de um cadastro atualizado, havendo casos de inexistência dos mesmos, que a permita atuar de forma efetiva ao menos quanto a fidelidade do valor a ser faturado, em alguns casos imputando prejuízos às mesmas.
Assim, um dos grandes avanços propiciado pela revisão da portaria 466, é a necessária exigência de se contar com a existência de um cadastro bem como de procedimentos para sua atualização, entre outros.
Ressalta-se, portanto, que é fundamental a prefeitura fazer valer o seu direito, expresso no Código de Defesa do Consumidor, de contar com uma informação adequada e clara sobre os diferentes produtos e serviços, com especificação correta de quantidade, características, composição, qualidade e preço.
Outro aspecto relevante, é caracterizado pela necessidade do município prover recursos para custear, dentre outros quesitos, os serviços de iluminação pública. Conforme citado por documento do IBAM, em alguns casos o montante destinado a iluminação pública pode atingir cerca de 2/3 da arrecadação dos municípios. Esta condição exigirá uma atuação do poder público no sentido de buscar outros mecanismos, como o repasse de ICMS do Estado, uma vez que o mesmo também é responsável por parte dos serviços de IP no quesito segurança pública, principalmente para os municípios que não sejam capazes de gerar o montante necessário de recursos para a manutenção e expansão dos serviços de iluminação Pública..
O atual momento é, também, propício para fomentar uma parceria entre prefeituras e concessionárias, uma vez que esta última deverá investir em programas de eficiência energética que redundem em benefício da sociedade, onde, de forma plena, enquadra-se os serviços de IP. Esta situação já vem sendo caracterizada no programa anual de combate ao desperdício de energia elétrica por várias concessionárias do Estado de São Paulo, analisados pela CSPE bem como pode ser constatado, nos exames de auditoria realizados em diversos municípios, redundando em ganho energético e econômico para a sociedade.
A missão dos órgãos reguladores, por exemplo, na questão de eficiência energética poderia ser objetivamente mais dirigido aos municípios de pequeno porte, sem possibilidade de geração de receita suficiente para arcar com os custos destes serviços, de forma a alocar parte da receita obrigatoriamente disponibilizada pelas concessionárias em programas de eficiência para estes municípios.
Paralelamente, este municípios devem buscar mecanismos de representação junto ao poder público estadual de forma a buscar receita complementar para o custeio destes serviços tendo em vista a condição atual de relacionamento comercial com as concessionárias, os interesses e necessidades dos munícipes e a busca de ampliação da segurança de cidadãos e de patrimônio que poderia ser melhor negociada junto aos demais poderes públicos nacionais com a integração de organização dos municípios de forma a buscar os mecanismos de adequação necessários à sobrevivência dos mesmos.
BIBLIOGRAFIA
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Meireles, Hely Lopes, Parecer Administrativo sobre questões relativas aos serviços de iluminação pública - DNAEE - Novembro 1985
DNAEE, Grupo de Trabalho a respeito da Política de Iluminação Pública - Portaria DNAEE 39/85 - Relatório Síntese - março / 1985
ANEEL, Iluminação Pública. Panoramas, Desafios, Alternativas de Financiamento, Nota Técnica, Brasília, Abril/1999
Silveira, Cláudia M.D. - Inconstitucionalidade da Taxa de Iluminação Pública - Artigo Assessoria Jurídica do Instituto Brasileiro de Administração Municipal . V43, n 219, p 61 - 70 - abril / dezembro 1996
PROCEL, Manual de Iluminação Pública Eficiente, - IBAM/ELETROBRÁS, 1998
Relatórios de Eficiência Energética – Ciclos 1998/1999 e 1999/2000.
CSPE - Relatório de Auditoria dos Sistemas de Iluminação Pública nos Municípios do Estado de São Paulo – Novembro/1999
Endereço para correspondência
Edna Lopes Ramalho
email: ramalho@fem.unicamp.br
Moacyr Trindade de Oliveira Andrade
email: mtandrade@sp.gov.br
1 mecanismo de arrecadação que alguma prefeituras implantaram, com base em leis municipais, a partir do início da década de 80, arrecadada pelos concessionários, mediante convênio específico.
^rND^sSilveira^nCláudia M.D.^rND^sSilveira^nCláudia M.D.^rND^1A01^nRicardo M.^sRodrigues^rND^1A01^nPaulo J. A.^sSerni^rND^1A01^nJosé F.^sRodrigues^rND^1A01^nJosé A.^sCagnon^rND^1A01^nRicardo M.^sRodrigues^rND^1A01^nPaulo J. A.^sSerni^rND^1A01^nJosé F.^sRodrigues^rND^1A01^nJosé A.^sCagnon^rND^1A01^nRicardo M^sRodrigues^rND^1A01^nPaulo J. A^sSerni^rND^1A01^nJos‚ F^sRodrigues^rND^1A01^nJos‚ A^sCagnonQualidade de energia em instalações elétricas rurais
Ricardo M. Rodrigues; Paulo J. A. Serni; José F. Rodrigues; José A. Cagnon
Departamento de Engenharia Elétrica, Faculdade de Engenharia, UNESP, CEP 17033-360 Bauru, SP tel: 14 2216116 fax: 14 2216110
RESUMO
A partir da teoria de circuitos elétricos, desenvolveu um modelo, que permite observar o comportamento das cargas elétricas rurais, com potência instalada de até 20kW, alimentadas por um sistema bifásico, a três fios, 220/127V. O modelo irá possibilitar a análise do conteúdo harmônico do sinal em regiões tipicamente rurais; da possível influência no comportamento dos sinais de tensão e corrente nas cargas características de uma instalação rural, do comportamento das tensões e correntes em equipamentos de iluminação, eletrodomésticos e aparelhos com fontes chaveadas e da influência das cargas na corrente de neutro do sistema. Analisou-se o circuito elétrico equivalente, utilizando-se modelos desenvolvidos para cada tipo de carga e através de simulação, obteve-se as formas de onda e respectivos conteúdos harmônicos das tensões e correntes.
Palavras-chave: Qualidade de energia, harmônicas, eletrificação rural, redes rurais
ABSTRACT
From the electric circuit theory a model was established that enable the investigation of rural electric loads behavior for power rating up to 20 kW when the main power is a two phase system with tree wire 220/127V. This model will enable the signal harmonic content analysis at regions typically rural and its influence over voltage and current signals for typically rural loads, the voltage and current behavior for electrical appliances, lighting equipment and equipment feed by switching power supply and its influence over the system neutral current. The equivalent electrical circuit analysis was carried out using models developed for these types of loads and the waveforms for voltage and current with its harmonic contents was obtained by simulation.
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento da indústria eletroeletrônica, nas últimas décadas, está levando o consumidor rural, assim como o consumidor urbano, a uma especialização da demanda de energia elétrica, isto é, introdução de equipamentos e dispositivos com características não lineares: eletrodomésticos, aparelhos eletrônicos e tipos diversificados de equipamentos de iluminação. Deste fato, vem aumentando o aparecimento de distorções nas formas de onda da corrente e da tensão nas redes de distribuição de energia elétrica que servem, especificamente, regiões rurais. Por esta razão, o sistema de distribuição passou a receber forte contribuição de harmônicos.
Sistemas de iluminação utilizando lâmpadas de descarga e reatores eletrônicos de elevada eficiência podem proporcionar uma substancial redução na potência absorvida da rede e consequentemente na energia elétrica, entretanto, apresentam uma característica tensão vs. corrente fortemente não linear, o que provoca a presença de harmônicos.
As fontes chaveadas e outras estruturas eletrônicas usadas em equipamentos eletrônicos também são fontes de distorção. A associação desses equipamentos e concentração dessas cargas em muitas instalações rurais, está gerando um novo comportamento para o consumidor rural, o de gerador de sinais não senoidais.
Objetiva este trabalho buscar um modelo elétrico, a partir da teoria de circuitos, que permita observar o comportamento das cargas elétricas rurais, com potência instalada de até 20 kW, alimentadas através de um sistema bifásico a 3 fios, 220/127V, analisadas à luz dos novos materiais, equipamentos e dispositivos existentes.
Um modelo elétrico desenvolvido para esses consumidores irá possibilitar uma análise do conteúdo harmônico do sinal em regiões tipicamente rurais, avaliar o comportamento dos sinais de tensão e corrente nas cargas típicas de uma instalação rural e a influência dessas cargas na corrente de neutro do sistema.
Desde 1990, harmônicas tornou-se a palavra de ordem em qualidade de energia; distúrbios elétricos causam desligamentos e danos a equipamentos criando problemas a um número crescente de consumidores e respostas às questões como sobrecarga no condutor neutro, perdas de tensão, sobreaquecimeto de transformadores ainda não foram respondidas satisfatoriamente (MURPHY,1997). [1]
As perturbações harmônicas numa rede de alimentação são quantificadas pela relação de harmônicas individuais e a distorção harmônica total (THD). A relação de harmônica individual expressa a magnitude de cada harmônica em relação a fundamental e a distorção harmônica total quantifica o efeito térmico de todas as harmônicas, é a relação entre o valor eficaz de todas as harmônicas e a corrente não distorcida na frequência da rede.
Entretanto, a THD dá conteúdo harmônico total, mas não indica o nível de cada componente harmônica, havendo necessidade de definir-se um Fator de Distorção (FD), que indica a quantia de distorção harmônica que resta em uma forma de onda particular, após os harmônicos terem sido atenuados, portanto, o Fator de Distorção é uma medida de eficiência em reduzir-se harmônicas indesejáveis (RASHID, 1993). [2]
O IEEE - Institute of Electrical and Eletronics Engineers propõe recomendações práticas e requisitos para o controle de harmônicas em sistemas elétricos de potência, tanto para o usuário como para o sistema. Para sistemas com nível de tensão até 69kV a THD máxima deve ser 5% (IEEE - 519, 1996). [3]
As cargas não lineares, como dispositivos a semicondutores para alimentação e controle de equipamentos de potência, têm contribuído significativamente para a degradação da qualidade de energia fornecida ao consumidor. As componentes harmônicas não realizam trabalho ou produzem potência na carga; entretanto, existem impactos negativos, tanto para o consumidor, quanto para a concessionária: o valor total da corrente absorvida aumenta; possíveis ressonâncias entre cargas indutivas e capacitivas, provocando danos por sobretensões; interferência em linhas de comunicação que correm próximas com os condutores de potência, e, aumento das perdas do condutor neutro em sistemas trifásicos, resultantes da circulação de componentes com frequências da 3ª harmônica ou de seus múltiplos.
O conteúdo de harmônicas em instalações residenciais, comerciais ou industriais variam de acordo com a utilização de equipamentos geradores de harmônicas ao longo do tempo. Entretanto, as harmônicas não são proporcionais a carga ou necessariamente uma função do uso do equipamento, mas geralmente depende de outros fatores incluindo alterações na impedância do sistema (WILLIS, 1997). [4]
Um primeiro reconhecimento da presença de harmônicas poderá ser obtido da verificação das formas de onda em um osciloscópio, observa-se que a grande maioria dos instrumentos de medição só indicam a medição correta para ondas senoidais, no caso de forma de ondas distorcidas indicarão uma corrente menor que a real. Portanto, deve-se usar medidores que indiquem uma medição correta para essas formas de onda, esses medidores são chamados como True-RMS. Para uma análise mais detalhada necessita-se de analisadores de harmônicas, que possibilitam detectar com precisão todas as correntes e tensões harmônicas presentes no sistema.
O aumento dos níveis de distorção harmônica pode afetar a performance dos medidores de demanda e fator de potência levando a resultados incorretos, a diferença em kVA em um medidor de demanda pode estar em torno de 30%, isto ocorre devido ao conceito de potência aparente implementado no medidor (ARSENAU et alli, 1997). [5]
Os efeitos da presença de harmônicas são sentidos por todos os equipamentos conectados ao sistema e, paradoxalmente, mesmo os geradores de harmônicas, como conversores estáticos, sofrem com a distorção na tensão a aos "notches" produzidos por eles próprios. Adicionalmente, a tendência para o futuro é um maior rigor de parte das concessionárias de energia elétrica, com a sobretaxação relativa aos reativos de distorção, analogamente ao que hoje é feito com os reativos de deslocamento, devido às cargas lineares indutivas (KASSICK,1998).[6]
MATERIAL E MÉTODOS
MODELOS
Para o desenvolvimento do presente trabalho considerou-se uma instalação elétrica rural, alimentada por um sistema bifásico, 220/127V, com cargas lineares e não lineares.
Analisou-se a instalação elétrica através de um circuito elétrico equivalente, apresentado na Fig. 1, utilizando-se modelos adotados conforme o tipo de carga.
SIMULAÇÃO
Desenvolvidos os modelos de fontes, alimentadores e cargas, obteve-se as formas de onda e respectivos conteúdos harmônicos através do software SPICE - Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis.
ANÁLISE EXPERIMENTAL
A análise experimental constou de medições de corrente e tensão, para cada tipo de carga considerada e respectiva análise harmônica destas variáveis, utilizando-se o equipamento PQM – Multilin (Power Quality Meter – GE).
Observa-se, que os equipamentos cujos modelos adotados foram de cargas lineares, não foram objeto da análise experimental.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
SIMULAÇÃO
As Fig. 2 a 5 mostram que as componentes harmônicas estão presente, tanto na corrente de fase, como na corrente de neutro, problema que vem se agravando com o aumento de cargas não lineares no sistema.
O modelo adotado para o televisor apresenta na etapa de entrada um retificador de onda completa com capacitor de filtro. A presença desse capacitor faz com a corrente solicitada pelo equipamento seja altamente distorcida, de acordo com os períodos de carga e descarga do mesmo, conforme mostra a Fig. 6.
ANÁLISE EXPERIMENTAL
Nas Fig. 7 a 10 apresentadas pelo analisador de harmônicas, verifica-se, conforme esperado, que a corrente solicitada pela lâmpada fluorescente tem uma componente de 180Hz, com uma THD de 9,6%, enquanto que a THD no televisor, para a componente de 180Hz é 76,3% e para 300Hz é de 39,9%.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos com o trabalho permitiram, para as condições analisadas, as seguintes conclusões:
• modelo teórico adotado para os equipamentos, permitiu um boa aproximação com a análise experimental;
• a forma de onda não senoidal, tanto nas correntes de fase, quanto na corrente de neutro evidencia uma dificuldade no dimensionamento dos alimentadores, bem como das proteções; na análise teórica, verifica-se que existe uma diminuição nas distorções das formas de onda das correntes de fase e de neutro, quando a impedância equivalente das cargas é predominantemente resistiva (circuito considerando a operação dos chuveiros), fazendo com que a componente de 60Hz dilua o efeito das componentes harmônicas;
• a utilização de lâmpadas de descargas (fluorescentes) pode proporcionar uma substancial redução na potência absorvida da rede e consequentemente economia de energia, entretanto, há que se assegurar que não contribua com quantidades significativas de componentes harmônicas na rede de alimentação, comprometendo a qualidade de energia e reduzindo os benefícios alcançados com esse tipo de iluminação.
Os resultados obtidos nos leva a uma preocupação quanto ao futuro, com relação a crescente utilização de equipamentos, que solicitam correntes com formas de onda não senoidais, em instalações rurais.
Desta forma, recomenda-se, num curto espaço de tempo, a elaboração de normas e recomendações a nível nacional para eletrodomésticos, bem como para lâmpadas de descarga, para que os mesmos obedeçam um limite de 5% na distorção harmônica total (THD) da sua corrente de operação, respeitando, também a nova regulamentação de fator de potência.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Sr. Marco Antônio Rossi, desenhista do Departamento de Engenharia Elétrica pela sua contribuição na elaboração deste artigo.
REFERÊNCIAS
[1] MURPHY H.G. - Power quality and the AFD overwiew. http://www.execpc.com/~hgmurphy/PWRQUAL.HTM . 1998.5p.
[2] RASHID M. H. - Power Electronics: circuits, devices and aplicattions. 2ª Ed. Prentice Hall Inc. New Jersey. 1993. 701p
[3] IEEE - 519 - Guide for appling harmonic limits on power systems. Institute of Electrical and Eletronics Engineers, Inc. New York. 1996. 79p.
[4] WILLIS H. L. - Power Distribution Planning Reference Book. ABB Power T&D Company INC. Cary, North Carolina. Marcel Dekker, Inc. New York.1997.812p
[5] ARSENEAU R.; HEYDT G. T.; KEMPKER M.J. - Application of IEEE Standard 519-1992 Harmonics Limits for Revenue Billing Meters. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 12, Nº 1, January 1997. 346-353p
[6] KASSICK E. V. - Harmônicas em sistemas industriais de baixa tensão. INEP. Instituto de Eletrônica de Potência. Departamento de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis. SC. 1998. 126p.
^rND^sARSENEAU^nR.^rND^sHEYDT^nG. T.^rND^sKEMPKER^nM.J.^rND^sARSENEAU^nR.^rND^sHEYDT^nG. T.^rND^sKEMPKER^nM.J.^rND^1A01^nLuiz Henrique Alves^sPazzini^rND^1A01^nLuiz Fernando^sKurahassi^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A02^nGuilherme Eugênio Filippo^sFernandes Filho^rND^1A01^nLuiz Henrique Alves^sPazzini^rND^1A01^nLuiz Fernando^sKurahassi^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A02^nGuilherme Eugênio Filippo^sFernandes Filho^rND^1A01^nLuiz Henrique Alves^sPazzini^rND^1A01^nLuiz Fernando^sKurahassi^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A02^nGuilherme Eugˆnio Filippo^sFernandes Filho Inspeção de cooperativas de eletrificação rural em São Paulo - um passo para sua regularização
Luiz Henrique Alves PazziniI; Luiz Fernando KurahassiI; Fernando Selles RibeiroI; Guilherme Eugênio Filippo Fernandes FilhoII
IGEPEA-USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, Sala A2, 35, CEP: 05508-900, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(11)3818-5279, Fax: (55)(11)210-3595
IIDepartamento de Energia da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Avenida Ariberto Pereira Cunha, 333, CEP: 12.500-000, Guaratinguetá, SP, Brasil, Tel: (55)(12)525-1474
RESUMO
O estado de São Paulo conta, atualmente, com dezessete cooperativas de eletrificação rural que atendem diversas regiões do estado. Esses agentes do setor elétrico estão, em todo o Brasil, passando por um processo de regularização coordenado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Em São Paulo esse processo está sendo conduzido pela Comissão de Serviços Públicos de Energia (CSPE). Uma das etapas desse processo foi o de inspeção das cooperativas, realizado durante o ano de 1999 por cinco equipes ligadas a Universidade Estadual Paulista e a Universidade de São Paulo. Este trabalho descreve a metodologia utilizada nessas inspeções e apresenta os principais dados colhidos. Conclui que o serviço prestado pelas cooperativas é de boa qualidade, sendo que, quanto menor a cooperativa, mais personalizado é o atendimento. Também destaca a necessidade de aprimoramento tecnológico que as cooperativas terão de realizar se quiserem inserir-se em um ambiente competitivo e fortemente fiscalizado pelos agentes reguladores.
Palavras-chave: Eletrificação rural, cooperativas, distribuiçào de energia.
ABSTRACT
The state of São Paulo counts, now, with seventeen cooperatives of rural electrification that assist several areas of the state. Those agents of the electric sector are, in Brazil, going by a regularization process coordinated by the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). In São Paulo that process is being driven by the Comissão de Serviços Públicos de Energia (CSPE). One of the stages of that process was it of inspection of the cooperatives, accomplished during the year of 1999 by five teams from UNESP and from USP. This paper describes the methodology used in those inspections and presents the main data. It concludes that the service rendered by the cooperatives is of good quality, and, than smaller is the cooperative, better is the attendance. It also the need of technological advancements that the cooperatives will have to accomplish if they want to participle in a competitive and regularity market.
COOPERATIVAS E A ELETRIFICAÇÃO RURAL NO BRASIL
A eletrificação chegou ao meio rural brasileiro, atendendo a uma demanda do imigrante europeu, na década de 20. As comunidades étnicas do interior do sul do país tentaram organizar as primeiras cooperativas de eletrificação rural. Possivelmente proprietários agrícolas do estado de São Paulo tenham sido os primeiros atendidos, buscando infra-estrutura, água potável, luz, escolas e mecanização da atividade agrícola.
A primeira cooperativa só foi fundada vinte anos depois, em 1941. Foi em Quatro Irmãos, Rio Grande do Sul, estado onde essa prática se expandiu e é estável até hoje. TENDRIH (1990) relata o surgimento de pequenas usinas hidroelétricas e redes de distribuição, com o apoio do poder público municipal e estadual. Já em 1947, a então Comissão Estadual de Energia Elétrica dá início à construção de linhas e redes na zona rural gaúcha. Hoje no Rio Grande do Sul existem dezessete cooperativas que, juntamente com as concessionárias, são responsáveis pelo abastecimento de eletricidade da zona rural.
A discussão sobre o assunto intensificou-se em uma época que, também, se intensificou a discussão sobre energia. O petróleo era muito barato, a termoelétrica uma tecnologia bastante conhecida, e o governo de São Paulo insistia na expansão da geração hidroelétrica, com o aproveitamento dos grande e médios rios. Nesse cenário, em 1957, realizou-se o Seminário Internacional de Eletrificação Rural, patrocinado pela Organização dos Estados Americanos e surgiu o Serviço Especial de Eletrificação Rural que se propunha a investir fundos da Caixa Econômica Estadual para construir linhas trifásicas com disposição vertical, dispensando a cruzeta.
O modelo de desenvolvimento da eletrificação rural norte-americano influenciou a criação da Eletrificação Rural de Minas Gerais (ERMIG), subsidiária da CEMIG, concessionária local. Também havia preocupação de reduzir custos e organizar os consumidores. Os organismos internacionais forçavam a criação de cooperativas para liberar recursos para a construção, já que assim fora feito nos Estados Unidos e em outros países.
Com a aprovação do Estatuto da Terra e com a forte influência das agências estrangeiras, no final de 1964 foi estabelecida a estrutura cooperativista como forma de promover a eletrificação rural. Foram concedidos subsídios e privilégios às cooperativas de eletrificação.
A transposição do modelo bem sucedido no primeiro mundo não foi experiência duradoura. Criadas realmente para permitir a tomada de recursos externos, as cooperativas de eletrificação rural deixaram de cumprir com aquilo que fora estabelecido como sua função continuada: a operação e a manutenção das linhas. Posteriormente foram sendo, uma a uma, absorvidas. A partir de 1967 foram se transformando em prestadoras de serviços à concessionária, ou desapareceram.
TEIXEIRA (1988) mostra que o Decreto número 62.724 definiu a eletrificação rural como sendo a prestação de serviços de energia elétrica aos consumidores rurais individualizados ou integrantes de cooperativas de eletrificação rural, assim caracterizados:
• localizarem-se em área rural, ou seja, fora do perímetro urbano e suburbano das redes municipais e dos aglomerados populacionais com mais de 2.500 habitantes;
• dedicarem-se às atividades ligadas diretamente à exploração agropecuária, ou seja, o cultivo do solo, criação de pequenos animais, engorda de gado, silvicultura, piscicultura, reflorestamento e extração de produtos vegetais; e
• dedicarem-se a qualquer outra atividade na zona rural, desde que a potência posta à sua disposição não ultrapasse a 45 kVA.
Em uma época de forte afluxo de capitais externos, surgiu em 1970 o Grupo Executivo de Eletrificação Rural (GEER) para movimentar fundos do I Programa Nacional de Eletrificação Rural (I PNER), suprido com recursos do Fundo de Eletrificação Rural (FUER), este constituído metade por empréstimos do Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID) e a outra metade dividida entre fundos da União (30%) e das cooperativas de eletrificação rural (20%).
Era exigência do BID que o tomador fosse uma cooperativa de eletrificação rural. O Brasil viveu uma temporada de criação de entidades destinadas a cumprir a exigência do cedente. Segundo RIBEIRO (1993), esse artifício trouxe muitos problemas institucionais e políticos, pois nos Estados Unidos, a relação entre a cooperativa e a concessionária é um jogo de interesses de empresas privadas. A concessionária no Brasil, na época, era estatal: o jogo facilmente podia ficar viciado. A cooperativa é fraca e facilmente manipulável.
As cooperativas foram penalizadas pelo conceito de que a eletrificação rural é apenas eletrificação agrícola. É comum que as redes atendam uma região em que as propriedades têm os mesmos hábitos de produção, com as mesmas sazonalidades e com picos coincidentes. O fator de carga é proibitivamente baixo, inviabilizando a atividade da cooperativa, a qual só cobra pelo consumo, contudo paga pelo consumo e pela demanda máxima, deixando ainda ocioso um grande percentual de estoque de capital. A fraqueza da cooperativa, além de ser constitucional, é também operacional.
O I PNER encerrou-se em 1977, tendo atendido dez estados através de 94 cooperativas.
Em 1978 foi firmado outro contrato com o BID que viabilizou a injeção de dinheiro novo. Envolvia, também, o Ministério da Agricultura, governos estaduais e cooperados.
Entre 1976 e 1980, a Eletrobrás desenvolveu um programa de eletrificação rural envolvendo 16 estados, um território e o Distrito Federal, aplicando recursos da Eletrobrás, de concessionárias e de usuários.
Havia, pois, a política de eletrificação rural do Ministério de Minas e Energia, imposta pela Eletrobrás ao setor elétrico, movimentando recursos do próprio e poderoso setor.
Havia, também, a política de eletrificação rural do Ministério da Agricultura, imposta pelo GEER, através do II PNER, aplicando recursos captados junto ao BID.
A primeira, das concessionárias. A segunda, das cooperativas.
A eletrificação rural no Brasil tornou-se uma grande confusão institucional. Estabeleceu-se uma dualidade de competências e programas. Como as concessionárias estaduais acabavam manipulando o poder concedente de maneira peculiar a circunstâncias próprias, a distribuição rural tornou-se palco de conflitos, divergências e lutas pelo poder entre as diferentes concessionárias e as cooperativas de eletrificação rural.
A existência de volumosos aportes financeiros externos, e a perspectiva de obter mais, davam sustentação e poder ao GERR e às cooperativas, no âmbito do Ministério da Agricultura. Eram promulgados por instituições as normas e diretrizes necessárias para execução do programa e gestão dos recursos financeiros vindos do exterior. Inclusive sobre questões da engenharia de distribuição de energia elétrica, operadora final da maior parte dos recursos e executora do programa.
De sua parte, as concessionárias atendiam aos dispositivos da Eletrobrás, cujo programa de eletrificação rural visava basicamente a ampliação da cobertura das áreas de atuação das concessionárias. As normas, determinações e prioridades eram emanadas do Ministério das Minas e Energia, por intermédio dos organismos gestores da política energética brasileira.
O Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE), um dos órgãos daquele ministério, manifestou em documento, em 1985, alguns dos conflitos existentes. O problema principal é a definição da área da atuação das cooperativas. Segundo as concessionárias, elas devem atender apenas as propriedades agropecuárias. A confusão entre o "agrícola" e o "rural" condena a cooperativa à pena do baixo fator de carga, tornando inviáveis o programa, a empresa e o capital.
Também o preço do fornecimento é grande problema. A cooperativa tem que receber do consumidor a paga pelas suas despesas em atendê-lo. A concessionária cobra uma tarifa cuja composição não é estipulada por ela, a qual embute subsídios, vantagens e acertos de contas a nível nacional. O resultado é o consumidor cooperado pagar mais por um serviço de pior qualidade que o seu vizinho de cerca, se este estiver ligado à rede da concessionária. É o conflito levado para a ponta do sistema. Muitas vezes, a concessionária é capaz de fazer a instalação a custo mais barato que a cooperativa. Acresça-se o fato de que o consumidor da concessionária tem uma participação média de apenas 50% do custo da implantação da rede e está formado um quadro de rejeição ao sistema de cooperativas, responsável pela cobertura de toda a área rural norte-americana, por exemplo. Surgiram outros problemas institucionais, como por exemplo, a geração própria e a repartição dos fundos estaduais para investimento em energia elétrica e eletrificação rural.
As cooperativas de eletrificação rural do Brasil, representadas pela Confederação Brasileira de Cooperativas de Eletrificação Rural (CONBRACER) responderam ao citado documento do DNAEE, responsabilizando órgãos estatais como o próprio DNAEE, a Eletrobrás e o conjunto de concessionárias e suas representações (o chamado setor elétrico brasileiro) por atitudes que impedem o desenvolvimento e a própria existência do sistema cooperativista de eletrificação rural.
O peso político das cooperativas é frágil no contexto regional e nacional. No final da década de 80, o Ministério da Agricultura, por iniciativa da então Secretaria Nacional das Cooperativas (SENACOOP) tentou impulsionar o sistema, procurando, inclusive, fortalecer o setor de autogeração. O SENACOOP foi extinto.
Havia um clima de desconfiança mútua entre diferentes federações estaduais de cooperativas de eletrificação rural. As experiências de gestão dos recursos em grande monta por parte das diretorias das cooperativas deixaram resultados que, em alguns casos, foram pouco recomendáveis. Dirigentes de cooperativas da região sul denunciaram o uso do dinheiro, diretamente ao Presidente da República, o que gerou uma devassa nas cooperativas que aplicaram em outros fins os recursos do II PNER, no final dos anos 70, começo dos anos 80. Algumas entidades ainda estão a pagar penitência por maus atos praticados com dinheiro coletivo. Criou-se uma polarização entre cooperativas do sul (algumas com dezenas de milhares de consumidores) e as do nordeste. Paulistas, gaúchos, catarinenses e mato-grossenses do sul desconfiavam de mordomias cuja prática atribuíam a confederados do nordeste e declararam-se dissidentes do movimento nacional, fundando em março de 1991 a Confederação Nacional de Cooperativas de Eletrificação Rural (INFRACOOP).
Atualmente, segundo ANDRADE et all (1999), as cooperativas de eletrificação rural brasileiras podem ser enquadradas em quatro grupos:
• cooperativas classificadas como quase concessionárias – grande porte, clientes diversificados;
• típicas – grande porte, mercado eminentemente rural;
• emergentes – predominância de consumidores rurais, mas sem porte e escala de uma cooperativa típica;
• híbridas – significativo mercado rural, pequeno porte.
Na década de 90 o setor elétrico brasileiro passou por importantes alterações em seu arcabouço institucional: as distribuidoras de eletricidade foram privatizadas e surgiu a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) com o objetivo de regular e fiscalizar o desempenho das indústrias de energia elétrica que operam em solo brasileiro. Isso afetou também as cooperativas. Está em curso, desde 1999, um processo coordenado pela ANEEL em parceria com agências estaduais para regularizar as cooperativas.
O PROCESSO DE REGULARIZAÇÃO
O processo de regularização das cooperativas de eletrificação rural brasileiras tem por principal objetivo eliminar os conflitos existentes entre cooperativas e concessionárias, bem como enquadrá-las de forma definitiva perante a legislação elétrica brasileira. Segundo ANDRADE et all (1999), algumas questões que potencializam esse clima de conflito são:
• venda, por parte da cooperativa, de energia elétrica para público indistinto: cooperados que não constam do ato originário de permissão e consumidores não cooperados;
• atuação fora da zona rural, em atendimento de mercado urbano;
• competição, tanto em mercado urbano como em rural, com a concessionária, gerando duplicação de redes.
Ao final deste processo, dois aspectos deverão estar concretizados:
1. uma definição de quais cooperativas serão autorizadas e quais serão permissionárias;
2. delimitação das áreas de atendimento das cooperativas e das concessionárias. Isso elimina os conflitos e extingue a existência de linhas paralelas.
A Resolução n° 333 da ANEEL de 2 de dezembro de 1999 conceitua autorizadas e permissionárias como:
• autorizada: toda pessoa física ou jurídica, individualmente ou associada, que implanta instalação elétrica para uso privativo. As cooperativas que possuam somente associados cujas cargas instaladas se destinam ao desenvolvimento exclusivamente rural se enquadram nessa modalidade. Uma autorizada pode efetuar expansão das instalações elétricas dentro da área de atuação estabelecida pela ANEEL, mas, caso queira executar projetos fora de sua área de atuação, deve solicitar nova autorização da ANEEL;
• permissionária: compreende a distribuição e comercialização de energia, de forma ampla e não discriminatória, das diversas classes e subclasses de consumidores estabelecidos pela legislação. As cooperativas de eletrificação rural para se tornarem permissionárias, então, devem atender público indistinto, bem como cumprir os seguintes requisitos impostos pela ANEEL:
• observar condições de qualidade exigidas;
• praticar tarifas homologadas pela ANEEL;
• manter registro contábil;
• celebrar contrato de uso e de conexão aos sistemas de transmissão e distribuição;
• manter contratos de compra e venda de energia elétrica que assegurem o atendimento do seu mercado; e
• garantir o livre acesso ao seu sistema elétrico.
O processo de regularização das cooperativas possui algumas etapas que devem ser rigorosamente cumpridas. De forma resumida, tem-se:
• solicitação de abertura do processo por parte da cooperativa;
• fornecer à ANEEL uma série de informações de caráter técnico, econômico, financeiro e jurídico. Essas informações constituem a base para efetuar-se o enquadramento da cooperativa como autorizada ou permissionária;
• diligências da ANEEL com o intuito de comprovar a veracidade das informações prestadas;
• traçar as poligonais (áreas de atuação) das cooperativas e concessionárias. Esta etapa é de negociação das partes envolvidas, sendo de responsabilidade da ANEEL a resolução de pontos polêmicos.
No estado de São Paulo este processo de regularização das cooperativas foi outorgado, pela ANEEL, à Comissão de Serviços Públicos de Energia (CSPE), que iniciou seus procedimentos antes da Resolução ter sido aprovada, com o intuito de agilizar os trabalhos e reduzir ansiedades que existiam entre as cooperativas. A seguir será apresentada a forma como foi realizada a etapa de inspeção das cooperativas paulistas, analisando os procedimentos e comentando os resultados obtidos.
INSPEÇÃO DAS COOPERATIVAS EM SÃO PAULO
São Paulo conta, atualmente, com dezessete cooperativas de eletrificação rural atuando em diferentes áreas do estado. Este número já foi bem maior mas, em função de falta de incentivos e dificuldades financeiras, muitas foram absorvidas pelas concessionárias que atuam no estado. A Tabela 1 mostra quais são as cooperativas remanescentes.
A CSPE iniciou o processo de regularização dessas cooperativas em meados de 1999. Como primeiro passo, foram enviadas, pelas cooperativas, as informações necessárias para uma análise prévia da situação de cada uma. Após essa etapa, iniciou-se o processo de inspeção, com o objetivo de coletar mais dados e checar as informações prestadas.
Para essa etapa, a CSPE contratou os serviços da Fundação Para o Desenvolvimento da UNESP (FUNDUNESP). Trata-se de uma entidade sem fins lucrativos vinculada à Universidade Estadual Paulista (UNESP). A FUNDUNESP, por sua vez, selecionou profissionais de alto nível junto à própria UNESP e a Universidade de São Paulo (USP). Os profissionais que atuaram nessas atividades tinham experiências anteriores em diagnósticos energéticos e em programas de eletrificação rural, sendo, portanto, plenamente capazes de levar a termo as incumbências que lhes foram determinadas.
As inspeções técnico-comerciais se constituíam, basicamente, em coletar informações, através de um relatório padrão, sobre os aspectos mais relevantes das cooperativas. Também eram realizadas inspeções visuais em parte das redes elétricas das cooperativas. A escolha das linhas inspecionadas foi totalmente aleatória, variando de inspeção para inspeção. Foram entrevistados consumidores para verificar as condições de atendimento, qualidade dos serviços e registrar possíveis queixas existentes.
Assim, foram averiguados os seguintes tópicos durante as inspeções:
• faturamento e arrecadação: nessa parte buscou-se inteirar, basicamente, dos meios utilizados pela cooperativa para informar seus consumidores de suas contas, como os clientes pagavam seus débitos, quais taxas eram cobradas e se havia devolução de dinheiro em caso de pagamentos equivocados;
• suspensão e religação: esse ponto teve por meta levantar às práticas de corte e religamento efetuadas pelas cooperativas, buscando levantar o tempo médio para efetuar essas atividades e quais taxas são cobradas para efetuar a religação;
• atendimento comercial: o objetivo dessa etapa era conhecer o funcionamento dos postos de atendimento das cooperativas, principalmente no aspecto de reclamações dos clientes, bem como levantar a existência de fraude, programas de eficiência energética e prática de ressarcimentos por danos;
• cadastro: procurou-se conhecer como era o banco de dados dos clientes das cooperativas. O objetivo dessa etapa era verificar se ela possuía controle de seu mercado e conhecia seu potencial de crescimento;
• atendimento de novas ligações: esse tópico teve por objetivo levantar os procedimentos necessários para efetuar-se uma nova ligação. Entre outros dados, buscou-se estabelecer:
• o custo médio de uma nova ligação;
• documentos necessários para se filiar à cooperativa;
• tempo médio para se executar a nova instalação;
• existência de participação financeira da cooperativa na nova ligação;
• existência de cobrança de "jóia" para se tornar um cooperado. "Jóia" seria um valor mínimo que cada novo cooperado teria de pagar para contar com o atendimento da cooperativa;
• aspectos operacionais de distribuição: a meta dessa etapa era levantar a estrutura da cooperativa para efetuar o adequado atendimento elétrico de seus clientes. Assim, verificou-se a existência ou não de centro de operação de distribuição (COD), como eram efetuados os serviços de operação da rede elétrica, o número de funcionários disponíveis para operação, existência de programas de treinamento de pessoal, disponibilidade de softwares para gerenciamento de rede, estado de conservação da frota de veículos, o tempo médio de atendimento de ocorrências e como os clientes avisavam sobre defeitos. Também foi averiguado se as cooperativas realizavam apurações de índices de qualidade, tais como Duração Equivalente por Consumidor (DEC) e Freqüência Equivalente por Consumidor (FEC);
• aspectos relativos à manutenção preventiva: nesse ponto foram levantados os procedimentos adotados pela cooperativa na manutenção preventiva de seus equipamentos. Assim, foram coletadas informações sobre programação anual de manutenção, número de funcionários envolvidos, periodicidade de inspeção das linhas elétricas e inspecionados os almoxarifados da cooperativa para verificar a quantidade e qualidade dos materiais disponíveis;
• aspectos de engenharia: basicamente foi uma etapa de coleta de dados técnicos, como o tipo de sistemas elétricos (MRT, trifásico, bifásico, etc) e materiais utilizados (postes, transformadores, condutores, etc), critérios de planejamento observados, existência de "circuitos de socorro", potência padrão dos transformadores, etc. Também foi verificado se a cooperativa estava adotando alguma inovação tecnológica em seus sistemas elétricos;
• inspeção visual da rede elétrica: foram escolhidos, aleatoriamente, trechos de alimentadores e ramais para serem inspecionados. Foram observadas as condições gerais dos postes, transformadores, condutores, isoladores e pontos de tomada de energia (interligação com à concessionária). Teve por meta verificar o estado geral do sistema elétrico das cooperativas;
• entrevistas com consumidores: nesta etapa foram escolhidos, também de forma aleatória, consumidores para serem entrevistados. O objetivo das entrevistas foi levantar informações gerais sobre aspectos da qualidade do produto, qualidade dos atendimentos e qualidade comercial. Assim, as perguntas versaram sobre forma de pagamento de contas, ocorrência de cobranças indevidas, adequado esclarecimento sobre os valores cobrados, ocorrência de queima de aparelhos, freqüência de falta de energia elétrica, tempo para retorno da luz após o defeito e se o preço da conta de energia era justo.
COMENTÁRIOS
O formato da inspeção foi estimulante e auxiliou bastante o desenvolvimento dos trabalhos. Verificou-se que as cooperativas possuem sistemas elétricos atendendo as exigências das normas técnicas e que as redes se encontram em bom estado de conservação. Os sistemas elétricos são na maioria trifásicos, com ramais bifásico e alguns monofásicos. Exceção é a Cooperativa de Itariri que possui uma grande volume de ramais MRT e continua a aplicar esse sistema no atendimento de novos clientes.
Em aspectos de engenharia, notou-se que, na maioria dos casos, as cooperativas precisam adquirir equipamentos de gerenciamento de rede e passar a apurar os índices de qualidade, fatores que trariam grandes ganhos em seu desempenho.
Os planos de manutenção são adequados para atender as necessidades existentes. Em caso de contingências mais graves, notou-se que existe a possibilidade de solicitar auxílio às concessionárias
Em termos de satisfação dos clientes percebeu-se que o atendimento é plenamente satisfatório. Notou-se, também, que quanto menor a cooperativa, melhor o atendimento. Foi constatado um caso na cooperativa de Osvaldo Cruz em que o próprio eletricista da cooperativa realizava pequenos serviços na instalação dos clientes, como trocar resistência de chuveiro ou instalar motores.
Inovações tecnológicas são raras. Algumas estão utilizando, com grande sucesso, chaves repetidoras. Estas chaves são constituídas por três elos fusíveis. Assim, na ocorrência de um defeito transitório, um elo fusível se rompe e outro assume a função. Caso o defeito permaneça, o procedimento se repete por mais duas vezes até a interrupção final do circuito, o que caracteriza uma falta permanente (por exemplo, o rompimento de um condutor) que deve ser sanada. Essa chave pode perfeitamente substituir o religador em ramais rurais, garantindo a confiabilidade dos sistemas e reduzindo os custos das novas ligações.
Algumas cooperativas apresentam grandes pontos de conflito com as concessionárias. Isso é mais evidente nas cooperativas mais estruturadas, que atendem um público maior. Na maioria dos casos verificou-se a existência de duplicação de circuitos, com linhas da cooperativas correndo em paralelo com as da concessionária. A Figura 1 retrata um caso de paralelismo de linhas.
CONCLUSÕES
Este trabalho fez uma análise do histórico das cooperativas no Brasil e do seu processo de regularização que está em andamento no país.
Centrando o foco na etapa de inspeção das cooperativas em São Paulo, percebeu-se que essas instituições desempenham um bom trabalho, atendendo perfeitamente às necessidades dos usuários.
Entretanto, nota-se que novos investimentos, por parte das cooperativas, em equipamentos, softwares e pessoal serão necessários para atender os índices de qualidade da ANEEL. Esses investimentos, muitas vezes, podem se tornar um encargo muito pesado para as cooperativas. Uma alternativa seria a união dessas empresas para adquirir equipamentos em forma conjunta, o que reduziria o peso das transações.
O sistema de cooperativas mostra, assim, que ainda é perfeitamente viável para o atendimento de regiões rurais no estado de São Paulo, desde que sejam feitos ajustes que permitam um aprimoramento ainda maior em seu desempenho.
REFERENCIAS
[1]TENDRIH, L. Experiências com sistemas de eletrificação rural de baixo custo: uma análise dos impactos sócio-econômicos. Tese apresentada à Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro para obtenção do grau de Mestre em Desenvolvimento Agrícola. Itaguaí, Rio de janeiro, junho de 1990.
[2]TEIXEIRA, N. Eletrificação rural simplificada - Sistema Monofilar com Retorno por Terra - MRT. Caderno Finsocial n° 8. Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES). Maio de 1988.
[3]RIBEIRO, F.S. Eletrificação rural de baixo custo. Tese apresentada à Escola Politécnica da USP para obtenção do título de Livre Docente. São Paulo, 1993.
[4]ANDRADE, C.S.; NETO, E.C.; GUERRA, H.N. Outorga de permissão de serviços públicos de energia elétrica às cooperativas de eletrificação rural. In VIII Congresso Brasileiro de Energia – VIII CBE. Anais – volume 3, p. 1470-1479. Rio de Janeiro, dezembro de 1999.
Endereço para correspondência
Luiz Henrique Alves Pazzini
e-mail: pazzini@pea.usp.br
Guilherme Eugênio Filippo Fernandes Filho
e-mail: gfilippo@feg.unesp.br
O processo de regularização de cooperativas de eletrificação rural no estado de São Paulo
Marcelo Aparecido PelegriniI,II; Anderson da Silva JucáI,II; Marcos Roberto GouvêaI,II; Fernando Selles RibeiroI
IGEPEA-USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, CEP: 05508-900, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(011) 3818-5279, Fax: (55)(011) 210-3595
IICSPE, Comissão de Serviços Públicos de Energia, Rua Bela Cintra, 847, 13o Andar. CEP: 01415-000, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(011) 3138-7579, Fax: (55)(011) 255-1746
RESUMO
As cooperativas de eletrificação rural (CER) são agentes presentes no setor elétrico desde a década de 40, expandindo-se mais fortemente nas décadas de 60 e 70. Em São Paulo, existem atualmente 17 CERs atuantes na prestação do serviço de energia elétrica, atendendo cerca de 45.000 consumidores em várias regiões do estado. Com a reestruturação do setor elétrico brasileiro, tornou-se necessária a regularização dessas cooperativas perante a nova legislação, bem como explicitar suas atividades como prestadoras de serviço de energia elétrica, sob a forma de autorizadas ou permissionárias, como previsto no art. 23 da Lei 9074/95, que foi regulamentado pela Resolução 333/99 da ANEEL. Com a descentralização aos estados das atividades da ANEEL, em São Paulo o processo de regularização está sendo conduzido pela Comissão de Serviços Públicos de Energia (CSPE). Inicialmente, foram solicitados dados às cooperativas e realizadas inspeções detalhadas em cada uma delas. Atualmente, estão sendo instruídos os processos administrativos que irão definir o enquadramento de cada CER. Este trabalho descreve o processo de regularização ora em andamento, os passos metodológicos realizados, as principais dificuldades encontradas e apresenta os resultados iniciais do processo.
Palavras-chave: Cooperativas de Eletrificação Rural, Eletrificação Rural, Distribuição de Energia Elétrica, Regulamentação de Serviços Públicos.
ABSTRACT
The rural electrification cooperatives (REC) are present agents in the electric industry since the decade of 40, expanding more strongly in the decades of 60 and 70. In São Paulo, there are now 17 active RECs working in the installment of the electric power service, assisting about 45.000 consumers in several areas of the state. With the restructuring of the Brazilian electric sector, it was became necessary the regularization of those cooperatives before the new legislation, as well explain their activities as companies of electric power service, under the form of authorized companies or permissioner company, as foreseen in the art. 23 of the Law 9074/95, that it was regulated by the Resolution 333/99 of ANEEL. With the decentralization to the states of the activities of ANEEL, in São Paulo the Commission of Public Services of Energy (CSPE) is driving the process. Initially, they were requested data to the cooperatives and accomplished detailed inspections in each one of them. Now, we are doing the administrative processes that will define the framing of each REC. This work describes the regularization process in progress, the accomplished methodological steps, the main found difficulties and it presents its initial results.
COOPERATIVAS DE ELETRIFICAÇÃO RURAL DE SÃO PAULO
As cooperativas de eletrificação rural (CER) são agentes presentes no setor elétrico desde a década de 40, expandindo-se mais fortemente nas décadas de 60 e 70. Com a reestruturação do setor elétrico brasileiro, tornou-se necessária a regularização dessas cooperativas perante a nova legislação, bem como explicitar suas atividades como prestadoras de serviço de energia elétrica, sob a forma de autorizadas ou permissionárias, como previsto no art. 23 da Lei 9074/95, que foi regulamentado pela Resolução 333/99 da ANEEL. Com a descentralização aos estados das atividades da ANEEL, em São Paulo o processo de regularização está sendo conduzido pela Comissão de Serviços Públicos de Energia (CSPE). O processo de levantamento de dados sobre as CERs iniciou-se com uma visita da equipe da CSPE à ANEEL. Nessa oportunidade, a equipe tomou conhecimento de trabalho desenvolvido pela Superintendência de Concessões e Autorizações de Transmissão e Distribuição, intitulado "Roteiro para inspeção técnica nas Cooperativas". Além disso, foi possível levantar cópias de todos os atos de permissão expedidos em favor de Cooperativas de Eletrificação Rural para o Estado de São Paulo.
Em seguida, a equipe da CSPE visitou a sede da Federação das Cooperativas de Eletrificação Rural do Estado de São Paulo (FECOERESP), na cidade de Mogi-Mirim. Nesta reunião com a diretoria da Federação foram expostos os objetivos das inspeções, e a necessidade de regularização das mesmas frente às novas regras para o setor. Foram também identificadas 17 (dezessete) Cooperativas de Eletrificação Rural atuantes e filiadas a esta federação.
Em São Paulo havia 43 atos de permissão para execução de obras de transmissão e distribuição de energia elétrica, destinadas ao uso privativo de associados de CER estabelecidas em São Paulo. Esses atos contemplam 26 cooperativas, e foram fundamentados no Decreto no. 62.655, de 3 de maio de 1968. A maioria absoluta destes atos de permissão foi outorgada através de Portarias da extinta divisão de Concessão de Águas e Eletricidade – DCAE, do Ministério de Minas e Energia.
Foi constatado também que a CAERPA teve sua Permissão extinta em 1998, através da Resolução da ANEEL 424/98 e as Cooperativas, cujos atos se encontram na tabela 1 abaixo, CERSA, CERSO, CETERUSP, CERRO, CERSJ, CERUJ, CETRUR e CETERT, não são associadas da FECOERESP e estão inoperantes no que concerne à eletrificação.
As 17 Cooperativas de Eletrificação Rural que foram identificadas como efetivamente atuantes são:
1) CEMIRIM - Cooperativa de Eletrificação e Desenvolv. da Reg. de Mogi Mirim;
2) CERIPA - Coop. de Eletrif. Rural de Itaí-Paranapanema-Avaré;
3) CERIS - Cooperativa de Eletrificação Rural da Região de Itapecerica Serra;
4) CEDRAP - Coop. de Eletrif. Desenv. Rural do Alto Paraíba Ltda;
5) CERPAL - Cooperativa de Eletrificação Rural da Região de Palmital;
6) CEROC - Cooperativa de Eletrificação Rural da Região de Osvaldo Cruz;
7) CERNHE - Cooperativa de Energ. Desenv. Rural de Novo Horizonte Ltda.;
8) CERMC - Coop.de Eletrificação Rural de Mogi das Cruzes;
9) CERPRO - Coop. de Eletrif. Rural da Região de Promissão;
10) CERRP - Cooperativa de Eletrificação Rural da Região de S J Rio Preto;
11) CETRIL - Cooperativa de Eletrificação e Telefonia Rurais de Ibiúna Ltda;
12) CERIM - Coop. Agr. Mista e de Elet Rural Itu-Mairinque;
13) CERVAM – Coop. de Energiz. e de Desenvolvimento Rural do Vale do Mogi;
14) CERT - Cooperativa De Eletrificação Rural Da Região De Tupã;
15) CERFRA - Cooperativa de Eletrificação e Desenv. da Região de Franca;
16) CERMESO - Cooperativa de Eletrificação Rural da Média Sorocabana;
17) CEDRI – Coop. de Energiz. e Desenvolvimento Rural do Vale do Itariri.
Essas cooperativas são supridas por concessionárias de distribuição de energia do Estado de São Paulo, em sua área de atuação, conforme tabela 2 a seguir.
OS PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
Durante a visita à FECOERESP, esta ofereceu informações gerais sobre as Cooperativas federadas e se pôs à disposição para colaborar com a CSPE/ANEEL. Posteriormente, foi agendada uma reunião em São Paulo com representantes das 17 Cooperativas federadas e atuantes. Dessa reunião participaram representantes da ANEEL, onde, de fato, deu-se início ao serviço de inspeção, mediante a solicitação formal de dados das Cooperativas.
Baseado no "Roteiro para inspeção técnica nas Cooperativas" a CSPE idealizou um formulário intitulado "Informações do desempenho técnico operacional e comercial". Este formulário foi distribuído às Cooperativas para ser preenchido, contendo os seguintes tópicos:
1. Apresentação
2. Informações Gerais da Cooperativa
2.1 Ficha Técnica
2.2 Dados Físicos
2.3 Suprimento de Energia Elétrica
2.4 Mercado de Energia Elétrica
3. Procedimentos Técnicos
3.1 Planos de Obras e Investimento
3.2 Normas Técnicas e Padrões
3.3 Segurança
4. Desempenho Comercial
4.1 Atendimento ao Consumidor
4.2 Medição
4.3 Faturamento/Arrecadação
O formulário procura atender as exigências contidas no Anexo I da minuta de Resolução sobre as Cooperativas, submetida à Audiência Pública no dia 20/07/99. Foram solicitadas informações sobre:
• Qualificação jurídica;
• Qualificação técnica;
• Qualificação financeira;
• Qualificação administrativa.
Não foram solicitadas informações sobre a qualificação fiscal, tendo em vista o prazo de validade desse tipo de documento. Muitas outras informações, não previstas no Anexo I da minuta de Resolução, foram solicitadas, visando um tratamento mais adequado dos dados obtidos. Também houve intenção de solicitar informações que pudessem passar por uma análise de consistência por ocasião da inspeção em campo.
Também foi elaborado um roteiro intitulado "Inspeção técnica e comercial – check list", visando colher informações em campo. Este roteiro também teve a intenção de uniformizar as rotinas de inspeções realizadas. Os itens que fazem parte deste roteiro são:
• INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE FATURAMENTO E ARRECADAÇÃO
• INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE SUSPENSÃO E RELIGAÇÃO
• ATENDIMENTO COMERCIAL
• CADASTRO
• ATENDIMENTO DE SOLICITAÇÕES DE NOVAS LIGAÇÕES EM BAIXA TENSÃO ( no caso de existência de rede )
• ATENDIMENTO DE SOLICITAÇÕES DE NOVAS LIGAÇÕES EM BAIXA TENSÃO (no caso de inexistência de rede ou necessidade do seu reforço)
• OUTRAS INFORMAÇÕES DE INTERESSE COMERCIAL
• ASPECTOS OPERACIONAIS DA DISTRIBUIÇÃO
• ASPECTOS RELATIVOS À MANUTENÇÃO PREVENTIVA
• ASPECTOS DE ENGENHARIA
• ENTREVISTAS COM CONSUMIDORES/COOPERADOS
• ENTREVISTAS COM NOVOS CONSUMIDORES
• CÓPIA DAS TAXAS COBRADAS PELA COOPERATIVA
• CÓPIA DE ALGUMAS FATURAS DE CONSUMIDORES DE DIFERENTES CLASSES E SUB-CLASSES
• CÓPIA DAS TRÊS ÚLTIMAS ATAS DE ASSEMBLÉIA DA COOPERATIVA
• CÓPIA DAS INFORMAÇÕES SOBRE TARIFAS, TAXAS COBRADAS PELA COOPERATIVA E CALENDÁRIO DE LEITURA AFIXADAS NAS DEPENDÊNCIAS DA COOPERATIVA
• CÓPIA DAS TELAS DE CADASTRO DE UMA UNIDADE CONSUMIDORA
• CÓPIA DE NOTAS DE OCORRÊNCIA
• CÓPIA DOS CADASTROS DOS COOPERADOS ENTREVISTADOS
• CÓPIA DE PEDIDO DE LIGAÇÃO DE CONSUMIDOR
Para o desenvolvimento dos trabalhos, além do seu quadro de profissionais, a CSPE – Comissão de Serviços Públicos de Energia do Estado de São Paulo – contratou os serviços técnicos da FUNDUNESP – Fundação para o Desenvolvimento da UNESP, fundação sem fins lucrativos vinculada à Universidade Estadual Paulista – UNESP. Cabe esclarecer que a UNESP é considerada a "universidade do interior paulista". Este fato, aliado à experiência da Fundunesp, que já prestou importantes serviços para o setor público estadual paulista e à própria ANEEL, levou à decisão de sua contratação. Todo o processo de contratação foi executado inteiramente de acordo com os ditames da Lei 8.666/93 e demais alterações.
A Fundunesp disponibilizou pessoal de alto nível técnico para a execução das tarefas. A equipe inicial envolveu um total de 12 pessoas, entre docentes da própria Unesp, da USP e alunos de cursos de doutorado. Dentre os docentes envolvidos, a grande maioria é detentora de doutoramento em diferentes áreas: Eletrificação Rural, Energia na Agricultura, Conservação de Energia, entre outras. Dez pessoas foram designadas para os serviços de inspeção em campo.
Foi estabelecido que os trabalhos seriam desenvolvidos em 4 fases distintas, a saber:
• Fase 1 – Obtenção de dados preliminares das Cooperativas de Eletrificação Rural atuantes no Estado de São Paulo;
• Fase 2 – Desenvolvimento de um modelo de diagnóstico das Cooperativas;
• Fase 3 – Visitas de inspeção técnica e comercial junto às Cooperativas selecionadas;
• Fase 4 – Apresentação dos resultados.
RESULTADOS
Após a realização das inspeções, os dados obtidos foram remetidos à ANEEL, servindo como subsídio à instrução dos processos administrativos de regularização, conforme a Resolução ANEEL 333/99. A partir dos dados coletados (referidos a 99), pôde-se notar os seguintes aspectos:
• As 17 cooperativas atuantes no Estado atendem a cerca de 40.000 consumidores, faturando em torno de R$ 33 milhões / ano. O faturamento máximo é de R$ 6,56 milhões e o faturamento mínimo de R$ 0,33 milhões.
• O custo médio ponderado de energia adquirida é de R$ 43,00 / MWh e de energia distribuída é de R$ 115,00 / MWh.
• Três cooperativas são responsáveis por aproximadamente 54% do faturamento total e seis por 71%.
• Constata-se que entre as cooperativas há uma razoável variação na densidade média de carga atendida (MWh.ano / km de rede AT) e na energia média por consumidor (MWh.ano / Consumidor), apresentando os seguintes valores:
• O atendimento prestado aos consumidores, de modo geral, é bom, na avaliação dos próprios consumidores.
Há, de modo geral, potenciais conflitos de interesse na determinação das áreas de atuação das cooperativas, uma vez que existem muitos cruzamentos de redes, paralelismo de redes e consumidores de áreas contíguas atendidos por cooperativas e concessionárias. Em algumas cooperativas isto é um ponto crítico, que causa grandes dificuldades na definição das poligonais da área de atuação.
O ESTÁGIO ATUAL
A partir da publicação da Resolução ANEEL 333/99 e, de acordo com o trabalho de inspeção realizado, a CSPE pôde identificar os dados e documentos que deveriam ser complementados para atender as exigências legais do Anexo 1 da citada resolução. Estas informações foram repassadas às cooperativas em reunião realizada no auditório da OCESP – Organização das Cooperativas do Estado de São Paulo.
A seguir, foi identificada como atividade prioritária pela CSPE o estabelecimento das áreas de atuação das cooperativas de São Paulo e sua compatibilização com as áreas das concessionárias, através do traçado de poligonais envolventes ou definição de áreas, caso houvesse o enquadramento da cooperativa como permissionária ou autorizada.
Segundo o art. 18 §1o da Resolução 333/99 da ANEEL, a apresentação de proposta de demarcação de áreas de que anteriormente foi objeto de comum acordo entre a cooperativa e a concessionária será homologada pela ANEEL sem a necessidade de negociações no âmbito do processo administrativo. Este artigo visa incentivar a negociação prévia entre as partes, dentro do princípio que um acordo efetuado entre os agentes é preferível a uma arbitragem de um terceiro agente. A proposta de demarcação apresentada de comum acordo é homologada desde que não ocorra prejuízos aos consumidores.
Assim, a CSPE, visando o cumprimento da resolução do modo mais harmônico e breve possível, estabeleceu uma metodologia de abordagem levando em conta esses aspectos e privilegiando a negociação entre as partes como o melhor caminho a ser seguido.
Esta metodologia conta com as seguintes fases:
1. Identificação do problema.
2. Solicitação das propostas de áreas de atuação às cooperativas e concessionárias e incentivo à negociação prévia, sem intermediação da CSPE.
3. Negociação das áreas com intermediação da CSPE.
4. Estabelecimento dos termos de acordo.
5. Homologação das áreas de atuação.
6. Acompanhamento sistemático de todo o processo.
A partir dessas fases foi montado um cronograma de atividades prevendo a conclusão do processo de estabelecimento de áreas de atuação concomitantemente à apresentação dos dados do Anexo 1 da Resolução 333/99 por cada cooperativa. A seguir, estão descritos os resultados iniciais da aplicação dessa metodologia, que ainda está em andamento.
Fase 1: Identificação do problema:
Dentro do estado de São Paulo existem 17 Cooperativas de Eletrificação Rural atuantes e 13 concessionárias. A partir de uma análise geográfica, foram identificadas 30 intersecções entre as cooperativas e as concessionárias, pois há concessionárias que não possuem atuação de cooperativas em suas áreas, assim como há atuação de uma cooperativa em duas ou mais áreas de diferentes concessionárias. Estas intersecções estão relacionadas na tabela abaixo:
Através da análise destas intersecções, a partir dos dados colhidos no decorrer de 1999, A CSPE verificou a coexistência, em várias cooperativas, de situações de coexistência de redes, com cruzamentos, paralelismos e mesmo conflitos de disputa por consumidores.
Assim, a CSPE optou por adotar uma metodologia que incentivasse a negociação entre as partes, primeiro sem a interferência da CSPE, e depois, caso necessário, com a sua direta interveniência.
Fase 2: Solicitação das propostas de áreas de atuação às cooperativas e concessionárias e incentivo à negociação prévia, sem intermediação da CSPE.
Nesta fase, o objetivo era consolidar as informações a respeito das áreas de atuação das cooperativas solicitando a elas e às concessionárias uma proposta inicial de demarcação de área de atuação. Em paralelo, foi incentivada a negociação entre as partes, visando principalmente a definição daquelas interseções onde não houvesse coexistência de redes.
Através do acompanhamento das ações, no fim do período verificou-se que o processo de negociação não havia avançado, constatando-se a necessidade de passar para a fase seguinte, de realização de reuniões com a intermediação da CSPE (Fase 3).
Fase 3: Negociação das áreas com intermediação da CSPE.
Nessa fase, foram marcadas reuniões na CSPE para negociação das áreas de atuação durante o período, inclusive, em uma delas, com a participação da ANEEL. O cronograma de realização das reuniões está mostrado no Anexo B. As primeiras cooperativas convocadas foram aquelas em que, no nosso entender, haveria maior dificuldade de definição e aquelas que se espera o enquadramento como permissionárias.
Nestas reuniões, o objetivo principal foi estabelecer metas de trabalho conjunto entre as concessionárias e cooperativas visando a definição das áreas o mais breve possível.
Dentre as maiores dificuldades detectadas nas negociações está a carência de cadastros atualizados que facilitem o conhecimento claro e seguro das redes e dos consumidores, tanto das concessionárias como das cooperativas. Entretanto, algumas poligonais já estão acordadas entre as partes e o processo de estabelecimento das demais poligonais e áreas de atuação se encontra em ritmo acelerado. È previsto, no segundo semestre de 2000, a consolidação dos termos de acordo e a homologação das áreas de atuação seguindo os passos 4 e 5 da metodologia.
CONCLUSÕES
Os procedimentos que vem sendo realizados em São Paulo pela CSPE em estreita colaboração e harmonia com as diretrizes da ANEEL, têm resultado em importantes elementos para a regularização das Cooperativas de Eletrificação Rural do Estado, na medida que os principais dados técnicos e cadastrais já foram colhidos e as negociações em curso sinalizam o acerto das diretrizes estabelecidas pela Resolução 333 da ANEEL.
O fator fundamental de demora nas negociações para definição de áreas de atuação tem sido a falta de bases cadastrais atualizadas, tanto por parte das cooperativas, quanto das concessionárias.
Tambem, a maioria das cooperativas tem demonstrado interesse em se regularizar como permissionária de serviços públicos, o que, de certa forma, dificulta as negociações da poligonal com as concessionárias.
Os trabalhos de apoio às cooperativas, juntamente à posição de mediador em que a CSPE têm se postado estão sendo fundamentais para o prosseguimento dos trabalhos das cooperativas com vista à instrução dos processos administrativos.
REFERÊNCIAS
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[2] MUNASINGHE, M. Rural electrification for development: policy analysis and applications. Bouder, Colorado, Westview Press, 1987.
[3] RAMANI, K.V. Rural electrification and rural development. In: Rural Electrification Guidebook for Asia and Pacific. Edited by G. Saunier. Bangkok, 1992.
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[5] RIBEIRO, F.S.; SANTOS, J.F.M. Política de eletrificação rural: superando dilemas institucionais. Revista do BNDES, n. 2, Rio de Janeiro, dezembro de 1994.
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[7] SANTOS, J.F.M. Política de eletrificação rural. Rio de Janeiro, março de 1996. 162p. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro.
[8] TENDRIH, L. Experiências com sistemas de eletrificação rural de baixo custo: uma análise dos impactos sócio-econômicos. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Itaguaí, Rio de Janeiro, junho de 1990.
Endereço para correspondência
Marcelo Aparecido Pelegrini
email: marcpel@pea.usp.br
Marcelo Aparecido Pelegrini
email: mpelegrini@sp.gov.br
A eletrificação fotovoltaica e a necessidade de treinamento
M. Julita G. FerreiraI; Roberto ZillesII; Armando Shalders NetoI
ISecretaria de Estado de Energia, SEE, Rua Bela Cintra, 847, 11o andar, CEP-01410-000, São Paulo, SP, Fax: 11 2586700
IILaboratório de Sistemas Fotovoltaicos, Instituto de Eletrotécnica e Energia, USP, Av. Prof. Luciano Gualberto 1289, CEP 05508-900, São Paulo, SP, Fax: 11 38167828
RESUMO
O Estado de São Paulo vem se envolvendo com a questão das energias renováveis há mais de 20 anos. E a experiência obtida no âmbito da eletrificação rural fotovoltaica revela projetos bem sucedidos, mas também muitos outros que não o são [1,2], o que, além de resultar em um conseqüente desperdício de recursos, leva à confusão e à desmerecida perda de credibilidade na tecnologia fotovoltaica. A lista das causas concretas, que também são comuns a outros setores do desenvolvimento rural, mostra uma carência de treinamento específico que garanta a manutenção e sustentabilidade dos equipamentos instalados.
Considerando as lições do passado o Instituto de Eletrotécnica Energia, IEE, em parceria com a Secretaria de Estado de Energia, SEE, vem oferecendo apoio técnico às atividades de eletrificação rural fotovoltaica que estão sendo executadas no Estado, em particular às ações associados ao PRODEEM. Esta parceria visa difundir a tecnologia fotovoltaica através do treinamento de técnicos das prefeituras beneficiadas pelo programa. Para este fim foi construída uma escola piloto, energizada com sistema fotovoltaico, nas dependências do IEE. Que além de apoiar as ações concretas do PRODEEM, objetiva capacitar equipes de instalação, desenvolver capacitação local e reproduzir a experiência em três escolas técnicas agrícolas.
Palavras-chave: Energização Rural; Sistemas Fotovoltaicos; Energia Solar; Demanda Energética
ABSTRACT
The São Paulo State comes involving with the renewable energy subject for more than 20 years. And the field experience obtained with photovoltaic rural electrification reveals successful projects, but also many other that have failed. The list of the concrete causes, common to other sections of the rural development, shows a lack of specific education and training programmes.
Take into account the lessons from past the IEE jointly with SEE comes offering technical support in particular to the PRODEEM activities of photovoltaic rural electrification that are being executed in the State. This partnership seeks to diffuse the photovoltaic technology through the municipality technicians' training. For this goal a pilot school, electrified with photovoltaic system was built. That besides supporting the concrete actions of PRODEEM, it objectifies to qualify installation teams, to develop local training and to reproduce the experience in three agricultural technical schools.
INTRODUÇÃO
Atualmente a potência pico instalada no estado de São Paulo é da ordem 300 kWp o que representa aproximadamente 5 % da potência total instalada no país. Apesar dessa pequena quantidade de sistemas implantados, os problemas a serem solucionados para a real difusão da tecnologia são muitos. Para o caso específico do estado de São Paulo, a ausência de uma rede de assistência técnica e manutenção é um dos problemas mais graves, e como é de conhecimento de todos, nenhuma nova tecnologia se consolida sem uma rede de manutenção que responda aos inevitáveis problemas que os equipamentos apresentam. Também é de amplo conhecimento as dificuldades intrínsecas à implantação de uma rede estadual de assistência técnica para sistemas fotovoltaicos, que além de requerer o domínio da tecnologia, deverá contornar a dificuldade de acesso às localidades atendidas por estes sistemas, distribuídas por todo o estado, em muitos casos em locais de difícil acesso e com poucas possibilidades de reunir um número suficiente de sistemas que estimulem o estabelecimento espontâneo de um serviço de assistência técnica local. A figura 1 apresenta a potência pico instalada através dos principais programas institucionais no estado de São Paulo.
Outra questão que se apresenta em quase todas as instalações realizadas é a identificação da origem dos possíveis problemas apresentados. Na maioria das vezes, por desconhecimento total da tecnologia, o usuário é incapaz de dizer se o sistema não está funcionando por defeito de equipamento, qual equipamento está apresentando defeito, ou se existe um problema relativo à instalação e interligação dos diversos componentes. Para esse caso, e a exemplo do que se pratica dentro do setor elétrico com as demais fontes geradoras de energia, é necessário implantar-se um procedimento de avaliação periódica das condições de operação do sistema e um planejamento de expansão ou atualização do sistema instalado.
Para completar, identifica-se um sem número de problemas ligados ao desconhecimento da tecnologia por parte dos usuários, até mesmo questões de segurança. Embora na fase de implantação da maioria dos projetos tenha sido incluído em contrato o treinamento dos usuários, atendendo às reiteradas recomendações encontradas na literatura sobre sistemas fotovoltaicos [5,6], em raros casos essa exigência foi cumprida a contento. Uma das razões para essa falha é o despreparo das empresas responsáveis pela instalação dos sistemas, seja no que diz respeito às questões técnicas, seja no que diz respeito à forma pedagógica mais adequada ao público alvo. Nesse caso, é importante ressaltar como exemplo de abordagem para essa questão a boa experiência levada a cabo pela equipe da Light-Rio, em instalações fotovoltaicas destinadas a comunidades moradoras das ilhas de Martins e Jaguanum, na baía de Sepetiba [7].
Com o objetivo de preencher as lacunas existentes à difusão da tecnologia no Estado, a SEE, em parceria com Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo - IEE/USP, estabeleceu um plano de ação que consiste em:
- avaliar a situação das instalações fotovoltaicas realizadas no Estado com o objetivo de otimizar as instalações e estabelecer procedimentos adequados de manutenção, operação e gestão,
- treinar usuários e técnicos das prefeituras atendidas pelos projetos de implantação de sistemas fotovoltaicos, para que possam executar pequenos serviços de reparos e de manutenção preventiva,
- implantar centros de trenamento em 3 Escolas Técnicas Agrícolas da rede estadual para executar cursos de capacitação em energização rural fotovoltaica, dirigido aos técnicos agrícolas.
Este trabalho sintetiza as ações que a Secretaria de Estado de Energia de São Paulo está estabelecendo para garantir a qualidade das instalações realizadas e apoiar a implantação de projetos baseados na tecnologia fotovoltaica; em particular, os relacionados com o programa PRODEEM. De fato, a SEE tem como objetivo estabelecer diretrizes para a implantação de uma rede estadual de assistência técnica e de manutenção de sistemas fotovoltaicos, de fundamental importância considerando a meta de instalação de 50 MWp até o ano 2005, proposta na Declaração de Brasília, do Fórum Permanente das Energias Renováveis.
Essas atividades conjuntas expressam a necessidade de consolidação do centro regional de referência de energia solar, que desenvolva ações de divulgação, treinamento, assistência técnica, uniformização de procedimentos de manutenção e difusão do uso da energia solar, sem as quais será inevitável o sucateamento dos equipamentos instalados em campo.
CONTEXTO
As diversas iniciativas de implantação de projetos voltados à eletrificação rural com energia solar fotovoltaica dos últimos anos, quase como regra, se limitaram ao âmbito de projetos de demonstração promovidos pela Cooperação Internacional e pelo Governo Federal [8]. Hoje, muitas dessas aplicações já se incorporaram à economia de mercado, fato refletido no surgimento e composição de pequenas empresas dedicadas a comercialização, dimensionamento e instalação de sistemas.
No entanto, na maioria dos casos, esses projetos não se preocuparam com a questão da formação de pessoal especializado e em criar uma rede de assistência técnica e manutenção para a tecnologia fotovoltaica. Essa ausência de educação e treinamento tem conduzido a muitos insucessos que afetam a difusão e levam ao descrédito sobre a eficácia da tecnologia fotovoltaica, causando graves obstáculos à formação do mercado consumidor.
Esse modelo de implantação de projetos, além de depender inteiramente de recursos externos, advindos da cooperação internacional ou do Estado, apresenta graves lacunas que comprometem sua sustentabilidade, com destaque para as seguintes questões:
- os recursos necessários à implementação de projetos não contemplam as atividades de treinamento, operação e manutenção de equipamentos, itens básicos à sobrevivência de qualquer estrutura de geração de energia, o que pode gerar em um breve espaço de tempo o sucateamento de todo o investimento realizado;
- suporte operacional e técnico aos projetos permaneceu sob responsabilidade do Estado, parte em decorrência do citado no item anterior, com o agravante de não terem sido desenvolvidas estruturas que pudessem se responsabilizar pela sustentabilidade desses projetos, seja internamente (às empresas energéticas ou à própria SEE) ou por incentivo à criação de estruturas autônomas (centros de referência regional);
- com a reestruturação da área energética, a capacidade do Estado responder a essas responsabilidades tende a se reduzir cada vez mais.
A proposta de criação de um centro regional de referência em energia solar insere-se nesse contexto, para atender a essas necessidades e responder a essas lacunas estruturais, agregando a flexibilidade institucional para alavancar recursos de organismos internacionais, ou junto à iniciativa privada, e dessa forma dar continuidade às atividades já iniciadas pelo Estado, e abrir novas frentes no campo da energia solar. O fomento ao desenvolvimento das técnicas de utilização da energia solar deve ser inserido nas ações de política pública da área energética e de desenvolvimento de melhores tecnologias do ponto de vista ambiental.
CENTRO DE REFERÊNCIA E CENTROS REGIONAIS
O sucesso de implementação e difusão de uma nova tecnologia para a população rural, em nosso caso particular a tecnologia fotovoltaica, está relacionado invariavelmente com a satisfação de três condições básicas:
- estar disponível comercialmente,
- facilidade de obtenção de peças de reposição,
- existência de pessoal técnico local com capacidade para instalar e dar manutenção aos sistemas baseados na nova tecnologia.
Essas três condições, em geral, podem ser cumpridas sem muitas dificuldades. Entretanto, uma análise de campo dos projetos implantados nos revela a existência de instalações mal feitas e de equipamentos mal dimensionados ou mesmo impróprios, situação que tem colaborado para a difusão de um falso conceito, vigente em algumas regiões, de que os sistemas fotovoltaicos "não funcionam".
São problemas que ocorrem devido a falta de informação e principalmente devido a ausência de procedimentos de controle de qualidade e de treinamento. Tal situação ocorre com qualquer novo produto e tecnologia antes de atingir um volume de mercado que a faça mobilizar comitês técnicos nacionais e organismos de defesa ao consumidor. Acrescenta-se a este problema, a omissão de informação de experiências mal sucedidas, que de modo geral não são discutidas nos encontros técnicos internacionais. Perdendo-se assim a possibilidade de apreender com erros do passado.
Um dos problemas cruciais para a sustentação e continuidade dos projetos que utilizam fontes renováveis de energia, destacadamente os projetos fotovoltaicos, identificado pelos técnicos da área solar durante o encontro do GTES de Recife, outubro/98, é a inexistência de uma rede de assistência técnica próxima aos locais de projetos. As redes de assistência técnica funcionam como divulgadoras das tecnologias implantadas e sustentam os projetos com relação à oferta/substituição de equipamentos e identificação de problemas de implantação, que superam a questão meramente tecnológica No que se refere a implementação técnica de sistemas, detectamos a ausência de treinamento adequado por parte do quadro técnico envolvido, inclusive nas instalações realizadas por empresas do setor elétrico [9]. Nesse sentido consideramos importante oferecer facilidades de treinamento técnico ao pessoal envolvido nessas instalações.
O envolvimento das escolas técnicas agrícolas da rede estadual, como veículo de formação de pessoal em energias renováveis, em especial em tecnologia fotovoltaica, tem a vantagem de agregar duas condições especiais que são: a proximidade entre os técnicos agrícolas e as áreas de maior incidência de projetos fotovoltaicos, e a criação de novas possibilidades de geração de renda para esses técnicos, que poderão passar a trabalhar não apenas como técnicos em manutenção de sistemas, mas como representantes dos fabricantes de equipamentos junto ao público consumidor.
As figuras 2 e 3 ilustram momentos do treinamento técnico dado os usuários no âmbito das atividades conjuntas IEE e SEE.
As figuras 3 e 4 ilustram algumas etapas do treinamento oferecido aos usuários dos sistemas de bombeamento fotovoltaico, PRODEEM/SP, localizados no Pontal do Paranapanema.
A proposta de Centros Regionais foi concebida para atender a essa demanda, além de proporcionar a formação de técnicos de nível médio, capacitados para a intervenção no meio rural e à difusão de novas iniciativas produtivas com a tecnologia fotovoltaica. Os professores das escolas técnicas agrícolas serão treinados no Centro Regional de Referência em Energia Solar, recebendo ainda a orientação necessária para a montagem dos cursos de treinamento para técnicos agrícolas e demais técnicos de nível médio, com orientação e suporte permanente do Centro de Referência para o desenvolvimento dessa atividade. Cabe ressaltar que essa "atualização pedagógica" fornecida aos rofessores das escolas técnicas agrícolas é altamente motivadora, permitindo a esses profissionais a chance de reciclar seus conhecimentos técnicos. Para materializar todas estas ações o IEE, com apoio da FAPESP e colaboração do PRODEEM/SP, construiu uma casa experimental onde se pode efetuar os primeiros treinamentos, figura 5. Construções similares deverão ser reproduzidas em escolas agrícolas do estado.
A figura 6 representa a distribuição espacial da rede de centros regionais vinculados ao Centro Regional de Referência em Energia Solar.
CONCLUSÃO
A proposta dos centros regionais tem a finalidade de suprir a falta da rede de assistência técnica neste momento, e de ser o seu embrião para a futura e esperada abertura do mercado nacional à tecnologia fotovoltaica. Mas como proposta atrelada à rede de escolas técnicas, tem ainda a vantagem de agregar outro universo de informações aos técnicos de nível médio e de ser uma oportunidade de aperfeiçoamento aos professores dessas unidades.
Do ponto de vista da tecnologia fotovoltaica, a necessidade de treinamento dos usuários e aperfeiçoamento das instalações é um fato indiscutível, e pode ser a solução para o inevitável sucateamento em campo dos equipamentos fotovoltaicos, em sua grande maioria adquiridos pelo Estado.
A coordenação das atividades desses centros regionais, padronização de procedimento de instalação e manutenção e aperfeiçoamento de instalações, bem como o desenvolvimento de atividades de difusão tecnológica, são funções que deverão ser desempenhadas pelo Centro Regional de Referência em Energia Solar, como se propõe neste estudo. Essas atividades extrapolam o escopo local, e devem congregar entre seus participantes todos os atores envolvidos com projetos que exploram a energia solar, sejam eles fotovoltaicos, térmicos ou aplicações arquitetônicas voltadas ao conforto térmico.
Espera-se que a estrutura proposta segundo essa concepção, seja capaz de responder tanto a problemas locais, oriundos do dia-a-dia das comunidades, bem como a questões de planejamento energético regional dessa fonte de energia.
REFERÊNCIAS
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[9] Zilles R. & Morante F.; ECOWATT program's technical evaluation and users' satisfaction; Proceeding 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Glasgow; maio 2000.
Endereço para correspondência
M. Julita G. Ferreira
E-mail: julita@usp.br
Roberto Zilles
E-mail: zilles@iee.usp.br
Armando Shalders Neto
E-mail: ashalders@sp.gov.br
Medidas de consumo em sistemas fotovoltaicos domiciliares
Morante F.; Zilles R.
Universidade de São Paulo, Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos, Instituto de Eletrotécnica e Energia, USP, Av. Prof. Luciano Gualberto 1289, CEP 05508-900, São Paulo, SP, Fax: 11 38167828
RESUMO
O artigo trata sobre os resultados obtidos através do estabelecimento de uma pesquisa de campo com a inclusão de 18 famílias distribuídas em quatro comunidades localizadas no Vale do Ribeira, litoral sul do Estado de São Paulo. O consumo energético destas famílias foi medido ao longo de mais de um ano utilizando uma metodologia de obtenção de dados que incluiu a participação direta dos usuários. A obtenção de dados, realizada manualmente, visava proporcionar um inter-relacionamento entre o sistema, o usuário e o pesquisador com a finalidade de, além dos dados puramente técnicos, obter informações sociais e culturais relacionadas com os usos energéticos. Através dos resultados constatou-se que o comportamento do consumo difere de uma família para outra e que estas diferenças, com maior ou menor grau, obedecem a alguns fatores que exercem influência de maneira ampla. Além disso, as medições de consumo permitiram identificar quatro grupos de consumidores.
Palavras-chave: Energização Rural, Demanda Energética, Sistemas Fotovoltaicos
ABSTRACT
This paper presents the results obtained through the establishment of a field research with the inclusion of 18 families distributed in four communities concentrates at the Lagoonar-Estuarine in Iguape, Cananéia and Ilha Comprida in the southern littoral area in São Paulo. The energy consumption of these families was measured along more than one year using a methodology that include the users' direct participation. The data collecting, accomplished manually, sought to provide an inter-relationship among the system, the user and the researcher with the purpose to obtain social and cultural information related with the energy uses. The results showed that the behavior of the consumption differs between the families and that these differences, with more or less degree, obey some factors that made influence in a wide way. On the other hand, the consumption registrated values allowed to identify four groups of consumers.
1. INTRODUÇÃO
O estudo da demanda energética nas moradias eletrificadas com sistemas fotovoltaicos, especialmente das comunidades rurais, ainda não foi pesquisado com profundidade. Dada a novidade no uso desta tecnologia, este estudo por si só é muito extenso e com um grau muito alto de dificuldade por envolver desde variáveis de índole técnica e econômica até as de origem social e cultural. Assim sendo, este tipo de pesquisa requer o desenvolvimento de instrumentos de medição com custo acessível, fáceis de transportar e capazes de fornecer a energia demandada com um certo grau de confiabilidade. Além disso, se deve pensar no estabelecimento de metodologias de obtenção de dados apropriadas, assim como no posterior tratamento e análise da informação obtida. Muitas destas comunidades rurais, por razões que guardam relação com suas peculiares características de sobrevivência, estão localizadas em regiões isoladas e de difícil acesso sendo que a maioria das moradias, de acordo com as atividades dos moradores, ocupam o espaço de maneira dispersa e sem seguir os padrões urbanos.
Assim sendo, a partir do mês de novembro de 1998 foi estabelecida uma pesquisa de campo com a finalidade de estudar o comportamento do consumo energético em comunidades rurais nunca antes eletrificadas [1]. Para possibilitar sua execução, foi necessário desenvolver um equipamento capaz de fornecer o consumo diário em unidades de Ampères-horas [2]. Este instrumento de medição foi acoplado aos sistemas fotovoltaicos existentes nas moradias de quatro comunidades rurais pertencentes aos municípios de Ilha Comprida e Cananéia no litoral sul do Estado de São Paulo. Estas comunidades mostram perfis sociais, econômicos e culturais diferentes e, por causa de seu total isolamento, carecem do serviço de eletricidade através da rede elétrica convencional.
A COMUNIDADE DE VARADOURO
Esta comunidade pertence ao município de Cananéia e está localizada na parte continental do complexo estuarino-lagunar de Iguape-Cananéia-Paranagua. Em abril de 1997 o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Eletrotécnica e energia, LSF-IEE/USP, instalou 8 sistemas fotovoltaicos nessa comunidade, uma escola e 7 moradias. Nesta etapa se contou com a participação dos futuros usuários, seja através do transporte dos materiais, na colocação de postes e suportes, na montagem do sistema ou na construção dos abrigos para baterias. Para implantar a eletrificação, previamente se teve que organizar uma Associação de Moradores. Para efeitos da sustentabilidade do projeto, os moradores aportam mensalmente uma quantidade de R$ 5,00, valor equivalente ao gasto que tinham com a compra de velas e querosene. Este fundo, depositado em uma conta bancária aberta em Cananéia, é utilizado para compra de baterias, lâmpadas e acessórios. Além disso, todos os moradores foram capacitados para realização de tarefas simples de manutenção.
Os medidores de Ah foram instalados nas moradias de 7 famílias desta comunidade e seus sistemas fotovoltaicos estão constituídos por geradores de 35 Wp e baterias de 135 Ah. No caso da família 1, é a única que possui um gerador adicional tendo então 70 Wp de potência instalada. As cargas de cada uma dessas famílias, basicamente, são 2 lâmpadas fluorescentes de 20 W, 1 lâmpada incandescente de 2 W e 1 rádio de 10W.
A COMUNIDADE DE RETIRO
Esta comunidade pertence também ao município de Cananéia e está localizada na parte continental do complexo estuarino-lagunar. De forma parecida a Varadouro, para efeitos de implantação da tecnologia fotovoltaica, o LSF- IEE/USP, em setembro de 1995, instalou um sistema de iluminação na Escola Estadual de 1o Grau do bairro. Na atualidade, a escola conta também com um sistema de bombeamento solar. Posteriormente, a comunidade se organizou através de uma Associação de Moradores e, com o apoio da Cooperação Espanhola, foram instalados 6 sistemas nas moradias dos associados. Cada um dos sistemas estão constituídos por 1 gerador fotovoltaico de 48 Wp e 1 bateria de 135 Ah e, além disso, as cargas utilizadas são 1 lâmpada fluorescente de 20 W e 2 de 15 W, tendo também uma lâmpada incandescente de 2 W e algumas das famílias rádios de 10 W.
Na instalação contou-se também com a participação dos moradores nas diversas etapas da montagem e nas reuniões de capacitação para realizar a manutenção dos sistemas. De forma idêntica ao mecanismo adotado em Varadouro, cada família contribui com uma taxa mensal de R$ 5,00 para manter uma conta bancária para fins de reposição de baterias, lâmpadas e acessórios. Os medidores de Ah foram instalados em duas residências dessa comunidade (famílias 8 e 9).
A COMUNIDADE DE SÍTIO ARTUR
A comunidade de Sítio Artur se encontra localizada no município de Ilha Comprida. Em abril de 1998 a prefeitura desse município decidiu eletrificar esta comunidade com sistemas fotovoltaicos tendo, para isso, solicitado o apoio do LSF- IEE/USP. A prefeitura doou o sistema de geração e as lâmpadas. Os moradores participaram com a compra das baterias e colaboraram na montagem dos sistemas. A responsabilidade pela manutenção e reposição de equipamentos ficou a cargo dos moradores. Eles não constituíram nenhuma associação nem estão organizados para conformar um fundo rotatório, em conseqüência, a responsabilidade pela sustentabilidade ficou por conta de cada um.
Em Sítio Artur existem 5 moradias eletrificadas através de sistemas fotovoltaicos, cada um constituído por 1 gerador de 110 Wp e 1 bateria de 135 Ah. Para fins da nossa pesquisa foram monitoradas 5 famílias (famílias 10, 11, 12, 13 e 14). Os sistemas de iluminação destas moradias estão conformados por 2 lâmpadas fluorescentes de 20 W e 2 de 15 W. Além disso, no caso da família 10 é a única em possuir um inversor DC/AC de 75 W, podendo assim utilizar uma TV P&B de 15 W, 1 receptor parabólico de 15 W, 1 aparelho de som de 15 W e 1 ventilador de 20 W. No caso da família 11, além do sistema de iluminação, também possuem 1 rádio-transmisor de 20 W na transmissão e 8 W na recepção, 1 receptor parabólico de 18 W e uma TV P&B de 15 W.
A COMUNIDADE DE MARUJÁ
Esta comunidade é uma vila turística localizada na ilha do Cardoso que pertence ao município de Cananéia. Nesta comunidade foram monitoradas quatro moradias (famílias 15, 16, 17 e 18). Em 1997 a Ilha do Cardoso foi incluída no programa de eletrificação fotovoltaica da Companhia Energética do Estado de São Paulo-CESP, Programa ECOWATT, por meio da instalação de 75 sistemas [3]. Para fins de nosso estudo, dois medidores de Ah foram instalados em duas residências eletrificadas através desse programa (famílias 17 e 18). Outro medidor foi instalado em uma residência que não se acolheu a este programa. pois algumas optaram pela aquisição direta de seu sistema (família 15). Adicionalmente, em março de 1999 o LSF-IEE/USP instalou um sistema piloto para fins de pesquisa em uma das residências (família 16). Nessa moradia foram colocados três medidores.
A família 15 possui 1 gerador fotovoltaico de 70 Wp, uma bateria de 136 Ah, 1 rádio-transmissor de 20 W de potência na transmissão e 8 W na recepção e um sistema de iluminação constituído por 1 lâmpada fluorescente de 15 W, outra de 10 W e 1 de 9 W. Já a família 16 dispõe de 1 gerador de 96 Wp, 1 banco de baterias de 190 Ah, um sistema de iluminação com 2 lâmpadas fluorescentes de 20 W, 1 de 15 W e 1 de 9 W e, além disso, também dispõe de 2 lâmpadas incandescentes de 2 W. Esta família possui também 1 inversor DC/AC de 150 W, assim pode utilizar outros equipamentos em corrente alternada (ventilador, aparelho de som e TV). No caso das famílias 17 e 18, com instalações do Programa ECOWATT, cada um dos geradores fotovoltaicos são de 140 Wp e o banco de baterias é de 108 Ah. Apesar do programa permitir, na iluminação, somente 2 lâmpadas fluorescentes de 9 W, ambas famílias aumentaram suas cargas com 2 lâmpadas fluorescentes de 9 W e 1 rádio de 10 W, no caso da família 17. A família 18 instalou outra lâmpada fluorescente de 9 W e 1 de 10 W e, além disso, 1 lâmpada incandescente de 2W.
2. DINÂMICA SOCIAL E ENERGÉTICA DAS COMUNIDADES PESQUISADAS
As características destas quatro comunidades nos permitem distinguir uma certa mudança tanto do ponto de vista das moradias como da energia. De um lado, a maior parte das moradias da comunidade de Varadouro mantém uma estreita relação de aproveitamento do meio ambiente local, tanto nos materiais como na distribuição dos cômodos. Podemos observar que nesta comunidade o principal material utilizado é a madeira para as paredes e o assoalho. As bases e estruturas são feitas empregando troncos e paus das árvores locais e, na cozinha e nos ranchos, se utiliza palha de palmeiras para o teto. Já os móveis, utensílios e até algumas ferramentas são feitas também de madeira. A distribuição das casas é dispersa e localizada perto das roças e do rio de onde recolhem a água para beber1 e tomam banho. A comunicação entre as casas é feita através de trilhas e pontes feitas com troncos das árvores.
Uma consideração importante é que a dependência desta comunidade com relação aos centros urbanos não é tão grande devido existir a barreira da distância e do transporte até esses centros. Por tal motivo, os moradores tiveram que se adaptar a este ambiente para poderem sobreviver, assim, ainda praticam a caça e a pesca e são também coletores de plantas medicinais e de recursos florestais para sua alimentação. Além disso, plantam arroz, café, feijão, mandioca e bananas que podem ser trocadas por peixes. Todos os moradores criam galinhas das quais aproveitam os ovos e a carne. Na figura 1 pode-se observar as características de uma das moradias desta localidade.
Com relação aos combustíveis empregados, observamos que todas as famílias dependem da lenha. Os poucos moradores que tentaram mudar para o GLP enfrentaram a barreira do transporte e do custo e tiveram que voltar para as formas de sobrevivência ancestrais. Por outro lado, não obstante a possibilidade de sobreviverem com seus próprios recursos, o qual eles vêm fazendo desde muito tempo, com a implantação da sociedade industrial e de consumo aparecem novas necessidades, muitas delas impostas, sendo que para poderem se integrar ao sistema vigente e obterem desta forma sua cidadania, precisam contar com os meios que lhes permitam ter acesso à educação, à saúde etc. A decisão para que estas comunidades possam ter acesso a estes meios, no entanto, é externa e de caráter político.
A comunidade de Retiro representa um segundo momento na mudança destas comunidades, assim, a construção de suas moradias é um misto entre o modo tradicional caiçara e o modo urbano e, embora empreguem madeira nas paredes e paus das árvores locais nas estruturas, eles utilizam também o cimento e as telhas de barro. Muitos dos seus móveis, ferramentas e utensílios também são comprados na cidade e um dos motivos destas mudanças, contrariamente ao caso de Varadouro, reside na facilidade relativa de acesso até a cidade de Cananéia onde podem comprar estes materiais e objetos, no entanto, o acesso a esta cidade é feito por barco persistindo a dificuldade do transporte (e o peso) desde o desembarcadouro da comunidade até as moradias. Na figura 2 pode-se observar o aspecto de uma das moradias desta comunidade.
Os centros urbanos têm exercido em Retiro uma grande influência mas não chegou a ser tanta como para erradicar em forma definitiva o modo de vida caiçara, assim, a distribuição das casas também é dispersa e acompanham os lugares de sobrevivência, isto é, próximas às pequenas lavouras, fontes de água, acesso aos manguezais e aos embarcadouros. A comunicação entre estas casas é feita através de trilhas e a dificuldade apresentada pelos córregos é vencida com a ajuda de "pontes" feitas com troncos das árvores, igual ao caso de Varadouro. Com relação à alimentação, apesar de grande parte de seus produtos alimentícios serem comprados em Cananéia, esta é complementada por meio da pesca de subsistência, da caça, criação de galinhas e em alguns casos das lavouras de arroz, mandioca e bananas. Utilizam também plantas medicinais e recursos florestais da localidade. Já no relativo à energia, observa-se uma transição energética da lenha ao gás. A lenha é utilizada somente como combustível de apoio quando, por diversos motivos, não dispõem de gás.
Esta transição energética tem sido facilitada pela influência urbana na disposição da cozinha e a conseguinte inclusão do fogão a gás. Além das freqüentes viagens e o constante contato com a cidade de Cananéia para vender as ostras que eles colhem no manguezal, estas viagens também são aproveitadas para adquirirem seus elementos de subsistência. Outra observação importante a fazer é a influência da religião na organização destas comunidades tradicionais. Particularmente em Retiro, num primeiro momento, ainda no início da pesquisa, todos eram católicos mas posteriormente uma das famílias estudadas (família 9) passou a integrar uma igreja evangélica de Cananéia, o que levou a uma divisão e desorganização da incipiente associação de moradores. Por outro lado, dado que estas igrejas pregam a entrega do dízimo, a renda da família ficou abalada trazendo conseqüências em sua sobrevivência. A influência destas igrejas também tem sido observada por alguns pesquisadores [5]. Esta se manifesta na mudança cultural das comunidades tradicionais levando inclusive ao desaparecimento das formas de ajuda mútua como são os mutirões.
De outro lado, um dos maiores processos de transformação dos hábitos tradicionais tem acontecido na comunidade de Sítio Artur. Esta comunidade praticamente tem perdido quase todos seus hábitos de origem ancestral, tendo assimilado muito dos padrões de origem urbano, principalmente pela facilidade de acesso e proximidade tanto de Subaúma como de Iguape. Apesar de que nos anos anteriores praticavam a agricultura de subsistência, hoje em dia, para satisfazer suas necessidades alimentícias, dependem em quase tudo dos centros urbanos próximos, precisando para isto de dinheiro corrente que eles obtêm basicamente por meio da pesca. Assim, eles têm uma grande dependência econômica das pessoas de origem urbana, seja dos turistas que praticam a pesca esportiva ou dos comerciantes da região. Na figura 3 podemos observar as características das moradias de Sítio Artur.
Em Sítio Artur é possível observar uma mudança radical até na forma da construção das moradias. Para isto eles empregam os materiais de origem urbano (tijolos, cimento, telhas, azulejos e outros acabamentos) o mesmo acontecendo com os móveis e utensílios domésticos. Com relação a suas aspirações, alguns dos moradores desejam dispor de tudo o que uma moradia com padrão urbano possui. Também constatamos que a distribuição das casas segue um padrão urbano devido estarem dispostas ao lado de uma "rua", tomando o aspecto de uma vila em formação. Cabe observar que em Sítio Artur até o momento não existe nenhuma associação de moradores para efeitos de manter seus sistemas fotovoltaicos. Por decisão deles, cada morador é responsável de seu sistema.
O caso da comunidade de Marujá é diferente, pois ao longo do tempo muitos dos moradores foram se adaptando às condições impostas pela lei ambiental, conseguindo explorar o lado positivo dessa legislação. Isto se manifesta através do acondicionamento das casas como albergues para os turistas, do uso de barcos como meio de transporte, da organização de festas tentando resgatar suas antigas tradições (ex. festa da tainha) e assim por diante. Este freqüente contato com as pessoas de origem urbana e as oportunidades de aumentar sua renda tem forçado uma mudança em seu modo de vida, assim, as moradias tentam imitar o típico modelo urbano, tanto nos materiais, disposição dos cômodos, acabamentos, móveis e utensílios domésticos como na distribuição das casas que no "centro" da vila seguem o alinhamento de uma espécie de rua em formação. A localização das moradias de Marujá representa um misto entre o concentrado e o disperso. Na figura 4 se pode observar o aspecto de uma das moradias desta comunidade.
Com relação ao emprego da energia, de um lado, devido a legislação ambiental proibir o uso dos recursos florestais e por outro lado, pela necessidade de manter um padrão típico urbano, quase todos os moradores utilizam o gás como combustível tanto para a cocção como para a refrigeração. Atenção especial merece o fato que, embora muitos dos moradores tenham o desejo de dispor de todos os eletrodomésticos comuns nas moradias urbanas, enfrentam o empecilho da eletrificação fotovoltaica com dimensionamento e instalação equivocada, isto por erros no projeto original e na forma da introdução da tecnologia do programa ECOWATT [6],[7]. A correção destas falhas com certeza conduzirá a que o padrão do uso de eletrodomésticos de muitos dos moradores se iguale ou supere ao caso da comunidade de Sítio Artur.
3. RESULTADOS DAS MEDIÇÕES
Para efeitos de análise e de melhor comparação, a seguir serão mostrados e comentados os dados de consumo em kWh/mês obtidos através da pesquisa.
COMUNIDADE DE VARADOURO
Os consumos das famílias desta comunidade flutuaram entre um valor máximo de 2,96 kWh/mês, correspondente à família 1 no mês de abril de 1999, e um valor mínimo de 0,11 kWh/mês consumido pela família 7 no mês de fevereiro de 2000. Podemos ver que esses consumos não são constantes ao longo do tempo, tanto na mesma família como entre todas elas. Além disso, estes consumos são relativamente muito baixos, existindo diversas razões a serem tratadas mais adiante, que poderiam explicar este comportamento.
Por outro lado, o consumo energético das famílias não guarda somente relação com a composição familiar. Assim por exemplo o consumo da família 1, conformada por 9 pessoas, está relacionado principalmente com o uso produtivo da eletricidade (trabalhos de artesanato) e, por tal motivo, teve que aumentar o tamanho de seu gerador fotovoltaico. Já no caso da família 7, embora esteja conformada somente por uma pessoa, seu baixo consumo se deve à freqüente ausência do mesmo por causa de sua atividade econômica (extrativismo de palmito). A família 2, apesar de estar constituída por uma mulher adulta com 4 filhos jovens, seu consumo chega a ser menor que a família 5 conformada por um casal e duas crianças.
Na figura 5 estão indicados os consumos médios das famílias desta comunidade. O gráfico mostra claramente que o consumo energético das famílias é muito diferente, embora todos disponham, com exceção da família 1, do mesmo sistema fotovoltaico.
COMUNIDADE DE RETIRO
O máximo do consumo energético foi de 3,06 kWh/mês obtido pela família 9 no mês de julho de 1999. O valor mínimo foi de 0,42 kWh/mês alcançado pela mesma família no mês de dezembro de 1999. Novamente comprovamos que o consumo é variável de uma família para outra, apesar de ambas famílias possuírem o mesmo tipo de sistema.
Estes dois casos são muito representativos no sentido de como o comportamento pessoal e da família como um todo, influi no consumo. Por um lado temos a família 8 muito bem constituída e estável, relativamente numerosa e com filhos jovens. De outro lado temos a família 9 também numerosa e, por diversas causas, com sérios problemas na constituição familiar. Ambas famílias dispõem praticamente da mesma renda derivada da mesma atividade econômica (pesca e extrativismo de ostras). Adicionalmente, os chefes das famílias e os filhos jovens, estão capacitados para realizar a manutenção dos sistemas.
Em todos os anos da duração do projeto fotovoltaico, o sistema da família 8 nunca falhou, embora tenham trocado uma bateria por causa da sua morte no tempo normal de funcionamento. Esta família participa ativamente da Associação de Moradores e paga pontualmente suas obrigações econômicas para manter o fundo que assegura a compra das mesmas. No caso da família 9 seu sistema teve freqüentes problemas, o que se manifesta na irregularidade das medições de consumo. Sua participação na Associação também é muito irregular, assim, não podem sustentar seu sistema fotovoltaico. Estas constatações nos induzem a verificar a grande relação existente entre o consumo energético e os hábitos pessoais. A figura 6 mostra comparativamente o consumo médio em kWh/mês das duas famílias.
COMUNIDADE DE SÍTIO ARTUR
O maior consumo corresponde à família 10, a qual alcançou 8,38 kWh/mês no mês de março de 1999. O menor consumo foi de 0,13 kWh/mês obtido pela família 14 no mês de junho de 1999. De forma diferente aos casos anteriores, nesta comunidade os consumos são relativamente altos pois algumas moradias (principalmente das famílias 10 e 11) dispõem, além da iluminação, de televisão, ventiladores e sistemas de radiocomunicação. De novo comprovamos que o consumo é muito variável, apesar das famílias disporem do mesmo tipo de sistema fotovoltaico.
Como exemplo ilustrativo do comportamento da demanda energética no meio rural temos as famílias 10 e 11. A disposição de suas moradias e o uso de eletrodomésticos estão relacionados com a influência do contato destas famílias com as áreas eletrificadas convencionalmente. Foi possível observar como estas famílias aspiram a possuir eletrodomésticos que tendem a igualar-se aos encontrados nas zonas urbanas, apesar de suas moradias estarem localizadas em um local isolado e de difícil eletrificação por meio da rede elétrica. Para eles a eletrificação com tecnologia fotovoltaica significou um avanço muito grande em suas aspirações, o que os levou a desenvolver um nível muito alto de inter-relacionamento com seus sistemas fotovoltaicos. Cabe mencionar que nesta comunidade a única família que possui inversor DC/AC é a família 10 o que influiria também em seu consumo, dada a possibilidade de disporem de eletrodomésticos de corrente alternada. A demanda média destas famílias, em kWh/mês, esta indicado na figura 7.
COMUNIDADE DE MARUJÁ
O maior consumo alcançado nesta comunidade foi de 7,52 kWh/mês obtido pela família 16 no mês de janeiro de 2000. Em contrapartida, o menor consumo correspondeu à família 17 que no mês de junho de 1999 obteve 0,44 kWh/mês. Como foi constatado nas outras comunidades, a demanda energética verificada tem grandes diferenças ao longo do ano e entre as famílias. Para efeitos da nossa pesquisa, nesta comunidade foram contemplados três tipos de sistemas, sendo que as famílias 17 e 18 dispõem do maior gerador fotovoltaico (140 Wp) embora também tenham o menor sistema de acumulação de energia (108 Ah). O uso restringido de seus sistemas fotovoltaicos se reflete em seus consumos, os quais expressam as limitações do mesmo apesar que paulatinamente foram aumentando suas cargas.
No caso da família 16, a única em possuir inversor DC/AC, seu consumo foi crescendo de acordo com a temporada pois as atividades desta família estão relacionadas com a exploração do turismo. Foi constatado que nessa época ela emprega a eletricidade com fins produtivos pois no verão aumenta o número de visitantes à sua moradia e, portanto, utilizam mais à iluminação, o aparelho de som, o ventilador etc. O caso da família 15 é diferente pois, apesar de realizar atividades relacionadas também com o turismo (a casa funciona como albergue), a iluminação não é aproveitada diretamente para melhorar o conforto dos turistas como acontece com a família 16.
4. GRUPOS DE CONSUMIDORES
Os dados obtidos nos permitem identificar quatro grupos de consumidores os quais estão resumidos na tabela I.
Cada um desses grupos mostra um perfil de consumo particular, sendo que as famílias que fazem parte desses grupos possuem algumas características especiais que influem no padrão de sua demanda energética. O perfil desses grupos pode ser descrito da seguinte maneira:
GRUPO 1: Estes consumidores têm um relativo alto consumo que varia entre 3,00 e 6,00 kWh/mês e engloba a famílias com renda entre 400 e 950 reais. Alguns dos chefes dessas famílias recebem salários fixos e desempenham atividades que os mantêm em contato com pessoas de origem urbana. Moram em comunidades que têm sofrido grande influência desses centros e estão habituados ao uso de aparelhos elétricos, como ventilador, televisão P&B e rádio-transmissor VHF. Suas aspirações estão dirigidas a obter uma qualidade de vida igual à de qualquer morador de classe média das cidades. Não são numerosas mas estão constituídas em sua maioria por jovens ou de alguma forma são freqüentadas por pessoas também jovens. O grau de escolaridade dos chefes ou dos filhos é relativamente alto e são receptivos às inovações. Além disso, a distribuição de suas moradias tem grande influência urbana embora alguns tenham aproveitado e adaptado os materiais da região. Mostram um bom nível de participação e envolvimento em todos os níveis da implantação dos sistemas.
GRUPO 2: São famílias de médio consumo compreendido entre 2,00 e 3,00 kWh/mês. Seus ingressos econômicos estão dentro da faixa de 225 a 850 reais e dependem de situações externas, como por exemplo o comportamento das vendas da sua produção. Utilizam muito o rádio e alguns empregam a iluminação com fins produtivos. Neste grupo a quantidade e idade das pessoas não influi de maneira definitiva, mas sim os hábitos pessoais e o entorno familiar. Todos sofreram mediana influência urbana, tanto em seu comportamento pessoal como na forma de construir suas moradias. Não estão muito habituados ao uso de aparelhos elétricos e com relação ao uso da energia, suas aspirações não chegam a ser tão grandes como as do primeiro grupo. Por outro lado, alguns de seus integrantes possuem regular escolaridade e são receptivos às inovações. Seu nível de participação e envolvimento é razoável.
GRUPO 3: Estes consumidores têm baixo consumo compreendido na faixa de 1,00 a 2,00 kWh/mês. Sua renda varia entre 136 e 550 reais obtida através de aposentadorias ou atividades dependentes de condições externas. A maioria tem pouca influência do modo de vida das cidades, o que se reflete em seu dia-a-dia e no modo de construir suas moradias que se encontram localizadas em lugares mais isolados e dispersos. Igual aos grupos anteriores, neste grupo, o número e idade das pessoas não exercem muita influência no consumo energético, influi sim os hábitos pessoais. Por outro lado, o grau de escolaridade da maioria é baixo e não são muito receptivos às inovações predominando o comportamento conservador. Seu grau de envolvimento e participação é regular.
GRUPO 4: Este grupo está conformado por consumidores de baixíssimo consumo na faixa de até 1,00 kWh/mês. Estão caracterizados por terem renda mensal entre 136 e 275 reais obtidas por meio de aposentadorias ou trabalhos esporádicos. Neste grupo o número e idade das pessoas exercem forte influência no consumo energético, assim, a maior parte está conformada por famílias de 1 ou 2 pessoas adultas. Seu grau de escolaridade é razoável e aceitam bem as inovações. Sua participação e envolvimento também são razoáveis.
Dadas as características de nossa pesquisa, não poderíamos afirmar e concluir que estes quatro grupos corresponderiam também a quatro tipos de sistemas fotovoltaicos. No entanto, as constatações verificadas nos conduzem a acreditar que por meio da ampliação do universo da pesquisa e do aprofundamento da mesma, se poderiam propor cenários de consumo mais reais possibilitando o dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos de maneira mais exata.
5. FATORES QUE INFLUEM NA DEMANDA ENERGÉTICA
A observação e análise dos dados de consumo fornecidos por nossa pesquisa, nos habilitam a identificar alguns fatores que exercem certo grau de influência no consumo, tal como mencionado também por outros pesquisadores [8],[9],[10]. De acordo as nossas observações, estas podem ser resumidas da seguinte maneira:
O NÍVEL DE RENDA E SUA INFLUÊNCIA NO CONSUMO
Quase todas as análises de consumo estão baseados em dados resultantes do estudo do comportamento da demanda energética no meio urbano, isto é, em consumidores ligados à rede elétrica. Segundo essas análises, conforme as pessoas disponham de maior renda, elas terão maior capacidade econômica para adquirirem eletrodomésticos e portanto aumentarão seu consumo energético. Com relação ao meio rural isolado, disperso e de baixa renda, pouco se tem feito a este respeito. Neste sentido, apesar da nossa análise ser muito geral precisando de um maior aprofundamento, as constatações verificadas nos levam a acreditar que o comportamento da demanda energética no meio rural deve guardar relação com outras variáveis, além do nível de renda, que influiriam de maneira ampla em seu consumo energético. Por outro lado, é necessário ainda observar que as relações entre o nível de renda e o consumo são muito complexas e, considerando os limites e os resultados da pesquisa, tudo leva a não podermos afirmar e concluir que somente o nível de renda é que determina o consumo energético das famílias rurais.
INFLUÊNCIA DOS CENTROS URBANOS
A pesquisa mostra que as famílias que por diversos motivos têm maior contato com os centros urbanos e culturalmente se encontram influenciados por esses centros, apesar de muitos deles viverem em locais de difícil acesso, isolados e dispersos, tendem a consumir mais (casos das famílias 1, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17 e 18). Estas famílias tendem a desenvolver atividades econômicas que, além de outras possibilidades, lhes permitem ter acesso aos eletrodomésticos usuais nos centros urbanos. Cabe ressaltar que não é necessário que toda a família esteja influenciada pelo modo de viver no meio urbano, basta que só um de seus integrantes tenha essa influência para tentar inovar o modo de vida da família como um todo. Por outro lado, o acesso das comunidades tradicionais aos meios de comunicação modernos, principalmente a televisão, ocasiona a assimilação de padrões culturais da sociedade de consumo em seu dia-a-dia e, aos poucos, vai criando necessidades e impondo modelos de viver alheios a esse meio. Esta influência ficará refletida no consumo energético e no aumento da demanda reprimida dessas famílias.
INFLUÊNCIA DO CLIMA
As variações climáticas exercem grande influência no consumo energético. Alguns dos consumos medidos tem certa tendência a acompanhar a curva de irradiação da região do Vale do Ribeira. Esta tendência guarda relação com a autonomia energética dos sistemas fotovoltaicos (bateria) e o consumo familiar. Assim por exemplo, a família 10 teve seu maior consumo nos meses de fevereiro e março de 1999, época na qual começou a utilizar a televisão, e que justamente corresponderam à época mais ensolarada desse ano. Nesses meses, o controlador de carga lhe indicava que o sistema estava a ponto de cortar o fornecimento de energia. Posteriormente, o chefe da família tomou consciência desse fato e começou a administrar melhor seu sistema e seu consumo caiu ostensivamente. Neste sentido, esta diminuição não se devem a suas intenções de poupar energia, senão às limitações de seu sistema fotovoltaico o qual, neste caso, estaria subdimensionado.
No caso da família 16, a partir do mês de agosto seu consumo acompanha o comportamento da irradiação. Isto porque o morador administra seu sistema de acordo aos níveis de irradiação da localidade. Desse modo, temos aqui dois exemplos muito ilustrativos das relações entre as variações climáticas, o consumo energético, o comportamento da bateria e, de forma geral, com o dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos.
VARIÁVEIS ARQUITETÔNICAS
Estas variáveis estão relacionadas principalmente com o tamanho da moradia, sua orientação e os materiais utilizados em sua construção. Estas variáveis, por sua vez, dependem do nível do ingresso econômico dos moradores, do número de pessoas e das atividades que realizam. Obviamente, as moradias com maior quantidade de compartimentos precisam de um número maior de luminárias e portanto tendem a consumir mais (casos das famílias 1, 8, 10, 11, 12, 15, 16 e 18). Também podemos constatar que as moradias mal orientadas ou com pouca iluminação natural, embora não disponham de muitos cômodos e não morem muitas pessoas, tendem a um maior consumo devido a precisarem manter a iluminação acesa especialmente em épocas de clima nublado (caso das famílias 6 e 12).
A ESTRUTURA FAMILIAR
As famílias grandes (caso das famílias 1, 8, 9, 10, 11 e 18) tendem a consumir mais que as famílias pequenas (caso das famílias 4, 7, 13 e 14); não obstante, por si mesma esta variável nem sempre determina um alto consumo, assim, as famílias 2 e 6 apesar de serem relativamente numerosas, têm menor consumo que as famílias 12, 15 e 16 constituídas somente por 2 pessoas mas com maior nível de renda e hábitos muito diferentes. Com relação à idade das pessoas do meio rural pesquisado, verificamos que algumas das famílias com filhos jovens ou em idade escolar (famílias 8, 9, 10, 11 e 18) tendem a consumir mais em comparação com as famílias compostas por adultos ou anciãos (famílias 3, 4, 7, 12, 13, 14 e 17). Os jovens geralmente ouvem muito o rádio e utilizam aparelhos de som, além de alguns empregarem a iluminação para fazer os trabalhos da escola. Assim por exemplo, os jovens das famílias 10 e 11 assistem muito aos programas televisivos, aumentando com isso seu consumo energético.
Por outro lado, a influência do número de pessoas no consumo depende também do tamanho da moradia e da possibilidade de utilizar um ou mais serviços elétricos, por sua vez ambos aspectos estão relacionados com o nível de renda da família. Em termos gerais, a possibilidade de dispor de corrente alternada por meio de inversores DC/AC facilita o emprego de eletrodomésticos e outros aparelhos elétricos usuais no meio urbano. A conseqüência disso, o consumo energético também aumenta (casos das famílias 10 e 16).
ATIVIDADE ECONÔMICA
As famílias onde todos ou alguns de seus integrantes exercem alguma atividade econômica na própria moradia tendem a um maior consumo, como é o caso das famílias 1 e 17, os quais se dedicam a fabricar artesanatos aproveitando a iluminação com fins produtivos. É o caso também da família 15, cuja moradia funciona como albergue turístico, e da família 16 que, ao lado de sua moradia, mantêm um restaurante para turistas e, ocasionalmente, aproveita a energia proporcionada por seu sistema fotovoltaico para iluminá-lo. Dependendo do tipo de atividade econômica realizada, o uso produtivo da eletricidade faz com que as pessoas exijam mais do sistema, pois algumas são obrigadas a utilizar outros serviços elétricos além da iluminação. Portanto, antes de proceder ao dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos, se deveria identificar estas famílias e analisar os casos de maneira individual. Desse modo, como conseqüência desta prévia identificação, seus sistemas teriam que estar capacitados para suprir satisfatoriamente suas necessidades energéticas.
GRAU DE ESCOLARIDADE E APTIDÃO TÉCNICA
As famílias onde o chefe da casa ou algum(s) de seus integrantes possuem maior grau de escolaridade, tendem a administrar melhor seu sistema e assimilam com maior facilidade a tecnologia (casos das famílias 10, 11, 15 e 16). Adicionalmente, nesta categoria de consumidores entram também as pessoas que têm ou tiveram algum contato com trabalhos técnicos, seja através do artesanato (famílias 1, 4 e 17) ou que em algum momento exerceram atividades com manipulação de ferramentas (famílias 7) ou aqueles moradores que possuem motores a Diesel ou a gasolina utilizados em seus barcos e, portanto, estão habituados a desmontá-los e a utilizar ferramentas (famílias 8, 9, 10, 11, 13, 16, 17, e 18). Todas essas características se refletirão no consumo energético porque estas pessoas estão em condições mais favoráveis de resolver alguns problemas técnicos e percebem com maior facilidade o momento de, por exemplo, trocar reatores eletrônicos, controlar o nível de água das baterias e verificar seu estado de carga através dos reguladores eletrônicos, ou de posicionar os módulos fotovoltaicos de acordo à estação do ano.
HÁBITOS, CONDUTA E FORMA DE USO DOS EQUIPAMENTOS
Os hábitos das pessoas ou das famílias exercem grande influência no consumo energético. Assim por exemplo, na comunidade de Varadouro observamos que os moradores gostam muito da lâmpada incandescente de 2W de baixíssimo consumo. O nível de iluminação desta lâmpada se iguala ao de uma vela, no entanto, brinda uma atmosfera de segurança às pessoas. Isto porque a comunidade está localizada numa região onde proliferam grandes quantidades de répteis e insetos. Estes hábitos se refletem no baixo consumo da maioria das famílias desta comunidade.
Já no caso da comunidade de Sítio Artur, as famílias 10 e 11 têm o hábito de assistir televisão, é o caso também da família 14. Entretanto, a família 11 tem hábitos mais disciplinados e seu consumo mostrou certa uniformidade ao longo da pesquisa, embora deixem uma lâmpada ligada cada vez que viajam. Nesta comunidade temos outros dois casos muito ilustrativos, assim, a família 12 está conformada por um casal de anciãos e seu consumo está influenciado pela doença da mulher que fica acamada. Nos dias nublados seu quarto fica iluminado permanentemente tendo portanto maior consumo. Em adição a este fato, o marido bebe muito e seu estado não lhe permite desligar as luzes ficando acesas mesmo durante os dias ensolarados. A mesma situação acontece com o único integrante da família 13.
O aprofundamento no estudo da influência dos hábitos pessoais, familiares e comunitários no consumo energético, com certeza levará a tomar maior cuidado nas decisões relacionadas com a implantação dos sistemas fotovoltaicos. De acordo à bagagem cultural que muitas das comunidades tradicionais trazem, sua conduta perante os usos energéticos às vezes resultam em preferências diametralmente opostas, muitas vezes devidas a motivos simbólicos ou sociais [11].
6. COMENTÁRIOS FINAIS
Com relação ao dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos e sua relação com o consumo energético, os resultados das medições efetuadas mostram que o mesmo tipo de sistema tem diferente desempenho em cada uma das famílias devido, sobretudo, às grandes diferenças no consumo energético. Como foi explicado, as famílias têm diferentes consumos por diversas razões que exercem grande influência no mesmo. Esta constatação nos conduz a afirmar que ao momento de tomar a decisão por determinados sistemas, não seria conveniente generalizar um mesmo sistema para todas as famílias de uma comunidade.
Embora a padronização dos sistemas ofereça grandes vantagens principalmente de índole técnico e econômico, se deveriam considerar os problemas que tanto o sobredimensionamento como o subdimensionamento poderiam causar no desempenho, principalmente, da bateria e do sistema como um todo. Tanto um como o outro finalmente ficarão refletidos nos custos gerados no momento da implantação e os derivados ao longo do tempo, especialmente relacionados com a troca das baterias. É conhecido que nos atuais níveis de desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica, o custo inicial representa uma de suas principais barreiras, portanto, o correto dimensionamento visando um alto grau de satisfação por parte do usuário, com certeza levaria à redução desses custos e à difusão eficiente da tecnologia.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho foi possível graças ao apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
REFERÊNCIAS
[1] MORANTE F. Demanda energética em Solar Home Systems; Dissertação de Mestrado, Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo, abril de 2000.
[2] MORANTE F. & ZILLES R.; Medidas de consumo energético dos pequenos sistemas fotovoltaicos através de contadores de Ampère-horas; Anais do VIII Congresso Brasileiro de Energia, Rio de Janeiro, 1999, Vol. 3, pp. 1539-1548.
[3] ALMEIDA PRADO F. A. DE & PEREIRA O. S.; Programa ECOWATT: Uma Alternativa Comercial para Energia Solar Fotovoltaica; Anais do III Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, São Paulo, 1998, pp. 216-218.
[4] FEDRIZZI M.C. & SERPA P.; Sistemas fotovoltaicos para o abastecimento de água: uma experiência de adoção da tecnologia em comunidades tradicionais;. Anais do VIII Congresso Brasileiro de Energia. Rio de Janeiro 1999, Vol. 3, pp. 1227-1231.
[5] DIEGUES A.C. & NOGARA P.; O nosso lugar virou parque: estudo sócio-ambiental do Saco de Mamanguá-Parati-Rio de Janeiro; NUPAUB - CEMAR. 2da. Edição, São Paulo, 1999, pp.29.
[6] ZILLES R. & MORANTE F.; ECOWATT program's technical evaluation and users' satisfaction; Proceding of 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow – UK, maio 2000.
[7] ZILLES R., MORANTE F. & FEDRIZZI M.C.; Avaliação dos sistemas fotovoltaicos instalados nas residências dos moradores da Ilha do Cardoso; Anais do 3o Encontro de Energia no Meio Rural AGRENER 2000. Campinas, setembro 2000.
[8] WODON Q. T.; Micro determinants of consumption, poverty, growth, and inequality in Bangladesh;. World Bank, Policy Research Working Paper Series Number 2076, march, 1999.
[9] RAMOS NIEMBRO G., FISCAL ESCALANTE R., MAQUEDA ZAMORA M., SADA GÁMIS J. & BUITRÓN SÁNCHE H.; Variables que influyen en el consumo de energia eléctrica; Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), Boletín de enero-febrero 1999, México.
[10] POMPERMAYER M.L. & CHARNET R.; Determinantes da demanda residencial de energia elétrica; Anais do VII Congresso Brasileiro de Energia e II Seminário Latino Americano de Energia, Rio de Janeiro, 1996, pp. 102𤩣.
[11] WILHITE H., NAKAGAMI H., MASUDA T., YAMAGA Y. & HANEDA H.; A cross-cultural analysis of household energy use behaviour in Japan and Norway; Energy Policy. Vol. 24, No. 9, 1996, pp. 795-803.
Endereço para correspondência
Morante F.
E-mail: fmorante@iee.usp.br
1 Em setembro de 1998 através de um projeto financiado pela Cooperação Espanhola através do Ayuntamiento de Logroño e ERA-AEDENAT (Associação Española de Defensa de la Naturaleza) com contrapartidas do IEE/USP e do CEPAM (Centro de Estudos e Pesquisas de Administração Municipal), foram instaladas duas lavandarias que utilizam bombeamento solar. Atualmente os moradores lavam suas roupas e se abastecem da água obtida por estes meios [4].
^rND^sWILHITE^nH.^rND^sNAKAGAMI^nH.^rND^sMASUDA^nT.^rND^sYAMAGA^nY.^rND^sHANEDA^nH.^rND^sWILHITE^nH.^rND^sNAKAGAMI^nH.^rND^sMASUDA^nT.^rND^sYAMAGA^nY.^rND^sHANEDA^nH.^rND^1A01^nJoão Carlos^sCamargo^rND^1A02^nEnnio Peres da^sSilva^rND^1A02^nFernando Rezende^sApolinário^rND^1A01^nJoão Carlos^sCamargo^rND^1A02^nEnnio Peres da^sSilva^rND^1A02^nFernando Rezende^sApolinário^rND^1A01^nJoæo Carlos^sCamargo^rND^1A02^nEnnio Peres da^sSilva^rND^1A02^nFernando Rezende^sApolin rioPotencial fotovoltaico no uso rural para o estado de São Paulo
João Carlos CamargoI; Ennio Peres da SilvaII; Fernando Rezende ApolinárioIII
IDepartamento de Energia, Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP, CEP 13083-970 Campinas, SP tel: 19 289 1860
IILaboratório de Hidrogênio, Instituto de Física, UNICAMP, CEP 13083-970 Campinas, SP tel: 19 289 1860
IIILaboratório de Hidrogênio, Instituto de Física, UNICAMP, CEP 13083-970 Campinas, SP tel: 19 289 1860
N° 34
RESUMO
Os sistemas fotovoltaicos encontram seu maior emprego em instalações isoladas da rede, como residências, bombeamento d' água, etc. O meio rural, torna-se, dessa forma um nicho natural para a utilização de sistemas fotovoltaicos para geração de eletricidade. O objetivo desse estudo é mostrar a alternativa fotovoltaica para geração de energia elétrica, considerando os níveis de insolação para o Estado de São Paulo. O estudo teve por base uma instalação fotovoltaica autônoma com baterias realizada pelo Departamento de Energia da Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp, para estudar as condições de fornecimento de energia elétrica para pequenas cargas que simulam o consumo de uma residência. Partindo dos dados de insolação disponibilizados pelo Centro de Ensino e Pesquisa em Agricultura – Cepagri/Unicamp para a cidade de Campinas, foi dimensionado o sistema fotovoltaico e analisado os dados coletados no período de um ano.
Palavras-chave: Sistema fotovoltaico autônomo, consumo residencial, desempenho.
ABSTRACT
Most use of PV is the off grid connected systems like homes (solar home systems), water pump, etc. The countryside becomes, in turn, a natural niche to use of PV systems to generate electricity. The purpose of this paper is to show the PV alternative to electric energy generation, regarding the insolation levels to Estado de São Paulo. The study was done with a PV system with batteries and loads that simulate the home' s energy consumption. To size the PV system was used the insolation data to city of Campinas from the Centro de Ensino e Pesquisa em Agricultura – Cepagri/UNICAMP and the collected data were analysed for one year.
INTRODUÇÃO
A demanda por energia no mundo é crescente. As fontes não renováveis como o petróleo e o carvão esgotam-se e sua queima acelera os efeitos danosos do aquecimento global. Isto posto, novas formas de gerar energia elétrica sem esses inconvenientes estão sendo paulatinamente introduzidas. Entre elas destaca-se a fotoeletricidade. A energia solar fotovoltaica transforma a energia solar em eletricidade. Logo países tropicais como o Brasil com regiões de ótima insolação são candidatos potenciais à utilização desse tipo de energia. Sendo uma energia renovável e não poluente quando de sua utilização, ela escapa das restrições ambientais que começam a ser impostas às fontes não renováveis como o petróleo, carvão e nuclear.
Apesar disso, a energia solar fotovoltaica possui uma participação tímida no cenário energético mundial e no Brasil. Em grande parte ainda devido a seu alto custo de investimento inicial principalmente os painéis fotovoltaicos. No entanto, a energia solar fotovotaica já possui nichos de utilização onde ela é muitas vezes a melhor forma de gerar eletricidade. Instalações remotas onde os custos de extensão de rede elétrica são altos e/ou o número de consumidores é pequeno ou a demanda de eletricidade desses consumidores é baixa.
No meio rural é onde encontramos as melhores possibilidades de utilização da energia solar fotovoltaica. Pequenas residências, bombeamento de água, cercas elétricas, são situações onde os módulos fotovoltaicos já são utilizados. Apesar de ser o estado mais rico da federação, São Paulo possui muitas propriedades rurais sem energia elétrica.Com uma população rural estimada em torno de 5% do total do estado, possui cerca de 400.000 propriedades rurais em 645 municípios, metade sem luz elétrica [1]. A extensão da rede elétrica tem sido a alternativa utilizada para o atendimento dessas propriedades.
Este trabalho foi realizado baseado em uma instalação fotovoltaica autônoma localizada na Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP. O experimento está sendo monitorado com intuito de verificar as reais condições de funcionamento um sistema fotovoltaico na Região das Bacias dos Rios Piracicaba e Capivari no Estado de São Paulo.
LOCALIZAÇÃO
Campinas está localizada na RBPC na latitude 22° 53' 20" S e longitude 47° 04' 40" com área de 887 km2 e altitude média de 680m.
A Região das Bacias dos Rios Piracicaba e Capivari (RBPC) é composta por 56 municípios sendo 52 no Estado de São Paulo e 4 em Minas Gerais. A região está na melhor faixa de insolação do Estado de São Paulo correspondendo a uma radiação anual de 1830 kWh/m2 e um potencial bruto de 6,59 GJ/m2.ano [2].
SISTEMA FOTOVOLTAICO
Um pequeno sistema fotovoltaico composto por 4 módulos de 48 Wp cada foi montado com o intuito de simular as condições de funcionamento de uma pequena residência alimentada por um sistema fotovoltaico. Os dados da energia total produzida pelo sistema durante o dia foram coletados no período de Julho/99 a Maio/00. Esse dados foram então comparados com os dados disponibilizados para a RBPC.
As cargas são compostas por 2 lâmpadas fluorescentes compactas de 15 W que simulam o consumo de energia em iluminação e de um televisor e um ventilador de 19 W que simula o consumo de um refrigerador. A curva de carga diária deste consumo está representada na Figura 1.
O consumo diário destas cargas perfaz 510 Wh. O sistema foi dimensionado utilizando os dados de radiação disponibilizados pelo Centro de Pesquisas Agropecuárias (Cepagri) da Universidade Estadual de Campinas para o ano de 1997 e 1998. A Tabela 1 mostra os valores da radiação total (direta mais difusa) média diária recebida no local.
O valor de radiação – 3,42 horas pico - correspondente ao mês Junho, o mês de menor incidência, foi utilizado para o dimensionamento do sistema. Dessa forma o sistema garante o atendimento das cargas no período do ano de menor produção de energia (inverno) e contará com um superávit nos meses de verão.
Um sistema fotovoltaico deve ser dimensionado também para atender as cargas por um determinado período no qual as condições de insolação local forem insuficientes, ou seja, dias nublados. As baterias devem ser dimensionadas levando em conta este fator. Geralmente toma-se um período de 5 a 10 dias consecutivos nublados nos quais as baterias devem fornecer a energia requisitada pelas cargas [3]. O valor adotado nesse caso foi de 5 dias. Assim foram utilizadas 3 baterias chumbo-ácidas seladas de 12V/100Ah cada perfazendo um banco de baterias de 3,6 kWh com descarga máxima de 70% e rendimento de carga de 80%. O sistema possui também um controlador de carga, para evitar o excesso de carga ou descarga das baterias e um inversor de freqüência para transformar a tensão CC em CA (Figura 2).
RESULTADO OBTIDOS
Os dados aqui analisados correspondem ao período de Julho/99 a Maio/00 (11 meses). Dois gráficos desse período foram escolhidos para ilustrar o comportamento do sistema fotovoltaico.
Na Figura 3 é mostrado o gráfico da produção de energia do sistema e o consumo diário para o mês de Julho de 99. A produção de energia excede o consumo aproximadamente 30%. Pode-se notar também que em apenas 1 dia a produção de energia foi inferior ao consumo.
Já na Figura 4 o gráfico da produção e consumo de energia para o mês de Dezembro de 99, mostra vários dias de déficit de produção de energia. Isso deve-se ao início da estação chuvosa da RBPC que acontece no verão. A Figura 5 ilustra esse fato, onde vê-se maior incidência de dias chuvosos no período referido.
Os quatro módulos fotovoltaicos de 48 Wp cada, produziram, nestes 11 meses, o total de 229,1 kWh, ou 57,27 kWh por módulo e média diária de 173,5 Wh (Figura 6). A energia produzida total por metro quadrado foi de 146,8 kWh. Tomando a média mensal desses 11 meses de 20,9 kWh (Tabela 2), a produção anual ficaria em 250,8 kWhm-2, significando 2500 kWhm-2 de insolação com a eficiência média de conversão fotovoltaica de 10%. O valor de 2500 kWhm-2 é superior àquele previsto pela CESP para a região da RBPC de 1.830 kWhm-2 [2].
O rendimento de conversão do módulo fotovoltaico foi calculado segundo a fórmula (1)
O valor hora pico na Tabela 2, corresponde ao tempo médio diário no qual o módulo fotovoltaico produziu energia com sua potência máxima.
CONCLUSÕES
O rendimento da conversão fotovoltaica do sistema ficou em 85% do valor nominal dos módulos fornecido pelo fabricante. A média diária de produção do módulo fotovoltaico M75 de 48 Wp no período foi de 173 Wh. O valor médio de horas de pico da insolação recebida neste período foi de 4,5. Assim a potência média de pico obtida do painel foi de 38,5 Wp ou 80% de sua potência máxima
Para a escolha do valor da radiação para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico localizado no hemisfério sul do planeta é utilizado os dados de radiação dos meses de inverno nesta parte do globo. Isso é o que foi feito, utilizando os dados de radiação para o mês de Junho, o mês de menor insolação. No entanto, especificamente para a RBPC, verificou-se que apesar da incidência de radiação ser maior nos meses de verão – Janeiro, Fevereiro e Março – a produção de energia pelo sistema fotovoltaico foi menor, devido ao período de chuvas na RBPC.
O número de cinco dias nublados é um valor mínimo típico da literatura de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos para prever a quantidade de acumuladores que será necessário para o sistema suprir a carga no caso de ausência de radiação solar. Na RBPC, no entanto, este valor foi além do necessário, pois não houve um período consecutivo nublado superior a 3 dias. Assim o valor de 5 dias pode ser revisto significando menor custo do sistema, diminuindo a quantidade de baterias necessárias.
De uma maneira geral a RBPC possui muito boas condições para utilização da energia solar fotovoltaica, principalmente pela quantidade de radiação solar que atinge a região, pelo menos é o que foi verificado no período de realização do experimento. A incidência de radiação menor no inverno devido à inclinação do planeta em relação ao Sol é compensada pelo número muito baixo de dias com chuva e consequentemente nublados (Figura 5). O número de dias nublados consecutivos também constatado foi baixo, permitindo que o sistema fotovoltaico necessite de um sistema de armazenamento menor.
AGRADECIMENTOS
À CAPES pelo apoio financeiro e FINEP pelo apoio para compra de equipamentos e ao Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP pelo apoio no desenvolvimento do trabalho.
REFERÊNCIAS
[1] PELEGRINI, M. A., UDAETA M. E. M., RIBEIRO F. S., GALVÃO, L. C. R. Recursos energéticos renováveis não-tradicionais na eletrificação rural do Estado de São Paulo. Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, III, São Paulo: Anais...
[2] CESP Balanço Energético do Estado de São Paulo - 1982 e 1983. Conselho Estadual de Energia/CESP, São Paulo, SP, 1985.
[3] ROBERTS, S. Solar Electricity. Londres: Prentice Hall, 1991. 434 p.
^rND^1A01^nCristiano Augusto da Silva^sFreire^rND^1A01^nPaulo César Marques de^sCarvalho^rND^1A01^nCristiano Augusto da Silva^sFreire^rND^1A01^nPaulo César Marques de^sCarvalho^rND^1A01^nCristiano Augusto da Silva^sFreire^rND^1A01^nPaulo C‚sar Marques de^sCarvalho Comparação de dois modelos de células fotovoltaicas usando dados reais: modelo de dois diodos versus modelo de um diodo e quatro parâmetros
Cristiano Augusto da Silva FreireI; Paulo César Marques de CarvalhoII
IDepto. de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará
IIDepto. de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará, Caixa Postal 6001, Fortaleza, CE, 60455-760, tel: (085) 288.9579 fax:(085) 288.9585
RESUMO
Dois modelos de célula fotovoltaica conhecidos são o modelo de dois diodos e o modelo de um diodo e quatro parâmetros (L4P). O objetivo deste trabalho é fazer uma comparação entre esses modelos com base em dados reais. Os dados foram coletados em 1992 como parte de um projeto de bombeamento de água por energia fotovoltaica em uma comunidade rural no interior do Ceará. Os modelos foram implementados utilizando linguagem de programação do MatLab para construir a curva corrente-tensão de um módulo fotovoltaico e para estimar a corrente do arranjo completo tendo como entradas a radiação solar, a temperatura da célula e a tensão do arranjo. O erro médio quadrático calculado com base em dados de um mês de medição foi de 17.1% para o modelo L4P e de 10.1% para o modelo de dois diodos. Dos resultados obtidos, conclui-se que o modelo de dois diodos apresenta resultados dentro do que se espera de modelos que não incluem correção espectral nem correção de ângulo de incidência solar. Já o modelo L4P permite apenas uma previsão grosseira do dimensionamento de uma instalação embora apresente a vantagem de necessitar apenas de dados do fabricante.
Palavras-chave: Energia solar, sistemas fotovoltaicos, modelagem, simulação.
ABSTRACT
Two already known photovoltaic cell models are the two diode model and the one diode and four parameters model. The purpose of this work is to compare these models regarding real data collected in a photovoltaic water pumping project runned in a rural community in the state of Ceara. The models were performed in MatLab programming language in order to build the photovoltaic module IV curve and estimate the full array current given the solar radiation, cell temperature and array voltage. The root mean square error calculated on a one month basis was 17.1% in the L4P model and 10.1% in the two diode model. One concludes from the results that the two diode model produces results as good as expected from models which do not consider spectral correction neither solar incidence angle correction. Moreover, one sees that the L4P model can just be used as a rough instalation dimension prediction tool although it has the advantage of requesting only manufacturer data to be performed.
INTRODUÇÃO
Um modelo é escolhido para representar um sistema, em determinado estudo ou trabalho, de acordo com a complexidade de sua implementação e a exatidão dos resultados desejadas. Também leva-se em conta o tipo de resposta que se deseja obter com o modelo. Se a resposta dinâmica em um estudo de transitórios ou a resposta estática de regime, por exemplo. O modelo deve ser capaz de apresentar resultados aproximadamente iguais a dados reais obtidos em experimentos já realizados bem como prever, satisfatoriamente, saídas para determinadas entradas.
Dois modelos de células fotovoltaicas inicialmente desenvolvidos e hoje bastante conhecidos são o modelo de dois diodos e o modelo de um diodo. Uma abordagem simplificada deste último é o modelo de um diodo e quatro parâmetros (L4P) encontrada em (TOWNSEND, 1989). Ambos são modelos reduzidos de parâmetros concentrados e utilizados para estimar a energia a ser fornecida por uma instalação fotovoltaica e seu rendimento. Cada um desses modelos tem dificuldade de implementação e precisão de saída próprios. Comparar-se-á os resultados obtidos com os dois modelos quando confrontados com dados reais, procurando identificar as vantagens de um modelo sobre o outro.
Essa pesquisa se insere, em um contexto mais amplo, no projeto de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos que tem como objetivo dessalinizar água salobra de poços, por meio da energia solar, para torná-la apropriada ao consumo humano. Esse projeto constitui uma alternativa para o fornecimento de água potável em comunidades rurais sem rede de energia elétrica. Destaca-se sua aplicabilidade no interior do nordeste brasileiro onde a predominância de solo cristalino faz com que a água de poços apresente índice de salinidade superior ao admitido (CARVALHO, 2000). O projeto é financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pelo Banco do Nordeste (BNB).
MODELO DE UM DIODO E QUATRO PARÂMETROS
Um modelo concentrado que representa toda a curva corrente-tensão de uma célula fotovoltaica, e não apenas a região próxima ao ponto de potência máxima é o modelo de um diodo e quatro parâmetros. O circuito equivalente deste modelo é mostrado na figura 1.
IL é a corrente de fótons e, com ótima aproximação, varia em proporção direta com a intensidade de radiação solar incidente. Também varia linearmente com a temperatura da célula e depende do material e do processo de fabricação. ID representa a característica de corrente de diodo das células fotovoltaicas. RS é a resistência série da célula. Esta resistência encontra-se, na realidade, distribuída na superfície e contatos metálicos da célula. V e I são a tensão nos terminais da célula e a corrente de saída da mesma. RL representa a carga conectada à célula.
A corrente I no circuito é dada pela equação (1) a seguir.
onde:
I0 é a corrente de saturação reversa
q é a constante de carga do elétron (1,602 x 10-19 C)
k é a constante de Boltzmann (1,381 x 10-23 J/K )
TC é a temperatura da célula
g é igual a (A . NCS)
A é o fator de forma (igual a 1 para célula ideal)
NCS é o número de células em série
Os quatros parâmetros do circuito são:
IL = corrente de fótons
I0 = corrente reversa de saturação
g = A . NCS
RS = resistência série
Três pontos conhecidos da curva IxV da célula fotovoltaica são usados para calcular os parâmetros desejados: o ponto da corrente de curto-circuito, o ponto da tensão de circuito aberto e ponto de máxima potência. Como são quatro os parâmetros a serem encontrados, é necessário uma outra relação entre eles. Essa relação é a expressão analítica da tensão de circuito aberto Voc em termos de Rs e dos pontos da curva já conhecidos, Imp, Vmp e Isc. Diferenciando esta expressão com respeito à temperatura da célula, obtém-se o coeficiente de temperatura da tensão de circuito aberto, m voc, em função de Rs. Utiliza-se então um algoritmo de busca com valores de Rs variando entre um mínimo e um máximo até que se obtenha o valor de m voc dado pelo fabricante. O valor mínimo de Rs é zero ohms e o máximo é dado por um limite físico imposto por outro parâmetro do módulo, g. Rs varia inversamente com g, e g possui um limite mínimo de NCS (A=1). Obtido Rs, restam três parâmetros para três pontos conhecidos da curva.
Para este circuito equivalente, não é necessário atribuir valores arbitrários a qualquer parâmetro. Todos são obtidos a partir das informações do fabricante.
Uma vez encontrados os quatro parâmetros procurados, eles são substituídos na equação (1) que representa a curva IxV nas condições de referência de temperatura da célula e irradiação. Para obter a característica da célula em outros valores de temperatura e irradiação usam-se as equações (2) e (3).
onde:
,REF irradiação na condição nova e na de referência (W/m2)
IL REF = corrente de fótons nas condições de referência (A)
µisc = coeficiente de temperatura da corrente de curto-circuito (A/graus)
TC, TC REF = temperatura da célula na condição nova e na de referência.
onde:
D = fator de difusão do diodo (aproximadamente constante)
eg = banda de energia do material (1,12 eV para o silício e 1,35 para o GaAs).
MODELO DE DOIS DIODOS
O modelo de dois diodos completo inclui resistência série e resistência paralelo. O circuito equivalente pode ser visto na figura 2 (SCHUMACHER, 1991). A relação entre a tensão Uc de uma célula de um módulo fotovoltaico e a densidade de corrente j da célula é dada pela equação (4).
onde:
rs é resistência série da célula.
rsh é a resistência paralelo da célula.
a é o parâmetro do primeiro diodo (igual a 1).
b é o parâmetro do segundo diodo (igual a 2).
TC é a temperatura da célula.
e0 é a carga do elétron
k é a constante de Boltzmann.
j01, j02 representam as densidades de corrente de saturação dos diodos do modelo.
As densidades de corrente de saturação são dadas pelas equações (5) e (6).
onde:
C01 é o coeficiente da densidade de corrente de saturação do primeiro diodo.
C02 é o coeficiente da densidade de corrente de saturação do segundo diodo.
eg é a banda de energia do material.
A corrente de fótons é dada por:
onde:
C0 é o coeficiente da densidade da corrente de fótons.
C1 é o coeficiente de temperatura da densidade de corrente de fótons.
F é a irradiação solar
Finalmente, a tensão e a corrente do módulo fotovoltaico completo são:
onde:
Ac é a área de uma única célula.
Ns é o número de células em série do módulo (para um arranjo de mais de um módulo, considerar as células de todos os módulos).
Np é o número de células em paralelo do módulo (para um arranjo de mais de um módulo, considerar as células de todos os módulos).
DADOS REAIS
A tabela 1 relaciona as quatro grandezas que são utilizadas como entradas dos modelos e como referência para validação dos mesmos. Os dados usados nas simulações foram coletados em maio de 1992 como parte do projeto, iniciado em 1989, de bombeamento de água por energia fotovoltaica para a comunidade rural da localidade de Lagoa das Pedras, interior do Ceará. Esse projeto, executado pela GTZ alemã (Sociedade Alemã para Cooperação Técnica) em parceria com a COELCE (Companhia de Eletricidade do Ceará), contemplou quatro outras localidades com o mesmo sistema composto por geradores fotovoltaicos, seguidor de máxima potência, inversor ,bomba submersa e sistema de aquisição de dados. O arranjo fotovoltaico completo da instalação do projeto é constituído por um total de dezesseis módulos conectados em dois grupos de oito módulos em série, estando esses dois grupos ligados em paralelo. O módulo usado é o M50-S, de 50Wp, da Siemens. A saída do arranjo é então conectada ao conjunto seguidor de máxima potência-inversor (TEGETHOFF, 1995).
SIMULAÇÃO
Foram implementados os modelos de dois diodos e L4P utilizando a linguagem algorítmica de programação do MatLab versão 4.2. para construir as curvas de corrente por tensão e potência por tensão do módulo e para estimar a corrente do arranjo completo dados radiação solar, temperatura da célula e tensão do arranjo. Finalmente, a simulação calcula o erro entre os valores estimados por cada modelo e o valor medido da corrente.
No modelo L4P foi usado um mecanismo de busca binária para encontrar o valor de Rs que correspondesse ao coeficiente de temperatura da tensão de circuito aberto, m voc, dado pelo fabricante. Para encontrar a corrente do arranjo foi usado em ambos modelos o método iterativo de Newton-Raphson.
Foram considerados os dados com radiação solar medida maior que 100 W/m2 pois em valores de radiação menores encontram-se muitas medidas de tensão e corrente incoerentes e que levam a erros de até 70% em ambos os modelos.
A figura 3 mostra a curva corrente-tensão e a curva de potência pela tensão do módulo fotovoltaico obtidas pelo modelo de dois diodos. A figura 4 mostra essas curvas, para o mesmo módulo, agora construídas pelo modelo de um diodo e quatro parâmetros. Note-se nas figuras 3 e 4 que a escala de potência está dividida por dez para possibilitar sua visualização junto das curvas de corrente.
Na figura 5, tem-se uma comparação dos dois modelos pela exibição, no mesmo par de eixos, das curvas de corrente pela tensão do mesmo módulo fotovoltaico, M50-S, obtidas com cada um deles.
O erro médio quadrático, Erms, dado pela expressão (8), entre as correntes, estimada e medida, do arranjo, foi calculado com base em dados de um mês.
O resultado está na tabela 2.
CONCLUSÃO
As curvas das figuras 3 e 4 mostram que ambos os modelos estimam com exatidão a corrente de curto-circuito (Isc=3.1 A) mas que apenas o modelo L4P estimou a tensão de circuito aberto (Voc=21.5 V) acertadamente. Quanto à região vizinha ao ponto de potência máxima (Mpp), vê-se pela figura 5 que os modelos apresentaram resultados bastante próximos. A diferença entre as tensões de potência máxima encontradas com os modelos foi de apenas 1,4%.
O erro, em torno de 10%, do modelo de dois diodos está dentro da espectativa de erro dos modelos que não incluem correção espectral nem correção do ângulo de incidência (KING, 1996). No entanto, sua implementação requer o conhecimento de parâmetros não fornecidos pelos fabricantes. Estes valores foram retirados do manual do INSEL reproduzido em (TEGETHOFF, 1995). Nem todos os módulos existentes no mercado, porém, estão incluídos naquele programa.
Já o erro de 17% obtido com o L4P só permite uma estimativa grosseira do dimensionamento de uma instalação fotovoltaica. Sua grande vantagem está no fato de se necessitar apenas de dados encontrados atualmente em praticamente todos catálogos de fabricantes.
AGRADECIMENTOS
Apresentamos nossos agradecimentos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e ao Banco do Nordeste (BNB) que juntos financiam integralmente o projeto de osmose reversa acionada por painéis fotovoltaicos no qual esse trabalho se insere.
REFERÊNCIAS
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[5] King, David L.:Photovoltaic Module and array performance characterization methods for all system operating conditions; NREL/SNL Program Review, AIP press, 1996.
Endereço para correspondência
Cristiano Augusto da Silva Freire
e-mail: cristiano@gpec.ufc.br, e-mail: cristiano@funceme.br
Paulo César Marques de Carvalho
e-mail: carvalho@dee.ufc.br
Shell Solar: eletrificação rural e desenvolvimento sustentátel
Mário Sergio Cassoli Dias
Shell Brasil S.A., Rua Gomes de Carvalho, 1356 13o. andar CEP 04547-005 São Paulo, SP, tel: (0XX11) 3049-6058 fax: (0XX11) 3049-6031
RESUMO
Dentre as revoluções que a Shell traz para o mercado está o conceito PowerhouseTM. Este conceito permite a eletrificação de comunidades absolutamente remotas e desassistidas através de equipamentos especialmente desenvolvidos pela Shell que utilizam energia solar fotovoltaica como fonte primária. Cada usuário recebe um equipamento individual constituído por um SHS típico (módulo solar, bateria, suporte, lâmpadas, BOS, etc...) mais o revolucionário sistema de coleta de cartões. Por meio deste sistema o usuário paga mensalmente uma pequena tarifa pela energia gerada pelo módulo solar usando para isto um cartão de pré-pagamento, similar a um cartão telefônico. Durante trinta dias o cartão, que é inserido na máquina da Shell, libera energia para o usuário dispor de 4 lâmpadas eficientes e duas tomadas (TV + rádio). Ao final deste período o usuário deve adquirir um novo cartão para continuar a desfrutar da energia gerada, caso contrário a máquina corta automaticamente a saída para o consumo. Tudo foi devidamente concebido para respeitar a capacidade e desejo de pagamento dos usuários em sua realidade local. Durante a fase de avaliação da comunidade é determinado exatamente quanto cada usuário poderá dispor e é baseado nisto que a Shell estabelece o valor da tarifa mensal. O projeto é viável comercialmente e contribui para redução da emissão de dióxino de carbono na atmosfera, principal resíduo encontrado na queima de combustíveis fósseis, e principal recurso utilizado pos estas comunidades para suas necessidades energéticas. A proposta da Shell é fazer com estas populações substituam a queima de combustíveis fósseis por um sistema solar, limpo e eficiente, pagando por isto exatamente o que elas já gastavam com óleo diesel, querosene para lamparina, parafina, pilhas, recarga de baterias, etc.
Palavras-chave: PowerhouseTM, Eletrificação Rural, Energia Solar; Desenvolvimento Sustentável
ABSTRACT
Shell is bringing to the market the revolutionary Powerhouse concept. This concept shall allow rural electrification of remote communities through a equipment specially researched and manufactured by Shell using photovoltaic solar devices as primary source of energy. Each villager (end user) receives a individual Solar Home System (solar module, deep-cycle battery, fixture, lamps and BOS) plus a pre-payment device reader. Through this system, named Powerhouse, every villager pays monthly basis a fee by the energy generated using for this purpose a magnetic card, like those ones used in public phones. During a period of 30 days the Powerhouse releases energy to the end user turn on four DC high efficient lamps plus two plugs for a W&B TV and a AM/FM radio. At the end of 30 days the users should buy another magnetic card in order to allow the machine to keep going normally, otherwise the Powerhouse shall cut off the supply of energy automatically. All the concept has been managed to respect the affordability and willingness of each community. The fee value is based on a technical assessment conducted in each village for perfect match of their economical capabilities and further social aspects. The project is economically viable and offers a real contribution for emission reduction of carbon dioxide in the atmosphere, the main dusty found in fossil fuel combustion. Fossil fuels are still used as major source of energy in rural villages around world. The Shell's proposal shall be convince the villagers to exchange fossil fuels energy to a clean and efficient solar home system. The householders shall pay exactly what they already spend with diesel, querosene for candles, paraffin and battery recharge.
DEFINIÇÃO
Energia solar fotovoltaica é a conversão da energia solar radiante em energia elétrica corrente contínua. O seu aproveitamento vem sendo estudado desde o final do século passado, quando foi pela primeira vez observado o fenômeno de fotosensibilidade de determinados materiais, ou seja, o aparecimento de corrente elétrica na superfície de materiais que eram expostos à radiação solar. Foram necessários quase 50 anos para que o primeiro dispositivo fotovoltaico fosse concebido, o que aconteceu quase simultaneamente com outro renomado dispositivo, o transistor. Ambos são pastilhas de silício semicondutoras devidamente constituídas para formarem regiões tipo P e tipo N, que se diferem basicamente pelo nível de dopagem e pela configuração física. No caso da célula solar fotovoltaica a constituição eletrônica permite que quando a célula for atingida por radiação solar elétrons se desprendam da superfície e então parte desta energia pode ser aproveitada num circuito elétrico.
HISTÓRICO
O nascimento da primeira célula solar na década de 50 representou um marco na indústria eletrônica e teve contribuição relevante no programa espacial dos EUA e antiga URSS, onde foram utilizadas pela primeira vez em aplicações reais para energização dos primeiros satélites lançados no espaço. Não fosse o custo extremamente elevado das células solares (cerca de USD 70.00/Wp) seria bastante provável que as aplicações com energia solar fotovoltaica tivessem ganhado impulso para aplicações terrestres ainda nesta época. Foi somente na década de 70 que a energia solar voltaria às manchetes de jornal com a ocorrência da crise do petróleo. Nesta época inúmeras empresas do segmento petrolífero iniciaram atividades de pesquisa e desenvolvimento em energia solar fotovoltaica prevendo um colapso no abastecimento mundial de petróleo. Com a escassez anunciada do ouro negro seria necessário encontrar outra fonte de energia que pudesse susbstituí-la e acreditava-se que a energia solar poderia ser uma alternativa viável se fabricada em larga escala. A crise do petróleo, entrentanto, teve duração muito curta, o que impediu um maior desenvolvimento da indústria de energia solar. Muitas das empresas se desfizeram de suas áreas de desenvolvimento. Outras mantiveram o interesse pela energia como atividade de desenvolvimento com enorme potencial futuro.
Com a redução de custos de fabricação e a utilização de novos materiais foi possível reduzir o preço da energia solar por um fator de 10, o que permitia já no início da década de 80 introduzir a energia solar de forma competitiva em inúmeras aplicações terrestres, muitas delas num primeiro momento para utilização em localidades afastadas para energização de dispositivos de telecomunicação ou coleta de dados. A seguir vieram as aplicações para geração de energia e logo após para bombeamento d'água. Não pode-se esquecer de mencionar também o enorme impulso dado pela indústria eletro-eletrônica japonesa com o lançamento das conhecidas calculadoras solares. As pequenas células solares de silício amorfo utilizadas nas calculadoras, se somadas em termos de potência, representavam no final da década de 80 praticamente o mesmo volume de todos os módulos solares já fabricados até então para outras aplicações.
A década de 90 marca o início do desenvolvimento acelerado da indústria fotovoltaica. Visando ampliar os horizontes para utilização em massa da energia solar como opção energética inúmeros programas mundiais foram lançados para demonstração da viabilidade técnica-comercial da energia solar fotovoltaica em projetos de eletrificação rural em países em desenvolvimento. Cria-se o conceito de SHS (Solar Home System), um kit composto por um módulo solar, uma bateria e demais acessórios que podia substituir com vantagens os combustíveis tradicionais utilizados ainda por milhões de pessoas em todo o mundo para geração de eletricidade. Estimativas levam a crer que cerca de 30% da população mundial, algo como 2 bilhões de pessoas, ainda vivam nestas condições, dependendo de carvão ou biomassa tradicional para cozinhar alimentos e usando velas, pilhas, querosene e diesel para geração de eletricidade.
As projeções a médio e longo prazo apontam para uma evolução rápida e consistente do mercado de energia solar. Grandes grupos industriais do segmento solar fotovoltaico já anunciaram investimentos expressivos em desenvolvimento e pesquisa. Acredita-se que o custo de fabricação poderá ser reduzido a um quinto do que é hoje nos próximos 10 anos com a utilização de novas tecnologias. A nova frente tecnológica almeja transformar o atual processo fabril, complexo e com inúmeras etapas de fabricação, em um procedimento de revestimento de superfícies com elementos fotosensíveis, o que fará possível a utilização de energia solar fotovoltaica em larga escala para por exemplo revestimento de fachadas de prédios. O gráfico 1 representado abaixo, elaborado pela Shell, dá uma dimensão da relevância que a energia solar terá na matriz energética mundial no ano de 2060, representando quase 25% de toda a energia consumida no mundo.
A exaustão de recursos naturais fósseis (petróleo e gás) e a crescente preocupação mundial com o acúmulo de gás carbônico na atmosfera são fatores que contribuem fortemente para o desenvolvimento exponencial da energia solar. A eletrificação rural com energia solar será uma realidade em milhares de localidades remotas, levando desenvolvimento social e econômico para populações completamente isoladas do mundo. Numa fase seguinte veremos a chegada na energia solar nas regiões urbanas, o que já acontece hoje de maneira embrionária em países como Japão, EUA e Europa, em sistemas conectados à rede elétrica (Grid Connection). Nestes sistemas cada casa, prédio, armazém poderá ser um auto-produtor de energia elétrica, vendendo a energia gerada pelos painéis solares para a concessionária local. Países como a Alemanha inclusive já dispõem de legislação própria que incentiva a instalação de painéis solares sobre os telhados das casas em áreas urbanas. O governo alemão recentemente anunciou um programa para implantação de 100 mil telhados com energia solar. Projetos semelhantes vem sendo conduzidos no Japão e Estados Unidos.
ELETRIFICAÇÃO RURAL
Eletrificação rural sempre foi e sempre será vista como uma atividade absolutamente marginal dentro do sistema elétrico dos países em desenvolvimento, entre eles o Brasil. Isto ocorre pois a oferta de energia elétrica para áreas rurais é invariavelmente deficitária, seja pelo alto custo de manutenção do sistema, seja pelo baixo consumo verificado pelos usuários ou seja pela complexidade de atendimento e cobrança de tarifas. A somatória destes fatores obrigam manter o atendimento dos usuários rurais de forma subsidiada, com caráter assistencialista, o que do ponto de vista comercial das concessionária energia é algo impensável. A ampliação da malha rural só é obtida através de programas igualmente subsidiados.
O anúncio do governo brasileiro no início de 2000 durante o lançamento do Programa "Luz no Campo", que almeja eletrificar 1 milhão de propriedades rurais nos próximos 3 anos é uma prova incontestável da preocupação com o desenvolvimento social e econômico das regiões mais desassistidas do território nacional. No entanto o programa atenderá somente de 15 a 20% da totalidade de comunidades que encontram-se hoje sem eletricidade no Brasil, que segundo dados do próprio Ministério de Minas e Energia atinge patamares da ordem de 6 milhões de propriedades rurais. A parte mais expressiva das propriedades rurais sem energia está localizada em áreas absolutamente remotas onde as linhas rurais encontram-se a dezenas de quilometros de distância.
A extensão de rede elétrica é uma solução viável somente para as propriedades que encontram-se próximas de alguma linha rural já existente. Em muitos destes casos bastará à concessionária de energia fazer a instalação do medidor elétrico ou esporadicamente de um transformador. Um universo muito grande de propriedades continuará sem energia pois será impraticável a utilização da extensão de rede como alternativa para eletrificação rural. Para as propriedades mais afastadas a única alternativa será a utilização de fontes renováveis de energia, que podem ser obtidas pontualmente e de forma descentralizada. Entre as alternativas comerciais existentes as mais conhecidas são biomassa, energia solar, eólica e pequenas turbinas hidráulicas. Determinadas particularidades restringem a aplicação de algumas destas fontes energéticas para uso em eletrificação rural pois é impossível coincidir a disponibilidade do recurso energético (queda d'água, ventos constantes ou matéria orgânica) com a necessidade de demanda por energia elétrica. Das fontes renováveis com uso comercial somente a energia solar fotovoltaica reune todas as caracterísiticas necessárias para ser utilizada em larga escala como alternativa para eletrificação rural. As suas características mais marcantes são:
• Utiliza-se sistema padrão que pode ser replicado com facilidade;
• Pulverização das propriedades facilita a introdução de unidades de geração solar independentes – cada usuário é um autoprodutor de sua energia básica;
• Satisfação do usuário (Obs: deve-se entender que a grande maioria das propriedades rurais tem um demanda baixa por energia, inferior a 10kWh/mês, o que justifica a introdução de Solar Home Systems como fonte de geração de energia);
• Facilidade de instalação e transporte para regiões remotas;
• Disponibilidade de energia 100%;
• Alta confiabilidade e baixa manutenção
• Solução economicamente sustentável para propriedades distantes a mais de 2km da rede elétrica.
EXPERIÊNCIAS MUNDIAIS
Eletrificação rural utilizando energia solar vem sendo testada como alternativa a anos em países da África e Ásia e até mesmo no Brasil. São inquestionáveis as vantagens do uso da energia solar como fonte geradora de eletricidade em aplicações remotas, porém projetos só podem alcançar o êxito completo se forem conduzidos em bases sustentáveis e economicamente rentáveis. Todos os projetos levados a cabo na década de 90 foram ancorados em ajuda humanitária, com perfil absolutamente assistencialista, onde os equipamentos muitas vezes eram doados pelos países produtores (política de aproximação) para instalação em comunidades que sequer sabiam o que era uma lâmpada eficiente em corrente contínua. O resultado final foi o sucateamento das instalações, vandalismo, quebra dos equipamentos, falta de manutenção, e obviamente a insatisfação dos usuários que se viram novamente sem energia. Aos olhos da comunidade internacional energia solar era algo que não funcionava, porém o erro estava na concepção dos projetos.
A única maneira de conduzir um projeto de eletrificação rural com energia solar em larga escala é fazer com que o usuário que receba o equipamento valorize o que está recebendo, e mantenha o equipamento como se fosse um objeto pessoal de sua propriedade. Para se alcançar esta premissa é necessário introduzir um sistema de cobrança pela utilização do sistema solar. O pagamento mensal de uma tarifa, a exemplo do que é feito com os consumidores urbanos, é o elo que une o funcionamento do equipamento com a valorização da energia utilizada. A solução parece simples mas a aplicação em campo mostra-se extremamente complicada em projetos de eletrificação rural de larga escala. As propriedades rurais mais afastadas estão distribuídos geograficamente de forma bastante pulverizada, quase sempre com acesso difícil ou até mesmo inexistente e além disso não possuem endereço. A cobrança através de uma conta é simplesmente impossível e a cobrança através de portador é inviável pois se perderiam semanas para identificar e coletar a tarifa de todos os usuários.
Para se resolver este problema era fundamental desenvolver um sistema que pudesse fazer a tarifação das unidades instaladas de forma remota. De todos os sistemas desenvolvidos nesta linha de raciocínio o mais bem sucedido foi o PowerhouseÔ , concebido pelo Shell International Renewables, divisão do Grupo Shell. O sistema é simplesmente revolucionário e apresenta características acessórias que o constituem no único sistema confiável e funcional para introdução de sistemas solares fotovoltaicos em projetos de eletrificação rural.
SHELL SOLAR - POWERHOUSEÔ
Shell Solar é uma empresa da pelo Shell International Renewables, especializada no desenvolvimento e fabricação de módulos solares fotovoltaicos. Foi criada em 1985 com uma pequena unidade industrial em Helmond – Holanda. Recentemente inaugurou uma outra fábrica na Alemanha, na cidade de Gelsenkirschen, considerada a maior e mais moderna fábrica de células e módulos solares do mundo. A Shell definiu energia solar como uma de suas prioridades a médio-longo prazo e a expansão de suas atividades na área de renováveis vai se ampliar gradualmente. Já foram anunciados investimentos de US$ 500 milhões para os próximos 3 anos, e parte destes recursos serão utilizados para alanvancar projetos de eletrificação rural em países em desenvolvimento.
O PowerhouseÔ é o dispositivo desenvolvido pela Shell Solar que torna possível o atendimento de propriedades rurais sem energia através de um conceito revolucionário de pré-pagamento, respeitando a capacidade e as limitações de pagamento dos usuários. O PowerhouseÔ torna possível ainda transformar a energia solar em uma atividade sustentánvel, onde o custo de implantação do projeto é amortizado única e exclusivamente com as receitas observadas da cobrança de tarifas mensais de cada usuário. Isto faz com que cada vez menos se dependam de subsídios dos governo para atendimento de comunidades desassistidas de energia, e além disso abrem-se oportunidades para financiamento através de instituições bancárias para novos projetos de eletrificação rural utilizando o PowerhouseÔ . A Shell acredita ser possível atender milhões de propriedades rurais sem energia utilizando o conceito do PowerhouseÔ .
O PowerhouseÔ é um Solar Home System típico, constituído por um módulo solar fotovoltaico Shell, de tecnologia policristalina de alta eficiência, com 50Wp de potência nominal, uma bateria de ciclo profundo com 100Ah de capacidade, quatro lâmpadas fluorescentes compactas de 9W, duas tomadas para compartilhar o uso de um televisor P&B e/ou um rádio AM/FM, um jogo de acessórios (cabos, suportes, etc...) e o revolucionário sistema de bilhetagem e controle. O sistema de bilhetagem foi especialmente projeto pela Shell para permitir a cobrança remota de cada um dos usuários. Através de um cartão magnético o usuário aciona o PowerhouseÔ , que a partir daí libera energia para as necessidades do usuário (um trabalho prévio de conscientização das comunidades é realizado para esclarecer as limitações do sistema e como operar a máquina). O cartão magnético tem duração de um mês. O saldo de dias pode ser acompanhado pelo usuário através de um indicador acoplado no PowerhouseÔ . Ao final dos 30 dias a máquina automaticamente corta o fornecimento de energia, obrigando o usuário a adquirir um novo cartão magnético. O cartão magnético é disponibilizado em locais de venda próximos às comunidades, geralmente em pontos de venda já utilizados pelos moradores para compra de utensílios básicos e alimentos. O PowerhouseÔ possui ainda sistemas especialmente desenvolvidos para evitar furto de energia através de gambiarras e bypass do módulo solar ou troca da bateria. Todos os componentes se comunicam entre si. Caso o usuário rompa o lacre do PowerhouseÔ para trocar a bateria por outra automaticamente o sistema corta o fornecimento de energia, o mesmo ocorrendo caso o usuário queira utilizar um outro módulo solar que não seja o original fornecido com o conjunto. O sistema é revolucionário e os resultados alcançados até o presente momento são fantásticos. Um esboço do equipamento está apresentado na figura 2 abaixo:
PARCERIA SHELL – ESKON – ÁFRICA DO SUL
A África do Sul foi o país escolhido pela Shell International Renewables para acolher o primeiro grande projeto de eletrificação rural utilizando o conceito PowerhouseÔ . Foi celebrada uma joint venture com a holding de energia elétrica da África do Sul, chamada Eskom, com apoio irrestrito do governo de Nelson Mandella, para implantação de 50.000 casas/propriedades rurais utilizando o PowerhouseÔ . O projeto tem como objetivo também sensibilizar a comunidade financeira internacional para a necessidade de abertura de novas linhas de financiamento para projetos deste gênero, inexistentes até o presente momento. Passados dois anos do início do projeto pode-se afirmar que todas os resultados alcançados superaram as expectativas iniciais da Shell, tanto em termos de satisfação dos usuários, como em termos de resultados financeiros. O nível de inadimplência no período foi inferior a 1% e não foram observados problemas de furto de equipamentos e demais problemas no funcionamento do PowerhouseÔ . No projeto africano foi definido através de um estudo sócio-econômico que o valor ideal para cobrança pela utilização do PowerhouseÔ deveria ser a soma de todos os gastos efetuados pelas famílias com outros energéticos. Foi verificado que cada família dispendia por mês uma quantia equivalente a US$ 8,00 para compra de velas, querosene, diesel, pilhas e recarga de bateria para suas necessidades energéticas básicas. Foi baseado neste valor que a Shell-Eskon definiram o valor da tarifa básica para utilização do PowerhouseÔ . Os ótimos resultados alcançados na primeira fase do projeto lançaram sementes para a ampliação do projeto para 100.000 casas.
CONCLUSÃO
A iniciativa da Shell em projetos de eletrificação rural é a maior demonstração do valor e tratamento adequado que se deve dar a energia solar fotovoltaica. Ao longo dos últimos 20 anos o que viu foi a multiplicação de projetos de fomento assistencialistas que nasciam mortos por não serem sustentáveis. A proposta da Shell é fazer com que aqueles que precisem de energia possam utilizar um sistema solar moderno e de alta confiabilidade que susbstitua com vantagens os recursos utilizados por estas populações até hoje, como querosene, diesel e parafina. Outro compromisso assegurado pelo PowerhouseÔ é que o valor da tarifa a ser cobrada nunca ultrapasse o limite disponível pelas famílias atendidas.
Inúmeros outros projetos da Shell estão em fase de pré-implantação na China, Indonésia, Sri-Lanka e Índia utilizando o mesmo conceito do PowerhouseÔ . Totalizados representam quase 250.000 casas a serem atendidas com energia solar fotovoltaica. São projetos sustentáveis e que serão conduzidos com absoluta convicção dos resultados a serem alcançados. A Shell entende que será enorme a contribuição da energia solar para estas comunidades do ponto de vista de desenvolvimento social e de acesso à educação através de programas educativos a serem transmitidos por televisão ou rádio. O desenvolvimento proporcionado pela energia solar permitirá a estes usuários desenvolverem novas técnicas de plantio e irrigação (que também pode ser feita através de energia solar), aumentado consequentemente suas receitas mensais e incentivando o comércio local. Acredita-se que a médio prazo já seja viável para a concessionária oferecer energia através de extensão de rede para as comunidades previamente atendidas com energia solar, uma vez que os consumidores já poderão justificar um consumo maior de energia para acionamento de motores e demais equipamentos elétricos. E num futuro não muito distante estas mesmas propriedades que foram um dia atendidas com energia solar para suas necessidades básicas poderão instalar módulos fotovoltaicos (ou manter aqueles que já foram utilizados) em sistemas conectados a rede elétrica, vendendo a energia gerada para a concessionária local. Afinal o sol brilha para todos...
REFERÊNCIAS
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[3] Renewable Energy World Magazine; Energy stores to sell PV products in India: A first investment for PVMTI, volume 3 no. 2, 2000
[4] Shell International Renewables website: www.shell.com
[5] Shell Foudation website: www.shellfoudation.com
Endereço para correspondência
Mário Sergio Cassoli Dias
mario.cassoli@shell.com.br
Capacitação e assistência técnica: componentes críticos na sustentabilidade de sistemas fotovoltaicos autonômos
Heitor S. Costa; Myriam Eck; Gérson F. Silva; Quézia F. Silva; Ricardo B. Pimentel; Rusângela R. Guido; Cristiane A. Pereira; Kássia M. Araújo
Universidade Federal de Pernambuco, Departamento de Engenharia Elétrica e Sistemas de Potência, Núcleo de Apoio a Projetos de Energias Renováveis, 50.740-540, Recife, PE
RESUMO
Implantar um programa de eletrificação rural com tecnologia solar fotovoltaica é uma tarefa complexa, pois implica antecipar e resolver problemas de caráter técnico, econômico, social, político e gerencial. Ao analisar países que contam com programas de disseminação da tecnologia fotovoltaica, como a Argentina, Bolívia, Equador, Filipinas, Indonésia, México, Peru, República Dominicana, Ski Lanka, Tailândia, entre outros, fica evidente a importância da participação dos usuários no processo, diferentemente do que ocorre no processo tradicional de eletrificação pela rede. Dois fatores são críticos para o bom êxito destes programas: a capacitação e a assistência técnica. A capacitação de diversos atores: usuários (manejo apropriado), técnicos (eletricista solar), dirigentes das associações de usuários (gestão técnica, financeira e administrativa), têm papel fundamental para garantir o bom funcionamento destes sistemas, ou seja, do serviço elétrico prestado. As responsabilidades quanto à assistência técnica é outro fator determinante para a sustentabilidade dos sistemas fotovoltaicos autônomos. Dois níveis de manutenção são definidos: preventivo e corretivo. Neste trabalho são descritas as ações desenvolvidas, no que se refere à assistência técnica e à capacitação, no Programa de Eletrificação Solar com Energia Solar Fotovoltaica (PERESF), coordenado pelo Núcleo de Apoio a Projetos de Energias Renováveis (NAPER) na região semi-árida do Estado de Pernambuco.
Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica, Eletrificação rural, Sustentabilidade.
ABSTRACT
Implementing a rural electrification program with photovoltaic solar technology is a highly complex task since it implies in anticipating and solving problems, where multiple aspects (technical, economic, social, political and managerial) are intertwined. From the analysis of countries which have programs for the dissemination of the photovoltaic technology, like Thailand, Equador, Argentina, Bolivia, Peru, Mexico, The Phillipines, Indonesia, Sri Lanka, Dominicane Republic among others, the relevancy of the users participation in those programs becomes quite evident. This is very different from the traditional electrification process through wire networks. Two factors are critical for the success of those programs. Firstly, we consider the technical capacitation and technical assistance. The capacitation of a diverse set of actors, users (appropriate handling), technicians (solar electricians), managers from user associations (technical, financial and administrative management), plays a fundamental role for the assurance of a reasonable functioning of the photovoltaic solar systems, i.e., the assurance of a good electric service. The other determinant factor is the sustainability of the autonomous photovoltaic systems. Two levels of maintenance are defined: predictive and corrective. In this work we describe actions developed in the direction of the technical assistance and capacitation (broad sense) for the PERESF (Program for the Solar Electrification with Photovoltaic Solar Energy), managed by NAPER (Núcleo de Apoio a Projetos de Energias Renováveis), in semi-arid region of the state of Pernambuco.
Keywords: Photovoltaic solar energy, rural electrification, sustainability.
1. INTRODUÇÃO
A utilização da energia solar fotovoltaica para eletrificação no meio rural, está sendo bem sucedida em vários países. No Nordeste do Brasil, o Sol brilha em torno de 3.000 horas por ano e o aproveitamento deste recurso natural está ocorrendo em comunidades rurais do Semi-Árido, através da implantação de projetos voltados principalmente para o bombeamento de água e a eletrificação de residências, escolas, centros comunitários e igrejas. Para garantir a sustentabilidade destes projetos, é necessária a realização de ações como, diagnóstico e o levantamento do perfil sócio-econômico-energético da comunidade; a capacitação e formação dos usuários; o correto dimensionamento do sistema; a instalação dentro de requisitos e normas técnicas e o monitoramento. O apoio às comunidades que utilizam a energia solar fotovoltaica é um trabalho amplo, que além do aspecto técnico, é fundamental atuar na orientação dos usuários sobre o uso eficiente da eletricidade solar, informando-os quanto ao zelo e a manutenção preventiva dos equipamentos, incentivando assim, a participação coletiva na gestão dos equipamentos.
Para que um programa de eletrificação rural, utilizando a energia solar fotovoltaica, tenha sucesso, não basta apenas instalar os equipamentos, é necessário um trabalho de capacitação, manutenção, assistência técnica e gerenciamento do novo recurso energético, que as comunidades passarão a utilizar. Assim, o conjunto de ações desenvolvidas, junto à organização comunitária local (OCL) incentiva o espírito associativo e a conscientização da responsabilidade de cada um, com a auto-sustentação dos sistemas. É possível perceber a conscientização dos membros das comunidades quanto às vantagens e limitações do uso da energia solar fotovoltaica, além do grande interesse sobre o funcionamento dos componentes do sistema e como solucionar os problemas técnicos básicos.
2. O USO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO MEIO RURAL
Ao longo dos últimos anos, distintas tecnologias, aproveitando os recursos energéticos locais e renováveis, principalmente, o Sol e o Vento, têm complementado e mesmo substituído, os esquemas tradicionais de abastecimento elétrico, mediante a rede elétrica e geradores a diesel.
São tecnologias que, do ponto de vista técnico, alcançaram um grau de maturidade suficiente para sua disseminação. Mas, todavia, apresentam problemas a serem resolvidos como, na infra-estrutura industrial local; de natureza organizativa e gerencial; na metodologia para o desenvolvimento de projetos; de estruturas institucionais para a regulamentação e supervisão e de funcionamento, e de recursos humanos.
A utilização de sistemas fotovoltaicos para a eletrificação rural doméstica, constitui atualmente uma das alternativas técnico-econômicas mais promissoras para atender as necessidades em energia elétrica, provendo serviços básicos que atendem as necessidades produtivas, iluminação, funcionamento de rádio, televisão e bombeamento de água.
São inúmeros os benefícios sociais dos projetos e programas de eletrificação rural fotovoltaica em áreas não servidas pela rede elétrica convencional. A seguir, são enumeradas algumas destes benefícios:
• Ampliação das horas de trabalho, de estudo, assim como as demais atividades noturnas;
• Aumento das oportunidades de educação, com o acesso a televisão e rádio;
• Melhoria nas condições de saúde, ao dispor de energia para substituir o candeeiro, conservar vacinas e medicamentos, ter água potável, etc;
• Maior segurança devido à iluminação pública;
• Eliminação do isolamento das comunidades, pois com a eletricidade se pode dispor de sistemas de rádio-comunicação e telefonia;
• Economia mensal com os "antigos" gastos energéticos, como a compra de querosene, pilhas e baterias recarregáveis;
• Estímulo às atividades produtivas, como por exemplo: o bombeamento de água para irrigação, transformação de produtos agrícolas, conservação de colheitas, artesanato, acionamento de motores para máquinas forrageiras, entre outras.
Como se percebe, a energia solar fotovoltaica, é um recurso capaz de trazer contribuições substanciais ao atendimento das demandas energéticas presentes e futuras, à medida que promove o desenvolvimento sócio-econômico-cultural das comunidades, que são atendidas pelos projetos.
No Estado de Pernambuco, a energia solar fotovoltaica tem-se desenvolvido consideravelmente, mas não o suficiente para atender toda a demanda. Algumas das principais barreiras sócio-econômicas-culturais que oferecem resistência à implantação da tecnologia, são enumeradas abaixo:
• A diferença entre a energia solar e a convencional, dificulta a aceitação dos usuários por ser uma novidade. Inicialmente, eles não dão credibilidade;
• Alguns usuários desta tecnologia, mais ambicioso e com um poder aquisitivo maior que os demais, não se contentam com a carga que poderá ser conectada ao sistema;
• Outros, muito conservadores, não aceitam que sejam instalados os sistemas em suas casas, pois receiam que com a chegada de novas informações, seus filhos sofram má influência;
• Algumas comunidades preferem esperar pelo cumprimento de promessas políticas, para a chegada da energia convencional;
• Os programas com a energia solar fotovoltaica precisam de fundos para, posteriormente, realizarem manutenção nos equipamentos. Porém, existem determinados usuários que não assumem a responsabilidade com a associação local, dificultando assim, o bom funcionamento da mesma e do sistema;
• Para muitos usuários, é lógico pensar que se alguma instituição trouxe o sistema, outra deverá recolocar ou reparar os mesmos, então não trabalham conjuntamente com a instituição, dificultando o trabalho da mesma;
3. ESTRATÉGIAS PARA GARANTIR A SUSTENTABILIDADE DOS SISTEMAS
As experiências dos profissionais do NAPER (Costa et al, 1998), na área de disseminação das tecnologias renováveis para o desenvolvimento rural sustentado, leva em conta que o fornecimento energético desenvolvido, principalmente, através de unidades de produção e distribuição, altamente centralizadas, nem sempre é a melhor opção quando se trata de satisfazer as necessidades energéticas do setor rural. Isto se deve, em parte, ao alto nível de dispersão das populações nas zonas rurais, as baixas demandas de energia existentes nestas regiões e em alguns casos, a dificuldade nos acessos às comunidades afastadas.
No esquema tradicional de eletrificação rural pela extensão da rede, a interação do usuário com a tecnologia de eletrificação, comercialmente adotada, é mínima, enquanto que a eletrificação com sistemas fotovoltaicos demanda uma participação ativa do usuário na compreensão e no manejo da tecnologia, além de conhecimento do meio físico, social, econômico e ambiental em que a tecnologia se insere. Estes elementos acima apontados, fazem com que o processo de eletrificação com sistemas fotovoltaicos seja mais completo que o tradicional, pois vai além da simples instalação de equipamentos na zona rural.
As comunidades/usuários devem ter um papel preponderante no processo de eletrificação. Não dispondo de capacidade técnica autônoma, ela necessita de um grupo técnico que terá um papel importante, desde a concepção e instalação, até o acompanhamento dos projetos implantados. A participação das Organizações Não Governamentais, que atuam na capacitação e no acompanhamento de projetos, permite o envolvimento de entidades/técnicos com experiências comprovadas na área do desenvolvimento rural.
Através da participação direta dos membros do NAPER nos projetos desenvolvidos no Estado de Pernambuco na disseminação das tecnologias renováveis no meio rural, verifica-se que a implantação de um programa de eletrificação rural com tecnologia fotovoltaica é uma tarefa complexa, pois implica antecipar e resolver problemas de caráter técnico/engenharia, econômico, infra-estrutura e sociais. Na figura 1 é mostrado um diagrama organizativo com a participação e responsabilidades do NAPER e de outros organismos, no processo de eletrificação rural fotovoltaico.
Para contemplar as características de sistemas descentralizados de produção de energia elétrica, questões como o fornecimento de peças de reposição e de serviços; esquemas de financiamento; capacitação e informação e normas técnicas, devem ser levadas em conta.
Na realização desses projetos é desejável uma estreita colaboração com entidades localizadas na região. Agindo como interface entre organizações governamentais e a comunidade rural, as ONGS fornecem o apoio logístico e sua credibilidade. Estes órgãos têm mostrado grande interesse no uso da tecnologia solar no meio rural, não medindo esforços em participar das diferentes fases dos projetos.
3.1 CAPACITAÇÃO
A capacitação e informação são uma exigência quando se trata de implantar eletrificação rural fotovoltaica. Grandes esforços de capacitação e informação são necessários. O usuário é um dos objetivos maiores da capacitação. Na maioria dos casos, a eletricidade é um fator completamente novo na vida destas pessoas, o que requer uma extensa campanha de informação e educação, motivando o uso racional da eletricidade proporcionada pelos sistemas fotovoltaicos. O usuário participa diretamente na manutenção preventiva, requerida pelos equipamentos utilizados. A capacitação técnica dos usuários é feita através de cursos sobre o uso e a gestão dos sistemas com energia solar e a formação do eletricista solar comunitário. O treinamento e capacitação fornecidos aos usuários permitem que o gerenciamento técnico, administrativo e financeiro, seja realizado pelos próprios beneficiários da eletricidade solar.
Preocupado em garantir bons resultados na utilização da tecnologia solar fotovoltaica, o NAPER vem implementando uma estratégia de capacitação e monitoramento dos projetos. Foi escrita uma cartilha para o usuário, mostrando como fazer a manutenção de seu sistema elétrico. Cursos profissionalizantes para a formação do "eletricista" da comunidade são oferecidos, treinando assim os responsáveis para a manutenção preventiva e os "primeiros socorros".
Para prestarem assistência técnica mais permanente aos equipamentos instalados, as comunidades elegem dois ou três representantes que são capacitados como eletricistas solares. A capacitação também atinge aos membros das associações de produtores rurais (organização comunitária local), orientando-os para a gestão dos sistemas, visando a sustentabilidade.
Em resumo, o trabalho de capacitação é realizado junto:
• Aos técnicos do parceiro local, geralmente ONG's, Prefeituras e Sindicatos;
• Aos membros da comunidade para a manutenção preventiva e os "primeiros socorros", formando o "eletricista solar", através de curso profissionalizante (utilização do multímetro), apoiado pela cartilha "Manual do Eletricista Solar";
• Aos usuários sobre a manutenção preventiva dos equipamentos, através de cursos e da cartilha "Como se prevenir para não ficar sem Energia Solar";
• Aos dirigentes das associações preparando-os para a gestão participativa através de cursos e da cartilha "Manual de Gestão de Projetos de Eletrificação Rural com Energia Solar".
3.2 ASSISTÊNCIA TÉCNICA
A manutenção seja ela, preventiva ou corretiva (assistência técnica), é de fundamental importância para garantir que o sistema de geração de energia elétrica local com energia solar possa funcionar por toda a vida útil do sistema. Devido à ausência de assistência técnica por um longo período, o estado de abandono das instalações de energia fotovoltaica, pode gerar na população um descrédito quanto à tecnologia solar, prejudicando imensamente a trajetória de uma das alternativas mais promissoras para a eletrificação de comunidades rurais.
A reposição de peças e serviços se vale de esquemas que garantam a disponibilidade local de peças de reposição (ex.: lâmpadas, inversores eletrônicos, baterias, etc., ...) e serviços de manutenção são fundamentais para a eficácia do programa em longo prazo. Um sistema fotovoltaico deve durar ao menos 20 anos fornecendo serviço útil, se as condições acima mencionadas forem levadas em conta. Experiências em outros países têm demonstrado que instalações incorretas, falta de peças de reposição ou omissão de simples operações de manutenção, podem colocar fora de serviço os sistemas fotovoltaicos após alguns meses da instalação.
O NAPER propõe em seus projetos, modelos que assegurem a sustentabilidade destes sistemas - garantia de que o serviço proporcionado, fornecimento de energia elétrica, tenha no mínimo uma duração correspondente a vida útil do gerador, que é de 20 anos -, incluindo em suas responsabilidades, 4 anos de acompanhamento dos projetos, prestando assessoria técnica durante este período. A criação de um fundo comunitário para manutenção dos sistemas solares foi outra iniciativa , adotada pelas comunidades rurais, para garantir a reposição de peças e a assistência técnica das instalações.
4. RECOMENDAÇÕES
Assim como a tecnologia de geração de energia elétrica através da conversão fotovoltaica da energia solar; o gerenciamento ou o acompanhamento da mesma tem que ser descentralizado, isto é, o aspecto fundamental para garantir a sustentabilidade dos programas com eletrificação fotovoltaica é a divisão de responsabilidades. Para tanto, a mais sensata divisão é a do tipo regional. Ou seja, deve-se dividir as responsabilidades em três níveis: local, regional e central.
No tocante à capacitação, um problema bastante verificado na prática é o deslocamento de técnicos de localizações distantes, quando surge irregularidade nos sistemas. Isto encarece muita a solução do problema, além de prolongar o período que o sistema fica fora de funcionamento. Muitas destas situações o próprio usuário poderia resolver. Para solucionar tais questões, relativas à capacitação dos usuários, algumas sugestões e propostas são recomendadas:
• Criação de um programa regular para a capacitação dos moradores;
• Plano de capacitação técnica com acompanhamento e monitoramento para todo o sistema antes e depois da instalação do mesmo;
• Capacitação em três níveis: eletricista rural e para o usuário (nível local), um nível intermediário através da prefeitura (regional) e por último, em nível central através do órgão gestor;
• Priorizar a capacitação do usuário com a formação dos eletricistas e com o aumento do conhecimento sobre a energia solar;
• Descentralizar a capacitação para um maior envolvimento a nível regional na assistência técnica;
• Reduzir as barreiras de informação a fim de aumentar a troca de experiências entre a comunidade e os responsáveis pela tecnologia, e entre comunidades rurais que dispõem de equipamentos com energia solar fotovoltaica.
Com referência à assistência técnica, uma questão essencial é a dificuldade de aquisição de peças de reposição. Apesar da bateria ser um dos equipamentos que apresenta maior problema, devido ao término da sua vida útil, ela pode ser facilmente substituída por bateria automotiva. O mesmo não ocorre na a aquisição dos demais componentes dos sistemas, o que torna uma questão bastante preocupante.
Para resolver o problema da manutenção e assistência técnica, são recomendadas:
• Maior ênfase (priorizar) à assistência técnica local, pois se trata de um nível permanente de apoio;
• Criação de um pequeno estoque de peças sobressalentes (inversores para lâmpadas, fusíveis, entre outros) e anexá-lo ao kit básico que compõe um sistema fotovoltaico;
• Criação de um fundo auxiliar na associação de moradores para manter um pequeno estoque de peças;
• Maior negociação com fornecedores de peças para a redução dos custos na compra em "massa" e para priorizar a facilidade na aquisição das peças;
• Maior conscientização e mobilização da comunidade a fim de reduzir a dependência com o governo;
• Repasse da propriedade dos equipamentos para a associação de moradores;
Com este tipo de acompanhamento através da divisão das responsabilidades, pode-se otimizar este processo de acompanhamento, além de tornar mais rápido a manutenção quando necessária.
5. CONCLUSÕES
Uma parte importante do esforço de eletrificação para as pequenas comunidades rurais distantes da rede, até então não contemplada na política de eletrificação rural, poderia ser levado a cabo mediante a disseminação de sistemas autônomos fotovoltaicos. O objetivo seria de dotar as residências de uma eletrificação mínima (iluminação, e outras aplicações) em curto prazo.
Requer-se, entretanto, uma política coerente que permita fortalecer e, sobretudo, ampliar este esforço, provendo as comunidades de um nível energético suficiente para iniciar as atividades produtivas que permita seu desenvolvimento econômico.
Em contraposição com a extensão das redes de combustíveis convencionais, o uso de tecnologias renováveis requer uma alta participação e organização local. As experiências mundiais levadas a cabo, até o momento, demonstram que o grau de organização das comunidades, a compreensão das prioridades, expectativas e necessidades dos usuários, treinamento adequado dos promotores a nível local e a existência de uma rede para manutenção dos equipamentos (por exemplo: acesso à reparação ou habilidades técnicas na reparação dos equipamentos), é fundamental para o êxito dos projetos.
6. REFERÊNCIAS
• Costa, H. S., Silva, G. F. e Eck, M., 1998, "Sustentabilidade de sistemas fotovoltaicos residenciais. A experiência do NAPER no semi-árido", Revista de Ciência e Engenharia, Universidade Federal de Uberlândia, MG, pp. 105-112.
Endereço para correspondência
Núcleo de Apoio a Projetos de Energias Renováveis
E-mail: naper@npd.ufpe.br
Instalações de refrigeração por absorção – a experiência da MADEF
Ingo Norberto Mühle
Gerente da MADEF S.A. Indústria e Comércio, Rua Liberdade, 1315, Vila Rosa, CEP 92020-240, Canoas, RS, CEP Cidade, UF tel: (051) 4772399 fax: (051) 4771488
RESUMO
Neste trabalho são apresentadas as experiências da MADEF S.A. Ind. e Com. No campo da refrigeração por absorção. A tecnologia de produzir frio por absorção difere basicamente da compressão mecânica relativamente por utilizar muito pouca energia elétrica e mais intensamente uma forma de energia térmica de baixo custo. Portanto, em muitas situações sua aplicação pode ser vantajosa no Brasil. Este trabalho discute algumas destas experiências, notadamente em aplicações de baixa temperatura.
Palavras-chave: Refrigeração por Absorção, Cogeração, Frio, Gelo.
ABSTRACT
In this paper it is presented the MADEF's experience in absorption refrigeration in Brazil. Absorption refrigeration might be particularly adequate in some isolated areas where electricity supply doesn't exist or is expensive and there is abundant and low-cost thermal energy. The paper discusses the experience resultant from some projects in Brazil.
INTRODUÇÃO
A instalação de absorção usa energia térmica de baixo custo, ou calor restante totalmente gratuito, para a produção de frio.
Se distingue das instalações por compressão pela ausência da compressão mecânica dos gases, isto é, elevação da pressão do gás por compressores da pressão de evaporação à pressão de condensação.
Na instalação de absorção os gases são absorvidos por um líquido a pressão de evaporação e uma bomba eleva a pressão desta solução até a pressão de condensação.
A energia gasta para o bombeamento da solução é apenas 5 a 10% da energia gasta pelos compressores (Veja tabela N-559).
Trataremos aqui apenas instalações por absorção do par NH3-Água.
FUNCIONAMENTO DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO (Veja esquema N-563)
É conhecida a propriedade da água absorver NH3 gasoso formando uma solução rica. Quanto mais alta a pressão e quanto mais baixa a temperatura da água maior a quantidade de NH3 absorvido. O absorvedor II está ligado ao separador 7 e aos evaporadores 9 e está sob pressão de evaporação. Pela válvula 17 é injetada solução pobre em NH3.
A solução pobre absorve os gases de NH3 no absorvedor produzindo uma depressão que succiona novos gases do separador 7.
A absorção gera calor que é removido por água de resfriamento.
A solução pobre absorve NH3 gasoso a baixa pressão no absorvedor formando-se uma solução rica, esta é transportada pela bomba 13 para o intercambiador de solução 14 e via coluna 2 ao expulsor 1. Nestes equipamentos existe pressão de condensação.
No intercambiador 14 a solução rica troca calor com a solução pobre vindo do expulsor para uma vez deixar a solução pobre fria, condição necessária para que haja absorção e por outro lado melhorar o rendimento térmico da instalação pré aquecendo a solução rica. No expulsor a solução é aquecida destilando o NH3 absorvido no absorvedor II, transformando a solução rica em pobre.
O aquecimento do expulsor pode ser feito por vapor, por gases quentes, por queima direta, etc. Os gases liberados pelo expulsor são retificados na coluna 2 pelo condensador de retificação 3.
Os gases retificados são NH3 praticamente puros e vão ao condensador 4, onde por extração de calor são condensados.
O líquido é coletado no recipiente 5, donde sai para trocar calor no intercambiador de NH3 no. 6 com os gases que saem do separador de líquido. O líquido sub resfriado é injetado no separador pela bóia 10 fechando assim o circuito de NH3.
A instalação até aí explicada trabalha com um nível de evaporação e um estágio. Pode-se ligar 2 ou vários estágios em série no circuito da solução, produzindo frio em 2 ou vários níveis de temperatura conforme as necessidades.
VANTAGENS DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO
a.- Consome 5 a 10% da energia elétrica de uma instalação com compressores.
Exemplo:
Qo = 1.000.000 Kcal/h (capacidade frigorífica)
Temperatura de evaporação = -35ºC
Veja tabela N-559
Para esta produção de frio necessitamos compressores num total de 526 KW/h.
A bomba de solução consumiria apenas 31 KW/h e o calor necessário para o expulsor será de 2.817.000 Kcal/h.
É evidente que o custo deste calor deve ser baixo, queima de resíduos, calor restante, gases quentes de chaminé, condensação de vapor de descarga de turbina de contra pressão, etc.
A temperatura do meio de aquecimento para produzir a temperatura de -35ºC numa instalação de absorção pode ser de até 162ºC conforme tabela N-559.
b.- Rendimento constante com a capacidade reduzida, representa uma grande vantagem sobre os compressores de grande porte, que a capacidade reduzida tem baixo rendimento.
c.- Equipamento totalmente nacional.
d.- Manutenção reduzida por ausência de máquinas.
e.- Investimento, consideravelmente, menor do que instalação de igual capacidade com compressores.
f.- Operação segura e não é afetada por aspiração de líquido (muito problemática em compressores).
- Fácil eliminação de ar do sistema.
- Não é afetada por contaminação do NH3 por água (o que em instalações com vários anos de uso tem se mostrado problemática).
- Os evaporadores não tem sua troca térmica reduzida pela presença de óleo lubrificante.
g.- Como a instalação de absorção transporta massas e não volumes, a redução de capacidade com o abaixamento da temperatura de evaporação é bem menor do que como em instalações com compressores.
AS ÚLTIMAS INSTALAÇÕES DE ABSORÇÃO
Após alguns anos de intervalo, a Madef recebeu em 1987 uma nova encomenda para construção e montagem de uma instalação de Absorção.
Trata-se da instalação da Indústria de Pescados Furtado, filial de Itajaí, cujo proprietário Moacir Furtado, percebendo a escalada de custo e falta de energia elétrica, decidiu-se por uma instalação de absorção no lugar de uma instalação de compressão.
Esta instalação entrou em operação em Fevereiro de 1988.
Na instalação de absorção a compressão mecânica é substituída por um processo de absorção, bombeamento e expulsão dos gases consumindo apenas, aproximadamente, 10% de energia elétrica de uma instalação de compressão do mesmo porte.
A instalação de Furtado/Itajaí é de dois níveis: o 1º nível - 40ºC com 400.000 Kcal/h, atende uma câmara de estocagem de 6000 m³, 2 túneis de congelamento de 2000 kg/h cada e 1 armário de congelamento de placa de 600 kg/h. O 2º nível a -15ºC com 900.000 kcal/h atende uma câmara de recepção de pescado de 40.000 kcal/h, os desumidificadores da ante câmara e 4 geradores de gelo automáticos para um total de 120t/dia de gelo.
Uma instalação de compressão para esta capacidade necessitaria compressores com uma potência total de 1100CV.
Na instalação de Absorção existem duas bombas de solução, uma de 75CV e outra de 15CV. A energia de expulsão na instalação de Furtado vem de uma caldeira que queima aparas, serragem e lenha. O vapor necessário a toda capacidade é de 6000 kg/h.
A vantagem no custo operacional depende do baixo custo do combustível. A reduzida necessidade de manutenção e total ausência de óleo no sistema, são dois fatores que pesam na escolha de uma instalação de absorção.
Os sistemas de controle de nível são do tipo Lic, o controlador de vazão é do tipo placa de orifício com coluna de mercúrio.
O controle de temperatura do expulsor por válvula de pressão constante no vapor é o que tem de simples e funcional, a temperatura se mantém exata no ponto desejado com qualquer variação de capacidade. As bombas de solução marca KSB de um estágio são confiáveis e de simples e pouca manutenção. O sistema de retificação dos vapores de NH3 na saída da coluna garantem um líquido com o mínimo de contaminação de água na instalação e os reconcentradores montados nos geradores e no sistema de baixa são eficientes assim como os drenos de ar montados.
Tínhamos, inicialmente, a preocupação de contratar um técnico operador de instalação de absorção, mas vimos logo que isto era desnecessário, pois algumas horas de explicação o foguista da caldeira teve condições de operar a instalação.
O projeto se baseou em conhecimentos adquiridos da "Borsig", empresa alemã que se dedica a instalações de absorção há mais de um século, e mais experiências colhidas em instalações de absorção que já fabricamos emontamos com a moto importadora, F.R. Amaral, Joqueira, Cocam, Lioval.
É de se estranhar o pouco uso que se tem feito deste tipo de instalação em nosso país, o que é parcialmente explicável pela maior complexidade do projeto em relação a uma instalação de compressão.
A crescente escassez de energia elétrica e a disponibilidade de combustíveis de baixo custo, certamente, tornarão este tipo de instalação cada vez mais interessantes.
INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO PARA BARCO DE PESCA
As instalações frigoríficas de compressão a R-22 em barcos de pesca, tem se mostrado pouco confiáveis e de manutenção cara.
Freqüentemente, barcos são obrigados a interromperem a pescaria e retornarem a base, por apresentarem problemas no sistema frigorífico (vazamentos de gás, umidade no sistema, quebra do compressor, etc.).
A necessidade de uma instalação frigorífica confiável, de simples operação, baixo custo de manutenção e com reserva de capacidade, levou a considerar o uso de uma instalação de absorção par NH3 - H20.
O calor necessário para este tipo de instalação, existe de sobra nos gases de descarga do motor diesel de propulsão.
O projeto resultou na instalação de absorção, conforme fluxograma anexo, fabricada pela Madef S.A. em Canoas - RS.
CARACTERÍSTICAS DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO
Capacidade: 30.000 Kcal/h
Temperatura de evaporação: -30ºC
Meio de aquecimento: gases de descarga do motor diesel de propulsão de 295CV a 500ºC.
Meio de resfriamento: água do mar a 25ºC
Dispositivos de congelamento: prateleiras de contato
Evaporadores de manutenção das urnas: serpentinas aletadas de ar parado
Capacidade de congelamento: 200 kg/h
Temperatura das urnas: -20ºC
Capacidade de barco: adaptável à capacidade de porões de várias cubagens
A primeira instalação deste tipo foi testada na fábrica para confirmação de performance, conseguindo-se resultados plenamente satisfatórios, circulando 122 kg de NH3/h pelo evaporador, com uma pressão absoluta de 1,2 kg/cm² e por um orifício calibrado de Ø 1,5mm, com diferencial de pressão de 13 kg/cm². A bomba de solução do tipo êmbolo (deslocamento positivo) mereceu especial atenção. Adaptou-se uma bomba comercial de água de alta pressão, no qual obteve-se pleno sucesso, circulando 1.100 litros/h de solução (H2O + NH3), com diferencial de pressão de 14 kg/cm².
O controle de fluxo de solução é feito por bóia moduladora de ação direta.
O compressor que seria necessário para operar a presente instalação, precisaria de um motor elétrico de no mínimo 25CV.
A instalação de absorção aproveita o calor dos gases de descarga do motor de propulsão desperdiçado e o gasto de energia, se limita a bomba de solução de baixa rotação de aproximadamente 1CV para esta instalação, acionada pelo motor principal.
VANTAGENS DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO SOBRE A DE COMPRESSÃO MECÂNICA
- Energia gasta não tem custo.
- Manutenção reduzida pela ausência de motor e compressor.
- Baixo custo da carga de gás e reduzida possibilidade de fuga.
- Trocadores de calor não necessitam de manutenção.
- Insensível a golpes de líquido, aspiração de gases úmidos ou muito superaquecidos e umidade no sistema.
- Possibilidade de operar com temperatura de evaporação abaixo do projeto.
- Evaporadores não são contaminados por óleo, mantendo sua capacidade de troca térmica.
- Segurança de operação a baixo custo.
INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO MONTADA NUMA CARRETA FRIGORÍFICA
As Indústrias Quaker (Coqueiro) de Itajaí encomendaram em fins de 88 uma instalação de absorção montada numa carreta frigorífica para congelamento e estocagem de camarão em lugares com pouca energia elétrica disponível.
A instalação de 35.000 kcal/h a -35ºC atende uma câmara fria de 2,5 x 2,5 x 5 m com evaporador de ar forçado e um congelador de placas verticais.
A instalação é aquecida por GLP queimando a toda capacidade 9 kg/h de gás. O condensador, resfriador de solução, absorvedor e recipiente de amônia foram montados num condensador evaporativo e toda a instalação foi montada numa área de 3 x 2,5 m. O NH3 é distribuído por bomba a partir de um separador de líquido central. O controle de fluxo é por bóia moduladora de ação direta montada no expulsor.
A bomba de solução é de deslocamento positivo com 1CV de potência.
Descongelamento a gás quente. O teste da instalação mostrou-se plenamente satisfatório, congelou 450 litros de água em 1,5 h e manteve a câmara a -25ºC.
INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO PARA FRIGORÍFICO DE BOVINOS
O Frigorífico Extremo Sul de Pelotas - RS já há algum tempo vem queimando casca de arroz nas suas caldeiras para produção de vapor.
Como este combustível não tem custo, veio a idéia de aumentar a produção de vapor e usá-lo como meio de aquecimento para uma instalação de absorção para substituir a instalação de compressão, que está montada no frigorífico.
O custo do investimento será amortizado em menos de 2 anos pela economia de energia elétrica.
A instalação tem 2 níveis de evaporação:
- 1.000.000 kcal/h a -35ºC
- 1.000.000 kcal/h a -10ºC
A quantidade de vapor necessário a toda capacidade será de 7.000 kg/h. A potência das bombas de solução será de 10CV e 50CV.
Os compressores necessários para atender uma instalação deste porte teriam uma potência total de 1.300 a 1.500CV.
A instalação será ligada aos evaporadores, que durante anos trabalham com compressores e que estão totalmente contaminados com óleo.
Antes de passar os evaporadores ao novo sistema, os mesmos serão totalmente limpos por dentro para aproveitar sua total capacidade de troca térmica e evitar a contaminação do sistema de absorção.
Esta será a primeira instalação grande na qual serão instaladas válvulas controladoras de nível acionadas pela própria pressão do sistema evitando-se as caras válvulas e controladores pneumáticos.
INSTALAÇÕES DE ABSORÇÃO FABRICADAS E MONTADAS PELA MADEF
1.- F.R. AMARAL INDÚSTRIA DA PESCA (REDENTOR) - Ano de 1971 - Rio Grande- RS.
1º E - 35ºC 300.000 kcal/h
2º E - 15ºC 250.000 kcal/h
Meio de aquecimento: inicialmente óleo combustível, agora lenha.
2.- FRIOPESCA (MOTO IMPORTADORA) - Ano de 1971 - Manaus - AM.
1º E - 15ºC kcal/h
Fábrica de gelo flutuante - 8 x 20 t/24 h - 4 absorvedores de 162 m² cada.
Meio de aquecimento: óleo combustível, agora desativada.
3.- COCAM (MATARRAZO) - Ano de 1974 - Catanduva - SP.
1º E - 55ºC 735.000 kcal/h
2º E - 48ºC 735.000 kcal/h
3º E - 17ºC 250.000 kcal/h
Indústria de Liofilização de café
Meio de aquecimento: óleo combustível
4.- LIOVAL - Ano de 1976 - Morretes - PR.
1º E - 50ºC 400.000 kcal/h
Indústria de Liofilização de alimentos
Meio de aquecimento: vapor
5.- UFRGS - Porto Alegre - RS.
1º E - 10ºC 20.000 kcal/h durante 8 h
Instalação periódica aquecida a energia solar para testes
6.- INDÚSTRIA DE PESCADOS KOWALSKI - Ano de 1988 - Itajaí - SC.
1º E - 35ºC 35.000 kcal/h
Barco de pesca
Meio de aquecimento: gases de descarga do motor de propulsão.
7.- FURTADO S/A. INDÚSTRIA DE PESCA - Ano de 1988 - Itajaí - SC.
1º E - 40ºC 400.000 kcal/h
2º E - 15ºC 900.000 kcal/h
Meio de aquecimento: vapor
8.- COQUEIRO ALIMENTOS LTDA. (QUAKER) - Ano de 1989 - Itajaí - SC.
Indústria de pesca
1º E - 35ºC 35.000 kcal/h
Congelador montado em uma carrete
Meio de aquecimento: GLP
9.- FRIGORÍFICO EXTREMO SUL - Ano de 1989 - Pelotas - RS.
1º E - 35ºC 1.000.000 kcal/h
2º E - 10ºC 1.000.000 kcal/h
Meio de aquecimento: vapor
10.- PAULO ADRIANO
1º E - 35ºC 35.000 kcal/h
Barco de pesca
Meio de aquecimento: gases de descarga do motor de propulsão.
Maiores informações sobre sistemas de refrigeração no Brasil podem ser encontradas em Cortez (1998).
REFERÊNCIAS
Manual de Refrigeração por Absorção – MADEF S.A. Indústria e Comércio. s/ data.
Cortez, L. "Estudos Técnicos e Economia de Energia em Refrigeração" Série Sist. Energéticos IV, Ed. Univ. Amazonas, Manaus 526p, 1998.
Endereço para correspondência
Ingo Norberto Mühle
Madefdir@zaz.com.br
Otimização exergética de sistemas de refrigeração por absorção através da SRM
Joel Carlos Zukowski JrI; Luís Augusto Barbosa CortezII
IFaculdade de Engenharia Agrícola.Centro Universitário Luterano de Palmas. TO., CEP 77000-000 Palmas, TO tel: (063) 223-2055 fax: (063) 223-2091
IIDepartamento de Construções Rurais, Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP., CEP Campinas, SP tel: (019) 788-1033 fax: (019) 788-1010
RESUMO
Devido à carência de energia elétrica nas propriedades rurais, alternativas para a conservação de produtos agropecuários devem ser adotadas. A refrigeração por absorção pode ser uma solução economicamente viável. Estes sistemas consomem pouca ou nenhuma energia elétrica, mas necessitam de energia térmica. Para garantir o menor consumo de energia, ou seja, a melhor relação custo-benefício, é necessário a análise dos parâmetros que mais influenciam a eficiência exergética. Esta determinação pode determinar a melhor condição de operação ou uma faixa de valores que propiciam obter o maior benefício desejado. Este trabalho apresenta uma aplicação de SRM (Surface Response Method) na determinação, dentre os parâmetros estudados, quais mais influenciam a eficiência exergética de um sistema de refrigeração por absorção água-amônia para produção de gelo. Tal determinação propicia a otimização experimental deste tipo de sistema. Mostra também que a SRM é uma ferramenta poderosa na otimização deste tipo de sistema.
Palavras-chave: exergia, eficiência exergética, refrigeração por absorção, água-amônia, SRM.
ABSTRACT
Due to electric energy deficit in the rural properties, alternatives for the conservation of agricultural products should be adopted. The absorption refrigeration can be economically a viable solution. These systems consume little or no electric energy, but they need thermal energy instead. In order to guarantee the best cost-benefit relationship, is necessary to conduct the analysis of the parameters that influence the most the exergetic efficiency. This determination can define the best operation condition or a range of values that allow to obtain the maximum benefit. This work presents an application of SRM (Surface Response Method) in the determination, among the studied parameters, which most influence the exergetic efficiency of water-ammonia refrigeration absorption system for ice production. Such determination allows the experimental optimization and also shows that SRM is a powerful tool in the optimization for this type of system.
INTRODUÇÃO
Um dos fatores para o desenvolvimento das propriedades rurais é a oferta de energia elétrica. No Brasil a oferta de energia elétrica nas propriedades rurais varia de acordo com a região. Nas regiões sul e sudeste mais de 50% das propriedades rurais têm energia elétrica disponível, no entanto nas regiões norte, Centro-Oeste e nordeste menos de 10% das propriedades rurais estão servidas de tal fonte de energia.
A falta de energia elétrica inviabiliza a utilização de sistemas de refrigeração na aplicação de tratamento pós-colheita frigorificado que devem ser utilizados principalmente para frutas e hortaliças, produtos agrícolas que, atualmente, apresentam maior porcentagem de perdas (até 30% antes de chegar nos postos de venda a varejo).
Sob o ponto de vista energético, em certos cenários a utilização de sistemas de refrigeração por absorção pode ser mais interessante que a utilização de sistemas de refrigeração por compressão. As propriedades rurais brasileiras, bem como de outros países em desenvolvimento, em sua maioria não são providas de energia elétrica e os sistemas de refrigeração por absorção, não são grandes consumidores desta fonte de energia
Dentre as fontes de energia possíveis de serem utilizadas está a biomassa formada por resíduos da produção agrícola. Por ser um grande produtor agrícola, há no Brasil uma grande disponibilidade de biomassa para produção de energia. Cortez & Lora (1997) fazem um estudo neste sentido. A tabela 1 mostra uma estimativa da produção agrícola e da geração de resíduos de algumas culturas que podem ser utilizados como fonte de energia seja para queima direta ou para geração de biogás. Martins (1989), apresentou um estudo sobre a utilização de fogão a lenha em conjunto com sistema de refrigeração por absorção de porte doméstico.
Além dos resíduos vegetais, encontra-se, nas propriedades rurais, uma grande quantidade de resíduos animais que podem ser utilizados para produção de biogás ( Lora et al. 1997). A tabela 2 mostra uma estimativa da produção de esterco e de biogás para alguns tipos de animais.
A energia térmica necessária em sistemas de refrigeração por absorção pode ser obtida através da queima direta do biogás como fonte de calor ou da utilização em sistemas de cogeração, onde o biogás é utilizado como combustível para grupos geradores, motor de combustão interna-gerador de eletricidade, aproveitando-se o calor dos gases de escape como fonte de calor necessário para sistema de refrigeração por absorção, tanto para porte doméstico como sistemas de maior porte.
Nas regiões Norte e Nordeste do Brasil onde a necessidade de refrigeração para conservação da produção agrícola, principalmente de frutas e hortaliças, é mais evidente, a utilização de sistemas de refrigeração por absorção é uma alternativa a ser considerada. A utilização da energia solar como fonte de calor e para geração de energia elétrica é uma alternativa para a carência de energia elétrica nestas regiões e, portanto, uma forma de se viabilizar a utilização de sistemas de refrigeração por absorção, tanto para condicionamento de ar, como para tratamento pós-colheita e industrialização de produtos agrícolas.
Onde houver energia térmica disponível e de baixo custo, seja ela advinda da queima direta da biomassa, de biogás, de gases de escape de motores a combustão interna, solar ou de vapor residual de processos, a tecnologia de refrigeração por absorção pode ser empregada.
Para garantir um melhor aproveitamento da energia térmica e elétrica disponível é necessário aumentar a eficiência dos sistemas de refrigeração por absorção. Este trabalho apresenta um método estatístico para otimização da eficiência exergética, que consiste na aplicação de planejamento experimental fatorial de dois níveis associado com o método de análise da superfície de resposta (Surface Response Method -SRM).
Este método foi utilizado para determinar quais dos parâmetros de operação do sistema de refrigeração por absorção água-amônia, instalado no HC-UNICAMP, mais influenciam a eficiência exergética, bem como as interações entre eles. Após verificar a resposta do sistema à variação dos parâmetros, obteve-se uma função objetivo relacionando a eficiência exergética com os parâmetros estatisticamente mais significativos, que possibilitou a otimização do sistema, afim de se determinar o maior rendimento possível com o menor consumo de energia (térmica e/ou elétrica) para o sistema em estudo.
Os resultados obtidos mostram que esta metodologia é propícia para otimizar sistemas de refrigeração por absorção
METODOLOGIA DE OTIMIZAÇÃO DE SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO.
AVALIAÇÃO TERMODINÂMICA DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO
A avaliação termodinâmica de primeira lei, (ASHRAE, 1997), é importante para estudos sobre novos pares refrigerantes, melhoramentos nos ciclos, avaliação dos efeitos da variação das condições de operação etc. O uso da segunda lei é descrito como a forma para se obter a quantificação das irreversibilidades em cada componente do sistema.
A ASHRAE (1997) ainda não apresenta metodologia de avaliação termodinâmica de segunda lei para sistemas de absorção, citando apenas esta metodologia para sistemas de compressão. Contudo a bibliografia citada é profícua nesta metodologia.
A avaliação exergética dos ciclos de absorção já era utilizada por Altenkirch e Nierbergall no início do século, apesar de não ser denominada assim, quando grande parte do desenvolvimento teórico desta tecnologia foi feita. Koshkin (1968) explica que o coeficiente de desempenho (COP) não mostra o desempenho termodinâmico de todos os processos envolvidos, não revela as perdas exergéticas e as causas que as determinam em cada equipamento. Aphornratana (1995) mostra que pela primeira lei, o ciclo total da transferência de calor é igual ao da transferência de trabalho. Como a primeira lei não distingue calor e trabalho, não pode mostrar quanto de trabalho pode ser ou não convertido em calor e vice-versa. Segundo ela, todas as formas de energia podem ser convertidas umas nas outras. No entanto, a segunda lei da termodinâmica define limites para a conversão de energia. Por exemplo: trabalho pode ser totalmente transformado em calor mas não é possível transformar calor totalmente em trabalho.
Van Wylen (1995) mostra alguns fatores que causam irreversibilidades nos processos:
1. Atrito mecânico: trabalho é transformado em calor.
2. Transferência de calor entre dois corpos a temperaturas diferentes: Quanto maior o diferencial de temperatura, maior a irreversibilidade. Este processo não pode ser revertido sem trabalho externo.
3. Expansão não resistida e queda de pressão: Podem ser processos aproximadamente adiabáticos, mas irreversíveis. A pressão não pode aumentar sem trabalho externo.
4. Mistura de substâncias diferentes inicialmente separados: Não é possível separá-las sem transferência de calor.
A metodologia exergética por sua vez leva em conta não somente as quantidades de calor transferido, como também o potencial de temperatura que determina a capacidade de realização de trabalho de cada fluxo.
A metodologia para o cálculo dos fluxos de exergia e as variações de exergia (ou irreversibilidades) de cada componente é descrito por Szargut (1988). Ataer & 
(1991) fazem um estudo comparativo das irreversibilidades nos sistemas de refrigeração por absorção. Cortez et al. (1997), apresentam uma avaliação exergética do sistema de absorção para produção de gelo instalado na UNICAMP, 
(1988), apresenta um estudo das irreversibilidades em uma planta por absorção brometo de lítio-água e água-amônia mostrando que nos sistemas por ele estudados o sistema com o par brometo de lítio-água apresentou menores irreversibilidades. Oliveira Jr. (1992) faz uma análise dos processos de separação e de mistura dos fluidos usados em sistemas por absorção. Porneala & Porneala (1993) apresentam uma metodologia de cálculo e otimização de sistemas por absorção usando a abordagem exergética. Para simplificar os cálculos, eles utilizaram sistemas de equações lineares. Os parâmetros para otimização por eles utilizados foram a pressão de evaporação e a concentração da solução da solução intermediária em uma planta usando o par brometo de lítio-água. Neste trabalho eles fazem uma comparação entre os sistemas de refrigeração por absorção e por compressão usando amônia e R12, respectivamente. Para os sistemas de compressão estudados o parâmetro analisado foi a pressão de evaporação. A função objetivo foi a eficiência exergética como função desta pressão. Também Kotas (1985) descreve detalhadamente as irreversibilidades associadas aos processos de separação, mistura, trocas de calor e expansão. Jordan (1985) descreve detalhadamente uma metodologia para avaliação exergética de um ciclo de absorção, embora, ainda não publicada pelo autor.
CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DO CICLO DE ABSORÇÃO
Para uma avaliação de segunda lei pode-se empregar a equação descrita por Szargut (1988). Adotando-se o sinal positivo para o calor que é transferido ao fluído de trabalho no gerador, pode-se escrever a seguinte equação:
A equação acima calcula a exergia transferida no gerador e no evaporador a partir da quantidade de calor transferida em cada um destes equipamentos supondo que o processo ocorra sob temperaturas constantes de TG, TE e TO. No processo real a transferência de calor se dá com a variação da temperatura, perda de carga etc. Desta forma pode-se calcular diretamente a eficiência de segunda lei do ciclo a partir dos fluxos de exergia do fluído refrigerado e do meio de aquecimento. Kotas (1988) define esta relação entre a exergia útil e a exergia que entra no sistema de eficiência racional:
Pode-se considerar também para cálculo da eficiência exergética os fluxos de exergia referentes ao trabalho realizado pela bomba de solução e outros equipamentos acessórios (ventilador e bomba d'água do condensador evaporativo (CE) e a bomba d'água do gerador de gelo). Assim a equação (2) pode ser reescrita:
PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL FATORIAL DE DOIS NÍVEIS
A essência de um bom planejamento consiste em projetar um experimento de forma que ele seja capaz de fornecer o tipo de informação que se procura. Para isso é preciso saber o que é que se está procurando. Pode-se dizer que um bom experimentador é, antes de tudo, uma pessoa que sabe o que quer. Dependendo do que ele queira, algumas técnicas são mais vantajosas que outras, enquanto determinadas técnicas são simplesmente inócuas (Barros Neto et al., 1995).
O progresso de uma boa atividade de investigação experimental deve evoluir, segundo Barros Neto, et al. (1995) de uma triagem de variáveis a um modelo baseado em princípios gerais, que valha para qualquer sistema do mesmo tipo, instalado em qualquer lugar, operando em quaisquer condições de operação dentre as condições possíveis.
Antes de se obter um modelo geral, pode-se obter uma descrição mais detalhada da relação entre as variáveis mais importantes e o parâmetro estudado obtendo-se um modelo sofisticado através do método dos mínimos quadrados. (Barros Neto et al., 1995).
Neste trabalho, conforme discutido anteriormente, o principal objetivo é otimizar o funcionamento do sistema em estudo, através da maximização do parâmetro: eficiência exergética (Y). Para tanto, uma das técnicas disponíveis é a Análise de Superfície de Resposta, descrita mais adiante.
O planejamento fatorial de dois níveis é construído de forma simples. Barros Neto et al., (1995) mostra como definir um planejamento fatorial de dois níveis.
Para garantir que o modelo a ser obtido seja preditivo e para que os dados sejam estatisticamente válidos é necessário que estes experimentos sejam executados de forma aleatória (Barros Neto et. al., 1995). Para tanto deve ser feito um sorteio da ordem em que cada experimento será executado.
OBTENÇÃO DA FUNÇÃO OBJETIVO
Para se obter a função objetivo do planejamento experimental fatorial completo apresentado acima, deve-se realizar uma análise estatística de acordo com a metodologia própria do método de planejamento experimental. Para tanto pode-se utilizar um "software" que faz os cálculos necessários apresentando os resultados na forma de gráficos e tabelas.
OTIMIZAÇÃO POR SRM
A metodologia para otimizar este modelo é conhecida pelo nome Metodologia da Superfície de Resposta (SRM) e foi introduzida por G.E.P. Box na década de 1950 (Barros neto et al., 1995). Barros Neto et al. (1995) descreve esta metodologia. Para maior compreensão da metodologia é necessário recorrer a obra deste autor, onde vários exemplos são apresentados. Neste caso, este modelo foi utilizado e os valores foram calculados pelo programa STATISTICA. Tal programa nos fornece todos os parâmetros necessários para verificação da validade estatística do modelo, margem de erros dos coeficientes, bem como subsídios para avaliar a predição da resposta em função das variáveis de interesse.
VALIDAÇÃO ESTATÍSTICA DO MODELO
Para validação estatística do modelo obtido utilizou-se a análise de variância, também conhecido como teste estatístico "F". Isto significa que os resíduos apresentam uma distribuição normal e que a razão entre as médias quadráticas da regressão e dos resíduos seguem uma distribuição "F". Para facilitar a visualização e a análise deve-se construir a tabela ANOVA (ANalyze Of VAriance).
O intervalo de confiança adotado foi de 95%, ou seja uma significância estatística de 5%.
DESCRIÇÃO DO SISTEMA EM ESTUDO
A figura 1 apresenta um esquema do sistema de refrigeração por absorção em estudo. A figura 2 mostra uma vista de frente.
As características gerais de projeto do sistema são: Capacidade de Refrigeração de 23,2kW, a temperatura de evaporação -10oC, a potência térmica utilizada é 46,4kW a 110oC. A rede elétrica instalada é de 220V – trifásico. A capacidade nominal de produção de gelo é 20kg/ciclo. A duração do ciclo de congelamento é de 10 minutos. O descongelamento, feito com vapor de amônia quente que sai da entrada do condensador, tem duração de 1 minuto e é controlado por um "timer" de fabricação COEL. A espessura do gelo desejada varia entre 5 e 6 mm.
Para obter mais detalhes construtivos e de funcionamento do sistema veja Zukowski (1999).
Os parâmetros estudados foram: vazão de água de formação de gelo, vazão de água da torre de resfriamento evaporativo, pressão do vapor de água que entra no gerador, tempo de ciclo. Outras duas variáveis a serem considerada são temperaturas de bulbo seco e úmido, mas como não puderam ser controladas não fizeram parte do modelo, foram monitoradas e analisadas.
O planejamento experimental adotado é apresentado na tabela 3.
Um planejamento experimental de 4 variáveis resulta em dezesseis experimentos. Adicionando-se 4 experimentos no ponto central para determinar o erro puro perfazem um total de 20 experimentos.
Os experimentos definidos na tabela 3 foram realizados de forma aleatória e em diferentes horários do dia.
As faixas de valores de cada parâmetro estudado são definidas considerando-se as limitações físicas do equipamento, como segue:
A vazão no condensador é limitada por fatores físicos. O valor de projeto é de 8m3/h. Foram instalados tubos de PVC de 2". Esta nova instalação hidráulica na torre possibilitou maiores vazões de água. O rotâmetro instalado na linha de água pode medir, a 22oC, de 1 a 10m3/h. Atualmente é possível se definir vazões maiores que 10 m3/h, mas seria necessário substituir o rotâmetro. Este equipamento apresenta um custo relativamente alto (cerca de US$ 1200,00).
A vazão no evaporador também apresenta limitações físicas. Deseja-se que o fluxo de água escorra pelas paredes dos tubos anulares que formam o evaporador. A água é aspergida por orifícios de aproximadamente 1,5mm. Para vazões superiores a 2,0m3/h, ao bater na parede do evaporador, uma parte considerável da água aspergida será refletida e escorrerá pelas paredes externas que envolvem o evaporador não produzindo gelo.
A pressão do vapor de água no gerador apresenta limitações físicas. A primeira é a pressão máxima disponível que é de aproximadamente 6,0kgf/cm2 (589kPa), a segunda é que se a pressão do vapor for muito alta a temperatura no interior da coluna será bastante elevada e consequentemente a pressão de trabalho será também elevada. Por questão de segurança pressões acima de 16bar devem ser evitadas. Com temperaturas de saída de amônia da coluna superiores a 45oC a quantidade de água arrastada pela amônia aumenta, assim como para temperaturas muito baixas de operação da coluna (resultado de pressões muito baixas).
Com relação ao tempo de ciclo a limitação física é a espessura do gelo formado. Para tempos de formação de gelo maiores que 30min a espessura fica tão grande (acima de 10mm) que o britador não pode quebrá-lo sem comprometer a integridade dos tubos que interligam o evaporador ao separador de líquido.
Os valores codificados, utilizados no planejamento experimental estão apresentados na tabela 4.
RESULTADOS
Os resultados para os experimentos está apresentado na tabela 4.
Com estes resultado, utilizando-se o programa STATISTICA, obteve-se os valores dos efeitos de cada parâmetro sobre a eficiência exergética (Y ), bem como os coeficientes do modelo proposto para otimização.
Os efeitos obtidos são: dos parâmetros individualmente, das interações entre eles de segunda, terceira e quarta ordem. Quase a totalidade dos processo reais não apresentam interações de quarta ordem. Em muitos casos as interações de terceira ordem também não estão presentes (conforme discutido anteriormente), mas para se ter certeza é necessário realizar os testes de significância estatística para estas interações.
A eficiência exergética (Y ) é a função termodinâmica que mostra de forma mais adequada quanto da energia disponível para realizar trabalho (exergia) foi transformada em trabalho e quanto dela se perdeu, sendo destruída. Neste trabalho considerou-se esta função de primordial importância na avaliação e otimização dos sistema térmico em estudo.
Assim como para os casos anteriores efetuar-se-á a análise da influência dos parâmetros em estudo na eficiência exergética (Y ). Para tanto é necessário determinar quais parâmetros realmente apresentam influência estatisticamente significativa ao nível de significância de 5%.
Na figura 3 pode-se verificar que estão presentes no modelo efeitos principais, de interação binárias e ternárias. Somente não se mostraram estatisticamente significativos os efeitos de interação entre as variáveis F1-F4, F2-F3 e F2-F4, F3-F4 e F1*F2*F4. Como estes valores não são significativos não farão parte do modelo, logo, eliminando-se os efeitos que não são estatisticamente significativos para 5% de significância, obtém-se a tabela 6 a seguir.
Do gráfico de Pareto (Figura 3) verifica-se que os efeitos mais importantes são a vazão no evaporador, e a interação entre a vazão no condensador e a pressão do vapor de água no gerador. As interações entre as variáveis F1*F3*F4 (Vazão de água no condensador, pressão de vapor no gerador e tempo de ciclo) mostraram-se muito importantes. Com efeitos de mesmo valor estão a vazão no condensador e as interações entre as variáveis F1*F2*F3 (Vazão de água no condensador, vazão de água no evaporador e pressão de vapor no gerador). A interação de terceira ordem F2*F3*F4 (vazão de água no evaporador, pressão de vapor no gerador e tempo de ciclo). Também mostrou-se significativa a pressão do vapor no gerador e o tempo de ciclo. Das interações de segunda ordem somente mostrou-se estatisticamente significativa a interação entre a vazão no condensador e a vazão no evaporador (F1 por F2).
A figura 4 mostra a relação entre os valores previstos e os valores ajustados. Pode se verificar que apresentam uma relação razoável, ou seja, com erros pequenos, entre os valores preditos e os observados.
A relação entre os valores observados e preditos para a eficiência exergética mostram que o modelo ajusta bem os dados experimentais. O R2 para Y é 0,95795, ou seja R de 98%.
VALIDAÇÃO ESTATÍSTICA DO MODELO
A tabela ANOVA para regressão (tabela 6) é apresentada a seguir.
Da tabela ANOVA acima (tabela 6) verifica-se que o modelo é estatisticamente significativo para o grau de significância adotado, 5%, pois o valor do fator "F" calculado para a regressão é 8,6 vezes maior que o tabelado. O Modelo ajusta-se bem aos valores experimentais pois o fator "F" calculado para a falta de ajuste é aproximadamente 5,2 vezes menor que o tabelado.
A porcentagem de variação explicada por este modelo (R2) é de 96% ou seja somente 4% dos resíduos são devido a regressão. A máxima variação explicável é de 99% ou seja, somente 0,8% dos resíduos são devido à falta de ajuste. O coeficiente de ajuste (R) é de 98%. Portanto o modelo é estatisticamente válido. A tabela 7 apresenta os coeficientes da função objetivo eficiência exergética (Y).
O modelo acima apresentado (equação 4) é válido somente na faixa estudada. Para se efetuar extrapolações é necessário verificar, experimentalmente, se o valor de Y obtido é válido. Para obter-se os valores de Y nesta função é necessário introduzir os valores codificados, ou seja para valores reais apresentados na tabela 4.3, deve-se calcular o nível (entre -1 e 1) correspondente e substituí-lo na equação 4.
ANÁLISE DE SUPERFÍCIE DE RESPOSTA EFICIÊNCIA EXERGÉTICA (Y )
Definido o modelo, é necessário determinar os valores que, dentro da faixa de operação estudada maximizam o valor da eficiência exergética. Para efetuar-se esta análise, assim como nos casos anteriores, utilizou-se figuras tridimensionais e de curvas de níveis que relaciona relacionando os parâmetros dois a dois, fixando os demais nos valores propostos para o planejamento.
Estas figuras foram obtidas variando-se os parâmetros dentro da faixa estudada procurando se deslocar nas superfícies obtidas pelas linhas de maior crescimento da eficiência exergética. As superfícies de resposta para tal função que mostra a máxima eficiência é apresentada a seguir.
Da figura 5.a verificou-se que para valores crescentes de pressão de vapor no gerador e vazão de água no condensador a eficiência tende a subir. Verifica-se , da figura 5.b que, variando-se isoladamente cada um destes parâmetros este fato não é verdadeiro. Fica evidente que a interação entre estas duas variáveis influencia muito mais a eficiência exergética que cada uma delas em separado
Os valores ótimos para a função objetivo são apresentados na tabela 8.
A máxima eficiência exergética é:
CONCLUSÕES
Do presente trabalho conclui-se que a SRM é um método apropriado para análise de sensibilidade e de otimização de sistemas térmicos.
A otimização de sistemas de refrigeração por absorção é uma tarefa árdua devido a complexidade destes sistemas. No entanto, através da metodologia estatística de planejamento experimental, efetuando-se uma análise de sensibilidade e aplicando-se a SRM pode-se otimizar a operação destes sistemas dentro de uma faixa possível e de interesse ao nível de confiança desejado. Este procedimento é muito propício para a industria devido a sua simplicidade, rapidez e eficiência. O desenvolvimento de modelos matemáticos normalmente requer muito mais tempo, comparando-se com esta metodologia. Também requer, em muitos casos, simplificações que adicionam variações entre os valores preditos pelo modelo e os valores reais obtidos experimentalmente.
A metodologia aplicada no sistema em estudo e aqui apresentada também apresenta variações, mas estas já estão previamente definidas na análise. Neste caso 5% de intervalo de confiança. Definir previamente a faixa de variação aceitável em um processo pode implicar na determinação do risco do investimento, bem como do retorno que se espera dele.
Maximizando a eficiência exergética pode-se garantir que o aproveitamento da energia total necessária para o processo está sendo utilizada da melhor maneira possível, considerando-se que não se faça alterações físicas no sistema.
A análise de segunda lei, associada ao planejamento experimental e a SRM propicia determinar, num menor tempo, quais os equipamentos do sistema apresentam maior irreversibilidades. Pode-se, a partir desta determinação, avaliar o investimento necessário para as devidas melhorias no sistema, bem como a relação custo benefício destes investimentos.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP pelo apoio financeiro, ao Centro Universitário Luterano de Palmas - CULP/ULBRA e a todos que de alguma forma contribuíram para o desenvolvimento deste trabalho.
BIBLIOGRAFIA
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^rND^sAPHORNRATANA^nS.^rND^sEAMES^nI.W.^rND^sATAER^nE.Ö.^rND^sGÖGÜS^nY.^rND^sCORTEZ^nL.A.B.^rND^sLARSON^nD. L.^rND^sSILVA^nA DA^rND^sOliveria Jr.^nS. de^rND^sGoff^nP. L.^rND^sPorneala^nS^rND^sPorneala^nD.^rND^sAPHORNRATANA^nS.^rND^sEAMES^nI.W.^rND^sATAER^nE.Ö.^rND^sGÖGÜS^nY.^rND^sCORTEZ^nL.A.B.^rND^sLARSON^nD. L.^rND^sSILVA^nA DA^rND^sOliveria Jr.^nS. de^rND^sGoff^nP. L.^rND^sPorneala^nS^rND^sPorneala^nD.^rND^1A01^nLuís Augusto Barbosa^sCortez^rND^1A01^nLuiz Antonio^sRossi^rND^1A02^nLincoln de Camargo^sNeves Filho^rND^1A01^nLuís Augusto Barbosa^sCortez^rND^1A01^nLuiz Antonio^sRossi^rND^1A02^nLincoln de Camargo^sNeves Filho^rND^1A01^nLu¡s Augusto Barbosa^sCortez^rND^1A01^nLuiz Antonio^sRossi^rND^1A02^nLincoln de Camargo^sNeves FilhoSubsídios técnicos na rede e instalações elétricas visando a instalação e operação eficiente de sistemas de refrigeração para a conservação de produtos perecíveis em localidades produtoras no meio rural brasileiro
Luís Augusto Barbosa CortezI; Luiz Antonio RossiI; Lincoln de Camargo Neves FilhoII
IFaculdade de Engenharia Agrícola, UNICAMP
IIFaculdade de Engenharia de Alimentos, UNICAMP
RESUMO
A produção de perecíveis no Brasil já coloca o país entre os maiores produtores mundiais. No entanto, as elevadas perdas pós-colheita (de 30 a 50%, dependendo do produto), notadamente de frutas, hortaliças e pescado fazem diminuir consideravelmente a qualidade e os ganhos econômicos ao longo de toda a cadeia produtiva, penalizando sobretudo os produtores de baixa renda. Entre as medidas que se fazem necessárias para uma adequada conservação a mais importante é a refrigeração. No entanto, a fim de implantar projetos que envolvam a refrigeração se faz necessária a existência de rede elétrica nas propriedades produtoras. A maior parte das empresas agropecuárias é deficiente em termos de infra-estrutura de rede elétrica contanto quase que na maioria das vezes apenas com um conjunto gerador-diesel, o que pode ser oneroso ao país. Além da existência da rede é importante também a qualidade da energia elétrica (pequena variação na voltagem) entregue pois isso propicia o uso de compressores mais eficientes (herméticos) e de menor custo que já são oferecidos no mercado há quase 10 anos. Há também possibilidades de racionalizar o consumo de energia elétrica pela adoção de práticas como a recuperação de calor em unidades de refrigeração já instaladas. Em síntese, neste trabalho analisam-se os subsídios técnicos para uma política de refrigeração dirigido tanto para a conservação de pescado, frutas, hortaliças e de leite a granel. É importante salientar que, embora pouco lembrada, a refrigeração é um bem essencial numa sociedade que busca a valorização dos seus produtos. Nesse sentido, a introdução da refrigeração é entendida como uma maneira de se racionalizar o uso das diferentes formas de energia empregadas na produção.
Palavras-chave: Perdas de Produtos Perecíveis, Refrigeração, Qualidade de Energia Elétrica, Eletrificação Rural.
ABSTRACT
In Brazil 30-40% of perishable products are lost due to postharvest inadequate technology use. Refrigeration technology is not used in its full potential either. Lack of refrigeration implies more deterioration and low quality for domestic and exports. This paper discusses a method to quantify the costs that results from lack of electricity (deficit) or low quality electricity supply.
Keywords: Agricultural Losses, Refrigeration, Energy Quality, Rural Electrification.
INTRODUÇÃO
As perdas de alimentos "in natura" (frutas, verduras e leite) são significativas no Brasil (até 50%, dependendo do produto). Além disso, há também uma redução considerável da qualidade e nos ganhos ao longo de toda a cadeia produtiva na agricultura, penalizando os produtores. Os problemas decorrentes destas perdas levam a uma menor competitividade dos nossos produtos, agravando o "custo Brasil".
Entre as medidas que se fazem necessárias para uma adequada conservação a mais importante é o emprego da tecnologia de refrigeração. Novamente, além da simples existência da rede elétrica é importante também a qualidade da energia requerida pelo consumidor, geralmente um produtor rural ou um empresário que comercializa a produção. Em geral, os equipamentos usados na refrigeração por compressão mecânica, que é a tecnologia mais utilizada no Brasil e no mundo, requerem uma energia elétrica com variação permitida na voltagem de no máximo ± 10% além da voltagem nominal do sistema de distribuição.
É importante salientar também que algumas empresas do setor de refrigeração informam, mesmo sem que tenha havido para isso um levantamento específico, que a causa maior das "paradas" das unidades de refrigeração já instaladas se deve a problemas com a qualidade da energia elétrica usada na operação em vários equipamentos destes sistemas, tais como: compressores, ventiladores, bombas e acessórios operados eletricamente como válvulas solenóides, por exemplo. Além de danificar esses equipamentos e causar um prejuízo direto, seja pelo dano ao equipamento como também ao produto que às vezes é perdido, essas paradas acabam resultando numa perda ou custo indireto da má qualidade da energia elétrica traduzida pelos dias sem poder operar a unidade. Isto têm ocorrido mesmo com a adoção de controles de segurança tanto para os motores como para os controles que compõem as unidades de refrigeração. Cada fabricante de equipamento recomenda certos limites para a operação segura mas problemas freqüentes tem ocorrido causando importantes prejuízos aos usuários e consequentemente à população atendida.
Um outro fator importante é o rápido processo de granelização do leite no país. O processo de coleta, conservação, manipulação e transporte do leite à granel irá requerer mais infra-estrutura de refrigeração, notadamente nos estados onde se concentra a produção leiteira no país (MG, GO, SP e região Sul) o que implica na existência de rede elétrica. A introdução da refrigeração é entendida também como uma maneira de se racionalizar o uso das diferentes formas de energia empregadas na produção.
Assim, neste trabalho preliminar propõe-se oferecer alguns subsídios técnicos quanto à qualidade da energia elétrica requerida pelo consumidor (empresa agrícola) para uma política de refrigeração dirigido tanto para a conservação de pescado, frutas, hortaliças e de leite a granel. Assim, existe uma diferença entre a energia elétrica fornecida e a requerida pelos equipamentos elétricos de sistemas de refrigeração. Essa diferença de qualidade resulta em um custo ao país.
OBJETIVO E ETAPAS DO TRABALHO
É, portanto, o objetivo geral deste trabalho o de realizar um levantamento preliminar das economias potenciais pelo aumento da qualidade da energia elétrica1 ofertada nas regiões agrícolas produtoras de alimentos perecíveis "in natura". Para tanto, são apresentadas a seguir, uma seqüência de etapas de trabalho as quais, ao final, permitirão estabelecer relações do tipo custo/benefício para projetos visando a melhoria da qualidade de energia elétrica nestas mesmas regiões.
Assim, a fim de que sejam calculados os custos da falta de energia (custo do deficit) ou da qualidade da energia elétrica oferecida propõe-se basicamente que seja realizada uma pesquisa com as seguintes etapas:
a) inicialmente, identificar as regiões produtoras brasileiras mais importantes quanto ao consumo de energia para refrigeração de produtos perecíveis "in natura" (notadamente pescado, frutas, hortaliças e leite), visando sua comercialização no mercado interno ou externo. Propõe-se, assim, trabalhar com as seguintes regiões e respectivos produtos:
• um porto fluvial na Amazônia (e.g. Manaus e Belém) identificando as condições para refrigeração de pescado;
• região de Petrolina-Juazeiro no Vale do São Francisco que é uma área fruticultura (e.g. uva e manga) de alta qualidade, inclusive para o mercado de exportação; ou região de Mossoró produtora de frutas alta qualidade (e.g. melão) em Rio Grande do Norte;
• bacia leiteira do Sul de Minas Gerais ou Goiás, uma tradicional e outra com crescente produção e um grande potencial para produção futura;
• hortaliças (e.g. alface) e fruticultura (e.g. figo e goiaba) no cinturão verde que abastece São Paulo e Rio de Janeiro, pela importância destes produtos na alimentação da população;
• região de Fraiburgo (e.g. maçã) em Santa Catarina, por ser a fruta nacional que mais usa frio na sua conservação;
b) identificadas as regiões, seria feito um diagnóstico preliminar da rede e instalações elétricas de cada região baseado em visitas "in loco", considerando suas necessidades de infra-estrutura de refrigeração e adequação da rede elétrica para este fim, além de recomendações que subsidiassem um estudo posterior mais criterioso;
c) Identificar, nas regiões propostas, a geração diesel-dependente, seus custos e problemas. Com base nisso, de que modo os problemas encontrados representam um entrave à instalação de infra-estrutura de refrigeração.
METODOLOGIA POR ETAPA DO TRABALHO
Com base nos diferentes produtos, suas necessidades em termos de redução do "custo Brasil", serão escolhidas e identificadas as regiões produtoras a serem estudadas. Para cada região identificada como "região produtora" de interesse, será feito um levantamento da rede elétrica existente, utilizando de um questionário preparado para este fim. Serão realizadas visitas seja aos entrepostos das regiões produtoras e também, em alguns casos, junto ao produtor ou empresa agrícola. Também será necessário estabelecer contatos junto à empresa concessionária de eletricidade local a fim de disponibilizar os dados para os estudos. Quanto à infra-estrutura de refrigeração as visitas ao local permitirão obter essas informações.
O questionário e as informações obtidas através das visitas e contatos junto às empresas locais permitirão determinar a qualidade da energia elétrica fornecida e a requerida, seja em termos do número de interrupções e variações de voltagem. As pesquisas de campo também permitirão estimar os custos associados com a falta de energia elétrica (deficit) e da qualidade da energia elétrica, seja pelos danos aos equipamentos, custos de manutenção, perda de produto, perda de mercado etc.
Além disso, seriam determinadas as alternativas para instalação de equipamentos mais baratos e mais eficientes com vistas à redução do consumo de energia elétrica. Um exemplo seria a instalação de recuperadores de calor visando o aquecimento de água de limpeza usada após a ordenha. Normalmente o aquecimento é feito com "boilers" elétricos.
Identificar, nas regiões propostas, a geração diesel-dependente, seus custos e problemas e de que modo representam um entrave à instalação de infra-estrutura de refrigeração. A identificação será feita através das visitas "in loco" junto à produtores e empresas agrícolas das regiões escolhidas.
A falta de investimentos no setor elétrico, aliada ao crescimento de tipos de cargas elétricas, juntamente com problemas de funcionamento relacionados a elas, conduz à perda da continuidade do fornecimento da energia elétrica. Isto é, compromete a qualidade do fornecimento de energia elétrica ao consumidor e traz consigo inevitáveis prejuízos técnicos e financeiros.
Na zona rural, particularmente, em função de indicadores técnicos e econômicos nada favoráveis, a postergação de investimentos por parte das concessionárias de energia elétrica é uma prática usual. Isto, indubitavelmente, somente agrava a situação já extremamente carente em termos de suprimento energético.
Para unidades consumidoras situadas na zona rural, atendidas com tensão igual ou inferior a 1 kV, os valores dos indicadores anuais de continuidade individuais (DIC e FIC), permitidos às concessionárias, são os mais elevados, conforme artigo 26 da resolução ANEEL 024/2000. Assim, tem-se, em relação ao tipo de sistema de fornecimento e à zona urbana, uma pior qualidade no atendimento às cargas de consumidores rurais.
Algumas das conseqüências seriam: perdas de produção na indústria, em que o processo produtivo esteja baseado em sistemas eletroeletrônicos de controle, envolvendo a aplicação de controladores lógicos programáveis (PLC), computadores, sensores e transdutores eletrônicos, mau funcionamento e queima de equipamentos eletroeletrônicos, tais como: microcomputadores, acionamentos microprocessados, controladores de processos, etc.
DISTÚRBIOS MAIS COMUNS CAUSADOS PELA FALTA DE QUALIDADE DA ENERGIA ELËTRICA
a) Flutuação de tensão: é uma série de variações na tensão podendo serem regulares ou não;
b) Queda de tensão: qualquer redução verificada na tensão de alimentação, produzida pela ligação de cargas no sistema;
c) interrupções momentâneas: cortes no fornecimento de energia elétrica decorrentes de distúrbios na rede de alimentação.
Qualquer ocorrência que implique na modificação da tensão, da corrente ou da freqüência, resultando em falha ou má operação de equipamentos.
De maneira geral, a investigação na área de Qualidade de Fornecimento de Energia Elétrica diz respeito ao conhecimento, à análise, ao diagnóstico, à solução e à avaliação do impacto econômico nas unidades consumidoras de toda e qualquer ocorrência defeituosa que se estabeleça na tensão, na corrente ou na freqüência e que provoque falha ou má operação de equipamentos elétricos.
A conscientização dos usuários finais de energia elétrica em relação à qualidade do fornecimento de energia elétrica tem crescido de maneira muito rápida. Os consumidores estão melhor informados a respeito de temas específicos da área de suprimento energético, tais como interrupções de fornecimento, mergulho de tensão (Sag), salto de tensão (Swell) e transitórios provocados por chaveamentos e estão questionando as concessionárias dos serviços de eletricidade no sentido de que haja melhor qualidade na energia que lhes é fornecida. Entretanto, é importante também que os consumidores se conscientizem de que a Qualidade do Fornecimento da Energia não depende só da Concessionária, mas também do tipo de carga que é ligada ao sistema.
Ou seja, a qualidade no fornecimento de energia não é um problema de responsabilidade única da concessionária dos serviços de eletricidade.
RESULTADOS ESPERADOS E CONCLUSÕES
O "custo Brasil" tem componentes muitas vezes não tão evidentes aos nossos olhos. Aqui neste trabalho, discutiu-se preliminarmente o custo causado pelo deficit de energia elétrica nas regiões produtoras de frutas, hortaliças, pescado e leite. Grande parte desses alimentos é perdido ou deteriora-se pela não existência de rede elétrica ou pela baixa qualidade da energia que acaba por provocar danos aos equipamentos e motores elétricos.
O trabalho em si ainda não foi realizado, portanto ainda não se dispõe dos resultados. Sabe-se apenas, por diferentes consultas a produtores rurais e fornecedores de equipamentos que as perdas econômicas são consideráveis. Evidentemente que nem tudo pode ou deve ser creditado à falta de energia elétrica. Há perdas causadas por diferentes motivos. No entanto, neste trabalho propõe-se discutir e desenvolver uma metodologia que permita quantificar o custo do deficit de energia elétrica e/ou de sua baixa qualidade.
O papel da ANEEL é nesse sentido fundamental pois, como agência reguladora que é, tem compromissos com a universalização do fornecimento e com a qualidade da energia elétrica fornecida à população como um todo. O setor rural gera, diretamente ou indiretamente parte considerável da renda nacional, notadamente do produto agrícola. Uma melhora na qualidade dos produtos, decorrentes do uso da refrigeração, têm impactos positivos na saúde da população e na economia do país.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
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[19] TEIXEIRA, P.H.G.; DOS SANTOS, S.M. "A Geopolítica da Energia no Brasil". Anais do I Congresso de Regulação de Serviços Públicos Concedidos, Salvador, Ba, 3-5 Julho 2000.
ANEXOS - CONCEITOS OU DEFINIÇÕES
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL
RESOLUÇÃO N o 24, DE 27 DE JANEIRODE 2000.
Estabelece as disposições relativas à continuidade da distribuição de energia elétrica às unidades consumidoras
CONCEITOS OU DEFINIÇÕES
DEC: Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora Intervalo de tempo que, em média, no período de observação, em cada unidade consumidora do conjunto considerado ocorreu descontinuidade da distribuição de energia elétrica. Ou seja, exprime o espaço de tempo durante o qual, em média, cada consumidor do conjunto considerado ficou privado do fornecimento de energiaelétrica, no período de observação.
DIC: Duração de Interrupção Individual por Unidade Consumidora. Intervalo de tempo que, no período de observação, em cada unidade consumidora ocorreu descontinuidade da distribuição de energia elétrica.
DMIC: Duração Máxima de Interrupção Contínua por Unidade Consumidora.Tempo máximo de interrupção contínua, da distribuição de energia elétrica, para uma unidade consumidora qualquer.
FEC: Freqüência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora. Número de interrupções ocorridas , em média, no período de observação, em cada unidade consumidora do conjunto considerado. Ou seja, representa o número de interrupções que, em média, cada consumidor do conjunto considerado sofreu, no período de observação.
FIC: Freqüência de Interrupção Individual por Unidade Consumidora. Número de interrupções ocorridas, no período de observação, em cada unidade consumidora.
Indicador de Continuidade
Representação quantificável do desempenho de um sistema elétrico, utilizada para a mensuração da continuidade apurada e análise comparativa com os padrões estabelecidos.
Indicador de Continuidade: Global:Representação quantificável do desempenho de um sistema elétrico agregada por empresa, estado, região ou país.
Interrupção: Descontinuidade do neutro ou da tensão disponível em qualquer uma das fases de um circuito elétrico que atende a unidade consumidora.
Interrupção de Longa Duração: Toda interrupção do sistema elétrico com duração maior ou igual a 1 (um) minuto.
Interrupção Programada: Interrupção antecedida de aviso prévio, por tempo preestabelecido, para fins de intervenção no sistema elétrico da concessionária.
Quando forem apurados valores superiores aos limites anuais ou trimestrais dos índices de continuidade (DEC e FEC), o concessionário deve adotar todas as providências no sentido da normalização do fornecimento.
Os indicadores mais importantes são DEC, FEC, DIC e FIC sob a ótica das concessionárias e relativamente às obrigações de cumprimento de metas dos indicadores que a ANEEL estabelece para as mesmas.
1 Entende-se por "qualidade de energia" da rede elétrica um suprimento com baixo número de interrupções e pequenas variações na voltagem da energia fornecida ao usuário.
^rND^sBLEINROTH^nE.W.^rND^sGARCIA^nJ.L.M.^rND^sGAYET^nJ.P.^rND^sNEVES^nFO.^rND^nL.C. E L. A.B.^sCORTEZ^rND^sBLEINROTH^nE.W.^rND^sGARCIA^nJ.L.M.^rND^sGAYET^nJ.P.^rND^sNEVES^nFO.^rND^nL.C. E L. A.B.^sCORTEZ^rND^1A01^nPaulo Cesar^sHardoim^rND^1A01^nAdriano Dicesar M. A.^sGonçalves^rND^1A01^nPaulo Cesar^sHardoim^rND^1A01^nAdriano Dicesar M. A.^sGonçalves^rND^1A01^nPaulo Cesar^sHardoim^rND^1A01^nAdriano Dicesar M. A^sGon‡alvesAvaliação do potencial do emprego do biogás nos equipamentos utilizados em sistemas de produção de leite
Paulo Cesar Hardoim; Adriano Dicesar M. A. Gonçalves
DEP. DE ENGENHARIA, UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS, CEP. 37.200-000 Lavras-MG tel: (35) 8291485 fax: (35) 8291482
RESUMO
A tecnologia da biodigestão anaeróbia tem sido comprovada como uma das mais eficiente no tratamento dos dejetos de bovinos, contudo, o emprego do biogás como fonte de energia para o funcionamento dos equipamentos ainda encontra limitações de ordem tecnológica. O presente trabalho avaliou o potencial do tratamento anaeróbio dos resíduos de bovinos, destinados a produção de leite, como fonte renovável de energia, dentro de um conceito de desenvolvimento sustentável e de racionalização da produção sem agressão ao Meio- Ambiente. Também verificou que esta tecnologia pode ser apropriada como estratégia de conservação e uso eficiente da energia. O emprego da biodigestão anaeróbia neste caso é possível e desejável, uma vez que contribui para preservação do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas de confinamento e reduz o custo da produção. Em uma pecuária de leite a quantidade dos resíduos produzidos, pode ser usada como recursos de suprimentos, tanto de energia como de fertilizante. Em um confinamento de 100 vacas, um biodigestor pode produzir um volume de 118 m3 de biogás. Volume este suficiente para funcionar um grupo gerador de 15kVA e este atender com energia elétrica a demanda da ordenhadeira, do resfriador de leite, do triturador, do desintegrador, do misturador de ração e da bomba d'água. A demanda total de biogás do grupo gerador para funcionar estes equipamentos foi estimada em 85,3m3 de biogás, o que pode ser suprido com folga pelo biodigestor.
Palavras-chave: biodigestor anaeróbio, metano, tratamento de resíduos de bovinos.
ABSTRACT
The technology of the anaerobic digestion has been checked as one of the most efficient in the treatment of the dejection of bovine, however, the employment of the biogas as source of energy for the operation of the equipment still finds limitations of technological order. The present work evaluated, the great potential of the treatment anaerobic of the residues of bovine destined the production of milk as source energy renewably , inside of a concept of maintainable development and production rationalization without aggression to the Middle - Atmosphere. It also verified that technology is adapted as conservation strategy and efficient energy use. The employment of the anaerobic digestion in the treatment of the dejection is possible and desirable, once it contributes to preservation of the environment, it makes possible the modern confinement systems and it reduces the production cost. The residues of milk cows produced, can be used as resources of supplies, so much of energy as of fertilizer. In a confinement of 100 cows, a biodigestor can produce a volume of 118 m3 of biogas. Volume this enough one to work a generating group of 15kVA and this to assist with electric energy the demand of the milk installation and bomb of water. The total demand of biogas can working with these equipment is esteemed in 85,3m3 of biogas, what can be supplied with rest by the biodigestor.
INTRODUÇÃO
Os modernos sistemas de produção têm como objetivo principal a produção racional sem contaminação do Meio Ambiente. Para o pai da química moderna, Antoine Laurent Lavoisier, "na natureza, nada se cria, nada se perde e tudo se transforma". Hoje, o homem sabe que é necessário atuar sobre as transformações, sem transtorno ou prejuízo à natureza e conseqüentemente a si próprio. Quanto mais conhecimento o homem adquire, mais descobre a importância do uso racional dos recursos ambientais, para que estes sejam inesgotáveis e para o seu próprio bem.
As modernas técnicas de produção agropecuária têm permitido um contínuo aumento na eficiência produtiva de alimentos e de insumos. Países que dispõem de melhor tecnologia conseguem reduzir a área, o número de animais e a quantidade de trabalhadores necessários à produção agrícola. Da mesma forma, o uso racional dos insumos e o correto manejo dos resíduos, permitem otimizar os sistemas produtivos de maneira a se obter convívio harmonioso entre o homem e o Meio Ambiente.
Em sistemas de produção de leite de bovino VAN HORN (1994) observou que as vacas eliminam nos dejetos 33% da energia ingerida nos alimentos [1]. Esta energia junto com os constituintes minerais podem ser fonte de poluição ao Meio Ambiente, quando os dejetos são mal manejados. O emprego de tecnologia da digestão anaeróbia para o tratamento dos dejetos é possível e desejável, uma vez que contribui para preservação do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas de produção e otimiza a relação entre custo benefício do empreendimento.
Com o propósito de contribuir para a otimização desta tecnologia, o presente trabalho estimou o potencial da utilização do biogás no emprego dos equipamentos utilizados para à produção de leite.
REVISÃO DE LITERATURA
HARDOIM (1999) [2] relata que, o adequado manejo do resíduo é um requisito básico ao sucesso de qualquer empreendimento agropecuário. De forma mais simplificada, o bovino usado para a produção de leite, pode ser analisado como uma máquina que processa o alimento convertendo apenas parte deste no produto leite, o restante é eliminado na forma de resíduo que possui uma grande capacidade de poluição.
De uma forma cíclica, a poluição causada pelos resíduos pecuários, acaba provocando danos ao próprio animal, ao homem que trabalha no sistema produtivo e ao Meio Ambiente como um todo, uma vez que pode ser a causa de doenças nos animais e no homem ocasionando prejuízo ao próprio empreendimento.
Quando o bovino é explorado no regime extensivo (pastejo), as dejeções produzidas são dispersas no solo e sofrem um processo completo de decomposição, sem maiores problemas de poluição. Isto ocorre devido à pequena concentração de animais por área de pastejo (GARCIA-VAQUERO, 1981) [3]. Contudo, à medida que o animal fica confinado, mesmo que em um curto espaço de tempo, para ordenha por exemplo, os dejetos produzidos ficam concentrados e necessitam ser tratados para evitar poluição.
Devido ao crescimento da população humana e em virtude da demanda sempre crescente por alimentos, a cada dia que passa, os produtores de leite vêm adotando, por meio de confinamento, os "Sistemas Intensivos de Produção Animal". Isto ocorre principalmente próximo aos grandes centros consumidores, onde a poluição ambiental é um fator de grande risco à sobrevivência do homem e dos animais (CAMPOS, 1998) [4].
Um dos maiores problemas destes sistemas é a grande quantidade de resíduos produzidos diariamente devido à elevada concentração de animais. Estes resíduos constituem-se de dejetos, de material usado nas camas, de água com produtos utilizados na limpeza, de restos de animais (pêlos e células mortas) etc. Os dejetos, que se constituem a maior parte dos resíduos, contém a parte sólida, que são as fezes, e a parte líquida que é a urina. O destino final dos resíduos tem se constituído num problema para criadores e especialistas, pois envolve aspectos técnicos, sanitários e econômicos.
Nos últimos anos, o destino final dos resíduos urbanos, industriais e agrícolas e a poluição ambiental tornaram-se assunto de grande relevância mundial, chegando até mesmo, ser alvo de uma grande conferência mundial promovida pela ONU, chamada de II CONFERÊNCIA DAS NAÇÕES UNIDAS PARA O MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO, no Rio de Janeiro, em 1992. Esta conferência reuniu os principais estadistas do mundo para tratar dos problemas causados pelo homem ao Meio Ambiente e propor normas de conduta a serem seguidas por todos os habitantes do planeta, com a finalidade de reduzir a agressão causada pelo homem à natureza, em todos os níveis.
Também nesta conferência teve como resultado um plano de ação denominado de Agenda 21 (Plano de ação da Declaração do Rio-92), que estabelece a substituição de 20% das fontes energéticas por renováveis até o ano 2000 e 50% até o ano 2020. Onde mais uma vezos combustíveis alternativos e renováveis vêm à tona, como uma das soluções para o desenvolvimento auto – sustentado.
Na 8° EUROPEAN CONFERENCE ON BIOMASS FOR ENERGY, ENVIRONMENT, AGRICULTURE AND INDUSTRY (1994), realizada em Viena, tratou-se do evidente interesse no uso da biomassa como suprimento energético. Destacando que a biomassa vegetal é uma forma de energia e matéria prima renovável, onde a larga escala de desenvolvimento, produção e uso podem trazer grande contribuição na diversificação de recursos energéticos nas áreas rurais, com menor dependência dos combustíveis convencionais, na proteção ao ambiente e no desenvolvimento das atividades agrícolas SILVA (1998) [5].
Hoje, no Brasil, como não poderia ser diferente, se faz necessário o adequado manejo dos resíduos, tendo em vista a necessidade de preservação ambiental. Isto se faz pelo aspecto prático e racional, como também pelo aspecto legal, uma vez que existem leis que regulamentam o assunto, em nível federal, estadual e municipal. Em nível federal, temos a Lei n° 24.043, de 10 de junho de 1934, conhecida como Código das Águas, e a Lei n° 9.605, de 12 de fevereiro de 1998, chamada de Lei de Crimes Ambientais, que regulamenta as atividades ligadas ao Meio Ambiente. Contudo, em cada região podem existir leis, de âmbito estadual e municipal, que estabeleçam particularidades relacionadas à cada situação, atendendo aos requisitos mínimos das leis federais.
Com o objetivo de atender às exigências práticas e legais, torna-se necessário o desenvolvimento de tecnologia apropriada para o tratamento dos resíduos a cada caso, tornando mais eficiente o tratamento e minimizando, deste modo, o impacto ambiental que estes podem provocar (LOURES, 1998) [6].
Portanto, um manejo adequado dos resíduos é uma necessidade sanitária, ecológica e econômica. Sanitária porque os resíduos podem prejudicar a saúde dos animais e do homem, tanto dentro como fora da propriedade. Ecológica, porque os resíduos, ricos em matéria orgânica e nutrientes, causam poluição e desequilíbrio no Meio Ambiente. E por fim, econômica porque o tratamento dos resíduos envolve recursos de equipamentos, de material e de mão de obra, que oneram o sistema produtivo e podem até mesmo inviabilizá-lo.
Um aspecto positivo dos sistemas pecuários é que os resíduos orgânicos são insumos de produção agrícola, quando estabilizados e reciclados adequadamente no solo, podendo estes incrementar a produção. Isto porque, os resíduos constituem-se na sua grande maioria, de dejetos que são componentes orgânicos naturais do meio e portanto em última instância, quando adequadamente tratados, podem contribuir para a melhoria da produção vegetal e por conseqüência da produção animal. Assim, embora sejam chamados de resíduos com grande capacidade de poluição, na verdade são de fato recursos a serem reciclados no ecossistema natural (VAN HORN et al., 1994) [1].
O desenvolvimento da tecnologia de utilização da digestão anaeróbia é um dos mais promissores no campo da biotecnologia, uma vez que é fundamental para promover, com grande eficiência, a degradação de resíduos orgânicos, que são gerados em grandes quantidades nas modernas atividades rurais e industriais. À medida que, os sistemas de produção animal se intensificam e se modernizam, se intensificam, também, as necessidades energéticas e de tratamento dos resíduos (LUCAS JÚNIOR, 1987) [7].
RESENDE et al. (1998) [8] afirmam que "as dificuldades para um rápido crescimento do emprego da energia renovável passam pelo tempo requerido para a maturação da tecnologia, produção industrial, treinamento e aceitação pública. Contudo, as maiores dificuldades são a falta de recursos , muitas vezes destinados, ainda, a sistemas baseados em combustíveis fósseis, nucleares hidrelétricos, e ao planejamento de curto prazo, de custos internos e das atividade de construção e de operação, que hoje dominam nas análises financeira e econômica de novos empreendimento. Contudo, a utilização das fontes renováveis é essencial para a garantia do suprimento de energia e da constituição de um ambiente equilibrado no futuro".
Portanto, em um sistema de produção de leite adequadamente planejado, a quantidade dos resíduos pode ser estimada e usada como recursos de suprimentos, tanto de energia como de biofertilizante. Porém, quando este é inadequadamente planejado, o excesso de resíduos pode se constituir em um problema e torna-se desperdício que causa desequilíbrio ambiental. Em tais circunstâncias, a sociedade tem que coibir este desequilíbrio e exigir que seja feito o processamento adequado, até mesmo quando os custos deste processamento excedem ao valor dos recursos recuperados.
Desta forma, o melhor sistema de tratamento do resíduo pecuário deve ser projetado para minimizar o impacto ao Meio Ambiente e maximizar a recuperação dos recursos energéticos e fertilizantes que estes contêm, com o objetivo de aproveitá-los no aumento da produtividade.
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi desenvolvido no Departamento de Engenharia da Universidade Federal de Lavras.
Foi determinado o volume de dejetos produzidos por 100 vacas confinadas a partir de dados coletados no experimento conduzido por CAMPOS (1998) [4] em um Sistema Intensivo de Produção de Leite do Centro de Pesquisa de Gado de Leite da EMBRAPA de Juiz de Fora- MG.
Com estes dados foi possível estimar o potencial de produção de metano dos dejetos, quando tratado por um biodigestor do tipo indiano, empregando a equação de estimativa produção de metano (1) desenvolvida por HARDOIM (1999) [2].
em que,
= estimativa da produção volumétrica de metano do biodigestor, m3/m.d,
COV = carga orgânica volumétrica em relação a ST, kg/m3.d,
TEMP = temperatura do biodigestor, ° C,
AGIT = emprego da agitação (com = 1, sem = 0).
Usou-se para estimativa da quantidade produzida de metano o tempo de retenção hidráulica de 24 dias o que corresponde ao valor de 3,125 kg/m3.d de carga orgânica volumétrica, a temperatura média de 25ºC e sem agitação. O valor encontrado de 0,398 m3 de metano/m3 de biodigestor /d. foi multiplicado por 193 m3, que corresponde ao volume de um biodigestor necessário para o tratamento dos dejetos de 100 vacas confinadas no sistema caracterizado por CAMPOS (1998) [4], obteve-se o volume de 76,8m3 de metano que eqüivale a 118 m3 de biogás para a concentração de 65% de metano no biogás.
Para estimativa da demanda de energia elétrica, utilizou-se um relatório "Análises das instalações elétricas em uma empresa rural (produção de leite tipo "B") realizado por SOUZA et al. (1998) [9] que contém o levantamento de uma propriedade rural de 100 vacas e que possui um transformador de energia de 15kVA com os equipamentos de potência e rendimento constante na Tabela (1).
O consumo diário de energia foi calculado em 117,58 kWh que eqüivale em termos de consumo biogás para um grupo gerador de 15kVA em 85,3 m3 de biogás. O que significa uma folga de 32,7 m3 de biogás como margem de segurança e possível utilização em outros equipamentos.
CONCLUSÃO
O presente trabalho concluiu que em um confinamento de 100 vacas, o emprego de um biodigestor anaeróbio para o tratamento dos dejetos das vacas pode tratar os dejetos evitando problemas ambientais e pode também produzir um volume de 118 m3 de biogás. Volume este suficiente para funcionar um grupo gerador de 15kVA e este atender com energia elétrica a todos os equipamentos utilizados no sistema produtivo. Ou seja, a ordenhadeira, o resfriador de leite, o triturador, o desintegrador, o misturador de ração e as bombas d'água para lavagem e recalque. A demanda de biogás do grupo gerador para funcionar estes equipamentos foi estimada em 85,3m3 de biogás, o que pode ser suprido com folga pelo biodigestor.
Este trabalho apenas se restringiu em analisar o potencial energético do biogás, oriundo do tratamento anaeróbio dos dejetos de vacas destinadas à produção de leite, e avaliar o requerimento energético de todos os equipamentos necessários para o funcionamento do sistema produtivo.
Acredita-se que problemas existirão na implantação deste sistema. Contudo, cabe à pesquisa o desenvolvimento do aproveitamento energético contido nos dejetos e a adequação dos equipamentos para o aproveitamento do metano como fonte renovável de energia, dentro de um conceito de desenvolvimento sustentável e de racionalização da produção sem agressão ao Meio- Ambiente.
Também verificou-se que esta tecnologia pode ser apropriada como estratégia de conservação e uso eficiente da energia. O emprego da biodigestão anaeróbia no tratamento dos dejetos é possível e desejável, uma vez que contribui para preservação do Meio Ambiente, viabiliza os modernos sistemas de confinamento e reduz o custo da produção.
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^rND^sVAN HORN^nH.H.^rND^sWILKIE^nA C.^rND^sPOWERS^nW.J.^rND^sNORDSTEDT^nR.A.^rND^sCAMPOS^nA T.^rND^sSILVA^nF.M.^rND^sLOURES^nE.G.^rND^sLUCAS JÚNIOR^nJ.^rND^sRESENDE^nA.P.S.^rND^sVAN HORN^nH.H.^rND^sWILKIE^nA C.^rND^sPOWERS^nW.J.^rND^sNORDSTEDT^nR.A.^rND^sCAMPOS^nA T.^rND^sSILVA^nF.M.^rND^sLOURES^nE.G.^rND^sLUCAS JÚNIOR^nJ.^rND^sRESENDE^nA.P.S.^rND^1A01^nJoel Carlos^sZukowski Jr^rND^1A02^nLuís Augusto Barbosa^sCortez^rND^1A03^nLuís Ernesto Brossard^sPeres^rND^1A01^nJoel Carlos^sZukowski Jr^rND^1A02^nLuís Augusto Barbosa^sCortez^rND^1A03^nLuís Ernesto Brossard^sPeres^rND^1A01^nJoel Carlos^sZukowski J£nior^rND^1A02^nLu¡s Augusto Barbosa^sCortez^rND^1A03^nLu¡s Ernesto Brossard^sPeresAnálise de sensibilidade em um sistema de refrigeração água-amônia
Joel Carlos Zukowski JrI; Luís Augusto Barbosa CortezII; Luís Ernesto Brossard PeresIII
IFaculdade de Engenharia Agrícola, Centro Universitário Luterano de Palmas. TO, CEP 77000-000 Palmas,TO tel: (063) 223-2055 fax: (063) 223-2091
IIDepartamento de Construções Rurais, Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP, CEP 13 Campinas, SP tel: (019) 788-1033 fax: (019) 788-1010
IIIUniverrsidad de oriente, Santiago de Cuba, Cuba
RESUMO
No HC-UNICAMP encontra-se instalado um sistema de refrigeração por absorção de fabricação MADEF S.A.. Nestes sistemas conhecer como cada parâmetro de operação influencia a eficiência exergética é muito importante. Alguns parâmetros de operação foram estudados: a pressão (temperatura) de condensação do vapor que entra no gerador, a vazão de água no condensador evaporativo, a vazão de água de formação de gelo, no evaporador e o tempo de ciclo de formação de gelo. Estes parâmetros influenciam significativamente a eficiência exergética deste tipo de sistema. O presente trabalho pretende mostrar, para o caso em questão, dentro da faixa de operação estudada, como estes parâmetros influenciam a eficiência exergética através do panejamento experimental de 2 níveis. Os resultados obtidos mostram, também que as interações deste parâmetros com outros em estudo também são importantes.
Palavras-chave: exergia, eficiência exergética, refrigeração por absorção, água-amônia.
ABSTRACT
At UNICAMP Hospital there is an installation of an absorption refrigeration system for ice production. In these systems, it is important to know how each operation parameter influences the exergetic efficiency. Some operation parameters were studied: the pressure (temperature) of condensation of the vapor that enters in the generator, the flow of water in the evaporative condenser, the flow of water to ice formation, in the evaporador, and the time of cycle of ice formation. The present work intends to show, for this case and for the range of studied operation, how these parameters may influence the exergetic efficiency through the two levels experimental design. The obtained results show, also that the interactions of this parameters with others in study are also important.
INTRODUÇÃO
Nas regiões onde clima brasileiro apresenta valores médios de temperatura ambiente altos o ano todo e variações muito grandes de umidade relativa a necessidade de ambiente controlado para conservação da produção agrícola, principalmente de frutas e hortaliças, é fundamental.
A utilização de sistemas de refrigeração por absorção pode ser mais interessante que a utilização de sistemas de refrigeração por compressão em propriedades rurais desprovidas ou com baixa oferta de energia elétrica. As propriedades rurais brasileiras, bem como de outros países em desenvolvimento, em sua maioria não são providas de energia elétrica e os sistemas de refrigeração por absorção, não são grandes consumidores desta fonte de energia.
A temperatura no gerador é fator muito importante na operação adequada dos sistemas de refrigeração por absorção. Para verificar o quanto as variações neste parâmetro afeta a eficiência exergética utilizou-se um planejamento experimental de dois níveis, definido mais adiante.
A metodologia adotada mostrou que dentre os parâmetros de operação estudados a pressão do vapor de água que entra no gerador (que controla sua temperatura de operação, logo tem-se um trocador de calor operando à temperatura constante), bem como sua interação com outros parâmetros, influencia significativamente a eficiência exergética.
PRODUÇÃO E PERDAS DE FRUTAS E HORTALIÇAS
A diminuição da disponibilidade de alimentos é um problema que se agrava com a expansão da população mundial. O problema do desequilíbrio entre a população e a quantidade de alimento disponível, pode ser reduzido seja pelo aumento no suprimento de alimentos, seja pela limitação do crescimento da população. Essas soluções, porém, são drásticas e requerem uma quantidade considerável de capital e de tempo para que os objetivos sejam atingidos. Uma terceira opção, mais viável, seria a redução nas perdas que ocorrem nas diferentes etapas da obtenção dos alimentos, desde a produção até a comercialização e consumo (Chitarra & Chitarra, 1990).
O estado do Tocantins caracteriza-se pelo seu potencial agrícola. Conta com 16 milhões de hectares de áreas agricultáveis, excepcionais condições de clima e solo, um milhão de hectares para irrigação por inundação, mais um milhão de hectares para irrigação de superfície. Apresenta condições excepcionais para a produção de grãos, algodão, fruticultura, piscicultura e silvicultura. Conta, ainda com uma rede hidrográfica privilegiada a chamada Araguaia/Tocantins (Manduca, 1999).
A produção de frutas no estado é apresentada na tabela 1.
Da tabela 1 verifica-se que o estado do Tocantins apresenta uma produção de frutas considerável. No caso do abacaxi pérola, é considerado o maior produtor nacional atendendo também o mercado externo. Desta produção uma parcela considerável se perde por falta de tratamento pós-colheita adequado.
Neves Fo (1992) discute este problema e apresenta, na tabela 4, as perdas de algumas frutas ocorridas no Brasil. Dentre as causa apontadas por ele estão: amadurecimento precoce, falta de tratamento pré o pós-colheita. Em média as perdas chegam a 40%, o que representa um total de aproximadamente 3 bilhões de dólares por ano. Uma redução de 50% nestas perdas representa uma economia de 1,5 bilhões de dólares anuais.
Não se tem, ainda, valores de quanto se produz e se perde da produção de frutas e hortaliças. Para se verificar a gravidade da situação basta citar que hortaliças são vendidos nos postos de venda a consumidor em consignação. Segundo pesquisa realizada pelo autor, as perdas nos maiores mercados, que dispõem de ambiente controlado para armazenamento de seus produtos, podem chegar, considerando desde o produtor, a 30% ou mais.
CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DO CICLO DE ABSORÇÃO
O sistema em estudo está instalado no HC-UNICAMP e é descrito detalhadamente por Zukowski Jr., (1999). Os balanços de massa e energia para cada componente do sistema foram definidos por Cortez, et al. (1997).
Para uma avaliação de segunda lei utilizou-se a equação (1) para eficiência exergética definida por Kotas (1988). Esta é a relação entre a exergia útil e a exergia que entra no sistema chamada por ele de eficiência racional:
Pode-se considerar também para cálculo da eficiência exergética os fluxos de exergia referentes ao trabalho realizado pela bomba de solução e outros equipamentos acessórios (ventilador e bomba d'água do condensador evaporativo (CE) e a bomba d'água do gerador de gelo). Assim a equação (1) pode ser reescrita:
A equação (2) foi utilizada para cálculo da eficiência exergética.
PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL FATORIAL DE DOIS NÍVEIS
O planejamento fatorial de dois níveis é construído de forma simples. Barros Neto et al., (1995) mostra como definir um planejamento fatorial de dois níveis.
Para garantir que o modelo a ser obtido seja preditivo e para que os dados sejam estatisticamente válidos é necessário que estes experimentos sejam executados de forma aleatória (Barros Neto et. al., 1995). Para tanto foi feito um sorteio da ordem em que cada experimento será executado.
Dentre os parâmetros de operação do sistema os estudados foram: vazão de água de formação de gelo, vazão de água da torre de resfriamento evaporativo, pressão do vapor de água que entra no gerador, tempo de ciclo por serem independentes. Todos os outros parâmetros, tais como pressão na coluna, pressão de condensação, etc. dependem destes.. Outras duas variáveis considerada foram temperaturas de bulbo seco e úmido, mas como não puderam ser controladas não fizeram parte do modelo, foram monitoradas e analisadas.
Um planejamento experimental de 4 variáveis resulta em dezesseis experimentos. Adicionando-se 4 experimentos no ponto central para determinar o erro puro perfazem um total de 20 experimentos. A tabela 2 mostra os níveis para cada parâmetro em que cada experimentos foi realizado
O planejamento experimental adotado é apresentado na tabela 3, abaixo.
Os experimentos definidos na tabela 3 foram realizados de forma aleatória e em diferentes horários do dia.
A vazão no condensador é limitada por fatores físicos. O valor de projeto é de 8m3/h. Foram instalados tubos de PVC de 2". Esta nova instalação hidráulica na torre possibilitou maiores vazões de água. O rotâmetro instalado na linha de água pode medir, a 22oC, de 1 a 10m3/h. Atualmente é possível se definir vazões maiores que 10 m3/h, mas seria necessário substituir o rotâmetro. Este equipamento apresenta um custo relativamente alto (cerca de US$ 1200,00).
A vazão no evaporador também apresenta limitações físicas. Deseja-se que o fluxo de água escorra pelas paredes dos tubos anulares que formam o evaporador. A água é aspergida por orifícios de aproximadamente 1,5mm. Para vazões superiores a 2,0m3/h, ao bater na parede do evaporador, uma parte considerável da água aspergida será refletida e escorrerá pelas paredes externas que envolvem o evaporador não produzindo gelo.
A pressão do vapor de água no gerador apresenta limitações físicas. A primeira é a pressão máxima disponível que é de aproximadamente 6,0kgf/cm2 (589kPa), a segunda é que se a pressão do vapor for muito alta a temperatura no interior da coluna será bastante elevada e consequentemente a pressão de trabalho será também elevada. Por questão de segurança pressões acima de 16bar devem ser evitadas. Com temperaturas de saída de amônia da coluna superiores a 45oC a quantidade de água arrastada pela amônia aumenta, assim como para temperaturas muito baixas de operação da coluna (resultado de pressões muito baixas).
Com relação ao tempo de ciclo a limitação física é a espessura do gelo formado. Para tempos de formação de gelo maiores que 30min a espessura fica tão grande (acima de 10mm) que o britador não pode quebrá-lo sem comprometer a integridade dos tubos que interligam o evaporador ao separador de líquido.
RESULTADOS
Os resultados para os experimentos está apresentado na tabela 4.
Com estes resultado, utilizando-se o programa STATISTICA, obtém-se os valores dos efeitos de cada parâmetro sobre Y.
Os efeitos obtidos são: dos parâmetros individualmente, das interações entre eles de segunda, terceira e quarta ordem. Quase a totalidade dos processo reais não apresentam interações de quarta ordem. Em muitos casos as interações de terceira ordem também não estão presentes (conforme discutido anteriormente), mas para se ter certeza é necessário realizar os testes de significância estatística para estas interações.
A eficiência exergética (Y) é a função termodinâmica que mostra de forma mais adequada quanto da energia disponível para realizar trabalho (exergia) foi transformada em trabalho e quanto dela se perdeu, sendo destruída. Neste trabalho considerou-se esta função de primordial importância na avaliação e otimização dos sistema térmico em estudo.
Assim como para os casos anteriores efetuar-se-á a análise da influência dos parâmetros em estudo na eficiência exergética (Y). Para tanto é necessário determinar quais parâmetros realmente apresentam influência estatisticamente significativa ao nível de significância de 5%.
Na figura 1 pode-se verificar que influenciam a eficiência exergética os efeitos principais, de interação binárias e ternárias. Somente não se mostraram estatisticamente significativos os efeitos de interação entre as variáveis F1-F4, F2-F3 e F2-F4, F3-F4 e F1*F2*F4. O grau de significância estatística adotada foi de 5%.
Do gráfico de Pareto (Figura 2) verifica-se que os efeitos mais importantes são a vazão no evaporador, e a interação entre a vazão no condensador e a pressão do vapor de água no gerador. As interações entre as variáveis F1*F3*F4 (Vazão de água no condensador, pressão de vapor no gerador e tempo de ciclo) mostraram-se muito importantes. Com efeitos de mesmo valor estão a vazão no condensador e as interações entre as variáveis F1*F2*F3 (Vazão de água no condensador, vazão de água no evaporador e pressão de vapor no gerador). A interação de terceira ordem F2*F3*F4 (vazão de água no evaporador, pressão de vapor no gerador e tempo de ciclo). Também mostrou-se significativa a pressão do vapor no gerador e o tempo de ciclo. Das interações de segunda ordem somente mostrou-se estatisticamente significativa a interação entre a vazão no condensador e a vazão no evaporador (F1 por F2).
O parâmetro que apresenta maior influência nesta eficiência, em valores absolutos, é a vazão de água de formação de gelo no evaporador. Mas a iteração entre a pressão de vapor no gerador e a vazão de água no condensador evaporativo tem um efeito no valor da eficiência exergética.
Deve-se ressaltar as interações entre os parâmetros estudados apresentam, juntas, maior influência que estes parâmetros isoladamente.
Muitos autores tem utilizado a análise univariável, onde se varia somente um parâmetros fixando-se os valores dos demais. Destes resultado verifica-se que, em se tratando de sistemas complexos como este, esta metodologia não é apropriada, podendo conduzir a conclusões equivocadas.
A metodologia univariável não prevê a possibilidade de análise da influência das interações entre as variáveis estudadas na eficiência exergética outra função qualquer onde se tenha mais de uma variável relacionada.
CONCLUSÕES
Do presente trabalho se conclui que:
As interações entre os parâmetros de operação em sistemas complexos como os sistemas de refrigeração por absorção são tão, ou mais importantes na determinação dos valores da eficiência exergética deste tipo de sistema.
A metodologia de planejamento experimental é uma ferramenta que pode ser utilizada para otimização experimental de sistemas de refrigeração por absorção bem como de outros sistemas térmicos.
A análise univariável, normalmente utilizada para este tipo de análise não é adequada para se avaliar a influência dos parâmetros de operação sobre a eficiência exergética de um sistema pois ela não contempla, ou não mostra a influencia das interações entre os parâmetros de operação deste sistema.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP pelo apoio financeira, ao Centro Universitário Luterano de Palmas - CULP/ ULBRA e a todos que de alguma forma contribuíram para o desenvolvimento deste trabalho.
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Ailton Teixeira do ValeI; Maria Aparecida Mourão BrasilII; Alcides Lopes LeãoII
IDepartamento de Engenharia Florestal, Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília,70.910-900, Brasília, DF, tel.: (061) 273 6026, fax: (061) 347 5458
IIDepartamento de Recursos Naturais Renováveis, Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade do Estado de São Paulo, Campus de Botucatu, CEP: 18603-970, Botucatu, SP, fax: (014) 8213438, CP.:237
RESUMO
Estudou-se a produção energética na forma de calor da biomassa seca de uma faixa de cerrado sensu stricto da Fazenda Água Limpa, localizada em Brasília-DF. Em dez parcelas, de 20 m x 50 m cada uma, foram identificadas todas as árvores com diâmetro igual ou superior a 5cm, tomado a 30 cm de altura do solo. Foram derrubadas ao acaso, três árvores por espécie em 7 classes diametrais pré-estabelecidas, coletando-se os dados de massa verde do tronco e dos ramos. Em laboratório, a partir de seções transversais, foram separadas madeiras de casca, estabelecendo uma relação mássica. Os teores de umidades da madeira e da casca foram determinados. Desta forma foi possível estimar a massa seca da madeira e da casca, no tronco e nos ramos, por árvore e por área. A comunidade foi caracterizada estruturalmente pelo Índice de Valor de Cobertura. Foram encontrados 47 espécies e 673 indivíduos/ha no povoamento, que se constituiu de 71% de madeira e 29% de casca. A produção média do povoamento foi de 12,38 t/ha e 18,39 kg/árvore. Com base na análise de componentes principais, separou-se um grupo de 17 espécies que foram responsáveis por 83% da produção de biomassa seca por árvore e por 93% da produção de biomassa seca por hectare. Foram determinados os poderes caloríficos superiores e as massas específicas básicas destas espécies. A massa específica variou de 0,38 a 0,78 g/cm3 para a madeira e de 0,41 a 0,67 g/cm3 para a casca. As madeiras apresentaram poderes caloríficos superiores variando de 19.109,09 kJ/kg a 20.883,95 kJ/kg, enquanto para a casca a variação foi de 19.523,50 kJ/kg a 24.019,27 kJ/kg. O poder calorífico médio da madeira foi de 20.025,82 kJ/kg e da casca 20.754,19 kJ/kg. A quantidade média de calor produzida por hectare, foi de 15.207,74 MJ, mas a variação individual entre as espécies foi grande, variando de 290,59 MJ a 58.870,14 MJ. As melhores espécies para a produção de energia na forma de calor foram: Sclerolobium paniculatum (carvoeiro), Dalbergia miscolobium (jacarandá-do-cerrado) e Pterodon pubescens (sucupira branca).
Palavras-chave: Produção de energia, biomassa, madeira, casca, cerrado.
ABSTRACT
The production of energy in the form of heat from dry biomass was studied in a stretch of stricto sensu cerrado scrubland at Água Limpa farm in Brasilia (Federal District, Brazil). In ten plots of land, each measuring 20m x 50m, all the trees with a diameter equal to or larger than 5cm, measured 30cm above ground, were identified. Three trees of each specie were felled at random in seven distinct pre-established diameter categories, data relating to the green mass of the trunk and branches being recorded. In the laboratory, cross-sections were used to separate wood from bark, establishing a mass ratio. The moisture content of the wood and bark were then determined. This made it possible to estimate the dry mass of the wood and bark of the trunk and branches per tree specie and per area. The community was structurally characterised by the Cover Value Index. A total of 47 species and 673 individuals/ha were encountered in the stand consisting of 71% wood and 29% bark. The average production of the stand was 12.38 t/ha and 18.39 kg/tree. After analysing the main components, a group of 17 species were singled out as being responsible for 83% of the production of dry biomass per hectare. The heat combustion and the specific gravity of these species were then determined. The specific gravity varied from 0.38 g/cm3 to 0.78 g/cm3 for wood and 0.41 g/cm3 to 0.67 g/cm3 for bark. The wood presented heat combustion ranging from 19,109.09 kJ/kg to 20,883.95 kJ/kg, whereas the figures for bark ranged from 19,523.50 kJ/kg to 24,019.27 kJ/kg. The average heat combustion of the wood was 20,025.82 kJ/kg compared with 20,754.19 kJ/kg for the bark. The average quantity of heat produced per hectare was 15,207.74 MJ but individual variation among the species was remarkable: 290.59 MJ to 58,870.14 MJ. The best species for the production of energy in the form of heat were: Sclerolobium paniculatum, Dalbergia msicolobium and Pterodon pubescens.
Keywords: Energy production, biomass, wood, bark, "cerrado".
INTRODUÇÃO
No Brasil o consumo de energéticos primários teve nas energias renováveis, no ano de 1998, uma participação de 55,77%. Sendo que 19,71% foi representado pela biomassa, que tem despertado maior interesse como alternativa aos combustíveis fósseis. GRASSI (1994) afirma que: "a produção sustentada de biomassa, que é a fonte mais versátil de energia renovável, apresenta a possibilidade de prover, de forma permanente, grandes quantidades de combustíveis gasosos, líquidos e eletricidade". Ao longo dos últimos 29 anos a lenha, como combustível doméstico, teve papel importante como energético primário no Brasil, como pode ser observado pela Figura 1. Em 1998, dos 19,71% de biomassa, 9,06% foram compostos pela lenha, ou seja, 6,94 x 107 toneladas de madeira foram utilizadas para geração de calor. Do total da lenha consumida, 2,7 x 107 toneladas o foram em forma indireta, principalmente na fabricação de carvão vegetal, e 4,23 x 107 toneladas, em forma direta.
Do total consumido em forma direta, 2,0 x 107 toneladas foram queimadas em residências, para cocção de alimentos (Tabela 1). GOLDEMBERG (1998) afirma que a lenha é, de fato, a fonte de energia dominante nas áreas rurais, e cozinhar é a atividade mais intensiva energéticamente.
A principal fonte de madeira para produção de energia, no Brasil, tem sido os ecossistemas naturais, com o cerrado e a mata atlântica ocupando os primeiros lugares. O uso mais intensivo da madeira como energético está concentrado nas regiões Sul, Sudeste e Nordeste. A diminuição desses biomas e a pressão conservacionista, associadas à necessidade anual de mais madeira para energia, têm levado a crescente dificuldade para a obtenção desse recurso a partir TABELA 1 – Participação da lenha no balanço energético nacional no ano de 1998.
de florestas nativas. É importante observar que não pesa somente o aspecto quantitativo do uso da madeira como energia, mas também o aspecto econômico, ligado à utilização energética pelas indústrias, e, mais importante ainda, o aspecto social, ou seja, a lenha como energético doméstico (BRITO e DEGLISE, 1991). Nas regiões de uso mais intensivo da madeira como fonte de energia, a situação é de penúria. A população que usa a madeira como fonte de energia não tem condições de obter a quantidade mínima necessária (BRITO, 1990).
Quanto ao aspecto social do consumo da madeira como energético, GOLDEMBERG (1998) sugeriu que o cultivo da lenha em "fazendas energéticas" e seu manejo seriam particularmente significativos para prover uma base de desenvolvimento rural e a geração de emprego em países em desenvolvimento. Enquanto, levando-se em conta a ocupação desordenada do cerrado, OLIVEIRA et al. (1998) propuseram a busca de alternativas para o uso sustentado da vegetação nativa.
O cerrado, um dos cinco maiores tipos de vegetação do Brasil, cobre cerca de 2 milhões de km2 do território (23% do território nacional), com, aproximadamente, 1,5 mlhões de km2 de cerrado sensu lato, localizados no Brasil Central, nos estados de Minas Gerais, Mato Grosso e Goiás (FERRI, 1980). Ocupando uma área densamente povoada, o cerrado é fonte de lenha nativa para a geração de calor e é, talvez, o maior fornecedor de combustível para a cocção de alimentos no meio rural, o que o situa como um dos biomas de grande importância social. Pouco se conhece das espécies do cerrado do ponto de vista energético. Neste contexto uma análise da produção da biomassa seca da comunidade, do poder calorífico e da massa específica da madeira e da casca torna-se importante para um melhor conhecimento do cerrado.
A massa específica é um dos principais índices de qualidade da madeira e, segundo, BRASIL (1972) os métodos que se apóiam na massa específica básica, são os que mais satisfatoriamente medem a quantidade de substância madeira por unidade de volume.
O poder calorífico de um corpo é a quantidade de calor liberada pela combustão de uma unidade de massa desse corpo, e pode ser expresso em calorias por grama ou quilocalorias por quilograma DOAT (1977). A autora definiu, ainda, o poder calorífico superior (PCS) como aquele em que a combustão se efetua a volume constante e no qual a água formada durante a combustão é condensada.
Para BRITO (1986), a variação do poder calorífico superior da madeira está entre 14.561 kJ/kg e 20.930 kJ/kg.
KOLLMANN e CÔTÉ (1968) relataram que o poder calorífico médio para as madeiras situa-se em torno de 18.837kJ/kg a 0% de umidade.
O presente trabalho objetiva estimar a biomassa seca da madeira e da casca das espécies lenhosas de uma faixa de cerrado, indicando as melhores e determinando, para estas, os poderes caloríficos, a massa específica básica e a quantidade de calor disponibilizada.
MATERIAL E MÉTODO
A coleta de dados de campo foi conduzida em uma área de 63,56 ha de vegetação do tipo cerrado sensu stricto, com solo do tipo latossolo vermelho-escuro, segundo SILVA (1999). O clima, segundo classificação de Koppen (NIMER, 1989) é do tipo Aw. A área de estudo localiza-se na Fazenda Água Limpa (FAL), de propriedade da Universidade de Brasília (UnB), Distrito Federal, localizada em altitude de 1.100 metros a 15°56'14''S e 47°46'08''W.
A área foi dividida em parcelas iguais de 20 m x 50 m, dentre as quais sortearam-se, aleatoriamente, 10 parcelas, totalizando uma amostra de 1,57% da área, seguindo procedimento utilizado por SILVA (1990). Todas as árvores com diâmetro igual ou superior a 5 cm medido a 30 cm de altura do solo foram identificadas botânicamente, anotando-se os diâmetros e as alturas totais.
As árvores devidamente identificadas foram distribuídas nas seguintes classes diamétricas, em cm, de (5-9]; (9-13]; (13-17]; (17-21]; (21-25]; (25-29] e (29-33]. Em seguida sortearam-se, ao acaso, três indivíduos por classe diamétrica e por espécie, que foram cortados para a pesagem, no campo, da biomassa aérea e a retirada de amostras da madeira e da casca.
Padronizou-se amostrar a biomassa do tronco, constituída da madeira e da casca das árvores vivas com 5 cm de diâmetro, medido a 30 cm de altura do solo, e da madeira e da casca dos ramos, das mesmas árvores, com diâmetro da base igual ou superior a 3 cm.
Nos indivíduos selecionados e cortados, foram eliminados os ramos finos de diâmetro inferior a 3 cm. O tronco e os ramos maiores remanescentes foram pesados separadamente. Ambas as massas foram obtidas com casca. A seguir, foram recolhidas duas amostras de seções transversais (discos) com aproximadamente 2,50 cm de espessura, ao longo do tronco nas posições correspondentes a 0, 25%, 50%, 75% e 100% da altura do tronco. Foi retirada, também, amostra na base de cada ramo. Em árvores bifurcadas ou com mais de dois ramos principais escolheu-se, ao acaso, um dos ramos para a retirada da amostra. As duas amostras de cada posição, acondicionadas em sacos de polietileno e identificadas, foram encaminhadas ao laboratório para a determinação da umidade, da massa específica básica e do poder calorífico superior respectivamente, para a madeira e para a casca.
No dia da coleta, em laboratório, determinou-se a relação entre a madeira e a casca e os seus teores de umidade para o tronco e os ramos. Para tanto, separou-se a casca da madeira, que foram pesadas para obtenção da massa úmida. Com esses valores, determinou-se a relação mássica entre a madeira e a casca, base úmida, das amostras do tronco e dos ramos.
Esta relação foi utilizada para estimar a massa úmida e seca de madeira e casca por espécie e por área.
Os discos destinados a determinação dos poderes caloríficos superior foram separados em madeira e casca. Cada fração foi misturada numa amostra composta por espécie. As amostras compostas, após serem moídas, foram classificadas em peneiras, obtendo-se a fração retida entre 40 e 60 mesh que foi utilizada para a determinação do poder calorífico superior.
Os teores de umidades foram determinados pelo método da estufa, em base seca, segundo VITAL (1997).
A massa específica básica foi determinada pelo método do máximo teor de umidade, segundo FOELKEL et al. (1971) e VITAL (1984), com amostras retiradas à 25% de altura do tronco em relação ao solo, segundo JESUS et. Al. (1996) e VALE et al. (1999).
Para se verificar o comportamento da espécie no âmbito da estrutura da comunidade, utilizou-se do índice de valor de cobertura (IVC), segundo RODRIGUES (1988), pela soma da abundância relativa e da dominância relativa.
O poder calorífico foi determinado segundo a norma ABNT NBR 8633 (1984) e pelo manual de operações do calorímetro PARR 1201.
A quantidade de calor disponibilizada pela espécie foi obtida pelo produto da massa com o respectivo poder calorífico para cada espécie.
Uma análise de componentes principais foi feita para separar espécies de maior produção de biomassa seca, segundo CRUZ e REGAZZI (1994).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foram encontrados 673 indivíduos por hectare distribuídos entre 47 espécies e 24 famílias. Em estudos conduzidos em área similar de cerrado, SILVA (1990) encontrou 35 espécies e 1.233 árvores/ha e cita OLIVEIRA et. al. (1982), que encontraram 35 espécies e 567 árvores/ha. Em outras áreas de cerrado, GOODLAND (1971) levantou 43 espécies e 2.253 árvores/ha; RIZZINI (1979), 29 e 847; MEDEIROS (1983), 38 e 947; RIBEIRO e HARIDASAN (1984), 50 e 550; RIBEIRO et al. (1985), 51 e 730. O povoamento apresentou um diâmetro médio de 11,39 cm a 30 cm de altura em relação ao solo, variando de 5,00 cm a 32,30 cm., com a altura total média de 4,10 m, variação de 1,00 m a 14,00 m. Os valores médios de diâmetro e altura foram ponderados pelo número de indivíduos por classe diamétrica.
A biomassa originada pelo cerrado da Fazenda Água Limpa, da UnB - DF, estimada na forma de massa seca por indivíduo e massa seca por hectare, para cada espécie, está na Tabela 2.
A produção média, ponderada pelo número de indivíduos por classe diamétrica, foi de 18,39 kg/árvore e de 12,38 toneladas/ha, produção considerada baixa se comparada à de outros ecossistemas florestais.
OLIVEIRA (1993) citando vários trabalhos apresenta para floresta subtropical, produções de 213,50 t/ha a 513,00 t/ha; para floresta tropical úmida, produções de 204,50 t/ha a 240,90 t/ha; para floresta alagada, de 172,60 t/ha; para campina amazônica, de 77,90 t/ha; para floresta de galeria, de 155,90 t/ha a 199,00 t/ha, para fitomassa aérea seca de cerrado de 34,8 a 46,9 t/ha. Dados compilados de SILVA (1990), para massa seca de tronco e ramos de uma área de cerrado do Distrito Federal, mostraram uma produção de 17,29 t/ha.
Na escolha de árvores para produção de biomassa energética deve-se optar por espécies que tenham características energéticas favoráveis, como alto poder calorífico e boa massa específica básica, entre outras. Aliado a estas características, a espécie deve ser boa produtora de biomassa.
Desta forma separaram-se as espécies em função de suas massas secas individuais e por hectare, utilizando-se de análise de componentes principais, tendo como variáveis independentes a massa seca de madeira do tronco (MSMT), a massa seca de casca de tronco (MSCT), a massa seca de madeira de ramos (MSMR) e a massa seca de casca dos ramos (MSCR), cujos resultados são apresentados na Tabela 3.
CRUZ e REGAZZI (1994), afirmam que os primeiros componentes principais têm sido utilizados quando envolvem, pelo menos, 80% da variação total. Pode-se observar pela Tabela 3, que os primeiros componentes principais explicaram juntos, 95,72% e 96,77%, respectivamente para produção individual e por hectare, da variação total das espécies em relação às massas secas.
Considerando a produção individual e utilizando os dois primeiros componentes principais para identificar os grupos mais homogêneos de espécies pode-se, distribuindo os valores de seus escores num eixo cartesiano (xy), observar a dispersão dos pontos e a formação de grupos. Desta forma, destacou-se (Figura 2) um primeiro grupo formado por 5 espécies: Blepharocalix salicifolius, Pterodon pubescens, Sclerolobium paniculatum, Vochysia thyrsoidea e Hymenaea stigonocarpa, cujos números de referência são 7, 32, 38, 47 e 20.
O segundo grupo foi formado por 11 espécies: Lafoensia pacari (23), Dalbergia miscolobium (10), Pouteria ramiflora (29), Eriotheca pubescens (15), Acosmium dasycarpum (1), Strychnus pseudoquina (39), Caryocar brasiliensis (8), Qualea grandiflora (33), Stryphonodendrum adstringens (40), Qualea parviflora (35) e Scheflera macrocarpa (37). As 31 espécies restantes formaram o terceiro grupo.
Considerando-se o mesmo critério anterior, para a produção por hectare, o destaque (Figura 3), num primeiro grupo formado por 5 espécies, foi para Sclerolobium paniculatum (38), Dalbergia miscolobium (10), Vochysia thyrsoidea (47), Pterodon pubescens (32) e Ouratea hexasperma (27). O segundo grupo foi formado por seis espécies: Qualea grandiflora (33), Blepharocalix salicifolius (8), ), Qualea parviflora (35), Caryocar brasiliensis (8), Scheflera macrocarpa (37) e Hymenaea stigonocarpa (20). As 36 espécies restantes formaram o terceiro grupo.
Em ambos os casos, o componente principal 1 (CP1) explicou sozinho mais de 85% da variação.
Quando se considerou a produção individual, o componente principal 1 (CP1) explicou 87,217041% da variação, tendo a massa seca da madeira de ramo (MSMR) a variável de maior peso (0,519731), seguida da massa seca da madeira de tronco (MSMT), cujo valor foi de 0,514224. O componente principal 2 (CP2) explicou apenas 8,504797% da variação e teve a massa seca da casca de ramos (MSCR) com maior peso (0,766780).
Quando se considerou a produção de massa seca por hectare (Figura 3), a massa seca da madeira de tronco e de ramo juntamente com a massa seca da casca de ramo tiveram praticamente os mesmos pesos para a componente principal 1 (CP1), que, por sua vez, explicou 91,194146% da variação, enquanto a componente principal 2 (CP2) explicou apenas 5,579615% da variação tendo a massa seca da casca de tronco a variável de maior peso.
Observa-se, pela Figura 2 e 3, que dezessete espécies destacaram-se quanto à produção de biomassa sendo que algumas se apresentaram com boa produção tanto individual quanto por área.
A Tabela 4 apresenta essas espécies com as respectivas características físicas e energéticas de sua madeira e de sua casca.
Acosmium dasycarpum foi a espécie que apresentou o maior poder calorífico para a madeira e um dos maiores para casca. A espécie teve também alta massa específica básica. É, entretanto, como a Lafoensia pacari, espécie de pequeno porte que produz baixa quantidade de energia, em função da pequena produção de biomassa seca. Strychnos pseudoquina também pode ser incluída nesse grupo, apesar da produção energética maior (Tabela 4). Na observação dos índices de valor de cobertura (Tabela 2), verificou-se que têm pequena participação na estrutura da comunidade, não sendo, portanto, importantes na produção energética da comunidade.
Eriotheca pubescens e Stryphnodendron adstringens tiveram baixo índice de valor de cobertura (Tabela 2) possuindo menores valores de poder calorífico superior da madeira e de massa específica básica (Tabela 4), contribuindo muito pouco para a produção energética.
Blepharocalix salicifolius e Vochysia thyrsoidea apresentaram madeiras com baixas massas específicas básicas e baixos poderes caloríficos e, embora com boa produção de biomassa seca, produziram pouca energia por unidade de massa e pouca energia por unidade de volume. Os valores de IVC foram de 4,55 e 11,49, respectivemente, para Blepharocalix salicifolius e Vochysia thyrsoidea (Tabela 2).
Caryocar brasiliense apresentou madeira com massa específica média e alto poder calorífico e na comunidade, 10,63 de valor de IVC (Tabela 2). Esteve entre as espécies consideradas medianas na produção total de energia.
Qualea grandiflora, Qualea parviflora e Scheflera macrocarpa apresentaram massas específicas médias e, respectivamente, 11,51; 10,21 e 6,66 de IVC, (Tabela 2). Essas espécies tiveram, poderes caloríficos e produções energéticas iguais ou abaixo da média. São árvores de pequeno porte, e não devem receber prioridade na escolha de espécies para produção de energia.
Com massas específicas e poderes caloríficos superiores acima da média encontrou-se Hymenaea stigonocarpa e Pouteria ramiflora, sendo a primeira uma das maiores produtoras individuais de biomassa seca (Tabela 4). Do ponto de vista da comunidade, a espécie H. stigonocarpa teve um valor muito baixo de IVC (1,69). P. ramiflora gerou um IVC de 2,79 (Quadro 2). Foram espécies com produção total de energia muito abaixo da média da comunidade.
Ouratea hexasperma foi a espécie com o maior índice de valor de cobertura (26,74), em função do maior número de indivíduos/ha da comunidade (Tabela 2). A produção total de calor situou-se na média (Tabela 4). As árvores são de pequeno porte.
Sclerolobium paniculatum, Dalbergia miscolobium e Pterodon pubescens foram as melhores espécies tanto ao nível individual, se analisadas as características da madeira para produção de energia, quanto no da comunidade. Possuem, as duas primeiras, altos índices de valor de cobertura (Tabela 2).
Sclerolobium paniculatum, além da alta massa específica e alto poder calorífico, mostrou boa produção de biomassa seca. Foi, dentre as espécies da comunidade, a que apresentou o segundo maior IVC (Tabela 2). Foi, também, a espécie que produziu quase o dobro de energia por hectare se comparada com a espécie imediatamente abaixo (Tabela 4).
Dalbergia miscolobium, com IVC semelhante a Sclerolobium paniculatum, apresentou o dobro do número de indivíduos em relação a ele. (Tabela 2).
Pterodon pubescens, com IVC menor (8,36), com alto poder calorífico e a segunda maior produção individual de massa seca teve uma produção energética semelhante à Dalbergia miscolobium.(Tabela 4).
Pode-se distinguir no cerrado três categorias de espécies. Na primeira estariam as espécies com características individuais inferiores para a produção de energia mas com alta produção de biomassa. Na segunda categoria estariam as espécies que não têm participação efetiva na estrutura da comunidade, ocorrendo em menor número por hectare. São espécies que não teriam destaque numa possível exploração sustentada. Ao terceiro grupo pertencem as espécies que tanto nas características individuais quanto na produção por área possuem as melhores características para utilização num programa sustentado de produção de combustível doméstico.
CONCLUSÃO
Os 673 indivíduos encontrados por hectare, pertencentes a 47 espécies, mostraram grande diversidade de respostas aos parâmetros escolhidos para indicação de produção de energia, na forma de calor.
A produção média de biomassa seca total para a área foi de 12,38 t/ha, com variações individuais de 0,44 kg/ha (Symplocos rhamnifolia com 1 indivíduo por ha) a 2886,04 kg/ha (Sclerolobium paniculatum com 46 indivíduos por ha). Em função da estrutura da comunidade, houve espécies com boa produção individual mas com valores muito baixos por hectare. A produção média por árvore foi de 18,39 kg.
A massa específica básica média da madeira variou de 0,20 g/cm3 a 0,78 g/cm3, e da casca de 0,17 g/cm3 a 0,67 g/cm3. A espécie de maior massa específica básica para a madeira e para a casca foi Hymenaea stigonocarpa. O poder calorífico superior médio da madeira foi de 9.942,10 kJ/kg, e o da casca, de 20.264,42 kJ/kg.
A quantidade de calor média por hectare produzida, entre as dezessete espécies que se destacaram, foi de 15.209,16 MJ, mas a variação individual entre as espécies foi grande. Sclerolobium paniculatum originou 58.869,14 MJ, enquanto Lafoensia pacari, apenas 290,55 MJ.
A variabilidade na comunidade mostrou espécies com grande produção energética em função da alta produção de biomassa porém com maderia sem as características desejáveis para a geração de calor. Dentre elas, está Vochysia thyrsoidea, que produz grande quantidade de energia por hectare (32.858,92 MJ). Têm-se também espécies com boas características da madeira mas que não se destacam na comunidade para produção energética, em função de baixa produção de biomassa. Acosmium dasycarpum, com apenas um indivíduo por hectare, está entre essas espécies. Houve espécies com boas características da madeira e com alta produção de biomassa seca, que originaram grande quantidade de energia (Sclerolobium paniculatum).
Podem-se distinguir três categorias de espécies na comunidade quanto à geração de energia. Na primeira, estariam as espécies em que as baixas características da madeira para produção de energia deveriam ser compensadas com volume maior de material para ser queimado, o que implica maior consumo de madeira para gerar a mesma quantidade de calor. Na segunda categoria se colocariam as espécies que não têm grande participação na estrutura da comunidade, ocorrem em menor número por hectare, mas que não podem ser esquecidas em estudo que vise à produção de energia, pois apresentam boas qualidades individuais da madeira. Ao terceiro e último grupo pertenceriam as espécies com excelentes características, tanto na produção de biomassa seca quanto na qualidades de suas madeiras, destacando-se entre as maiores produtoras de energia. São elas: Sclerolobium paniculatum, Dalbergia miscolobium e Pterodon pubescens.
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Endereço para correspondência
Ailton Teixeira do Vale
e-mail: atvale@unb.br
Utilización de algas pardas (Sargazos) para la obtención de Alginatos de Sodio de diferentes calidades
Mesa J. M.I; Valle M. M.I; Brossard L.E.I; L.A.B. CortezII
IUniversidad de Oriente.Ave. Las América S/N, CEP. 90400, Santiago de Cuba, CUBA
IIUNICAMP,Campina,SP,Brasil, Cidade Universitária "Zeferino Vaz" Barão Geraldo, Campinas, SP, CEP: 13083-970, DECONRU/FEAGRI, Fone: 019-788 7242, Fax: 788-1010
RESUMEN
Debido a la necesidad de aprovechar al máximo los recursos que la naturaleza nos brinda, surge este trabajo, en el cual se propone una tecnología para la obtención de alginato de sodio con distintas calidades, a partir de algas pardas (Sargazos).
Se estudian las etapas fundamentales para la obtención de alginato y se identifican las controlantes, así como las variables de posible influencia sobre la calidad del producto final (alginato de sodio).
A partir de un diseño experimental se optimiza el efecto de los factores de posible influencia en las etapas controlantes, ajustando modelos matemáticos que describen el comportamiento de los factores de calidad medidos. El análisis anterior conlleva a la propuesta de alternativas para la obtención de alginato de calidad aceptable para su uso en diferentes industrias como la textil, la agricultura y la biotecnología, entre otras.
Finalmente y a partir de un análisis económico se determina la propuesta tecnológica mas factible para la obtención de este producto altamente utilizado y con un costo superior a los 30000USD por tonelada.
Palabras-claves: Alginatos, Sargassos, Acido algínico.
ABSTRACT
This work originates from the necessity of getting the maximum use of natural recourses. It offers a technology of the obtainment of sodium alginate of different qualities from brown alga (Sargasso).
The research of the fundamental stages of the obtainment of alginate has been carried out as well as the identification of the controlling stages and the possible variables of the quality of the final product have been defined.
Based on an experimental design the effect of the factors of the possible influence has been optimized at the controlling stage, adjusting mathematical models that describe the behavior of the measured factors of quality.
The previous analysis guides to the proposition of alternatives for the obtainment of alginate of acceptable quality for its utilization in different industries such as textile, agriculture, biotechnology, etc.
Finally, based on the economic analysis, an effective technological recommendation for the obtainment of this product has been developed.
INTRODUCCIÓN
La situación económica y social imperante en el planeta, hace evidente la necesidad de aprovechar al máximo los recursos que la naturaleza nos brinda, sin que esto vaya en detrimento del ecosistema mundial. Las algas marinas es uno de los recursos naturales renovables que nos ofrece el mar.
Dentro del reino vegetal, las algas podríamos clasificarlas en cuatro grandes grupos, en función del tipo de pigmento que poseen y que les da su aspecto característico[CASAS VALDES.1989]:
• Las Clorofmceas o también llamadas algas verdes.
• Las Feofmeas o algas pardas.
• Las Rodofmeas o algas rojas.
• Las Cianofmeas o algas azules, que suelen caracterizarse por ser algas unicelulares.
Los alginatos se encuentran localizados dentro de las paredes y espacios intercelulares de las algas pardas, de las cuales existe un gran numero de especies susceptibles de explotación industrial, dentro de este grupo las especies más importantes son: Macrocystis, Laminarias, Ascophylum, Sargassum y Turbinarias, debido a su abundancia, distribución geográfica y altos contenidos de alginatos.[Mc.HUGHT D.1986]
En las costas de EU y México se encuentran las Macrocystis pyrifera, la misma predomina en aguas frías y su presencia se empobrece a temperaturas mayores de 20 ºC, especialmente si el agua caliente persiste por varias semanas.
La Laminaria lyperborea y Laminaria digitara son explotadas fundamentalmente por los países europeos, estos son Noruega, Irlanda, Francia, entre otros.
El Ascophylum nodosum se encuentra fundamentalmente en zonas costeras de Escocia y parte de Irlanda, países estos con alto desarrollo tecnológico en la esfera de los alginatos.
Los Sargassum y las Turbinarias son las más comunes en Cuba, ellas llegan a las costas durante los meses de Abril a Julio en forma de arribazones, impulsadas por las corrientes marinas. Las zonas donde se presentan con mayor frecuencia según estudios realizados son: Punta de Maisí, Playa Yateritas, Playa Siboney, Boca de Cabañas, Cabo Cruz, Cayo Coco entre otras.[ARIAS D.R.1996]
Los alginatos, tanto en su forma soluble, como insoluble, poseen una gran variedad de usos, día a día en número de aplicaciones se hace mayor, y cada uno de los compuestos o sus combinaciones resultantes ofrecen propiedades tan particulares que les permiten ser utilizados en diversas industrias tales como de alimentos, médica, farmacéutica, textil , biotecnológica y otras.
El alginato de sodio es un producto que aunque se usa en pequeñas proporciones en las distintas industrias, resulta muy difícil y costoso la creación y control de una tecnología para la obtención de este producto con alta calidad, causa que justifican los el costo de una tonelada de mediana calidad en 30000 USD.
Objeto de estudio: Los Sargassum.
Objetivo: obtención de alginato de calidad aceptable para su uso en diferentes industrias como la textil, la agricultura y la biotecnología, entre otras.
Campo de acción: Tecnología para la obtención de alginato de sodio a partir de Sargassum, propuesta por Gutiérrez - Moreira.[GUTIERREZ, J.J.1992]
Hipótesis: La viscosidad y el rendimiento del alginato de sodio, reportado [GUTIERREZ, J.J.1992], son bajos, sin embargo las cantidades de calcio y magnesio contenidos dentro del alga después de tratadas, asegura la presencia de alginato en forma de alginato de calcio y magnesio respectivamente, indicando la posibilidad de incrementar los rendimientos. Por otra parte, la acción combinada de la temperatura y pH básico en la etapa de extracción alcalina, propician la degradación del polímero (baja viscosidad).
Método de Investigación: Teóricos, prácticos, experimentales y económicos.
Tareas:
1. Estudio experimental sobre la influencia de los factores involucrados en las áreas o etapas controlantes.
Se define el método químico sobre el cual se actuará en busca de un incremento en la calidad del producto final (viscosidad) así como del rendimiento . Para ello se identifican las etapas controlantes y los factores de posibles influencia y a partir de pruebas experimentales diseñadas se obtienen modelos matemáticos que son usados para determinar las mejores condiciones.[MESA PÉREZ J.M.1998]
Finalmente un análisis de los resultados conllevan al desarrollo de propuestas tecnológicas para un flujo de 40Kg/h de harina de algas.
2. Análisis económico.
Se realiza el cálculos de parámetros económicos para la selección de la mejor propuesta tecnológica. [ULRICH, G.1993]
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
Estudio experimental de la influencia de los factores involucrados en las áreas o etapas controlantes.
En Cuba se propone un método para la obtención de alginato de sodio a partir de sargasum por Gutierrez Moreira y colaboradores [GUTIERREZ, J.J.1992] el cual será nuestro punto de partida en busca de alternativas tecnológicas, que posibiliten obtener alginato de sodio de mejor calidad.
Método para la extracción de alginato de sodio.
Materiales y equipos.
- Agitador mecánico de velocidad variable, marca MCW, MR25. RDA.
- Rodete de impelente abierto
- Reactor estandarizado de 5 L de capacidad
- Balanza técnica, marca OWA LABOR. RDA.
- Termómetro de 0-100°C
- Tela de filtro
- Solución de carbonato de sodio
- Solución de ácido clorhídrico
- Solución de cloruro de calcio
Los experimentos se realizan a nivel de banco a partir de la metodología descrita en la figura 1
¿ Que objetivos se persiguen en cada etapa y cuales son los factores de posible influencia?
Para la realización de los experimentos se tendrán en cuenta dos respuestas:
1. Viscosidad del alginato de sodio (solución de alginato al 1 % en masa), que es un parámetro de calidad.
2. Rendimiento, que es un parámetro económico.Selección de las etapas controlantes.
De las siete etapas fundamentales para la obtención de alginato, las controlantes resultaron ser:
Etapa 2: Pre-extracción ácida.
Etapa 3: Extracción alcalina del alginato de sodio.
En el siguiente diagrama se representa las etapas controlantes y los factores de posible influencia sobre el rendimiento y la viscosidad.
Pre-extracción acida
Luego de realizar un análisis de tamizado a partir de un diseño fraccionado, se obtuvo que las variables de mayor influencia fueron las siguientes. [SAN PEDRO S.1996]
X2 - concentración de la solución de H Cl (me/l)
X3 - relación líquido sólido (kg/kg)
Con dos variables, se decide realizar un diseño factorial completo 2K .
Resultados
Modelo matemático codificado
El modelo encontrado ajusta los datos experimentales para un 95% de confiabilidad..
Conclusiones para esta etapa.
1. Se podrá continuar obteniendo mejores resultados si se disminuyen tanto la concentración, como la relación líquido sólido, o sea, el modelo matemático y la superficie de respuesta generada sugieren continuar experimentando según la trayectoria de máxima pendiente.
2. Desde el punto de vista tecnológico resulta imposible continuar disminuyendo la relación líquido sólido, de los contrario en el reactor habrá mucho sólido y muy poco líquido, situación que limita la reacción química, además de afectar el funcionamiento de los reactores al incrementar la potencia consumida por los motores.
3. Los mejores resultados en la zona de experimentación estudiada se obtienen cuando:
Optimización de la etapa de extracción alcalina.
Modelo matemático codificado obtenido para la viscosidad.
Análisis de la superficie de respuesta
Según la tabla de análisis de varianza, el modelo ajustado es predictor de los datos experimentales ya que la falta de ajuste no es significativa y el R2 es de 95.5 %.
La ecuación canónica
El valor de yc es el valor de la viscosidad en el punto de máxima respuesta y fue encontrado, derivando el modelo con respecto a cada factor, igualándola a cero y resolviendo el sistema de ecuaciones. .[GUERRERO HABER,1998]
Análisis del modelo en su forma canónica.
1ro. Como J1, J2 y J3 son negativos estamos en una zona de óptimo, cuyo valor es yc = m = 1783.04 cps.
2do. Como /J3/ es mayor el efecto que provoca sobre la viscosidad también lo será, por lo que X3 debe controlarse estrictamente (la variable X3 es la relación líquido sólido).
3ro. Los valores de X1, X2 y X3 que generan la máxima respuesta son:
Análisis del comportamiento del rendimiento.
Modelo matemático ajustado.
1- Según la tabla de análisis de varianza, el modelo matemático ajusta para un 95 % de confiabilidad, es predictor de los datos experimentales en la zona de experimentación escogida con R2 = 0.996. En este caso no es necesario el ajuste de una correlación de mayor orden.
2- Como la viscosidad es el parámetro de calidad de mayor importancia, si se quiere conocer que rendimiento corresponde en esas condiciones, basta con evaluar las X1, X2 y X3 que optimizan la viscosidad en el modelo encontrado para el rendimiento.
Luego para estas condiciones R » 14 %, sin embargo en los experimentos existen rendimientos hasta de un 38 %.
3.- La conclusión anterior permite plantear varias propuestas tecnológicas:
Propuestas tecnológicas
1ro. Trabajar con tecnología propuesta por González Moreira donde el rendimiento es de un 10 % y la viscosidad de (250-300) cps.
2do. Luego de optimizar las etapas 2 y 3 es posible alcanzar 14 % de rendimientos y viscosidad de 1783 cps.
3ro. Recircular el alga de la lixiviación a una segunda para extraer mayor cantidad de alginato con viscosidad de 1783 cps.
4.- Para los cálculos posteriores se considerará que en la segunda extracción se alcanza un 28 % de rendimiento ya que este varía según la materia prima.
6.- La propuesta tecnológica 1 será desechada por baja viscosidad.
7. El balance de masa de la diferentes propuestas tecnológicas se realizó para un flujo de harina de alga de 40 kg/h y un diamétro promedio del conglomerado de partículas de 0,43mmm. A partir de pruebas de laboratorio se calcularon los principales parámetros de diseños y se procedió al diseño y seleccion de los equipos.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ECÓMICOS PARA CADA TECNOLOGÍA
Propuesta 1
La propuesta 1 necesita una inversión de capital inicial de 882864.2USD, la planta se pretende construir en un año y la capacidad de producción es 30464 kg de alginato por año. Los gastos para esta producción ascienden 721495.98USD.
Los resultados del análisis de rentabilidad permiten afirmar que el tiempo de restitución es superior a los 6 años y el VAN resulta negativo para un interés de un 10% (Tasa de rentabilidad aceptada para la industria química). Por estas razones podemos afirmar que la propuesta 1 no es económicamente factible, incluso sin tener en cuenta otros parámetros que pueden afectar la rentabilidad del proceso como: incertidumbres asociadas a ingresos, costo de producción, tiempo de vida del proyecto, gastos de fabricación y fallos de los equipos, el valor del VAN es negativo y la tasa interna de rentabilidad (TIR) es de un 10% igual a la tasa de interés, por tanto si se compara la TIR con la tasa mínima aceptable que es i + h, siempre la TIR resultaría menor.
donde h es el factor de riesgo asociado a las incertidumbres.
Propuesta 2
La propuesta 2 necesita una inversión de capital inicial de 1236873.30USD, la planta se pretende construir en un año y la capacidad de producción es 60928kg de alginato por año. Los gastos para esta producción ascienden 956617.38USD.
Los resultados del análisis de rentabilidad permiten afirmar que el tiempo de restitución es superior a los 2 años y el VAN resultó de 2307504.56USD para un interés de un 10% (Tasa de rentabilidad aceptada para la industria química) y un tiempo de vida económico de 10 años. Por estas razones podemos afirmar que la propuesta 2 aparenta ser económicamente factible, si se tuvieran en cuenta otros parámetros que pueden afectar la rentabilidad del proceso como: incertidumbres asociadas a ingresos, costo de producción, tiempo de vida del proyecto, gastos de fabricación y fallos de los equipos, el valor del VAN puede mantenerse positivo .Si se compara la tasa interna de rentabilidad (TIR) que es de un 44% con la tasa mínima aceptable que es i + h, existen grandes posibilidades que la TIR resulte superior.
CONCLUSIONES
1. Las algas pardas y dentro de ellas los sargasum son la única fuente natural de obtención de alginato de sodio en nuestro país.
2. En la etapa de pre-extracción ácida el número de acidificaciones y la concentración de ácido clorhídrico constituyen las variables controlantes.
3. Las mayores viscosidades se alcanzan cuando la concentración de ácido clorhídrico y el número de acidificaciones se mantienen en el nivel inferior.
4. El grado de avance de la reacción química constituye la etapa controlante en la pre-extracción ácida.
5. En la etapa de extracción alcalina del alginato de sodio existe un punto donde la viscosidad es máxima. Para este punto el rendimiento alcanzado es del 14%, valor mucho menor al experimentado por otras combinaciones.
6. En la extracción alcalina se llevan a cabo dos mecanismos fundamentales que son: la difusión y la reacción química, siendo ambos importantes.
7. Los modelos matemáticos identificados en ambas etapas fueron ajustados para un 95% de confiabilidad.
8. La conclusión 5 indujo a idear dos propuestas tecnológicas, una primera donde la viscosidad fuese máxima e igual 1700 CPS y 14% de rendimiento y una segunda propuesta con viscosidad similar y un 28% de rendimiento. Esto último se logra si el desecho de algas de la primera lixiviación se le realiza una segunda.
9. La determinación de los parámetros de diseños permiten seleccionar filtros rotatorios al vacío para eliminar el agua, tanto de la suspensión de alginato de calcio, como la del ácido algínico, esta selección se asume debido a la facilidad conque el agua no ligada se separa de la suspensión restante.
10. Las tortas de alginato de calcio y ácido algínico son incompresibles ya que su resistencia es independiente de la caída de presión estudiadas.
11. En el análisis económico se evidencia que la propuesta tecnológica 2 es mejor a la 1.
12. Lo anterior se verifica ya que la Tasa Interna de Rentabilidad (TIR) es de un 44% y el tiempo de restitución es superior a los dos años, sin embargo en la propuesta 1 el TIR es de un 10% y el tiempo de restitución es superior a los 6 años.
RECOMENDACIONES
1. Optimizar la etapa de pre-extracción ácida.
2. Estudiar la interacción entre la etapa de pre-extracción ácida y extracción alcalina.
3. Realizar un estudio de factibilidad económica teniendo en cuenta todo el equipamiento.
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Fernando Selles Ribeiro; Luiz Henrique Alves Pazzini; Marcelo Aparecido Pelegrini; Luiz Fernando Kurahassi; Luiz Cláudio Ribeiro Galvão
GEPEA-USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, Sala A2, 35, CEP: 05508-900; São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(011)818-5279, Fax: (55)(011)210-3595
RESUMO
As empresas de energia que atuam no estado de São Paulo sempre tiveram políticas próprias de eletrificação rural com índice de atendimento global muito baixo. Nunca houvera uma política de abrangência estadual e as iniciativas sempre couberam às empresas. Este trabalho descreve e analisa o modelo de eletrificação rural proposto pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) ao governo do estado de São Paulo, que resultou no programa "Luz da Terra". São apresentados os papéis reservados a cada ator e a integração deles com uma política energética ampla, desenhada para possibilitar que os recursos do BNDES fossem repassados a proprietários rurais de baixa renda, com forte participação da extensão rural na organização de comunidades rurais e na identificação das demandas. Conclui-se que as mudanças havidas no cenário político comprometeram o arranjo institucional e que o ambiente de pré-privatização das empresas de energia atrapalhou as operações visando atender mercado pobre, tomado pelos funcionários das empresas que iam ser vendidas como não interessante aos futuros proprietários.
Palavras-chave: Eletrificação rural, distribuição de eletricidade, políticas públicas.
ABSTRACT
The companies of energy that act in the state of São Paulo always had own politics of rural electrification with index of very low global attendance. There had never been a politics of state inclusion and the initiatives always fit to the companies. This paper describes and analyzes the model of rural electrification proposed by the National Bank of Economic and Social Development (BNDES) to the government of the state of São Paulo, that resulted in the program "Luz da Terra". There are presented the papers to each actor and their integration with a wide energy politics, drawn to facilitate that the resources of BNDES were reviewed rural proprietors of low income, with strong participation of the rural extension in the rural communities' organization and in the identification of the demands. It is concluded that the changes in the political scenery committed the institutional arrangement and that the atmosphere of privatization of the companies of energy disturbed the operations seeking to assist poor market, taken by the employees of the companies that will be sold as not interesting to the future proprietors.
A ELETRIFICAÇÃO RURAL É UM PROBLEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA?
A eletrificação rural é uma matéria que diz respeito a uma estratégia de desenvolvimento econômico. O eixo do modelo desenvolvimentista brasileiro é prioritariamente voltado para o crescimento e a modernização da produção de bens que tenham retorno econômico. A eletrificação rural não induz crescimento significativo, nem retorno econômico atraente, nem coisa alguma que possa colocá-la na pauta do desenvolvimento.
Durante muito tempo não houve onde discutir eletrificação rural no âmbito federal. Foi uma omissão de longa data. Nos anos entre 1980 e 1990, o Brasil atendeu a menos de 2% das necessidades de sua área rural, entrando em 1997 com 67% das propriedades no escuro. Somente o estado de São Paulo tem 1.200.000 pessoas vivendo no escuro em metade de suas propriedades rurais, segundo estudo da COOPERS & LYBRAND (1997).
Ausente o Estado, as coisas se passam como se a responsabilidade social, que é sua, fosse assumida pela empresa de energia que recebe a outorga da concessão. Na prática, essa transferência não se realiza, embora, no setor elétrico e na Agricultura, as áreas que mais se aproximam do assunto, bem como em quase todos os setores do governo, é consensual que o tema pertença à concessionária.
A eletrificação rural, pela sua natureza, é um problema de distribuição de energia elétrica. É comum o entendimento que não seja mais do que a extensão das atividades normais da empresa para mercados distantes, dispersos e nada lucrativos e que não requeira qualquer consideração institucional especial. Não motiva engenheiros, técnicos e agentes, muito pelo contrário.
A concessionária tem obrigações muito bem definidas com relação a seus clientes. Vive sob a pressão da busca constante ao lucro e aos índices de qualidade satisfatórios. O cliente que reclama, que consome, que dá lucro é o urbano. A população rural que permanece sem luz é pobre, não vai consumir, vai dar prejuízo e não reclama. Não tem voz e não tem representatividade. Nunca vai se constituir em prioridade para a concessionária. Vai permanecer no escuro e no esquecimento.
Segundo RIBEIRO (1993), a concessionária é posta perante um dilema: por um lado, não pode dizer que vai deixar de atender mercados dentro de sua área de concessão; por outro lado, não vai conseguir conciliar o atendimento de populações rurais pobres com os objetivos da empresa.
O Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES e a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo se associaram para entender os motivos que impedem que pequenos produtores rurais tenham acesso aos serviços públicos de energia elétrica.
Importantes agências internacionais de financiamento e fomento de projetos de infra-estrutura nos países em desenvolvimento, ao analisar os resultados de políticas extensivas de eletrificação rural, manifestam algumas opiniões convergentes. Primeiro, entendem que eletrificação rural é uma questão social que deve ser resolvida por uma agência de desenvolvimento, de preferência nacional, externa e independente à concessionária, cujos objetivos não se coadunam com o atendimento de populações rurais pobres. Segundo, as agências internacionais afirmam que os relatos de sucesso em tais políticas estão sempre associados a um forte envolvimento das lideranças comunitárias nos processos.
Levando em consideração esses dois pontos importantes, que, de fato, são consistentes com a experiência do BNDES em programas de eletrificação rural para produtores de baixa renda, esse banco e a Escola Politécnica desenvolveram um modelo de eletrificação rural. Tal modelo foi apresentado ao governo de São Paulo, consolidando-se no programa "Luz da Terra".
O PROGRAMA "LUZ DA TERRA"
Em 1995 o Estado de São Paulo, instigado pela Universidade de São Paulo, instituiu uma Comissão Especial de Eletrificação Rural (CEER) com os objetivos de avaliar a situação da zona rural e de propor um conjunto de ações capazes de solucionar os problemas encontrados.
A principal conclusão obtida pela CEER foi a necessidade de se definir uma estratégia única em nível estadual que estabelecesse um programa de ações pertinentes a todas as concessionárias.
Com base nessa conclusão, o BNDES, através da Universidade de São Paulo, propôs ao governo do Estado de São Paulo a criação de um programa de eletrificação rural com o objetivo explícito de atendimento da população mais pobre. Foi instituída a Comissão de Eletrificação Rural do Estado de São Paulo (CERESP), com a tarefa de coordenar a implantação em nível estadual de um programa tendo por meta explícita se eliminar o déficit de energia elétrica na zona rural paulista.
Os trabalhos da CERESP levaram a criação do programa de eletrificação rural "Luz da Terra". Esse programa é baseado no modelo aplicado com grande sucesso no Rio Grande do Sul.
Em função das características do estado, optou-se por privilegiar a extensão da malha elétrica. JUCÁ e RIBEIRO (1997) afirmam que no estado de São Paulo raros são os casos de propriedades rurais que distam mais de 50 km de uma subestação e 20 km de uma rede de distribuição. Ressaltam que as características das futuras ligações a serem realizadas são:
• média de 3 ligações por km;
• pequenas distâncias das subestações;
• média de 0,56 transformadores por ligação;
• necessidade média por ligação de 5 kW de potência instalada.
As linhas operacionais do programa são apresentadas a seguir:
• utilização de padrões de rede mais econômicos e adequados à região elétrica, adotando, onde possível, sistema MRT, mão-de-obra local, sistema em mutirão para execução das obras e equipamentos recuperados da rede urbana ou simplificados, como postes de madeira e condutores de aço zincado;
• a estimativa de ligações necessárias é de 150.000 propriedades rurais, ao custo médio de R$ 1.500,00 por ligação. Os recursos vêm de uma linha de financiamento existente no BNDES para programas de eletrificação rural e são repassados aos interessados através da Nossa Caixa Nosso Banco (NCNB), que possui uma rede de agências espalhadas por todo o estado. A divisão de recursos de cada projeto é a seguinte:
• 5% do valor total do projeto é de responsabilidade da concessionária de energia elétrica;
• 15% do valor total do projeto deve ser pago diretamente pelo interessado, em dinheiro ou através de serviços;
• 80% do valor total do projeto é financiado com recursos do BNDES aos próprios interessados, com juros de TJLP (taxa de juros a longo prazo) + 3,5 % ao ano, com uma carência de seis meses a um ano e prazo de pagamento de até 72 meses;
• o valor estimado de cada parcela a ser paga é de aproximadamente R$ 30,00 por mês (caso o custo do projeto seja de R$ 1.500,00), que foi estimado como sendo equivalente ao aumento na produção de 1 hectare de milho por ano. O produtor pode optar também pela equivalência em produto. Vale lembrar que esta é uma operação de empréstimo, ou seja, 95% do custo da ligação será pago pelo interessado;
• os projetos são realizados pelas concessionárias e entregues as comunidades ou grupo de interessados que providenciam a contratação de serviços e mão-de-obra de uma empreiteira, em livre concorrência. É aberta também a possibilidade de a comunidade entrar em acordo com as empreiteiras e realizar tarefas em regime de mutirão. A comunidade é livre para fazer suas compras. Após concluída a obra, as concessionárias fiscalizam e incorporam a rede construída a sua malha de distribuição. Os projetos são também enviados a uma comissão técnica (COMTEC) formada por representantes dos órgãos envolvidos que verificam a adequabilidade do projeto ao programa em termos de uso de padrões técnicos simplificados e orçamentos compatíveis com a realidade do mercado.
• os interessados considerados como de baixa renda terão suas ligações totalmente custeadas pelas concessionárias. A CESP e a CPFL consideravam como consumidores de baixa renda aqueles que possuírem renda familiar bruta de até um salário mínimo. A Eletropaulo considera como sendo de baixa renda os consumidores que possuírem renda familiar bruta de até três salários mínimos;
• a Secretaria Estadual da Agricultura e do Abastecimento participa na análise da capacidade de pagamento dos interessados e na orientação técnica aos produtores rurais no sentido de incrementar a produção. Os produtores rurais ganham o benefício do FEAP (Fundo de Expansão da Agropecuária e da Pesca) que garante um refinanciamento em caso de inadimplência com a NCNB. Funciona como uma espécie de aval, garantindo a NCNB e dando possibilidade ao pequeno produtor saldar sua dívida, caso ele encontre dificuldades dentro do prazo estipulado;
• outros órgãos envolvidos são a Secretaria de Economia e Planejamento, que tem missão de coordenar o programa com outras ações sociais do Estado, e a Universidade de São Paulo, através de prestação de assessoria e consultoria ao programa.
O NÃO ARRANJO INSTITUCIONAL
O governo de São Paulo não conseguiu impor o modelo descrito. Alguns atores tiveram dificuldades em aceitar o paradigma social. Outros, de abandonar velhas relações com empreiteiras.
Isso fica patente quando se observam os seguintes fatos:
• uma concessionária estatal relutou em aderir ao programa, tendo assumido sua participação somente na metade do processo;
• a questão do risco bancário não foi solucionada. O governo tinha se comprometido em alterar a lei do FEAP para que os benefícios desse fundo pudessem ser estendidos, dentro do programa "Luz da Terra", aos não produtores rurais. No entanto, isso não aconteceu;
• a divulgação do programa não foi efetuada conforme o previsto. Muitos prefeitos e entidades civis organizadas não foram informadas de que poderiam colaborar no processo.
O programa começou a ser implantado com todas essas deficiências. Apesar das falhas de divulgação, alguns agentes do programa despertaram comunidades rurais para que essas reivindicassem suprimento para sua demanda energética. De repente os agentes depararam com a impossibilidade de iniciar operações por questões institucionais. Acordaram a vontade popular mas não havia como sair da promessa, causando impasse, desgastando os agentes e trazendo descrédito para o programa justamente junto ao seu público alvo. A primeira operação só se concretizou a seis meses do final da primeira fase.
A principal falha institucional foi a falta de mecanismos e agentes de gestão. O modelo previa várias "portas de entrada" no programa e "caminhos paralelos" nos passos de atendimento ao público.
Não houve. Houve apenas as concessionárias, cujos agentes, muitas vezes, boicotaram a política do governo.
O governo do estado assumira um modelo que partia da premissa de que as concessionárias realmente não têm interesse em atender consumidores muito pobres, distantes, dispersos e sem perspectiva de consumo de energia por não ter dinheiro para comprar equipamentos. Assumia, pois, a responsabilidade por criar mecanismos alternativos às concessionárias e agentes que levassem sua nova política ao interior, dentro de um paradigma de atendimento social.
A Secretaria de Energia não conseguiu cumprir sua parte e o programa ficou à deriva, entre o naufrágio e algo equivalente, que era deixar sua condução, nos moldes como foi planejado, para as concessionárias. A vontade política do governo, muitas vezes, não conseguiu se traduzir em ações de seus agentes que fossem em concordância com a política planejada.
AVALIAÇÃO E COMENTÁRIOS
A política de eletrificação rural do Estado de São Paulo não funcionou durante a primeira fase de sua implantação. O governo não cumpriu o compromisso junto ao BNDES, afastando-se da política planejada. Isso fica patente quando se observa a questão do risco bancário. Era dever do Estado de São Paulo criar um mecanismo que desse suporte ao risco e que possibilitasse a todo morador da zona rural o acesso ao crédito. Esse instrumento deveria ter sido o FEAP. No entanto, a própria máquina do Estado acabou inviabilizando esse procedimento, gerando um vácuo institucional.
A instituição desse vazio impossibilitou que muitos interessados em iluminar suas casas, entre tantos, os mais pobres, tivessem acesso ao dinheiro. Criou-se um impasse: havia disponibilidade de dinheiro, existia vontade de que esse recurso fosse corretamente empregado mas não havia modo de utilizá-lo.
A questão do risco bancário quebrou o arranjo institucional planejado. Segundo PELEGRINI (1998), a quebra do arranjo institucional foi conseqüência de uma mudança no governo estadual, com a saída de cena de um dos partidos políticos, o PFL que participava da aliança governamental e era responsável pela pasta da Agricultura. Durante a gestão do PFL, a Agricultura se envolveu politicamente no planejamento da eletrificação rural, inclusive assumindo a responsabilidade de criar instrumentos fundamentais para que a política não fosse excludente, tais como, o suporte ao esquema de equivalência em produto e o risco bancário dos mutuários pobres. Todavia, teria, e o antigo Secretário da Agricultura deu início a isso, que alterar a "Lei do FEAP" para que ela contemplasse também os não produtores rurais. Com a ruptura do governo, surgiu um movimento que buscava anular os avanços políticos obtidos por esse partido. E, dentre outros setores, a eletrificação rural foi afetada, pois o papel que a Secretaria de Agricultura e Abastecimento assumira na gestão do PFL foi parcialmente perdido e o não produtor rural ficou fora dos benefícios do FEAP: tanto perdeu a equivalência em produto, quanto o aval que a Secretaria dá ao cidadão rural produtor.
Em conjunto com essa situação a Secretaria de Energia mostrava vontade política para implantar a eletrificação rural, mas essa vontade não se traduzia em ações. A CERESP, presidida pelo Secretário de Energia, se tornou um vazio político. O próprio Secretário se afastou do seu comando e seu representante, e os das outras Secretarias, não conseguiram implantar o programa porque não tinham poder, e não representavam o poder. Isso ficou claro com a insistência da coordenação da CERESP em delegar funções para as concessionárias que não eram de sua alçada pelo entendimento do modelo que se pretendia impor. Assim, as concessionárias passaram a gerir todo o processo dentro dos municípios, desde o cadastramento até a contratação das empreiteiras. A voz de protesto dos pesquisadores da Universidade de São Paulo contra esse procedimento foi uma voz no vazio. Somente ao final da primeira fase de implantação do programa foi que a CERESP conseguiu uma equipe para assumir essa prática.
Diante desse cenário as concessionárias assumiram o controle das ações, passando a descumprir determinações da Secretaria de Estado de Energia. Isso desencadeou uma série de procedimentos das concessionárias, culminando com o nascimento, depois de uma longa e disfarçada gestação, de um programa "paralelo" da CESP. Sobre o pretexto de se suprir as falhas do programa "Luz da Terra", essa iniciativa se mostrou uma prática particular da empresa em relação à eletrificação rural, contrapondo-se à política e as ações do próprio governo do Estado. Em verdade, tratou-se de uma ruptura com a política de eletrificação rural do Estado de São Paulo. Além disso, esse programa "paralelo" promoveu a exclusão social, pois muitos interessados afirmaram não possuir condições de arcar com a forma de pagamento apresentada pela CESP. O programa "paralelo", gerado em afronta ao Secretário de Estado de Energia, acabou sendo aceito pelo próprio Secretário, quando se viu sem condições de construir o arranjo institucional que sua pasta tentara em vão conseguir.
Paralelamente a esses fatos as concessionárias estatais atravessavam uma fase de turbulência, pelo desencadeamento do processo de privatização. O fruto desse processo foi uma redução do corpo de funcionários dessas empresas e o surgimento de um clima de espera da hora fatal da degola. Todas as ações passaram a ser questionadas, com o argumento de que não se saberia a posição dos novos donos. Com a eletrificação rural não foi diferente. Assim, muitas ações foram postergadas para um futuro pós privatização, gerando atrasos nos procedimentos do programa "Luz da Terra".
No entanto o modelo mostrou que funciona. Onde ele foi corretamente implantado, contando com a participação das forças vivas da sociedade, particularmente das prefeituras, o processo caminhou. Exemplos são os municípios de Mongaguá, Bofete e Paranapanema. Fato que as concessionárias parecem não compreender é que a correta implantação do modelo é lenta, quando comparada à prática tradicional das suas equipes, pois não se trata apenas de se ligar luz às propriedades rurais. Trata-se de caminhar no sentido de recuperar a cidadania de pessoas há muito tempo excluídas da sociedade. Isso é uma prática com a qual as concessionárias não estão acostumadas. Assim, elas não assimilaram esse fato e pensam apenas no que a lentidão de todo o processo irá causar à sua imagem. E qual a solução que elas encontram para essa situação? Simplesmente boicotam a política do Estado, não cumprindo com as determinações da Secretaria de Energia.
Os resultados alcançados até o final da primeira fase do programa já refletem uma redução de custos importante. Haverá redução maior com a prática de mutirão e a compra direta de materiais dos fornecedores, atividades previstas no programa mas não executadas durante sua primeira fase. Estudos realizados pela COMTEC apontam que a compra direta dos materiais pelos interessados é capaz de reduzir em 20% os custos, quando se compara com preços de materiais oferecidos pelas empreiteiras. Essas duas práticas, o mutirão e a compra direta de materiais, aliadas a projetos elaborados segundo a norma técnica unificada do programa, possibilitarão uma significativa economia para os interessados. Essa economia muitas vezes pode ser o diferencial entre se ter ou não luz elétrica acesa nas casas das pessoas mais pobres da zona rural.
A adoção dessa política da eletrificação rural trouxe inegáveis benefícios. Apenas o debate gerado pelo programa já é um grande avanço. Empresas como a Eletropaulo e a CPFL passaram a discutir a utilização de sistemas simplificados em suas linhas de distribuição rural. A NCNB criou novas linhas de financiamento de projetos de eletrificação rural e liberou os interessados com rendimentos superiores a R$ 7.500,00 anuais da necessidade de avalistas. Concessionárias privadas, reconhecidamente mais refratárias à prática da eletrificação rural, passaram a se interessar, solicitando apoio da CERESP. A inserção da Universidade de São Paulo na discussão do planejamento e na implantação do processo fez com que a eletrificação rural fosse abordada por novos ângulos. A Universidade mostrou ser um órgão importante na discussão de um problema crucial da sociedade.
As pesquisas elaboradas para a realização deste trabalho mostraram a existência da necessidade de novos estudos para complementá-lo. Um trabalho a ser desenvolvido é buscar criar uma metodologia que auxilie no correto dimensionamento das cargas rurais que, como já visto, na maioria das vezes se encontram superdimensionadas. Outro estudo que se faz necessário é sobre a real confiabilidade do sistema MRT, adotando todas as simplificações possíveis, tais como o uso de mola desligadora e o descarregador de chifre. A adequação do modelo de eletrificação rural BNDES/USP para o cenário de um mercado regido por empresas privadas é um outro tema que ficou aberto.
Este trabalho vem ao encontro de muitos outros estudos realizados em todo o mundo, os quais apontam que a eletrificação rural nas mão das concessionárias é um procedimento de resultados excludentes. Cabe ao Estado tomar definitivamente consciência desse fato, assumindo e comandando a eletrificação rural com o objetivo explícito de atender o pobre rural. Particularmente cabe ao Estado de São Paulo efetivar os compromissos assumidos, com adoção de medidas que possibilitem o resgate do modelo.
CONCLUSÕES
Cabem aqui algumas considerações sobre o modelo utilizado no programa "Luz da Terra". A primeira questão é: ele é bom? A resposta é sim, se for bem aplicado. É preciso o engajamento efetivo dos órgãos e da vontade do governo em fazer, como em qualquer outro modelo. Uma avaliação foi feita pelas próprias concessionárias, em outubro de 1997. Nessa ocasião, o Diretor de Distribuição da CPFL relatou que teve dificuldades em entender o modelo, mas quando o entendeu e o aplicou viu que dava certo.
No programa "Luz da Terra" verificou-se que as falhas foram muito mais pelo boicote dos atores do que por ser um modelo excessivamente complicado. Ele pode e deve ser reaplicado, onde existirem condições políticas favoráveis. Apenas deve-se estar atento às duas questões básicas discutidas neste trabalho: o risco bancário e a capacidade operacional de campo. Ganha-se muito se as decisões e as ações forem concentradas nos municípios. O poder local e os beneficiários podem encontrar suas próprias soluções de atendimento.
Outra consideração é que ele permite que alternativas de geração descentralizadas e renováveis, como energia solar, eólica, biomassa, micro-usinas hidrelétricas, etc, possam ser utilizadas. Apenas não se pode descartar a extensão de rede como uma alternativa plenamente viável, com simplificações técnicas que a tornam de custo acessível ao público-alvo do modelo, os pequenos produtores e moradores mais pobres da zona rural.
Assim, fica claro que a eletrificação rural em São Paulo, durante a primeira fase do programa "Luz da Terra", confirmou ser uma matéria que ultrapassa os aspectos técnicos. As razões do seu fracasso, ou dos desencontros havidos, têm suas raízes no caráter político das decisões.
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Endereço para correspondência
Luiz Henrique Alves Pazzini
e-mail: pazzini@pea.usp.br
Produtividade e equivalência energética de Eucalyptus sp. em relação ao óleo combustível e à energia elétrica
Carlos Roberto de Lima
DEF, CSTR, UFPB, CAMPUS VII, Patos, PB. Caixa Postal 60. CEP: 58700-970, Fone: 0 XX 83 421 3397. Fax: 0 XX 83 421 4659, NIPE, FEM, UNICAMP
RESUMO
Neste artigo, apresenta-se uma avaliação do potencial energético da produção de madeira de Eucalyptus sp., em áreas reflorestadas pelas associações de reposição florestal do Estado de São Paulo. Para se determinar o potencial energético e a equivalência energética com o óleo combustível e com a energia elétrica utilizou-se a metodologia apresentada pôr BRITO (1993). Em função dos preços e tarifas de mercado calcularam-se os valores econômicos e, a partir destes e dos custos para a implantação e manutenção de reflorestamentos, estimaram-se as áreas que poderiam ser novamente repostas. Efetuou-se, adicionalmente, uma análise do potencial de seqüestro de Carbono (CO2). A espécie Eucalyptus paniculata apresenta um potencial para a produção de energia 101,09% superior ao do Eucalyptus grandis. Esta superioridade existe, também, para o potencial de seqüestro de Carbono. O trabalho desenvolvido pelas associações de reposição florestal evidencia a importância da taxa de reposição florestal obrigatória como um instrumento legal para a política e o planejamento energético regional e, para gerar benefícios econômicos, sociais e, principalmente, ambientais.
Palavras-chave: Eucalyptus sp., reposição florestal, equivalência energética, planejamento energético, seqüestro de Carbono.
ABSTRACT
This paper shows the energetic potential evaluation of Eucalyptus sp. wood production, on reforest areas by the forest replacement societies in São Paulo State. To determinate the energetic potential and equivalence with fuel oil and electric energy, was applied BRITO´s (1993) methodology. Considering the prices and charges of the market, the economical cost was calculated, from them and the implantation and management reforestation cost, were estimated the areas that could be replaced. It was achieved additionally a potential of kidnap carbon (CO2) analysis. The Eucalyptus paniculata showed a potential of energy production 101,09% higher than Eucalyptus grandis. This advantage exists, as well, for the kidnap carbon potential. The work developed by forest replacement societies become evident the relevance of obligatory forest replacement rate by a legal instrument to the policy and the regional energetic planning, making possible economical benefits, social and, mainly, environment.
Keywords: Eucalyptus sp., biomass, renewable energy, energetic equivalence, carbon kidnap, forest replacement, energetic planning.
INTRODUÇÃO
A biomassa florestal (lenha) tem sido uma importante fonte de energia desde os primórdios da humanidade. Com a evolução tecnológica tornou-se possível a utilização de outras fontes energéticas, perdendo a madeira (lenha) sua importância relativa (%). No entanto, de cada duas árvores cortadas no mundo, uma é destinada para finalidades energéticas [1]; [2] e [3].
Cerca de 20% da energia utilizada no mundo provém das fontes renováveis, sendo que 13 - 14% são oriundos da biomassa e 6% dos recursos hídricos. No tocante à biomassa isto representa cerca de 25 milhões de barris de petróleo pôr dia (55 EJ ano-1). Nos países em desenvolvimento esta é a fonte de energia mais importante (33% do total consumido anualmente) para cerca de 75% da população mundial, residentes neste países. Em alguns destes países contribui com mais de 90% do total de energia utilizada. Sendo também utilizada para produção de energia em alguns dos países desenvolvidos, como nos EUA (4%, equivalente em conteúdo energético de 1,9 milhões de barris de petróleo pôr dia), Áustria (14%) e Suécia (18%) [4].
Uma análise do Balanço Energético Nacional permite observar que: a) houve decréscimo na participação relativa (%) da biomassa florestal na matriz energética brasileira, sua participação que foi de 80,50% em 1940, passa a ser de apenas 9% em 1998; b) no entanto a sua participação quantitativa, em toneladas equivalente em petróleo (tep), tem permanecido relativamente constante, tendo flutuado na faixa entre 28 e 32 milhões de tep nas décadas de 70 e 80 e, em média contribuiu com cerca de 24 milhões de tep nos anos 90. O que demonstra existir um mercado cativo de biomassa florestal para utilizações energéticas no Brasil [2];[5] e [6].
Outro fato que comprova esta constatação é que, em 1993, foram consumidos no Brasil cerca de 282 milhões de m3 de biomassa florestal (madeira). Destes, aproximadamente 238 milhões de m3 (85%) foram consumidos para a produção de energia e, somente 44 milhões de m3 (15%) foram desatinados para outras finalidades [5] e [7].
Evidencia-se, assim, a importância da biomassa florestal como insumo energético, seja na dimensão histórica (temporal) ou na espacial (mundo, Brasil, estados, municípios, etc.). Portanto, a biomassa florestal deve constar no rol das fontes energéticas consideradas quando da definição de políticas e diretrizes para o planejamento energético regional e, principalmente, não ser esquecida quando da execução dos planos elaborados [5].
O presente artigo objetiva apresentar as associações de reposição e/ou recuperação florestal, a filosofia de trabalho destas e os resultados alcançados no Estado de São Paulo. Objetiva, também, avaliar a produtividade e a equivalência energética (competitividade), das cerca de 40 milhões de árvores plantadas, no período de 1986 a 1998, ou cerca de 24 mil hectares reflorestados, em relação ao óleo combustível e a energia elétrica. Realiza-se, adicionalmente, uma análise do potencial de seqüestro de carbono (CO2), segundo metodologia citada pôr GUT (1998) [8]. Estima-se as novas áreas passíveis de reposições florestais.
O PLANEJAMENTO ENERGÉTICO E A REPOSIÇÃO FLORESTAL
O Planejamento Energético no Brasil preocupou-se, a partir de 1950, com grandes projetos para a expansão da oferta de energia, de forma centralizada e na maioria ligados à hidroeletricidade e aos derivados do petróleo. A biomassa (lenha) tem sido considerada nos planos plurianuais de energia (elétrica) a partir dos anos 70. Entretanto, na prática, pouco foi realizado, sobretudo, na esfera do poder público nos seus diversos níveis [5].
A utilização racional de fontes energéticas e a otimização dos suprimentos, dentro das políticas econômica, social e ambiental vigentes, são os objetivos do planejamento energético. Del Valle (1985), citado pôr Bajay (1989), propõe que se concentre a atenção em três objetivos sociais básicos no cumprimento dos quais o sistema energético desempenha um papel decisivo. São eles: (a) o melhoramento da qualidade de vida da população; (b) melhoramento da capacidade da sociedade para a sua autodeterminação e; (c) o melhoramento da sustentabilidade ambiental da sociedade [5] e [9]
O Código Florestal Brasileiro, instituído pela Lei 4771, de 15/09/65, estabelece a reposição obrigatória para todos os consumidores de produtos de origem florestal. Pôr mais de 20 anos a taxa de reposição florestal foi recolhida, porém, a reposição não foi realizada a contento [5] e [10].
Revoltados com essa situação, um grupo de ceramistas da região de Penápolis - SP, inspirados pela experiência da Associação de Recuperação Florestal do Vale do Rio Itajaí - ARFRI, no Estado de Santa Catarina, reivindicaram junto a Justiça Federal e Estadual autorização para que a taxa de reposição passasse a ser recolhida e aplicada na região, para custear a produção de mudas que seriam distribuídas gratuitamente aos agricultores. A Flora Tietê - Associação de Recuperação Florestal do Médio Tietê foi criada para gerenciar esse projeto, atendendo um dos objetivos sociais básicos, proposto pôr Del Valle (1985), o da autodeterminação. Nascia, assim, a pioneira das associações de reposição e/ou recuperação florestal do Estado de São Paulo [5].
As associações de reposição e/ou recuperação florestal figuram como um instrumento legal e eficaz para as definições de políticas e diretrizes e, na implantação prática do planejamento energético, no que concerne à biomassa florestal. O que vem sendo demonstrado no Estado de São Paulo, onde já existem e atuam cerca de 17 associações e em outras regiões do país (RS 12; BA 04; MT 03 e outros estados 07). Servindo de exemplos para outros países (Nicarágua e Honduras), que estão copiando este nosso "bom" modelo [5] e [11].
Estas associações são entidades civis, sem fins lucrativos, criadas com o objetivo de executar, promover e estimular a reposição florestal obrigatória. Devido a natureza do trabalho desenvolvido, como conseqüência, são também contemplados e satisfeitos os outros dois objetivos sociais básicos propostos pôr Del Valle (1985): a melhoria da qualidade de vida e a sustentabilidade ambiental [5] e [11].
MATERIAIS E MÉTODOS
A partir do conceito de poder calorífico líquido volumétrico (PCLV), apresentado pôr BRITO (1993) [1], procede-se um exercício de cálculo para atingir seqüencialmente os objetivos propostos. Para tanto, foram utilizados dados e informações coletados em bibliografias especializadas, obtidos em instituições nacionais ligadas ao setor florestal e informados pela Federação das Associações de Reposição/Recuperação Florestal do Estado de São Paulo - FARESP [11].
Considerando-se que em 80% das áreas reflorestadas, pelas associações de reposição florestal, são utilizadas espécies do gênero Eucalyptus e, para finalidades energéticas (lenha), utilizam-se o E. grandis e o E. paniculata para as simulações e comparações da produtividade florestal e da equivalência energética com o óleo combustível e a energia elétrica. Estimam-se a viabilidade e a competitividade econômica e, quais as novas áreas passíveis de reposições em função dos valores econômicos estimados e dos custos atuais para a implantação e manutenção de reflorestamentos no Estado de São Paulo. Procede-se, também, cálculos das estimativas das quantidades de gás carbônico (CO2) seqüestradas do ar atmosférico, segundo a metodologia citada pôr GUT (1998) [8].
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Conforme os resultados apresentados na tabela 1, pode-se afirmar que a espécie E. paniculata é superior a E. grandis para a variável densidade básica (Db) em 60,87% e, para o incremento médio anual (IMA) em 25%; o que resulta em um índice de superioridade geral de 101,09% em produtividade florestal (mássica) e energética.
As produtividades energéticas foram de 21.839.851,39 Gcal e de 10.860.899,07 Gcal, respectivamente para o E. paniculata e o E. grandis. Os equivalentes energéticos para o E. paniculata foram de: 2.183.985,14 t (toneladas) em óleo combustível e, 6.973.132,63 MWh em energia elétrica e, para o E. grandis foram de: 1.086.089,91 t em óleo combustível e, 3.467.720,01 MWh em energia elétrica.
Pêlos resultados da simulação econômica da produção de madeira e das suas equivalências energéticas em relação ao óleo combustível e a energia elétrica (tabela 2), evidencia-se que negociar madeiras para fins energéticos como lenha, isto é, em metros estere (st), significa uma perda econômica para os produtores, diminuindo a rentabilidade da produção.
Se negociadas como lenha, em metros esteres (st), os rendimentos econômicos seriam de: R$ 129,60 e R$ 103,68 milhões, respectivamente para o E. paniculata e o E. grandis. Neste caso, o E. paniculata seria superior ao E. grandis em apenas 25%, devido aos diferentes incrementos médios anuais (IMA).
Caso fossem negociadas em equivalentes energéticos os valores variariam entre: R$ 229,91 e R$ 1.397,75 milhões, respectivamente para o equivalente em energia elétrica do E. grandis e o equivalente em óleo combustível do E. paniculata.
Nestes casos, os valores seriam de 121,75% a 1.248,14% superiores ao do E. grandis como lenha. No caso dos equivalentes energéticos produzidos a superioridade do E. paniculata em relação ao E. grandis passa a ser de 101,09%, refletindo a interação entre o incremento médio anual (IMA) e a densidade básica, que são superiores para o E. paniculata.
Caso estes rendimentos econômicos fossem reaplicados em reposição florestal (novos reflorestamentos), as áreas variariam entre: 90,16 e 1.215,44 mil hectares (ha), respectivamente para o E. grandis como lenha e o equivalente em óleo combustível do E. paniculata (tabela 3). Estas áreas seriam de 3,76 a 50,64 vezes maior que a área inicialmente reflorestada, que era de 24 mil hectares.
Considerou-se adicionalmente a questão do seqüestro de carbono (CO2) e emissões de oxigênio (O2). Os resultados (tabela 4) refletem a produção mássica das espécies. O seqüestro de CO2 foi de: 5.135,85 e 10.327,53 mil toneladas (t); a emissão de O2 foi de: 3.709,23 e 7.458,77 mil toneladas (t); os rendimentos econômicos adivindos do seqüestro de CO2 seriam de: R$ 95,01 e R$ 191,06 milhões e, as áreas adicionais para novas reposições florestais seriam de: 82,62 e 166,14 mil hectares, respectivamente para o E. grandis e o E. paniculata.
Considerando-se as áreas proporcionadas pêlos rendimentos econômicos somadas com as do seqüestro de CO2, poder-se-ia repor (reflorestar) de: 90,16 a 1.381,57 mil hectares, respectivamente para o E. grandis como lenha e o equivalente em óleo combustível do E. paniculata somados ao seqüestro de CO2 realizado pôr esta mesma espécie. A área passível de novos reflorestamentos poderá chegar a 57,57 vezes maior que a área inicial de 24 mil hectares.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos e discutidos corroboram com a afirmação de que a reposição florestal obrigatória se constitui, de fato, em um instrumento legal para a política e o planejamento energético regional, no que concerne à biomassa florestal.
Ante as premissas assumidas o E. paniculata é 101,09% superior ao E. grandis, em produção e equivalência energética e, em apenas 25% em produção volumétrica.
Os resultados evidenciam que comercializar madeiras (lenha) de forma tradicional, isto é, em metros estere (st), se constitui em perdas econômicas para os produtores. O mais correto ou justo seria comercializá-la em função do preço do energético ao qual substituirá ou pelo preço médio dos energéticos que poderá substituir, em função dos seus equivalentes energéticos.
Se reaplicados em novas reposições florestais, os rendimentos econômicos permitiriam reflorestar uma área variável entre: 90,16 a 1.381,57 mil hectares. A área passível de novos reflorestamentos poderiam ser de até 57 vezes a área inicial (24 mil hectares).
O potencial de seqüestro de CO2 seria de: 5,14 e 10,33 milhões de toneladas, respectivamente para o E. grandis e o E. paniculata.
Os resultados obtidos com as simulações evidenciam que o simples cumprimento da legislação satisfaz, mas que poderá e deverá ser otimizado, tendo em vista os questionamentos seguintes:
a) Qual(is) a(s) finalidade(s) da reposição florestal?;
b) Qual(is) espécie(s) será(ão) reposta(s)? e;
c) Como realizar a reposição florestal?.
Estes resultados ressaltam a necessidade de apoio e estímulo ao trabalho desenvolvido pelas associações de reposição florestal do Estado de São Paulo e da necessidade de maior difusão do trabalho destas em outros estados do Brasil e, em outros países.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
REFERÊNCIAS CITADAS
[1] BRITO, J.O. - Expressão da Produção Florestal em unidades energéticas. In: Congresso Florestal Brasileiro, 7°, Anais. Curitiba, 1993.
[2] LIMA, C. R. de. - Contribuições da co-geração de energia na qualidade da madeira como material de construção civil. São Carlos, 1993. 64 p. Dissertação (Mestre em Arquitetura) - EESC - USP.
[3] FAO - FAO and bioenergy. Disponível na Internet: http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/SUSDEV/Egdirect/Egre0055.htm
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[5] LIMA, C. R. de & BAJAY, S. V. - A reposição florestal obrigatória e o planejamento energético regional. Revista Baiana de Tecnologia - TECBAHIA. EDITEC, Camaçari, 2000. 1(15):140 - 144.
[6] BRASIL, MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. - Balanço Energético Nacional. Brasília, 1999. 150p.
[7] ARRUDA, G. – Eucalipto tem múltiplas utilidades. Jornal MADEIRA & CIA. Curitiba, 1996. Alternativa Editora Ltda., Curitiba, 1996. 3(25):5.
[8] GUT, F. – O mercado e o seqüestro do carbono. Revista SILVICULTURA. São Paulo, 1998. V. R. Comunicações Ltda. São Paulo, 1998. 19(75):42-48.
[9] BAJAY, S. V. – Planejamento energético: Necessidade, objetivo e metodologia. Revista Brasileira de Energia. Campinas, 1989. SBPE, Campinas, 1989. 1(1): 45 – 53.
[10] IBAMA. - Disponível na internet: http://www.ibama.gov.br/atuação/flores/deref/repflor/flor3.htm
[11] MIGLIARI, A C. - Informações pessoais. Federação das Associações de Reposição Florestal do Estado de São Paulo - FARESP. faresp@mandic.com.br
REFERÊNCIAS RECOMENDADAS
LIMA, C. R. de & BAJAY, S. V. - A reposição florestal obrigatória e o planejamento energético regional. SINERGIA, 1. Anais. FCA - UNESP, Botucatu, 1999. FCA - UNESP, Botucatu, 1999. V.1. pag. 31-36.
BRITO, J.O. et al. - Consumo da madeira como lenha lidera o setor. Jornal do Convênio USP/IPEF, Piracicaba, 1993. 7(51): "3".
LIMA, C. R. de. - Madeira: fonte alternativa e renovável de energia - I. IN: Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira, 4°. Anais. São Carlos - SP, 1992. LaMEM - EESC -USP, 1992. V.4. pag. 91-104.
LIMA, C. R. de & LAHR, F. A. R. – Cogeração de energia e qualidade de madeira. IN: Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, 2o . Anais. Campinas – SP, 1994. SBPE, Campinas, 1994.
LIMA, C. R. de - Políticas e diretrizes para a biomassa florestal no Estado da Paraíba: "Aspectos da reposição florestal obrigatória". Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, 3. SBPE, São Paulo, 1998. SBPE, São Paulo, 1998. CD-ROOM.
LIMA, C. R. de - Viabilidade econômica da produção de briquetes a partir da serragem de Pinus sp. Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, 3. SBPE, São Paulo, 1998. SBPE, São Paulo, 1998. CD-ROOM.
LIMA, C. R. de & BAJAY, S. V. - O papel das Associações de Reposição Florestal na Política e no Planejamento. Energético Regional. Encontro do Fórum Permanente de Energias Renováveis, 4. MCT, Recife, 1998. MCT - ANEEL, Recife, 1998. CD-ROOM.
Endereço para correspondência
Carlos Roberto de Lima
E-mail: crlima16@hotmail.com
Gasificador/combustor a cavacos de lenha na secagem de café despolpado
Jadir Nogueira da Silva; Emilio Takashi Saiki; Maurício Coelho Vilarinho; José Cardoso Sobrinho
Departamento de Eng. Agrícola, UFV. Tel. 0xx31-899-1928
RESUMO
Neste estudo, visou-se determinar a viabilidade do uso de um gaseificador/combustor que utiliza cavacos de lenha de eucalipto como combustível, para secagem do café despolpado. Empregou-se um gasificador desenvolvido por SILVA (1988) [1] no qual foram feitas modificações na zona de redução, reduzindo-se a área da grelha de 0,21 para 0,06m2. Fez-se também a adição de uma jaqueta de revestimento, envolvendo a parte superior do gaseificador e também foi colocado um registro tipo borboleta na saída da câmara de combustão. O ar aquecido no combustor foi enviado para um secador, desenvolvido por CAMPOS (1998) [2], composto de quatro câmaras metálicas, que podem ser içadas por um sistema de roldanas, facilitando a homogeneização da umidade do produto a ser seco. Secou-se café com umidade inicial de 54,5% bu até 11,1± 1,6% bu. Determinou-se a umidade do café por determinadores do tipo universal, EDABO e estufa. A temperatura do ar de secagem foi de 60ºC, pressão estática do ar na saída do ventilador de 9mmca, com velocidade de 46,3m3.min-1. Concluiu-se que o gaseificador que usa cavacos de eucalipto como combustível consumiu entre 15,3 e 18,8 kg.h-1 da biomassa e o equipamento é viável para a secagem de café despolpado, por não impregná-lo de fumaça ou partículas outras, normalmente geradas nas fornalhas de fogo direto.
Palavras-chave: gaseificador, combustível, qualidade e café
SUMMARY
This study aimed to determine the viability of the of a gasifier/combustor using chip of eucalyptus firewood as fuel, in drying pulped coffee. The gasifier used was designed by SILVA (1988) [1] with modifications in the gasification chamber, being the area of the grate reduced from 0,21 to 0,06m2. An addition of a coating involving the gasifier was done and a damper was placed in the exit of the combustion chamber. The air heated up in the combustor was sent to dryer developed by CAMPOS (1998) [2] that possessed four movable metallic chambers with movement and hoisted by a pulleys system. It was dried coffee with initial moisture of 54,5% w.b. up to 11,1±1,6% w.b. The moisture of the coffee was determined by equipment of the universal type, EDABO and stove. The temperature of the drying air was of 60ºC, static pressure of the air in the exit of the fan of 9mmca with speed of 46,3m3.min-1. It was ended that the gasifier using chips of eucalyptus firewood as fuel consumed among 15,3 and 18,8 kg/hour of the biomass and that the equipment is viable for the drying of pulped coffee, not impregnating it with smoke or other particles, usually generated in the direct fired furnaces .
INTRODUÇÃO
Gaseificação é um processo de oxidação parcial controlada, com razão de equivalência de 0.20 a 0.40, de um combustível sólido para produção de gases. Nela ocorre a conversão da biomassa, ou de qualquer combustível sólido, em um gás energético por meio de temperaturas elevadas. O uso da gaseificação da biomassa no Brasil é uma prática pouco difundida, não utilizada pelos produtores rurais, principalmente pela tecnologia que demanda e, especialmente, pela falta de divulgação desta alternativa energética. Segundo SILVA (1984) [3] a gaseificação oferece aos usuários desta técnica as seguintes vantagens: 1) alta eficiência térmica, variando de 60% a 90%, dependendo do sistema implementado; 2) a energia produzida com a queima dos gases produzido é limpa; 3) grãos secados não são contaminados por fumaças ou gases; e 4) a demanda de energia pode ser controlada e, consequentemente, a taxa de gaseificação pode ser facilmente monitorada. As desvantagens são: 1) a biomassa deverá ser limpa, sem a presença de terras ou outros elementos que possam comprometer o processo de gaseificação; 2) Há o potencial de fusão de cinzas, que poderá alterar a performance do gaseificador, quando se usa a biomassa com alto teor de cinzas e 4) se não completamente queimados, o alcatrão, formado durante o processo de gaseificação, pode ter suas aplicações limitadas.
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi realizado no setor de armazenamento do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa – MG, objetivando testar a viabilidade do uso de um gaseificador/combustor acoplado a um secador de leito fixo na secagem de café despolpado, com aquecimento do ar de secagem a fogo direto. Usou-se um gaseificador desenvolvido por SILVA (1988) [1], com modificações na câmara de gaseificação. A área da grelha foi reduzida para 0,06m2, quando o gaseificador foi revestido para melhor aproveitamento do calor, que antes era dissipado à atmosfera, e colocou-se um registro tipo borboleta na saída da câmara de combustão do gás, para regular a vazão de ar aquecido. O secador de leito fixo utilizado, construído por CAMPOS (1998) [2], possui quatro câmaras metálicas, dotadas de movimentação e içadas por um sistema de roldanas, Figura 1. Secou-se café com umidade inicial de 54,4 %bu. até 11,1± 1,6 % bu. A umidade do produto foi determinada, no início da operação na estufa; no final, no determinador universal, no EDABO e conferida na estufa. Fez-se revolvimento do produto em intervalos regulares de 3 horas. A temperatura do ar de secagem, pressão estática e velocidade do ar aquecido foram de 60ºC, 9mmca e 46,3m3.min-1, respectivamente. O combustível utilizado foi cavacos de eucalipto usados na produção de papel e celulose, com dois teores de umidade 17,8 e 9,0% bu. O poder calorífico dos cavacos foi determinado conforme a sua umidade inicial, considerando-se o poder calorífico superior do Eucalyptus grandis de 17974 kJ.kg-1. O ar limpo e seco só foi direcionado ao café a ser secado, quando a combustão dos gases atingiu o processo em regime permanente. Isto foi conseguido, adaptando-se ao sistema uma saída lateral, a fim de retirar a fumaça formada no início do processo, quando ainda não se produz gás de qualidade, impedindo-se, assim, que o produto fosse contaminado. Durante os ensaios foram retiradas amostras de café em intervalos regulares de 3 horas, para a determinação da curva de secagem do café.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Figura 2 têm-se as curvas de secagem do café, nas três câmaras estudadas. O tempo de secagem do produto foi de 18 horas. A umidade inicial do café foi de 57,98% bu; 57,94% bu e 49,0% bu nas câmaras 1, 2 e 3 respectivamente. A umidade final do produto foi de 8,7%bu; 13,6%bu e 11,3% bu nas respectivas câmaras (Tabela 1). O consumo de combustível foi 303kg, a massa inicial do café foi de 733,2 quilos e final de 379 quilos. Uma secagem mais rápida ocorreu na câmara 1 possivelmente pelo fato de ter maior área perfurada, o que propiciou maior fluxo de ar, temperatura mais elevada, devido à proximidade da fonte de calor, o que também foi observado por CAMPOS (1998) [2] . Outro fato que influenciou é que nesta câmara, o café despolpado estava com maior quantidade de casca misturada, comparado ao da câmara 1. O gasificador-combustor acoplado ao secador teve eficiência energética de 14,8 MJ.kg-1de água evaporada, considerando-se a biomassa total consumida. Com a finalidade de reduzir a taxa de consumo da biomassa, colocou-se no interior do gaseificador um tronco de cone de concreto refratário (CASTIBAR N); a grelha foi reduzida de 68,6% com uma área de 0,06m², e o consumo foi de 15,3 e 18,8 kg.h-1 para as dois teores de umidade. A Figura 2 mostra a curva de secagem nas 3 câmaras, sendo que as câmaras 1 e 2 possuíam café com umidade inicial diferente da câmara 3. O tempo de secagem foi de 18 horas. Na câmara 3, colocou-se o produto com uma umidade inicial menor, e este foi seco nas mesmas condições que os demais, tendo por isso, sua umidade final intermediária.
Na Figura 3 é apresentada a temperatura do ar de secagem no plenum, nas câmaras de secagem e do ambiente, no decorrer da secagem do café. Verifica-se que a temperatura do ar no plenum variou entre 40 e 64ºC durante a secagem, temperaturas estas aceitáveis para que não haja perda da qualidade do produto seco. A temperatura do ar de exaustão nas câmaras 1, 2 e 3 aumentou quando se teve maior tempo de secagem; enquanto a do ar ambiente diminuiu. Provavelmente, o aumento das temperaturas citadas se deve à inércia térmica do secador, isto é, a alvenaria, que compõe a maior parte do secador tem grande calor específico, levando mais tempo para aquecer, retirando, então, calor do ar de secagem. Por isto, todas as temperaturas apontam para um equilíbrio, em torno de 45/50ºC, que é a desejada.
Na Tabela 2 são mostradas as características dos dois cavacos utilizados. Eles continham umidades de 17,8 e 9 % bu, e o de maior densidade teve menor consumo. Fatores que possivelmente influenciaram estes consumos diferenciados são "ponteamento dos cavacos" na câmara de combustão , ou a dissociação da água livre e de constituição deles. O combustível 1, devido ao maior teor de umidade, produziu chamas de menor temperatura no combustor e, também, menor consumo comparado ao combustível 2. O PCI dos combustíveis influenciou no consumo.
É apresentada na Tabela 3 a classificação do café seco e beneficiado. Verifica-se que houve predominância das peneiras 17 e 18; a quantidade de impurezas (verde, preto, chocho e brocado, etc.) – catação variou entre 29,5 e 41,5%, razão pela qual o produto apresentou baixa qualidade na bebida, Rio. Isto se deve provavelmente à falta de cuidados na lavoura e na colheita do mesmo.
CONCLUSÃO
Verificou-se neste estudo que o uso de cavacos de eucalipto é viável como combustível para o sistema gaseificador/combustor, na secagem do café despolpado. No caso do café seco usando este equipamento, houve baixa qualidade de bebida e tipo, por ser originado de uma fazenda onde a lavoura não era bem cuidada, especialmente no que se refere ao processamento do produto. Conclui-se, também, que cuidados devem ser tomados no momento de reabastecimento do gaseificador devido a riscos de inflamação dos gases nele produzidos no mesmo quando da abertura da tampa de alimentação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Larissa Rodrigues de Castro; Luís Augusto Barbosa Cortez
Faculdade de Engenharia Agrícola, UNICAMP, CEP 13083-970 Campinas, SP tel: (019) 788-1033 fax: (019) 788-1010
RESUMO
Apesar do aumento no consumo de frutas e hortaliças com a implantação do Plano Real no Brasil, as perdas anuais na pós-colheita têm atingido de 30 a 40% da produção. Tendo em vista a energia e o trabalho aplicados na sua produção, no campo e estufa, desde a fabricação da semente, fertilizantes, irrigação até a colheita, é essencial a aplicação da refrigeração, como tecnologia responsável pela economia de energia (através da redução das perdas) e aumento da receita devido à melhor conservação do produto. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência da refrigeração, combinada ao uso de embalagens de papelão ondulado e critérios de classificação, como forma de conservar por mais tempo as características de fruto recém-colhido de uma hortaliça em específico, o tomate.
Para isso, foram estudados tomates das variedades Santa Clara e Carmen com e sem classificação, acondicionados em 4 tipos de embalagem de papelão e submetidos à temperatura ambiente (24oC) e sob refrigeração a 7 e 13oC, verificando-se a variação da coloração, firmeza, aparência, sabor e perda de peso ao longo da armazenagem.
Quanto maior a temperatura maior foi a perda de peso dos tomates de ambas as variedades. Os tomates armazenados a 13oC por 22 dias apresentaram valores equivalentes de coloração, firmeza e sabor que aqueles mantidos à temperatura ambiente por apenas 9 dias. Isso comprova a extensão da vida de prateleira do tomate com o uso da refrigeração (exceto para a temperatura de 7oC que provocou a injúria do frio).
Palavras-chave: Tomate, refrigeração, embalagem, classificação.
ABSTRACT
Despite the increase in the consumption of fruit and vegetables with the begining of the Plan "Real" in Brazil, the losses in postharvest range between 30 to 40% of production. Therefore, a significant amount of the energy used in tomato production, from soil preparation, seeding, to fertilizer use, irrigation, and harvest, is wasted. In order to promote energy saving and increase producer revenue by improving the product conservation, it is essential to use the refrigeration technology. The objective of this paper was to analise the influence of refrigeration, associated with cartoom packages and classification criterious, as a mean of improving conservation of harvest tomato for Brazilian conditions
For this purpose, studies were conducted to evaluate color, firmness, appearance, flavor and weight loss changes in two varieties of tomatoes (Santa Clara and Carmen) with and without classification, held in 4 types of cartoom boxes and stored at ambient temperature (24oC) and under refrigeration at 7° C and 13° C.
The data showed that the higher the storage temperature the higher the weight loss for both varieties. The tomatoes stored at 13oC during 22 days had equivalent values of coloration, firmness and flavor than those fruits held at ambient temperature for only 9 days. This proved the use of refrigeration significantly extends the tomato shelf live (except for 7° C that caused chilling injury).
INTRODUÇÃO
O tomate representa 23% de todo o volume de hortaliças comercializado na CEAGESP e, segundo GAYET et al., 1995 [8], registra o segundo maior volume de produção/consumo mundial, sendo precedido pela batata e um pouco à frente da alface, com volume duas vezes maior que o da cebola. Do ponto de vista nutricional, de acordo com COSTA & CAIXETA FILHO, 1996 [6], tomando-se um grupo de dez vitaminas e minerais, o tomate é o décimo sexto em concentração desses nutrientes, mas constitui o primeiro em sua contribuição na dieta brasileira, por ser consumido com grande freqüência e em geral na forma crua. Além disso, o tomate constitui um dos produtos prioritários no Programa Horti&Fruti – Programa Paulista para Melhoria dos Padrões Comerciais e Embalagens de Hortigranjeiros, da Secretaria de Agricultura e Abastecimento do Estado de São Paulo.
Dentre as principais variedades de tomate que se destacam no mercado brasileiro atualmente, pode-se citar a Santa Clara, do grupo Santa Cruz e o tomate Carmen, do grupo "Caqui". A primeira apresenta forma oblonga e é menos rígida, enquanto a segunda é redonda e mais firme. O principal contraste se encontra na genética dos frutos, pois a variedade Carmen constitui um produto transgênico longa-vida e que, devido à sua maior vida de prateleira, vem conquistando um espaço cada vez maior no mercado.
O tomate, como a maioria das hortaliças, é um produto altamente perecível, que conforme COSTA & CAIXETA FILHO, 1996 [6], vem registrando perdas de cerca de 12% para a cidade de São Paulo (1991/92) e aproximadamente 40% no estado de Minas Gerais em 1990. Essas perdas são decorrentes principalmente de fatores como: falhas na fase de produção; colheita fora de época; danos mecânicos; embalagem; alta temperatura; manuseio e transporte inadequados; tempo de exposição prolongado no varejo; hábitos prejudiciais de seleção do consumidor; preços desfavoráveis para o produtor e falta de orientação de mercado. No caso das embalagens, SOARES et al., 1993 [16], citam que não apenas o material com que é feita, suas dimensões e aberturas, como também a posição e quantidade de fruto dentro da caixa influencia as perdas de produto por injúria mecânica. A colheita de frutos imaturos e abusos na pós-colheita, como o controle inadequado da temperatura segundo MORETTI et al., 1997 [13] e MAUL et al., 1997 [11], são fatores que alteram o metabolismo fisiológico e os perfis voláteis do aroma e percepção do sabor.
A produção de tomates no Brasil envolve uma série de atividades que demandam grande quantidade de energia e mão-de-obra humana. Estas atividades vão desde a fabricação da semente, até as operações de plantio, transplante, adubação do solo, irrigação, aplicação de fertilizantes, capinas, podas, amarração, amontoa, controle de doenças na plantação até a colheita (FIGUEIRA, 1982 [7]). Tendo em vista as altas perdas de produto, tanto em termos quantitativos, considerando a massa comercilizada, como do ponto de vista qualitativo, com relação ao menor valor adquirido devido à qualidade inferior, este trabalho estudou a influência da aplicação da tecnologia da refrigeração, combinada à classificação dos frutos e uma embalagem apropriada, no tratamento pós-colheita do tomate.
A refrigeração atua como um meio de prolongar o tempo de prateleira do produto, conservando as características desejáveis para comercialização. Segundo ASHRAE, 1994 [1], HARDENBURG et al., 1986 [9], e VANEGAS, 1987 [17], ela reduz a atividade respiratória, dificulta o surgimento, desenvolvimento e propagação de microrganismos, reduzindo, conseqüentemente, velocidade de amadurecimento do produto, além de minimizar sua perda de peso. Para SHOWALTER, 1981 [15], a perda de peso além de provocar deterioração da qualidade e reduzir a possibilidade de comercialização do produto, também representa perda direta de peso comercializável. De acordo com GAYET et al., 1995 [8], a temperatura à qual os tomates estão submetidos, assim como seu estádio de amadurecimento, influenciam no tempo de conservação dos mesmos, sendo recomendada, segundo ASHRAE, 1994 [1], para tomates verde-maduros a faixa de temperatura de 14 a 16° C. Se estes frutos forem submetidos a temperaturas inferiores a 12,5° C, segundo BENNETT, 1997 [2], sofrerão a injúria do frio que, de acordo com BOYETTE et al., 1998 [3], é função da temperatura e do tempo de exposição, e cujo efeito é visualmente aparente quando o produto é exposto . a temperaturas de amadurecimento de cerca de 20° C (SALTVEIT JR. & CABRERA, 1997 [14], e MARANGONI et al., 1995 [10]). Os tomates "chilled" poderão exibir uma série de sintomas como lesões superficiais, descoloração interna ou coloração desuniforme, amadurecimento incomum, perda da firmeza, enrugamento, aumento na susceptibilidade a doenças, e incremento na taxa de respiração e produção de etileno.
Quanto às embalagens, MITCHELL, 1992 [12], mostra que são unidades que devem proteger os produtos hortfrutícolas contra injúrias; facilitar o resfriamento rápido dos frutos das temperaturas altas de campo até baixas temperaturas de armazenagem ou transporte, permitindo também a remoção contínua do calor produzido pelo produto. A classificação também é um importante meio de se reduzir perdas por agilizar os processos de manuseio e comercialização do produto. CALBO, 1999 [4], descreve que a separação dos frutos de acordo com o estádio de maturidade deve ser realizada pois os frutos verdes, por serem mais firmes, exercem uma carga de compressão, e conseqüente deformação, sobre os frutos vermelhos dentro de uma mesma embalagem; e os frutos amadurecidos produzem etileno que acelera o amadurecimento e facilita a deterioração dos frutos verdes.
Nesse contexto, este trabalho verificou a influência da classificação, embalagem e refrigeração na vida de prateleira do tomate, na redução das perdas e preservação de suas características de fruto recém-colhido.
MATERIAL E METODOLOGIA
Foram avaliadas duas variedades de tomate (Santa Clara e Carmen), segundo a aplicação de um tratamento pós-colheita que envolveu a combinação dos fatores: temperatura de armazenagem (ambiente, 13° C e 7° C), classificação (tomates classificados e não classificados) e embalagem de papelão ondulado (embalagem telescópica total e caixa de 10kg para tomates Santa Clara e caixas de 10 e 4kg para variedade Carmen).
MATÉRIA-PRIMA
As variedades de tomate, Santa Clara e Carmen, foram obtidas diretamente de centros produtores do estado de São Paulo, logo em seguida à sua colheita. Foram escolhidos os frutos que apresentavam coloração vermelha de no máximo 10% e livres de injúrias, pragas ou patógenos. Os produtos selecionados foram colocados novamente em caixas K e depois distribuídos nas caixas de papelão ondulado estudadas, para então serem transportados do campo ao laboratório na Faculdade de Engenharia Agrícola, Unicamp.
ARMAZENAGEM
No laboratório os tomates passaram por mais um processo de seleção e classificação, onde aqueles mais homogêneos quanto ao tamanho e coloração foram colocados nas embalagens de papelão ondulado com a designação de classificadas, sendo os demais inseridos às não-classificadas. As caixas de tomate foram então levadas às câmaras frias a 7 e 13° C cerca de 12 horas após sua colheita., enquanto alguns frutos foram mantidos à temperatura ambiente (média de 24° C ao longo do experimento) constituindo o grupo controle.
A temperatura de 7oC foi escolhida propositadamente para se observar a injúria do frio, simulando o transporte a longas distâncias feito neste nível de temperatura e o hábito do consumidor que coloca tomates ainda verdes dentro da geladeira próxima a tal temperatura. Como os sintomas da injúria do frio não são observados nas temperaturas que a provoca mas sim quando o produto é transferido para ambientes mais quentes, optou-se por um período de cerca de 2 semanas de armazenagem a 7° C (16 dias) passando à temperatura ambiente para se observar o efeito chilling nos tomates do experimento.
O monitoramento da temperatura das câmaras foi feito automaticamente através de termostatos inseridos em seu interior e a temperatura ambiente foi medida através de um termômetro instalado no local do experimento. As câmaras não dispunham de qualquer sistema de umidificação mas a umidade relativa média medida com termômetros de bulbo seco e úmido se manteve relativamente alta ao longo do experimento: em torno de 91% na câmara a 13oC e 77% naquela a 7oC.
A freqüência das análises variou conforme a temperatura a que o tomate estava submetido, sendo realizadas a cada 2 ou 3 dias (para a temperatura ambiente e 13oC, respectivamente) e uma vez por semana para os frutos mantidos a 7oC (e a cada 2 dias a partir do momento em que foram removidos da câmara e submetidos à temperatura ambiente).
PERDA DE PESO
Foram escolhidos 6 frutos de cada tratamento (2 de cada uma das 3 caixas) para se determinar a variação média de massa ([Minicial – Mfinal]/ Minicial). Estes tomates foram mantidos ao longo do experimento. A balança utilizada foi fabricada pela empresa "Marte Balanças e Equipamentos", modelo AS 1000C, com 0,01g de precisão e 1000g de carga máxima.
ANÁLISE SENSORIAL
Os tomates foram avaliados por 8 provadores não-treinados quanto à coloração, firmeza, apreciação global e sabor do produto, usando uma escala hedônica não estruturada de 10cm.
SÓLIDOS SOLÚVEIS TOTAIS, ACIDEZ TITULÁVEL E PH
Para se determinar os graus brix (sólidos solúveis totais por refratometria) foi utilizado refratômetro Abbe Refractometer, modelo 2WAJ, Shanghai Optical Instrument Company (Hong Kong). Os sólidos solúveis totais, a acidez titulável e o pH foram determinados seguindo-se os procedimentos de CARVALHO et al., 1990 [5]. O potenciômetro usado nos experimentos é um pH metro Microprocessor Bench-top HI 8417, Hanna Instruments, Italy.
ANÁLISE ESTATÍSTICA
O método estatístico utilizado para a análise dos dados foi o delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial, onde os tratamentos corresponderam às combinações entre: temperatura (ambiente, 13° C e 7° C), classificação (tomates classificados e não classificados) e embalagem (caixas de papelão ondulado). Foram usadas 3 repetições para cada tratamento, exceto para a perda de peso, onde contou-se com 6 repetições. A análise de variância foi realizada pelo software S-Plus 4.5. As médias dos tratamentos foram comparadas através do Teste Tukey, com nível de significância de 5% (P=0,05).
A análise estatística foi empregada para a comparação entre os tratamentos do 9o dia de armazenagem nas três temperaturas pesquisadas e entre os dados do 9o dia de armazenagem para os frutos estocados à temperatura ambiente e do 22o dia de armazenagem dos tomates a 13° C. A primeira análise permitiu a comparação entre os frutos estocados nas três temperaturas após 9 dias de testes e a segunda possibilitou comparar o estado de conservação dos frutos nas temperaturas ambiente e de 13° C próximo ao final da vida de prateleira de cada um dos tratamentos. Os dados também foram analisados através da construção de gráficos dos parâmetros medidos versus o tempo de armazenagem dos frutos mantidos nas diferentes condições de estudo. Neste trabalho, as tabelas e gráficos não são mostrados, apenas comentados.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Ao longo do experimento realizado pôde-se observar a grande incidência de fungos nos frutos de todas as temperaturas, mas especialmente naqueles a 7° C. Isso pode ser explicado pela presença de terra proveniente do campo na maioria dos tomates e a algumas injúrias, concordando com SOARES et al., 1993 [16]. No entanto, a razão principal para a ocorrência de fungos foi a injúria do frio desenvolvida em cerca de 80% dos tomates da variedade Carmen e 60% dos Santa Clara, que pôde ser observada 1 dia após os mesmos terem sido transferidos de 7° C à temperatura ambiente (no 17o dia de armazenagem).
Além do desenvolvimento de fungos, os sintomas observados nos tomates que sofreram a injúria do frio em geral parecem ser os mesmos observados por SALTVEIT JR. & CABRERA, 1997 [14], como a falha no amadurecimento, descoloração interna, maior susceptibilidade a doenças, e aumento da taxa respiratória e da produção de etileno.
As embalagens utilizadas para a variedade Santa Clara (telescópica total e caixa de 10kg) exibiram menor resistência mecânica em comparação àquelas usadas para o tomate Carmen, após duas semanas de armazenagem nas câmaras frias. Isso pode ser explicado pelos altos valores de umidade nas câmaras e no produto, e pela ausência de uma barreira especial para o movimento de umidade nas embalagens da variedade Santa Clara.
Em geral todos os frutos tiveram pH e relação brix/acidez crescentes com o processo de amadurecimento e decrescentes com o fim de sua vida de prateleira, concordando com o trabalho de VANEGAS, 1987 [17]. No 9o dia de armazemagem, verificou-se que os maiores valores de pH foram obtidos para os tomates Carmen mantidos à temperatura ambiente e a 13° C o que indica menor acidez e portanto resultando em maior relação brix/acidez. Já para os frutos da variedade Santa Clara, os maiores valores de pH foram encontrados nos frutos armazenados à temperatura de 13° C enquanto que a relação brix/acidez foi mais alta para a temperatura ambiente quando comparada a 7° C. Para 13° C, os valores não foram significativamente diferentes das outras duas temperaturas. Os tomates não classificados foram os que obtiveram maiores valores de brix/acidez devido ao estádio de amadurecimento mais avançado em que se encontravam, tendo em vista que nas caixas que continham tal tipo de produto foram colocados alguns frutos com mais de 10% de coloração vermelha e que alguns possuíam leves injúrias mecânicas. Isso pode ter resultado em maior taxa respiratória e produção de etileno, que aceleraria também o amadurecimento dos demais frutos, concordando com o trabalho de CALBO, 1999 [4]. Isso pode ser confirmado pelos dados da análise sensorial de cor que também mostram os tomates não classificados como os de coloração mais avançada.
Os resultados das análises químicas do pH, brix e acidez condordam com aqueles obtidos pela análise sensorial do sabor. Os provadores observaram também que os frutos mantidos a 7oC e depois transferidos à temperatura ambiente foram aqueles se mantiveram mais ácidos ao longo da armazenagem.
De modo geral, pôde-se perceber uma mudança de coloração mais rápida nos frutos mantidos a temperaturas mais altas enquanto que aqueles estocados a 13° C foram os que apresentaram amadurecimento mais gradual ao longo do tempo. Para a temperatura ambiente, observa-se que em apenas uma semana os frutos já tinham atingido coloração vermelha comprovando a curta vida de prateleira de produtos armazenados a temperaturas mais elevadas.
Os tomates Santa Clara mantidos a 7° C apresentaram valores de firmeza que decresceram rapidamente logo que foram transferidos para a temperatura ambiente. Quanto aos resultados para 9 dias de experimento, os frutos à temperatura ambiente estavam com amadurecimento mais avançado e portanto menos firmes, concordando com os dados encontrados por VANEGAS, 1987 [17]. Quanto à variedade Carmen, não se observou diferença a 5% de significância entre os valores de firmeza medidos no 9o dia de armazenagem.
Nas avaliações das aparências externa e interna, um fator que influenciou significativamente os resultados foi a incidência de insetos nos frutos (Neoleucinodes elegantalis). Os frutos da câmara a 7° C tiveram um decréscimo nos valores logo que foram transferidos para a temperatura ambiente provavelmente devido ao desenvolvimento da injúria do frio e conseqüente ocorrência de fungos.
A perda de peso em geral foi menor para os tomates de ambas as variedades a 13° C que para aqueles a 7° C, o que pode ter acontecido devido a duas hipóteses: a umidade relativa média dentro da câmara a 7oC foi inferior àquela da câmara de 13oC ou o nível de 7oC trata-se de uma temperatura que provoca a injúria do frio do tomate.
Para ambas variedades também se observou um grande aumento na perda de peso quando os tomates que estavam à temperatura de 7° C foram transferidos para a temperatura ambiente, devido a maior taxa respiratória associada à temperatura mais elevada.
Depois de 9 dias de armazenagem à temperatura ambiente (24oC) foi obtida uma perda de peso média de 4,2% para os tomates variedade Santa Clara e 3,1% para os tomates Carmen, o que resultaria em uma perda de peso média aproximada de 0,5% e 0,3%, respectivamente, para cada dia de armazenagem. Estes valores foram menores que aqueles observados para SHOWALTER, 1981 [15], que obteve perda diária de 0,9% para tomates mantendo-se cerca de 27oC e 60% de umidade relativa durante a armazenagem.
A exposição do produto à temperatura ambiente provocou um amadurecimento mais rápido nos frutos e com maior perda de peso. Para 7oC e 13oC foram obtidas perdas de peso de 1,6 e 1,1%, respectivamente, para ambas as variedades de tomate.
COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS PARA 9 DIAS DE EXPERIMENTO COM TOMATES À TEMPERATURA AMBIENTE E 22 DIAS PARA OS FRUTOS ARMAZENADOS A 13° C
A comparação entre os tomates mantidos à temperatura ambiente por 9 dias e aqueles a 13° C durante 22 dias demonstrou que a qualidade pós-colheita do fruto foi a mesma para ambas as variedades, notando-se diferenças apenas no pH, sem afetar significativamente o sabor, e na perda de peso (com resultados desfavoráveis para a temperatura ambiente, 4,2% contra 2,8% para 13° C). Isso comprova a maior vida de prateleira em função da temperatura de armazenagem mais baixa.
AVALIAÇÃO ECONÔMICA
Para tal análise, avaliou-se os resultados encontrados para perda de peso, que se obteve submetendo-se o tomate à refrigeração enquanto se manteve algumas amostras armazenadas à temperatura ambiente por 9 dias. A perda de peso é um fator quantificável que permite avaliar diretamente o ganho ou perda da massa comercializada.
Após 9 dias de armazenagem, a perda de peso das variedades foi de:
- Tomates Santa Clara – 4,2% para os mantidos à temperatura ambiente, 1,1% para aqueles a 13° C e 1,6% para os frutos a 7° C;
- Tomates Carmen – 3,1% para os frutos à temperatura ambiente, 1,1% para aqueles a 13° C e 1,6% para os frutos a 7° C.
A quantificação exata da perda de massa comercializável devido à perda de peso do produto não é facilmente obtida, uma vez que o preço do tomate (no caso, variedades Santa Clara e Carmen) é variável no mercado, oscilando entre picos e valores mínimos dependendo das safras durante o ano. Sendo assim, apenas para se ter uma idéia das perdas relacionadas às diferentes temperaturas às quais os tomates foram submetidos, considerou-se os preços do supermercado Carrefour no dia primeiro de maio de 1999 (R$1,09/kg de tomate Santa Clara e R$1,40/kg do Carmen), obtendo-se como resultados:
- Tomates Santa Clara - R$1,00 para cada caixa K de 22kg no caso dos frutos serem estocados à temperatura ambiente, R$0,27 para cada caixa K para os frutos a temperatura de 13° C e R$0,37 para cada caixa K para os frutos a 7° C;
- Tomates Carmen - R$0,94 para cada caixa K de 22kg no caso dos frutos serem estocados à temperatura ambiente, R$0,34 para cada caixa K para os frutos a temperatura de 13° C e R$0,49/kg para cada caixa K para os frutos a 7° C.
Tendo em vista tais resultados, pode-se observar que a perda evitada seria de R$0,73 e R$0,60 para cada caixa K de tomates Santa Clara e Carmen, respectivamente, removidos da temperatura ambiente e submetidos à refrigeração a 13oC, considerando somente a perda de peso em função da temperatura. Apesar de não parecerem significativos tais valores, pode-se extendê-los considerando não apenas 22kg de tomate comercializado mas 1 tonelada (45 caixas K) de produto, que resultaria em R$33,00 e R$27,00 para as variedades de tomates Santa Clara e Carmen, respectivamente, em 9 dias de armazenagem.
Os benefícios gerados com o uso da refrigeração foram além da conservação da massa do produto, podendo-se citar, sobretudo, o aumento da vida de prateleira e menor incidência de patógenos, conferindo ao tomate armazenado um maior potencial de comercialização. Esse fato poderia servir de trunfo para o produtor ou atacadista na hora de vender seu produto, podendo aguardar por melhores preços ou atingir mercados mais distantes, o que não seria possível se o tomate fosse armazenado à temperatura ambiente.
Além disso, este experimento foi realizado no período do outono, onde a temperatura ambiente é menor comparada com o verão, quando os ganhos com a refrigeração poderiam ser maiores.
CONCLUSÃO
Os resultados mostraram que a refrigeração, combinada à classificação e uso de embalagens de papelão ondulado, permite reduzir as perdas de tomate, assim como possibilita aumentar o período de conservação do produto, garantindo que o consumidor tenha um tomate com características de sabor, firmeza e massa mais próximas daquelas observadas no momento em que foi colhido no campo.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo pelo apoio financeiro à pesquisa e bolsa de mestrado concedida e ao Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento pela bolsa nos primeiros seis meses de curso.
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Luiz Henrique Alves Pazzini; Fernando Selles Ribeiro; Luiz Fernando Kurahassi; Luiz Cláudio Ribeiro Galvão; Miguel Edgar Morales Udaeta
GEPEA, USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, Sala A2, 35, CEP: 05508-900, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(11)818-5279, Fax: (55)(11)210-3595
RESUMO
A mudança para um ambiente competitivo do setor elétrico brasileiro é simultânea à mudanças sociais e econômicas na zona rural: as atividades tradicionais agropecuárias estão se expandindo e estão surgindo novos negócios, tais como restaurantes e pesque-pague, definindo "o novo rural brasileiro". Diante disso, a energização de áreas rurais necessita de alternativas dinâmicas e atuais, que possibilitem o acesso à energia, capazes de atender necessidades básicas e de produtividade. Este trabalho apresenta um modelo de Planejamento Integrado de Recursos (PIR), baseado na identificação da real demanda dos interessados e das fontes de recursos existentes para seu atendimento. É analisada a importância da participação de diversos segmentos do Estado, de empresas privadas, dos interessados, de toda a sociedade. Conclui-se que a alternativa é viável e se destaca o papel dos agentes reguladores do Estado na indução de mecanismos que tornem a zona rural mais atraente para investimentos.
Palavras-chave: Eletrificação rural, planejamento integrado de recursos.
ABSTRACT
The change to competitive atmosphere for the Brazilian electric sector is simultaneous to the social and economic changes in the rural zone: the agricultural traditional activities are expanding and new business are appearing, such as restaurants and fish-pay, as " the new rural Brazilian ". Because that, the electrification of rural areas needs real and dynamic alternatives, that facilitate the access to energy, to meet the basic needs and for productivity. This paper presents a model of Integrated Resources Planning (IRP), based on the identification of the real demand of the interested ones and of the sources of existent resources for its attendance. The importance of the participation of several segments of the State, of private companies, of the stakeholders, of the whole society is analyzed. It is founded that the alternative is viable and it stands out the role of the State regulator agents in the induction of mechanisms that turn more attractive the rural zone for investments.
INTRODUÇÃO
O século XX foi palco de diferentes experiências relativas à participação do Estado nos sistemas econômicos das nações: desde o centralismo total das economias comunistas até o alto grau de liberdade do modelo norte americano. A discussão sobre qual deve ser o papel do Estado na vida econômica de um país continua gerando debates apaixonados, fortemente marcados por questões ideológicas. No contexto atual, a tendência dominante é o Estado deixar sua função empreendedora mas manter um papel atuante. De fato, o Estado está indicando o caminho à iniciativa privada realizar os investimentos necessários para a criação de uma infra-estrutura que atenda aos anseios da sociedade moderna. Porém, deverá assumir o papel de fiscalizador, no intuito de garantir a qualidade dos serviços prestados.
As razões apregoadas para tais alterações promovidas são de que o arcabouço institucional anterior tinha esgotado seu potencial. Isso estaria evidente na queda de qualidade dos serviços ofertados à população e na crescente necessidade de incremento nas tarifas. Esses fatos geraram descontentamento nos atores da indústria energética (dentre eles os consumidores) que passaram a reivindicar mudanças que alterassem o quadro vigente. A alternativa encontrada foi buscar a senda da privatização.
O processo de desestatização, como referencial do paradigma do mercado, iniciou-se com força na Europa, especialmente na Inglaterra onde as empresas estatais foram quase que totalmente privatizadas. Esse movimento de alterações no setor público também atingiu terras brasileiras. A década de 90 vem assistindo a um contínuo processo de transferência das empresas sob tutela do Estado para mãos da iniciativa privada no Brasil. De fato, o sistema de telecomunicações já foi inteiramente transferido para controle de empresas particulares e o setor de energia elétrica e de gás natural estão trilhando caminhos similares. A distribuição de energia elétrica já está, praticamente, toda sob a tutela da iniciativa privada; parte da geração também já foi vendida, devendo o Estado manter sob seu controle o sistema de transmissão.
Essas mudanças criaram a necessidade do surgimento de órgãos capazes de zelar pela excelência dos serviços prestados por estas empresas. Assim, foram constituídas agências federais com o objetivo de regular e fiscalizar a qualidade do atendimento: no setor de telecomunicações surgiu a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) e no setor de energia as Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e Agência Nacional do Petróleo (ANP), sendo que a Agência Nacional da Água (ANA) está em vias de entrar em cena. Também estão sendo formadas comissões estaduais para auxiliar o trabalho das agências federais. Um exemplo é a Comissão de Serviços Públicos de Energia (CSPE) de São Paulo.
Tais alterações no âmbito dos serviços públicos definem a consolidação da discussão sobre a universalização do atendimento, entre eles o da eletricidade em áreas rurais. Durante muitos anos diferentes programas de eletrificação rural foram elaborados e implantados, contando com diferentes linhas de financiamento e desenhos de aplicação. No entanto, tal iniciativa não foi suficiente para alcançar as expectativas de diminuir o déficit de eletricidade nessa área pois, como se observa na Figura 1, falta luz em mais de 50% das propriedades rurais brasileiras.
Os dados da Figura 1, mesmo levando-se em conta sua imprecisão, mostram a existência de um grande trabalho a ser realizado, dado que regiões mais desenvolvidas, como o Sul e o Sudeste, ainda contam com grande parcela de sua população rural desprovida de energia elétrica. A situação agrava-se quando são observadas regiões mais carentes, como as regiões Norte e Nordeste, que apresentam um grande vazio elétrico, sendo necessários grandes investimentos para supri-lo.
Segundo RIBEIRO (1993), uma das razões para tal cenário é a não utilização de padrões mais simples nas redes elétricas que atendem áreas rurais. Os engenheiros agarram-se a supostas questões de qualidade e segurança e, na maioria das vezes, não aceitam discutir alterações. Esquecem-se do fato de que a eletricidade traz consigo a possibilidade de diminuir o fluxo migratório às metrópoles e, consequentemente, maiores possibilidades no desenvolvimento das regiões menos favorecidas (tanto pela natureza dos recursos locais como pelo esquecimento dos governos).
Foi neste cenário que ocorreram as mudanças no setor elétrico brasileiro, gerando mais dúvidas sobre o futuro da energização das áreas rurais, pois o momento de transição que gera a privatização e a desregulamentação vislumbra o novo paradigma de mercado. A questão que fica é como fazer com que empresas privadas se interessem pelo atendimento de um mercado difícil e com incertezas de retornos dos investimentos (visível).
Este trabalho apresenta uma proposta de abordagem da eletrificação rural na nova situação de mercado para a indústria elétrica no Brasil. Esta abordagem propõe a determinação de recursos orçamentários anuais para energização do campo como parte da estratégia de desenvolvimento local e/ou regional. Assim, sempre que houver o conhecimento concreto do real estado da eletrificação rural e definidos os limites de custo mínimo e classe de instalação (pré-energização ou definitiva), haverá uma quantidade de recursos a ser alocada em uma dada geografia e em determinado período de tempo.
A idéia é introduzir as bases econômicas e legais para estabelecer um processo de eletrificação rural em um ambiente competitivo, no qual o poder concedente colocaria em oferta (ou licitação) bolsões a serem energizados no campo onde a empresa (concessionária, cooperativa, consórcio de empresas, associações, ONGs, etc) vencedora, que apresente o menor custo para realizar o empreendimento, seja responsável pela implementação da eletrificação rural na região, levando em conta as características locais de disponibilidade energética e participação da sociedade.
Também, na medida em que este trabalho procura sintonizar-se no contexto do desenvolvimento da eletrificação rural no ambiente das concessionárias privadas, é importante ressaltar que a proposta se faz dentro de um mercado emergente, que é fortemente influenciado por uma demanda reprimida, característica dos países em desenvolvimento.
O NOVO CENÁRIO DA ELETRIFICAÇÃO RURAL NO BRASIL
O setor elétrico brasileiro passou, nos últimos anos, por radicais alterações institucionais. De um monopólio estatal, derivou-se para um conjunto de concessionárias privadas, onde o mercado, a competição e a regulação são seus pilares fundamentais.
No entanto, persistem críticas a tais mudanças, pois a evidência da liberalização dos mercados de energia (mais claramente no hemisfério norte) levou a alterar o modelo do setor elétrico brasileiro. Porém, a alteração deste modelo foi realizada com certas lacunas, sendo uma delas a eletrificação rural. ROSA et al (1998) resumem os receios que perturbam grande parte da "inteligência elétrica" nacional: "A falta de definição prévia das regras do novo modelo institucional do complexo setor elétrico brasileiro, contribui significativamente para aumentar as resistências dos investidores privados que limitam-se a aproveitar as oportunidades de negócios surgidas com a venda de ativos sub-avaliados e já amortizados pela sociedade brasileira. Os exemplos verificados pela população do Estado do Rio de Janeiro devem servir como alerta e levar o governo a rever seu calendário de prioridades no que se refere às reformas e privatização do setor elétrico".
Quando se analisa com atenção a questão da zona rural observa-se forte tendência, no escopo do paradigma de mercado, de que esse segmento da sociedade brasileira permaneça, por um bom período, sem espaço e esquecido pelos planejadores do desenvolvimento nacional. De fato, se no ambiente estatal já não foi possível o atendimento generalizado do pobre rural, o que acontecerá agora quando o mercado está sendo imposto como referencial de implementação? O mais provável, se nada for estipulado pelo poder concedente, é que a eletrificação rural venha a se definir como um artigo de luxo no campo. LESSA, in ROSA et al (1998), deixa claro essa preocupação: "Todos concordam que o bilhete de entrada na modernidade deste século foi o acesso à energia elétrica. Países que integraram toda a sua população ao século das luzes e necessitam atender a um modesto crescimento vegetativo de demanda energética, teriam, na temática de aumentar a eficácia e a eficiência do sistema elétrico, uma motivação central na reforma. No Brasil, entretanto, uma parcela significativa da população rural ainda está no século XIX, e as 'luzes da cidade' exercem um fascínio não literal para o crescimento explosivo das metrópoles. Pelos sinais de mercado esta população jamais será priorizada, permanecerá excluída. A não ser quando, favelizada, sugerir um mercado atraente. Nossa reforma, em seus mesquinhos estudos de corretagem, nem suspeita o quanto esta questão é estratégica".
Os planejadores do desenvolvimento brasileiro necessitam ter como norte a busca do desenvolvimento sustentável, ou seja, um processo de desenvolvimento que ocorra sem trazer prejuízos para o meio-ambiente e sem comprometer as necessidades das gerações futuras. Isso passa pela questão energética das áreas rurais, que nos leva a propor a introdução da filosofia do Planejamento Integrado de Recursos (PIR) no contexto local para responder as questões aqui levantadas.
A PROPOSTA DA ELETRIFICAÇÃO RURAL
O ambiente rural apresenta características bastante diversas quando comparado à zona urbana. As cidades, num ambiente urbano típico, apresentam uma grande densidade populacional e uma grande gama de diferentes atividades produtivas: indústrias, pontos comerciais dos mais diversos, profissionais autônomos, escolas, universidades, etc. Ou seja, a cidade é um mercado mais atrativo para as grandes corporações. Elas sabem que a possibilidade de retorno do seus investimentos é muito alta. Já o campo apresenta uma densidade populacional extremamente baixa e, até pouco tempo, pouca diversidade nas atividades produtivas
Porém o cenário do campo está mudando, através do surgimento de novos negócios além das atividades agropecuárias, tais como restaurantes e pesque-pague. A Figura 2 retrata a evolução da renda na zona rural durante a década de 90. Por esta Figura, percebe-se claramente as alterações que vem ocorrendo, com um aumento gradual das denominadas atividades não-agrícolas e o declínio no crescimento da expansão das atividades agrícolas.
Silva (1999) mostra que o aumento das oportunidades de trabalho em atividades não-agrícolas estancou a queda no tamanho da população rural no País: de uma redução de 0,2% ao ano na década de 80, derivou-se para um crescimento de 0,5% ao ano na década de 90.
Essa alteração no perfil da zona rural gera a necessidade de incrementar sua infra-estrutura, como proporcionar acesso à eletricidade e outros energéticos para satisfazer aos anseios crescentes. Surge, então, um novo ingrediente na discussão da eletrificação rural, pois aumenta o clamor por energia no campo. Isso se reflete no novo cenário do setor elétrico: as preocupações normalmente são voltadas para os grandes consumidores, a discussão é sobre como distribuir energia com boa qualidade, como evitar que harmônicos criem pertubações nas grandes indústrias; esquece-se de como propiciar a chegada de um bico de luz nos rincões mais distantes do país. Porém as mudanças no campo fatalmente irão proporcionar maiores pressões para uma maior universalização da energia elétrica.
Como o mercado, mesmo emergente no sentido da mudança para competição e participação privada, já mostra suas tendências a ignorar o atendimento elétrico das zonas rurais, esse nicho da sociedade precisa contar, ainda, com a parceria do Estado, que necessita elaborar projetos, em conjunto com a iniciativa privada, que propiciem a chegada de luz ao sertão, como parte de um processo de desenvolvimento limpo. E esses projetos, para apresentarem melhores resultados, devem ser exeqüíveis e calcados em iniciativas que envolvam diversos segmentos da estrutura estatal: ministérios (quando da questão nacional) e secretarias (quando de questões estaduais) de desenvolvimento, trabalho, energia, infra-estrutura e de agricultura. Também, segmentos da sociedade civil organizada diretamente envolvidos, os interessados e a iniciativa privada devem ser convocados a participar. O problema é de difícil equacionamento e a somatória de esforços de diferentes espectros da sociedade propicia maior eficácia na sua resolução.
O Planejamento Integrado de Recursos (PIR) possibilita à elaboração de alternativas para diminuir (e até eliminar, no longo prazo) o déficit de eletricidade no campo. O PIR, conforme esquema básico mostrado na Figura 3, pode ser entendido como um instrumento no processo de planejamento que leva em consideração opções de utilização de recursos do lado da oferta e da demanda, em termos qualitativos e quantitativos, visando o desenvolvimento sustentável e contando com a participação dos órgãos, ou elementos da sociedade envolvidos, em todo o processo de planejamento, propiciando a aceitabilidade dos empreendimentos pela sociedade como um todo (seja no ambiente local, regional ou global).
Udaeta (1997) resume as etapas do PIR, mostradas no diagrama da Figura 3, conforme apresenta-se a seguir:
• identificação dos objetivos - definir claramente o que se pretende atingir com o processo de planejamento;
• estabelecimento da previsão da demanda a ser atendida;
• identificação dos recursos de oferta e de demanda disponíveis para o atendimento energético segundo as metas estabelecidas;
• valoração dos recursos de oferta e demanda - etapa na qual se confere, qualitativa e quantitativamente, atributos aos recursos de tal forma que se permita uma comparação entre eles. Nem sempre é necessário, possível ou desejável que esta valoração se dê apenas em termos de custo. Os objetivos podem conduzir a atribuição de outros critérios, até mesmo subjetivos;
• desenvolvimento de carteiras de recursos integrados - etapa na qual, de acordo com as metas, se agrupam os recursos, de oferta e demanda, em carteiras, de modo que haja diversas opções integradas, segundo o mesmo período de previsão;
• avaliação e seleção de carteiras de recursos integrados - etapa na qual se escolhe, dentre as opções de carteiras, os recursos que atendem, segundo os critérios objetivos definidos (menor custo, maior satisfação, etc), à demanda prevista, de acordo com as metas estabelecidas;
• plano de ação - etapa na qual se define, a partir dos recursos já escolhidos, quais os passos que devem ser dados para que a meta seja atingida. Deve se prever instâncias avaliativas que permitam o monitoramento do plano de ação ao longo do tempo e o seu ajuste à realidade constantemente mutável.
• participação dos interessados envolvidos nas diferentes etapas pertinentes de tal forma a: de um lado fundamentar o processo de planejamento e, de outro, colocar os participantes cientes do processo e da sua parcela de ganho.
Assim, alguns pontos importantes de uma proposta para energizar o campo calcada nesses princípios são listados a seguir:
• definir e/ou conhecer a região a ser atendida;
• quais os usos que serão dados a energia – ex: produtivo ou melhoria da qualidade de vida?
• quais as fontes energéticas e hábitos de uso existentes na região - ex: sistema elétrico próximo? Potencial de utilização de energia não tradicional? Possibilidade de aproveitamento de PCH? Usos finais eficientes? Qual o perfil da matriz energética local?
• qual é a participação dos interessados – ex: podem arcar com parte dos investimentos? Necessitam de um financiamento completo? Existe possibilidade de executar parte das obras em mutirão?
As respostas dessas e de outras questões permitem a elaboração de um perfil da área e do público a ser atendido. Isso possibilita a determinação de qual montante de recursos deverá estar disponível para energizar essa área. Esses recursos podem provir de entidades que se interessam em financiar projetos de infra-estrutura nas zonas rurais. No Brasil, uma entidade que tem participado de diferentes programas de eletrificação rural e tem demonstrado interesse em expandir seus horizontes de financiamento é o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES). Segundo estudo da ELETROBRÁS (1999), outras possíveis fontes de financiamento para eletrificação rural são o Banco Mundial (BIRD), o Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID), o Banco do Brasil, o Ministério de Minas e Energia e o Ministério da Agricultura e do Abastecimento. Recursos locais e de empresas privadas também podem, e devem, ser buscados (inclusive deve-se considerar, em um futuro bem próximo, o financiamento a partir do CDM – Clean Development Mechanism). A Figura 4 apresenta graficamente, e de maneira sucinta, essa proposta.
Tendo sido identificadas as características de consumo dos interessados, as características energéticas disponíveis, quais os recursos com que os interessados podem contribuir e uma fonte de financiamento, propõem-se abrir um processo de concorrência para atendimento da demanda existente. Qualquer empresa (entidade pública, privada ou mista) que tenha condições de atender os interessados pode participar. Essas empresas podem ser empreiteiras tradicionais, concessionárias, um conjunto de empresas que se unem para construir uma obra, ou mesmo uma cooperativa formada pelos interessados (até a própria prefeitura). Eles devem buscar atender a demanda através dos recursos energéticos regionais anteriormente identificados. Assim, uma empresa pode optar em elaborar um projeto de expansão de rede; outra pode escolher um aproveitamento hidrelétrico; outra pode optar por utilizar o potencial das energias não tradicionais (ex. solar, eólico, etc.); uma quarta pode optar pelos recursos da biomassa local e existe, inclusive, a possibilidade de ação nos usos finais e hábitos de uso da energia.
As diversas propostas são, então, apresentadas e analisadas. Os critérios utilizados na análise não devem ser calcados apenas em função do menor custo, e sim em valores que promovam o desenvolvimento sustentável da região, o que implica pensar num mix de recursos mínimos (como indica a filosofia do PIR). Aqui a participação (ou melhor, o envolvimento) dos interessados é fundamental. São eles que conhecem mais suas peculiaridades, ou seja, seus costumes, sua cultura. Enfim, as características que envolvem o consumo de energia.
Todo o processo é constantemente analisado. Isso permite que eventuais erros possam ser corrigidos no seu transcorrer. A aprimoração constante dos trabalhos permite que os resultados ao longo do processo de energização sejam sempre melhores, pois otimiza a utilização dos diversos recursos.
CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
As mudanças no setor elétrico brasileiro já são uma realidade e deve-se aprender a conviver com elas. Hoje não mais existe o monopólio estatal no setor de distribuição de energia elétrica, mas sim um conjunto de empresas que disputam um grande mercado. No entanto, ainda existem nichos pouco atrativos. A zona rural é um deles.
Cabe ao Estado, através de suas instancias de poder e tomada de decisão, criar mecanismos e programas que propiciem condições de atendimento à zona rural (quer seja através de regras, normas, subsídios e/ou incentivos, quer seja através de estratégias específicas de desenvolvimento). Essas condições podem ser encaradas como incentivos que tornem a zona rural um mercado mais atrativo para os grupos privados. Sem isso, não haverá solução para o problema. E, até o momento, discutiu-se muito alguns problemas como qualidade de energia, áreas de concessão, mudanças na matriz energética. Esqueceu-se um pouco o atendimento do pobre da zona rural.
Este trabalho apresenta as bases de uma proposta que visa tornar possível minimizar a falta de luz no campo. Outras caminhos, para cumprir tal meta, também são viáveis. O único caminho que não pode ser trilhado é o da omissão, o da exclusão social.
Em função da indecisão atual transitória com referência ao planejamento (indicativo ou não) e a tendência a deixar às forças de mercado resolver a problemática energética (e em todos os setores), considera-se coerente dar passos no sentido de conduzir tarefas que permitam a implementação do PIR como filosofia de planejamento local, regional e global, pois isso permitiria manter os pés no chão e contornar melhor a problemática subjacente aos mercados emergentes e às tendências a liberalização. Não apenas no que diz respeito a eletrificação rural mas no contexto da indústria energética em geral (empresas, concessionárias, entes reguladores, poder concedente, usuários e produtores).
REFERÊNCIAS
[1]RIBEIRO, F.S. Eletrificação rural de baixo custo. São Paulo, junho de 1993. 157p. Tese (Livre Docência) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
[2]ROSA, L.P.; TOLMASQUIM, M.T.; PIRES, J.C.L. A reforma do setor elétrico no Brasil e no mundo - uma visão crítica. Editora Relume - Dumará. Rio de Janeiro, 1998. 211p.
[3]SILVA, J.G.DA. O novo rural brasileiro. Instituto de Economia - Universidade Estadual de Campinas (IE-UNICAMP), 1999. 153p.
[4]UDAETA, M.E.M Planejamento Integrado de Recursos Energéticos - PIR - para o setor elétrico (pensando o desenvolvimento sustentável). São Paulo, 1997. 351p. Tese (Doutorado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
[5]ELETROBRÁS - CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS S.A. "Luz no Campo" - programa nacional de eletrificação rural - normas operacionais (versão preliminar). Brasil, março de 1999.
Endereço para correspondência
Luiz Henrique Alves Pazzini
e-mail: pazzini@pea.usp.br
Diseño y evaluación de Torre de Enfriamiento Autoventiladas (TEA)
Juan M Mesa PérezI; Luis Brossard GonzálezI; Reynaldo Guillen Gordin Drina Mc. Person*I;L.A.B. CortezII
IUniversidad de Oriente, Ave. Las América S/N, CEP. 90400, Santiago de Cuba, CUBA
IIUNICAMP,Campina,SP,Brasil, Cidade Universitária "Zeferino Vaz", Barão Geraldo, Campinas, SP, CEP: 13083-970, DECONRU/FEAGRI, Fone: 019-788 7242, Fax: 788-1010
RESUMEN
En la primera parte del trabajo se exponen las características de las TEA, y se comparan con las Torres de Enfriamiento a Contracorriente (TCC), destacando las ventajas y desventaja de cada una de ellas así como sus limites de aplicabilidad. Debido a que el flujo de aire en las TEA se logra atomizando el agua, no se requiere empaquetadura ni ventiladores, situación que las hace muy económicas con respecto a las TCC, en determinados sistemas de refrigeración
Seguidamente se discute la propuesta de una metodología para la evaluación y diseño de las TEA, la cual tiene en cuenta para los cálculos las nuevas características de funcionamiento. La metodología de diseño y evaluación propuesta se divide en las siguientes partes.
1. Criterios generales para el diseño de TEA.
2. Obtención a partir de los balances de masas y energía de:
Línea de Operación
3. Estrategia a seguir para el diseño y evaluación de las TEA.
La metodología propuesta fue validada en TEA existentes en Empresas Frigoríficas en Santiago de Cuba.
Palavras-chave: Torres de enfriamiento, refrigeración, humidificación.
ABSTRACT
The first part of the paper deals with the characteristics of the ATC which are compared with the Cooling Towers at a Counter-Stream (CTCS), pointing out the advantages and disadvantages of both of them as well as their limits in applications. Due to the fact that atomizing water attains the flow of the air in the ACT, neither packing nor ventilators are required, that makes it very economical with respect to the CTCS in some special systems refrigerating.
After that the proposition of the methodology for the evaluation and design of the ACT that takes into consideration for the calculus, the new characteristics of operation follows the methodology of the design and evaluation is divided into the following parts:
1. General criteria for the design of the ATC.
2. Obtainment from the balance of masses and energy of:
• The line of operation
• The line of impulsive force
• The equation of the design
3. Strategy to follow for the design and the evaluation of the ACT
This methodology has been valid for the ACT that are used in the refrigerating plants of Santiago de Cuba.
INTRODUCCIÓN
Muy pocos esfuerzos se han dedicado al estudio sobre las torres de enfriamiento cuando los flujos viajan en un mismo sentido, debido a la baja capacidad de intercambio de calor y masa que presentan con respecto a las torres de enfriamiento que trabajan con los flujos a contracorriente. Por lo planteado anteriormente, estas últimas reinan sobre las primeras.
En las torres a contracorriente, el grado de enfriamiento es proporcional a su altura, pero claro está, un incremento de esta hace necesario el uso de ventiladores más potentes para lograr que el aire venza las resistencias que se oponen a su movimiento, apareciendo además de inconvenientes hidrodinámicos, problemas constructivos que obligan a establecer valores límites de altura según sea el tipo de torre que se diseñe.[KERN,D.Q.1985]
En estos casos el flujo de aire es provocado por ventiladores, si el tiro es forzado y extractores si el tiro es inducido, usando empaquetaduras para lograr una mayor contacto aire-agua. En la figura 1 se representa la forma de la curva de operación en estos tipos de torres donde su pendiente (L/G )op es la relación entre los flujos de operación del agua y el aire respectivamente. (Fig.1)
Las TEA son torres en la cual los fluidos viajan en el mismo sentido y por tanto, la extensión de la línea de operación está restringida por su pendiente (L/G) y la temperatura de bulbo húmedo (tbh) del aire a las condiciones de salida. (Fig.2).
El flujo de aire (G) en estos tipos de torres se logra pasando agua a determinada presión a través de los atomizadores, provocando una diferencia de presión entre el lugar donde el cono de agua se desarrolla y la parte exterior de la torre, haciendo que esta se autoventile. El flujo de aire depende de la presión, número y disposición de los atomizadores. A diferencia de las TEC no utilizan ventiladores ni empaquetaduras para su funcionamiento.[GUILLEN, R.1995]
A pesar de las posibilidades evidentes de las torres a contracorrientes, las TEA por su características, en algunas situaciones suelen ser mas económicas, lo cual hace necesario el desarrollo de una metodología para su evaluación y diseño, situación que se resuelve en este trabajo, el cual para su mayor comprensión se divide en las siguientes partes:
1. Criterios generales para el diseño de TEA.
2. Obtención a partir de los balances de masa y energía de:
• Ecuación de la línea de operación.
• Ecuación de la línea de fuerza-impulsora.
• Ecuación de diseño.
3. Estrategia a seguir para el diseño y evaluación de las TEA . A manera de ejemplo se realiza la evaluación de la TEA perteneciente a la Empresa Frigorífica Santiago 2.
CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO DE TEA
Resulta antieconómico diseñar torres basándose en la temperatura de bulbo húmedo del aire que interacciona con la corriente de agua a la salida o sea para el caso de TEC corresponde con la tbh del aire entrante y para las TEA con la tbh de la corriente de aire saliente, debiendo llegarse a un compromiso entre las condiciones máximas y medias.
Uno de los métodos sugeridos es el uso de la llamada temperatura húmeda de "5 por 100", que se define como la temperatura húmeda que no es sobrepasada por más del 5 % del número total de horas durante los meses de Junio a Septiembre, y que se calcula del estudio de los datos meteorológicos locales. [BADGER,W.L.1967]
El procedimiento de diseño consiste en un número de etapas que son:
a) Selección de la aproximación de temperatura
La aproximación de la temperatura se define como la diferencia entre la temperatura del agua de salida y la temperatura de bulbo húmedo del aire de entrada es decir, la aproximación de la temperatura del agua de salida a su valor mínimo posible.
Debe observarse que el agua en estos casos no puede enfriarse por debajo de la temperatura de bulbo húmedo del aire a la salida, la cual coincide con el punto de intersección entre la línea de operación y la curva de equilibrio, y donde la fuerza impulsora se anula.
Los autores proponen un método para la selección de la aproximación de temperatura llamado "Método del 60% de Eficacia" y consiste en considerar que la eficiencia de enfriamiento de las TEA es de un 60% con respecto a las máxima diferencia de temperatura que puede alcanzarse teóricamente (la temperatura de bulbo húmedo).
La expresión es la siguiente:
Luego:
b) Cálculo de la sección transversal de la Torre:
La sección transversal de la torre dependen de la presión, tipo, número y disposición de los atomizadores.
c) Evaluación de la condiciones de operación:
En el cálculo de las torres de enfriamiento las condiciones de equilibrio y operación se expresa en función de la Entalpía del aire y de la temperatura del agua. La temperatura húmeda del aire y la "aproximación de temperatura" se especifican o se suponen y la temperatura del agua a la entrada resulta conocida en las condiciones del proceso. Por tanto, la única condición de operación a determinar es la entalpía del aire a la salida. [SAWISTOWWSKI,H.1967]
d) Cálculo de la altura de la torre
Conociendo la línea de equilibrio y de operación, ambas dibujadas como entalpía del aire frente a la temperatura del agua, se calcula el número de unidades de transferencia y se multiplica por la altura de una unidad de transferencia para obtener la altura de la torre.
e) Cálculo de la razón optima aire-agua
Con el incremento de la presión de atomización para el caso de las TEA, disminuye la relación (L/G) hasta cierto valor a partir del cual el agua comienza a elevar su temperatura de salida debido al reducido tiempo que permanecen las gotas dentro de la torre, provocado por las altas velocidades que desarrollan al incrementarse el flujo de aire.
Con el incremento de la presión de atomización se incrementa también el flujo de aire (G), haciendo que la relación (L/G) disminuya y por tanto se logre un mayor enfriamiento, que varia desde cero cuando la pendiente (L/G) = ¥ hasta el D t correspondiente a la razón (L/G) = 0. Lo anterior es cierto solo si el tiempo de residencia de las gotas de agua es suficiente para que se produzca el intercambio aire - agua, a partir de cierto valor de tiempo de residencia, la temperatura de salida del agua comienza a incrementarse. El punto en el cual se observa este cambio de tendencia corresponde a la razón (L/G) de operación óptima.
Balance de masa y energía
Balance de masa en un diferencial dz de la torre
Balance de Masa
Esta ecuación define la cantidad de agua que se evapora durante el proceso y que es absorbida por el aire para incrementar su humedad.
Balance de energía
Teniendo en cuenta que las cantidades de agua evaporada durante el proceso puede despreciarse si se compara con el flujo de agua de enfriamiento y debido al alto valor de la humedad relativa en nuestro país (superior a 90% ), se puede plantear que dL » 0.
Obtención de la línea de operación
A partir de la ecuación obtenida por el Balance de energía.
Sustituyendo ( 3 ) en ( 2 ) se obtiene que:
Resolviendo la integral
Para el caso de torres autoventiladas en las cuales el flujo es paralelo
Hg2 < Hg1 , por tanto la pendiente es negativa.
Ecuación de diseño. Utilización de la diferencia de Entalpía como fuerza impulsora. [KASATKIN, G.1985]
para un ds
pero como
Línea de fuerza impulsora
Según la ecuación ( 2 )
Sustituyendo y efectuando
Dividiendo entre KG
pero se conoce
para sistemas aire-agua a p= 1 atm
Sustituyendo en ( 2 )
Para torres autoventiladas ti < tL por lo que la ecuación de la línea de fuerza impulsora nos queda
REPRESENTACIÓN GRÁFICA
La ecuación de la línea de fuerza impulsora ( 6 ) es la ecuación de una línea recta que une (HG1, tL1 ), que es un punto de la línea de operación, con el punto ( Hi, ti ), situado sobre la curva de equilibrio. Su pendiente es el primer miembro de la ecuación ( 6 ), es el cociente del coeficiente de transferencia de calor en la fase liquida y el coeficiente de transferencia de masa en fase gaseosa multiplicado por ciertas constantes.[TREYBAL,R.E.1986]
Si se dispone información sobre los coeficientes anteriores la ecuación de la línea de fuerza impulsora se utiliza para determinar puntos correspondientes sobre la línea de operación y sobre la curva de equilibrio; estos puntos se emplean para determinar la diferencia de Entalpía ( Hi - HG ) necesaria para obtener gráficamente el valor de la integral de la ecuación ( 5 ). Esta ecuación se utiliza para determinar la altura necesaria para alcanzar los valores deseados de temperatura del agua a la salida de la torre ( tL1 ).
En ausencia de información sobre los coeficientes puede suponerse en una primera aproximación, ti es igual a tL, o lo que es lo mismo que la fase gaseosa no ofrece resistencia a la transferencia de masa.
En este caso un punto de la línea de operación tiene su correspondiente sobre la curva de equilibrio situado directamente por encima de él, o sea la pendiente es vertical.
Método de Mickley
El procedimiento anterior no da información alguna sobre los cambios en la temperatura y humedad de la mezcla aire-agua a lo largo de la torre. Para los casos en que la información sea necesaria se puede utilizar el método gráfico de Mickley [SAWISTOWWSKI,H.1967]
Dividiendo 7 entre 8
EJEMPLO DE EVALUACIÓN DE UNA TORRE AUTOVENTILADA
Con el objetivo de detallar la metodología de evaluación dada en el trabajo se tomo una torre autoventilada perteneciente a la empresa frigorífica Santiago 2, la cual es la encargada del enfriamiento del agua proveniente de los condensadores de amoniaco del sistema.
La torre tiene la siguientes características constructiva:
1. Sección transversal: 46.89 m²
2. Altura : 5 m
3. Número de atomizadores: 260
Las mediciones realizadas en esta instalación arrojaron los siguientes resultados promedios: [ARGUELLES,J.A.1987]
1. Temperatura de entrada del agua ( tL2 ): 30.1°C
2. Temperatura de salida del agua ( tL1 ): 28°C
3. Temperatura de bulbo húmedo del aire a la entrada ( tbh ): 23.8°C
4. Temperatura de bulbo seco del aire a la entrada ( tG2 ):29.2°C
5. Temperatura del aire a la salida ( tG1 ): 26.5°C
6. Flujo de agua de enfriamiento ( L ): 156 kg / s
7. Flujo del aire a la entrada ( G ): 206.69 kg / s
Los cálculos se realizaran siguiendo los pasos del algoritmo de calculo propuesto, para la evaluación de torre de enfriamiento autoventilada, en este trabajo.
1) Ubicación de la línea de operación:
2) Determinación de los coeficientes de transferencia de calor y transferencia de masa, a partir de datos experimentales.
Al tener definidos los puntos de entrada y salida del aire se supone un valor cualquiera de pendiente de la linea de fuerza impulsora, por ejemplo:
Al realizar el procedimiento con esta pendiente de la línea de fuerza impulsora obtenemos un valor de tG1 = 26.4°C, que prácticamente es igual al medido experimentalmente, por lo que aceptamos la línea como verdadera. Luego es posible calcular el coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa a partir de la ecuación de diseño.
Para el calculo de la integral se aplicara el método de los trapecios, el cual se ordena en la siguiente tabla:
Luego, es posible calcula el coeficiente de transferencia de calor en la fase líquida.
Determinación de la variación máxima de temperatura teórica.
Para nuestro cas, la temperatura de bulbo húmedo es tL1max = 26.5° C.
?Cual será la altura necesaria para lograr el máximo enfriamiento?. Para contestar a esta pregunta se hace necesario considerar que la línea de operación toca la curva de equilibrio.
Aplicando el método de los trapecios se obtiene
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Las TEA presentan características particulares que las diferencian con respecto a las torres de enfriamiento a contracorrientes (TEA), los criterios generales para su diseño constituyen una guía para lograr comprender el porque el uso de las TEA está limitado a determinados procesos y sus máximas posibilidades de enfriamiento coinciden con la diferencia entre la temperatura de entrada del agua (tL2) y la de bulbo húmedo del aire a la salida (tbh1), estas diferencias serán más amplias en la medida en que el aire entre menos húmedo.
La línea de operación en las TEA es una línea de fuerza impulsora que se anula cuando toca la curva de equilibrio. Este punto coincide con la menor temperatura que puede alcanzar el agua teóricamente. La eficacia de estas torres depende
del grado de acercamiento entre la verdadera temperatura del agua a la salida y la obtenida teóricamente. La velocidad de transferencia de masa decrece a lo largo de la torre hasta que llega un momento en que se anula, el decrecimiento de esta velocidad es proporcional a la disminución de la diferencia (tL1 - tbh1).
Cuando la transferencia de masa cesa (tL1 = thb), para lograr mayor enfriamiento es necesario la utilización de TEA en serie o sea bombear nuevamente el agua a una segunda torre. Lo anterior es válido hasta cierto valor de diferencia de temperatura (tL2 - tbh2), la cual es cero teóricamente y en la práctica se calcula a través de la expresión dada por los autores para la aproximación límite. Para el caso anterior es necesario tener en cuenta criterios económicos y estudio de factibilidad.
Para el diseño de TEA, es necesario un valor medio del coeficiente volumétrico de transferencia de masa (Kga), el cual puede estimarse a partir de la evaluación de TEA.
La evaluación de la TEA del Frigorífico Santiago 2, recomienda realizar un estudio sobre la posibilidad de instalar TEA en serie ya que para enfriar 1ºC más se necesitan 5 m adicionales o sea 10 m de altura en total. Lo anterior hace que en la práctica la temperatura de salida del agua (tL1) sea mayor que la temperatura de bulbo húmedo del aire a la salida (tbh1), sugiriendo tomar una eficiencia del 60 % para calcular de esta manera (tL1).
El grado de enfriamiento a lograr en estas torres depende de la relación (L/G), la entalpía de entrada y salida del aire y la temperatura del agua. La relación (L/G) depende del diseño mecánico de los spray. El máximo enfriamiento en las TEA no se establece por voluntad del hombre ya que este está dominado por leyes físicas que impone la naturaleza.
CONCLUSIONES
1. El carácter lineal de la línea de operación esta dado bajo la condición de que las cantidades de agua evaporada en el proceso es despreciable con respecto al flujo total de agua que circula por la torre.
2. La conclusión anterior se reafirma para lugares donde la humedad relativa del aire es elevada, como es el caso de nuestro país.
3. La fuerza impulsora del proceso de transferencia de calor y masa disminuye a medida que se avanza a lo largo de la torre o sea en el sentido en el que viajan los flujos.
4. Según la relación entre el flujo de agua y el flujo de aire (L/G) que participa en el proceso y la temperatura de entrada del agua, así será el grado de enfriamiento que puede lograrse.
5. Para incrementar el grado de enfriamiento será necesario el uso de TEA en serie.
RECOMENDACIONES
1. Realizar en las torres instaladas mediciones, para a partir de estos datos experimentales obtener ecuaciones empíricas que describan el comportamiento de los coeficientes de transferencia de masa en función de las variables que lo afectan.
2. Optimizar los factores que afectan el proceso de humidificación.
3. Determinar a partir de cálculos económicos la factibilidad de aplicación de las torres de enfriamiento autoventiladas con respecto a las torres a contracorriente o viceversa.
4. Realizar un análisis del comportamiento de la relación entre el flujo de agua y el flujo de aire (L/G) ante la variación de la disposición de los atomizadores en el diseño mecánico.
NOMENCLATURA
a - Area de la superficie interfacial por unidad de volumen (m2 / m3).
CG , CL - Capacidad calorífica del aire y el agua respectivamente. Kcal / kg aire seco ºC.
CsE , CSS - Calor húmedo del aire a la entrada y salida de la torre respectivamente. Kcal / h.m2 ºC
GS - Velocidad másica del aire. kg aire seco /h.m2.
H - Entalpía. Kcal / kg aire seco.
KG - Coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa. kmol / h.m2 atm.
M - Peso molecular del aire. kg / kmol.
P - Presión total. atm
S - Sección transversal de la torre. m2
tG - Temperatura del aire. ºC
ti - Temperatura de la interface agua-aire. ºC
tL - Temperatura del agua. ºC
Y - Humedad absoluta. kg agua / kg mezcla
Z - Altura de la torre. m
aG - Coeficiente de transferencia de calor en la fase gaseosa. Kcal / h.m2 ºC
aL - Coeficiente de transferencia de calor en la fase líquida. Kcal / h.m2 ºC
go - Calor latente de vaporización. Kcal / kg
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^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A01^nMarcelo Aparecido^sPelegrini^rND^1A01^nMiguel Edgar Morales^sUdaeta^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A01^nMarcelo Aparecido^sPelegrini^rND^1A01^nMiguel Edgar Morales^sUdaeta^rND^1A01^nFernando Selles^sRibeiro^rND^1A01^nMarcelo Aparecido^sPelegrini^rND^1A01^nMiguel Edgar Morales^sUdaetaPlanejamento integrado de recursos energéticos na eletrificação rural
Fernando Selles Ribeiro; Marcelo Aparecido Pelegrini; Miguel Edgar Morales Udaeta
GEPEA, USP, Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Avenida Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, 158, CEP: 05508-900, São Paulo, SP, Brasil, Tel: (55)(011)818-5279, Fax: (55)(011)210-3595
RESUMO
Este trabalho pretende fazer uma asserção sobre o processo de participação pública no Planejamento Integrado de Recursos Energéticos (PIR) através da apresentação de aspectos participativos em um modelo de eletrificação rural desenvolvido pela USP/BNDES e em implantação no estado de São Paulo, que contém alguns elementos do PIR. Para tanto, está dividido em quatro partes: na primeira, são apresentados alguns conceitos básicos e pontos relevantes sobre o PIR. Na segunda parte, é mostrado como uma demanda social pode ser identificada, e a sua relevância para o processo de planejamento. Na terceira parte, é feita a análise da participação da sociedade na resolução da demanda, tal como vista pelo modelo. Finalmente, é analisado brevemente o processo de planejamento, implantação e as perspectivas do programa "Luz da Terra", que tem como premissa a participação de vários órgãos, públicos e privados, e da sociedade local para o atendimento de uma demanda social.
Palavras-chave: Planejamento Integrado de Recursos, Eletrificação Rural, Distribuição de Energia Elétrica.
ABSTRACT
This work aims to do an introduction of integrated resources planning (IRP) on the public participation process through the presentation of share aspects in a rural electrification model developed by USP/BNDES and in introduction in the São Paulo state, that contains some elements of IRP. Where, it is divided in four parts: first, some basic concepts and important points are presented on IRP; second, it is shown how a social demand will be identified, and its relevance for the planning process; third, is made the society participation analysis in the definition of the demand, as the model point of view and; finally, it is analyzed the "luz da terra" program planning process, introduction and perspectives, that has as premise the participation of several organs, publics and private ones, including the local society for the social demand meet.
CONCEITOS DO PIR
O Planejamento Integrado de Recursos pode ser entendido como uma ferramenta no processo de planejamento que leva em consideração opções de utilização de recursos do lado da oferta e da demanda, em termos qualitativos e quantitativos, visando o desenvolvimento sustentável e contando com a participação dos órgãos, ou elementos da sociedade, envolvidos, se não em todo o processo, pelo menos na parte de identificação das metas e os objetivos do PIR (Udaeta 1997).
O processo de planejamento segundo o PIR (ver Fig. 1) compreende várias etapas, quais sejam:
• identificação dos objetivos: onde fica claro o que se pretende com o processo de planejamento;
• estabelecimento da previsão da demanda: onde se identifica, ou se prevê, a demanda existente (por energia, eletricidade, ensino-aprendizado, atendimento de saúde, moradia)1;
• identificação dos recursos de oferta e demanda: onde se levanta quais os recursos2, externos e internos, de oferta e de demanda, estão disponíveis para o atendimento da demanda segundo a meta estabelecida;
• valoração dos recursos de oferta e demanda: nesta etapa se atribui, qualitativa e quantitativamente, atributos aos recursos de tal forma que se permita uma comparação entre eles. Nem sempre é necessário, possível ou desejável que esta valoração se dê apenas em termos de custo. Os objetivos podem levar a atribuição de outros critérios, até mesmo subjetivos;
• desenvolvimento de carteiras de recursos integrados: onde, de acordo com as metas, se agrupam os recursos, de oferta e demanda, em carteiras, de modo que haja diversas opções integradas, segundo o mesmo período de previsão;
• avaliação e seleção de carteiras de recursos integrados: onde se escolhe, dentre as opções de carteiras, os recursos que atendem, segundo os critérios objetivos definidos (menor custo, maior satisfação, etc.), à demanda prevista, de acordo com as metas estabelecidas;
• plano de ação: é onde se define, a partir dos recursos já escolhidos, quais os passos que devem ser dados no curto prazo para que a meta definida no PIR seja atingida.
• o plano integrado de recursos preferencial deve prever instâncias avaliativas, que permitam o monitoramento do plano de ação ao longo do tempo e o seu ajuste à realidade constantemente mutável.
Dentro dessas etapas, há a necessidade, de acordo com o entendimento do ente que lidera, ou dirige, o processo do PIR, da interação com a sociedade, com os órgãos reguladores do setor e outras interelações publico-privadas. O quadro apresentado na figura 1 mostra o fluxo de um processo PIR.
Não é objetivo deste trabalho descrever todos os aspectos do PIR. Porém, alguns pontos relevantes devem ser destacados:
• o PIR pode ser visto como um processo onde se define um plano preferêncial, de forma tal que o ganho para todos os participantes seja conhecido e transparente. Quanto maior a transparência e a participação dos envolvidos, maior será a possibilidade de colocação de todos os conflitos e, por conseguinte, maior aceitação do que foi resolvido;
• a parte mais complicada desse processo de planejamento é a assimilação de seus conceitos e filosofia e a implementação do plano de ação, que freqüentemente envolve a mudança de paradigmas e novas atitudes dos profissionais envolvidos. A inserção de novas tecnologias podem também trazer incertezas grandes pela falta de informação e mesmo resistência ao novo;
• o PIR não trata o processo de planejamento de forma puramente técnica. Questões subjetivas ou que não possuem um consenso de valoração (como custos ambientais, sociais, etc.) são parte do processo;
• o acesso e a obtenção de informações confiáveis a respeito dos recursos de oferta e denanda e do uso do serviço é um dos requisitos do PIR. Esta é uma dificuldade adicional em países como o Brasil, que não possui dados, mesmo oficiais, ainda confiáveis;
• é necessário que haja uma instituição central que coordene, agregue os agentes e cobre os resultados do processo de planejamento. É este ente que irá liderar o PIR e dar o viés do processo.
IDENTIFICAÇÃO DE UMA DEMANDA SOCIAL
O desenvolvimento de políticas sociais é uma atribuição do Estado, como meio de atender o direito de cada cidadão de ter acesso aos serviços públicos. Ao conduzir esse processo, o Estado tenta fazer crer que atua na concepção e na implementação de propostas que têm como objetivo o desenvolvimento conjunto da nação e que os critérios de decisão resultam de avaliações objetivas de como atingir as metas propostas (TENDRIH, 1990).
As políticas sociais explicitam-se através da atuação concreta de organismos e agências estatais encarregados de implementá-las.
O serviço de energia elétrica é uma função social efetivado por concessionárias.
É uma matéria que diz respeito a uma estratégia de desenvolvimento do modelo econômico. O eixo do modelo desenvolvimentista brasileiro é voltado para o crescimento e a modernização da produção de bens que tenham retorno econômico. A eletrificação rural aparentemente não induz crescimento, nem retorno econômico nem alguma outra taxa que possa colocá-la na pauta do desenvolvimento.
Durante muito tempo não houve onde discutir eletrificação rural no âmbito federal. Uma omissão de longa data. Nos anos entre 1980 e 1997 o Brasil atendeu a menos de 2 % das necessidades de sua área rural, entrando em 1998 com dois terços de suas propriedades no escuro. Somente o estado de São Paulo tem no seu território reservatórios que são capazes de gerar energia renovável capaz de acender três Chiles, dez Bolívias, mas tem também milhares de pessoas vivendo no escuro em mais de um quarto de suas propriedades rurais, segundo a Eletrobrás.
Ausente o Estado, as coisas se passam como se a responsabilidade social, que é sua, fosse assumida pela empresa de energia juntamente com outorga de poderes
Na prática, essa transferência não se realiza e inclusive, pode se dizer que no novo modelo de mercado a tendência e a mesma.
Todavia, no setor elétrico e na Agricultura, as áreas que mais se aproximam do assunto, bem como em quase todos os setores dos governos federal e estaduais, é consensual que o tema pertença à concessionária.
A eletrificação rural, pela sua natureza, é um problema de distribuição de energia elétrica. É comum o entendimento que não seja mais do que a extensão das atividades normais da empresa para mercados distantes, dispersos e nada lucrativos e que não requeira qualquer consideração institucional especial. Não motiva engenheiros, técnicos e agentes, muito pelo contrário. Em algumas empresas a eletrificação rural fica na área de engenharia de distribuição, em outras na área de comercialização, em quase todas elas é depositária do pessoal menos prestigiado dessas áreas, salvo quando surgem verbas externas para gastar.
A concessionária tem obrigações muito bem definidas com relação a seus clientes. Vive sob a pressão da busca constante ao lucro e aos índices de qualidade satisfatórios. O cliente que reclama, que consome, que dá lucro é o urbano.
A população rural que permanece sem luz é pobre, não vai consumir, vai dar prejuízo e não reclama. Não tem voz e não tem representatividade. Nesse esquema nunca vai se constituir em prioridade para a concessionária. Vai permanecer no escuro e no esquecimento.
A concessionária é posta perante um dilema (FOLEY, 1992).
Por um lado, não pode dizer que vai deixar de atender mercados dentro de sua área de concessão. Por outro lado, não vai conseguir conciliar o atendimento de populações rurais pobres com os objetivos da empresa.
A maneira que ela encontra para sair do dilema é negar a existência do problema.
De fato, o agente que diz que não atende porque pobre não deve ter luz – pobre rural, porque o urbano tem luz, reforçando pressões migratórias para as periferias social e urbana das cidades grandes – ou, no terceiro mundo, nega ver pobre no interior, está discriminando em nome do Estado. Sua empresa discrimina em nome do Estado. O Estado discrimina em nome de uma distribuição da riqueza nacional perversa que se faz acompanhar por uma também perversa distribuição de energia nacional.
O Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES e a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo se associaram para entender os motivos que impedem que pequenos produtores rurais tenham acesso aos serviços públicos de energia elétrica.
As mais importantes agências internacionais de financiamento e fomento de projetos de infra-estrutura nos países em desenvolvimento, tais como o "World Bank", o "Asian Development Bank", a "USAID", a "Comission of the European Communities", entre outras, ao analisar os resultados de políticas extensivas de eletrificação rural em países em desenvolvimento manifestam opiniões convergentes. Em primeiro lugar, entendem que eletrificação rural é uma questão social que deve ser resolvida por uma agência de desenvolvimento, de preferência nacional, externa e independente à concessionária, cujos objetivos não se coadunam com o atendimento de populações rurais pobres. Em segundo lugar, as agências internacionais afirmam que os relatos de sucesso em tais políticas estão sempre associados a uma atividade comunitária de parceria com os executores dos programas, com forte envolvimento das lideranças comunitárias nos processos.
Levando em consideração esses dois pontos importantes, que, de fato, são consistentes com a experiência do BNDES em programas de eletrificação rural para produtores de baixa renda, esse banco e a Escola Politécnica desenvolveram um modelo de eletrificação rural. Esse modelo, que possui alguns elementos do Planejamento Integrado de Recursos mas que não foi originariamente pensado como tal, foi implantado no estado do Rio Grande do Sul no começo da década de 90 e no estado de São Paulo, desde 1995. É este programa de São Paulo, chamado "Luz da Terra", que é analisado nesse trabalho.
PARTICIPAÇÃO DA SOCIEDADE NO ATENDIMENTO À DEMANDA SOCIAL
O modelo BNDES/USP de eletrificação rural prevê que haja a participação efetiva da sociedade no atendimento à demanda existente. Isto é conseguido através de um processo adequado de marketing e informação mas, principalmente, através da demonstração de vontade política que busque romper com os paradigmas existentes nas concessionárias sobre o tema. É extremamente difícil sair de um modelo onde a concessionária, estatal ou privada, é o ator principal para um modelo onde se envolve outros atores, inclusive a comunidade. É uma dificuldade também encontrada no ambiente do PIR.
A participação social no modelo proposto inicia-se com a demonstração de vontade. A vontade da sociedade, expressa através de um governo que consiga perceber a importância do tema, é o primeiro e mais importante passo na direção de romper as barreiras ao atendimento do pobre rural. A priorização da eletrificação rural vai ser sempre objeto de uma decisão política, que privilegia determinados temas em detrimento de outros.
Essa vontade política pode ser criada a partir da percepção da urgência do tema, por motivos ideológicos ou por pressão dos grupos interessados. É papel também da Universidade despertar essa vontade política, influenciando e assessorando os governos em sua consecução. Vencido esse passo, passa-se para outro, igualmente importante, que é o de planejar e implementar uma política de eletrificação rural. Neste ponto, a viabilização de recursos, a identificação das demandas reprimidas e o envolvimento de todos os agentes, do Estado e da sociedade, são fundamentais para o sucesso da política. Conforme RIBEIRO:
"o estado (...) tem a obrigação de incluir todos os cidadãos, inclusive os pobres rurais, nas metas de atendimento dos serviços públicos. Para tanto, é necessário um modelo de eletrificação com objetivo específico de atender pequenos produtores rurais. É fundamental utilizar uma engenharia de eletrificação rural de baixo custo, desenvolver um esquema de crédito adequado ao público pretendido, e envolver outros atores além da concessionária, em um arranjo institucional que privilegie a participação comunitária". (RIBEIRO, 1997, p. 17)
Aliás, a participação comunitária é um ponto fundamental na implantação de políticas que visem o desenvolvimento rural sustentável. A Agenda 21 afirma, em seu capítulo 32, que
"a descentralização das tomadas de decisões, entregando-as a organizações locais e comunitárias, é a chave para mudar o comportamento da população e implementar estratégias agrícolas sustentáveis" (CONFERÊNCIA DAS NAÇÕES UNIDAS SOBRE MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO, 1992, p. 400).
Muitos autores apontam a participação comunitária como um paradigma decisivo para o sucesso de uma política de eletrificação rural. RAMANI (1992) aponta que deve ser fomentado o envolvimento da comunidade atingida e dos vários níveis locais de organização através de arranjos que possibilitem a atividade participativa nas tomadas de decisão, com iniciativas de baixo para cima. Devem ser entendidos os valores do povo rural e aproveitadas a experiência intuitiva que a comunidade tem sobre as opções locais e seu desejo e capacidade de ajudar. MUNASINGHE (1987) ressalta a importância de se conseguir a participação das lideranças e da representação da comunidade junto às equipes que fazem planejamento, projeto e construção das obras dos sistemas elétricos, o que implica a necessidade de se estabelecer canais de comunicação eficientes com as comunidades atingidas. ROSA, RIBEIRO e MELLO (1993) examinam diferentes arranjos institucionais locais para um programa estadual de eletrificação rural, e percebem que quanto maior o envolvimento da comunidade, mais baixo é o custo médio alcançado. Houve, também, redução de custo quando a comunidade foi chamada a opinar sobre rotas alternativas para a rede elétrica. CECELSKI (1992) indica que devem existir programas promocionais de uso de energia elétrica entre os produtores rurais e identifica, entre as causas que desestimulam o uso da eletricidade na zona rural de um país em desenvolvimento, a aproximação tradicionalmente passiva em relação ao mercado por parte da concessionária.
RIBEIRO E SANTOS (1994) demonstram que o modelo de eletrificação rural baseado na concessionária não é adequado à solução da situação brasileira e propõem um novo modelo baseado em um arranjo que envolve outros atores. SANTOS (1996) publica o detalhamento de uma política de eletrificação rural que aplica esse modelo, fazendo a avaliação de uma experiência nela baseada que proporcionou o atendimento de 6.500 novos consumidores de baixa renda a um custo médio de US$ 735. Demonstra que o sucesso dessa política depende da vontade do governo em promovê-la e da participação comunitária.
Este último autor chama a atenção para um ponto delicado da política de eletrificação rural que propõe: devem ser tomados cuidados especiais para se conseguir a adesão e o envolvimento dos agentes em diferentes níveis dentro dos órgãos participantes.
CAMINHOS PARA O PIR - O EXEMPLO DO PROGRAMA "LUZ DA TERRA"
No início de 1995, o BNDES solicitou que a Universidade de São Paulo levasse ao governo que se instalava no estado de São Paulo uma proposta de projeto de eletrificação rural baseado em seu modelo já experimentado, com sucesso, em outro estado.
As Secretarias de Energia e de Agricultura e Abastecimento manifestaram interesse. O governo estadual instituíra uma equipe com nível de diretoria dentro da CESP que dispunha de capacidade operacional para dar consecução à intenção de elevar de 60% para 80% o índice de propriedades rurais atendidas, conforme dispunha o Plano de Governo. Essa equipe deu suporte ao trabalho de duas sucessivas comissões nomeadas para propor políticas e elaborar um plano de eletrificação rural para o estado, voltado para o propósito do desenvolvimento da população do campo.
A fonte de recursos oferecida pelo BNDES para a realização das obras necessárias era o Fundo de Amparo ao Trabalhador - FAT. A negociação entre o governo de São Paulo e o BNDES foi balizada por alguns cuidados que precisam ser observados na utilização dos recursos do FAT e em atendimento a outras determinações que o Banco deve obedecer. Entre outros pontos, algumas recomendações do BNDES que foram aceitas pelo governo de São Paulo ao planejar sua política de eletrificação rural foram as seguintes:
• o projeto teria cunho social, sendo que a energia deveria visar o conforto do lar em primeiro lugar, como forma de promover a dignidade da família no campo;
• o projeto seria explicitamente voltado para a inclusão da família de baixa renda no público-alvo, sem permitir a exclusão de qualquer categoria social, possibilitando o atendimento de todo cidadão em todos os municípios;
• o crédito seria tomado pelo próprio interessado;
• o governo de São Paulo deveria equacionar a forma de dar cobertura ao risco bancário.
O BNDES entendia que a principal ferramenta para se conseguir a adesão do agricultor de baixa renda era o baixo custo unitário. Não haveria como financiar um programa com custos muito superiores aos de outros programas idênticos que o próprio BNDES já tinha financiado. O valor médio verificado no último programa da Eletropaulo era idêntico ao registrado em programa estadual que vinha sendo apoiado pelo BNDES em outro estado e ficou estabelecido como média a ser alcançada (R$ 1.500,00) em todas as áreas do estado de São Paulo. Para tanto, em todas as concessionárias e permissionárias envolvidas, deveriam ser recomendados padrões elétricos simplificados, optando-se preferencialmente pelo Sistema Monofilar com Retorno por Terra, condutor de aço zincado, poste de madeira, transformador de pequeno porte, além da construção pelo sistema em mutirão.
O BNDES deixou claro que não considerava que as concessionárias fossem instituições adequadas para conduzir um programa com tais finalidades sociais, porque estas características conflitam com os seus objetivos empresariais. Deixou claro, também, que a sustentabilidade desse programa dependia de manifestações de forte vontade política do governo em promover um programa de cunho eminentemente social, de forma a superar inevitáveis resistências dentro das próprias empresas.
O governo do Estado de São Paulo concordou com todos esses pontos. De sua parte assumia alguns compromissos, entre os quais:
• participação de várias instituições estaduais, entre as quais, as três concessionárias públicas de então, as citadas Secretarias mais a de Economia e Planejamento e da Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento Econômico, a Nossa Caixa Nosso Banco - NCNB - como agente financeiro, a Universidade de São Paulo;
• constituição de um sistema de equivalência em produto no âmbito do Fundo de Expansão da Agropecuária e da Pesca - FEAP;
• garantias bancárias dadas pela NCNB e, no caso de rendas inferiores a determinado valor, pelo FEAP;
• pagar a ligação das famílias de baixa renda e a construção das linhas tronco necessárias;
• permitir "várias portas de entrada ao programa", na suposição de que em muitas agências das concessionárias o programa poderia não ter a agilidade necessária;
• incentivar e orientar a participação das prefeituras e outras instituições comunitárias dos municípios, de forma a organizar o envolvimento dos interessados, o trabalho em mutirão e a compra de materiais em conjunto;
• coordenar diretamente todas as ações; a equipe da CESP, que era independente da Diretoria de Distribuição, teria a capacidade de levar a política estadual a todos os municípios, sendo que a gestão das operações não deveria ficar por conta das concessionárias e sim por responsabilidade da Secretaria de Energia, como meio de garantir o atendimento social e a imposição da obediência às linhas da política de governo.
Sob tais compromissos, foi aprovado o Programa "Luz da Terra" com metas de atender 100% da população rural. Envolvia recursos iniciais da ordem de R$ 225.000.000,00 para as primeiras 150.000 ligações, das 200.000 que se imaginava existir como demanda reprimida. Os números não eram importantes pois havia recursos para atender a totalidade, e portanto, cada um teria que ser atendido. Esta, sim, uma meta importante: atender 100%. O BNDES se comprometia com 180 milhões, aos beneficiários caberia 15%, ao estado de São Paulo, 5%.
Os 15% de cada interessado poderiam ser pagos pelo trabalho não especializado em mutirão. Os 5% de contrapartida do estado não seriam desembolsados: as concessionárias se obrigariam, por esse valor, a executar serviços técnicos de confeccionar o projeto, fiscalizar e aceitar a obra em doação.
Ressalte-se que foi por iniciativa do próprio governo do Estado de São Paulo que este ficou com as responsabilidades de atender de graça os consumidores de baixa renda e de construir as linha tronco que fossem necessárias. Para complementar o quadro de fontes de recursos, é importante registrar que, por lei federal, as concessionárias são obrigadas a fazer, em todas as obras de atendimento a novos consumidores, um investimento mínimo, nesse caso, da ordem de 20% de cada obra. Era mais ou menos dessa ordem a despesa prevista com os dois itens: baixa renda e linhas troncos.
O programa "Luz da Terra", lançado em setembro de 1996, só teve seu primeiro financiamento contratado em julho de 1997, 11 meses depois. Até março de 1998, data de encerramento da primeira etapa do contrato com o BNDES de uma proposta inicial que previa a assinatura de 30.000 contratos de financiamento, foram assinados exatos 2.074 contratos.
Em resumo, com relação aos compromissos que o governo do estado de São Paulo assumiu com o BNDES, tem-se a concluir o seguinte:
• a equipe que iria operacionalizar o programa em todo o estado deixou de existir; consequentemente, a atividade da Secretaria de Energia ficou muito restringida, limitando-se a ações de gabinete.
• as concessionárias se tornaram instituições que comandavam o programa de fato nas ações no interior; em muitas cidades, não foi aberto o programa "Luz da Terra";
• os não-produtores rurais, moradores apenas da área rural, ficaram excluídos;
• na maior parte dos municípios não se permitiu o atendimento do público de baixa renda;
• as concessionárias ficaram sendo a única porta de entrada, sem conseguir apreender o caráter social da política de governo para a eletrificação rural; os projetos ficaram caros, seguindo padrões convencionais antigos não simplificados;
• não foi compreendido o papel do banco, que ficou com a imagem de atravancador do processo;
• as prefeituras não se envolveram;
• o estado não conseguiu coordenar a ação dos diversos atores no interior; muitas autoridades e muitos agentes abnegados se viram em situação constrangedora por se envolver em compromissos infrutíferos com a população rural.
Percebeu-se claramente que existiu um vácuo entre o que foi planejado e o que foi executado. O modelo proposto pelo BNDES e pela Universidade de São Paulo não foi implantado. Havia um espaço, situado dentro do município, que não foi preenchido nem física nem politicamente.
O programa foi interrompido no início de 1998. Houve, em seqüência, uma longa etapa de negociação com o BNDES, visando a prorrogação.
O BNDES entendia que os fatos mostravam que a vontade política que o governo manifestara não era complementada por ações de apoio ao programa "Luz da Terra".
Para o modelo proposto dar certo, um ingrediente é fundamental: a vontade política de fazer. O governo tem que assumir a política proposta e implementar ações que façam com que essa política seja realizada. Ações que implicam em colocar recursos, humanos e materiais, à disposição, convencer e fazer seus agentes de governo levar para frente sua política. Deve cobrar responsabilidades quando são devidas. São ações que mostram o interesse do governo pela eletrificação rural de baixo custo.
Essa vontade não foi suficientemente demonstrada pelo governo de São Paulo.
O fluxograma de ações sugere um programa mais complexo e lento que o tradicional. Há, simultaneamente a um projeto técnico, uma operação bancária de empréstimo, regida por normas rígidas e em que os riscos tem que estar claramente definidos. Os objetivos do custo baixo e da não-exclusão só são alcançados com vários esforços, de todos os organismos envolvidos.
O ponto central das ações é uma boa articulação local e o resultado dela: apoio à comunidade para que esta possa manejar o programa e acessar o crédito. As ações também são concatenadas. Uma tarefa não realizada ou realizada pela metade compromete o processo e implica em retrabalho e lentidão. A compreensão dos procedimentos e da filosofia do programa tem que ser grande.
Em outubro de 1998, o programa foi retomado. Novos compromissos foram assumidos, principalmente com relação à gestão de programa e à disponibilização de equipes capacitadas a agir no interior. Foi criada uma nova metodologia de trabalho baseada no trabalho de ROSA; MELLO (1997) e descrita por RIBEIRO et al. (1998). Esta metodologia prevê a criação de Serviços Municipais de Eletrificação Rural (SMER) com o objetivo de retomar a proposta inicial de envolvimento dos poderes locais e passar a responsabilidade de implantação do programa para as municipalidades e os órgãos de extensão rural. Seriam órgãos que teriam a tarefa de coordenar as ações do programa localmente e identificar os recursos, existentes dentro do município, que poderiam vir a se juntar aos recursos disponibilizados pelo BNDES, numa espécie de implantação de pequenos PIR locais direcionados ao atendimento de demanda por energia elétrica no meio rural. A implantação foi feita em mais de 100 municípios com resultados positivos, porém ainda insuficientes. Há necessidade de acompanhamento contínuo dos trabalhos do SMER, e o programa ainda sofre com a falta de uma equipe para ampliar a proposta para o restante do estado (mais de 600 municípios) e acompanhar os já implantados.
Nesse ínterim, o contexto mudou. As antigas concessionárias estatais foram privatizadas, fazendo com que todas as empresas de distribuição de energia elétrica no estado sejam particulares. Nesse processo, cabe ressaltar as ações que o governo do estado tomou em relação à garantia de continuidade do programa:
• na privatização da CPFL, não foi colocada nenhuma cláusula que garantisse a participação da empresa no programa. Há apenas um compromisso informal, assumido com o Secretário de Energia, de realizar 2.000 ligações em 1999. Como resultado, a CPFL praticamente se afastou do programa, apesar de já ter sido identificado um potencial de pelo menos 7.000 ligações em sua área de concessão;
• baseado nesse exemplo, na privatização da Elektro, Bandeirante e Eletropaulo Metropolitana, o governo do estado impôs a exigência de ligação de, respectivamente, 22.970, 12.500 e 600 consumidores rurais no período 98/99. Apesar de não haver sanções explícitas para o caso de não cumprimento da cláusula, há alguns sinais de que os novos controladores pretendem dar atenção ao tema. Das três, a Elektro é a que mais vem se empenhando, apoiando a constituição de SMERs em sua área e procurando alternativas de negociação. Há problemas de restrição orçamentária para a confecção de projetos e construção de linhas tronco em algumas áreas. A Bandeirante provocou um grande enxugamento de seus quadros logo após a privatização, causando uma certa perda de memória do programa nos municípios e indefinição dos agentes locais sobre o seu papel no programa. Com isso, o programa vêm patinando em sua área já há bastante tempo. Espera-se que, a partir de pressões do governo, a empresa tome posição mais firme em relação ao cumprimento de suas metas. A Eletropaulo Metropolitana alega que suas ligações estão em área de proteção ambiental e não vem tomando medidas para resolver o problema;
• quanto às demais empresas, que já eram privadas, o governo, em negociação com elas e a ANEEL, fez incluir nos novos contratos de concessão que foram assinados em fins de 1998, cláusula que obriga as empresas a apresentarem um plano de eletrificação rural assim que solicitadas pelo governo. Algumas empresas se manifestaram, como a Caiuá, Santa Cruz e Sul Paulista, que pretendem iniciaram suas ações no início de 1999. Algumas cooperativas de eletrificação rural também estão se incorporando, como a CETRIL, CERIPA e CEDRI.
São ações positivas, porém ainda insuficientes. É necessária forte vontade política para que as exigências postas sejam cumpridas, e não há grandes garantias de que o processo seja retomado como inicialmente planejado. Os compromissos assumidos pelo governo do estado em relação aos interessados de baixa renda e na construção de linhas troncos estão dependendo da boa vontade das concessionárias, hoje particulares. Não foi resolvido ainda o problema dos não produtores rurais de uma maneira geral, havendo apenas soluções paliativas nas áreas da CPFL e Bandeirante.
CONCLUSÕES
Mostrou-se, neste trabalho, a participação da sociedade como parte de um modelo de eletrificação rural que visa o atendimento de toda a demanda existente, até dos mais pobres. Tal participação, conseguida num projeto piloto no Rio Grande do Sul, não se conseguiu ver estabelecida no estado de São Paulo, da maneira como foi inicialmente planejado. Houve falhas no processo de planejamento e, principalmente, na etapa de implantação de uma política pública que contava com recursos do BNDES e queria aproveitar ao máximo os recursos disponíveis da comunidade. O ente que deveria liderar o processo, no caso o governo do estado de São Paulo, não conseguiu disponibilizar os recursos humanos necessários à implementação de sua política nem obter um arranjo institucional adequado. A liderança de uma política de governo ficou a cargo das concessionárias, negando o modelo proposto. Outra parcela dos motivos do fracasso da política deve-se também a incertezas provocadas pelo processo de privatização das empresas e ao próprio processo de planejamento do programa, que contou com a participação apenas passiva das concessionárias.
Um ponto é claro: é necessário que o governo do estado de São Paulo se posicione de modo mais incisivo para que o programa retorne ao seu eixo original e permita que a eletricidade atinja os mais distantes rincões do estado paulista. Uma política pública de forte impacto social na zona rural poderá ter conclusão melancólica por causa de indefinições institucionais. Para tanto, uma saida conciente, a esta problemática, pode facilmente se achar na aplicação do PIR como processo a partir do Estado.
REFERÊNCIAS
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Endereço para correspondência
Fernando Selles Ribeiro, Marcelo Aparecido Pelegrini, Miguel Edgar Morales Udaeta
E-Mail: rural@pea.usp.br
1 O PIR originariamente deriva do setor elétrico, é também aplicado em outros setores energéticos, como o gás. Aqui, propõe-se o PIR como ferramenta para atender uma demanda social. Neste caso, as iniciativas em geral vêm do Estado ou da própria sociedade.
2 Recurso, no caso, pode ser entendido como todo elemento que permite responder um dado serviço atrelado à problemática das necessidades.
