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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Eficiência energética de equipamentos eletrorurais
Sidney PereiraI; José Roberto CamachoII; Gutemberg Pereira DiasIII; Delly Oliveira FilhoIV
IEngenheiro Agrícola M.S. - UFV, Doutorando em Engenharia Elétrica, UFU, sidneyp@alunos.ufu.br. Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia - MG 38400-089 - Uberlândia - MG tel: (034) 3239-4165 fax: (034) 3239-4166
IIEngenheiro Eletricista Ph.D., Professor Titular - UFU, jrcamacho@ufu.br. Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia - MG 38400-089 - Uberlândia - MG tel: (034) 3239-4165 fax: (034) 3239-4166
IIIEngenheiro Agrônomo D.S., Professor Adjunto II - UFV, gpdias@ufv.br. Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa - MG 36571-000 - Viçosa - MG tel: (031) 3899-2729 fax: (031) 3899-2735.
IVEngenheiro Eletricista Ph.D., Professor Adjunto I - UFV, delly@ufv.br. Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa - MG 36571-000 - Viçosa - MG tel: (031) 3899-2729 fax: (031) 3899-2735
RESUMO
Devido ao crescimento acelerado nos custos de energia elétrica no país, tem-se buscado fazer com que os processos consumidores de energia tornem-se mais eficientes, objetivando a diminuição do valor do item energia elétrica para os produtores rurais.
Como ação, o governo brasileiro sancionou a chamada Lei de Eficiência Energética (Lei nº10.295, 17 de outubro de 2001), que obriga máquinas e aparelhos consumidores de energia, fabricados ou comercializados no país, a comprovar níveis máximos de consumo, ou mínimos de eficiência energética.
Para avaliar máquinas eletrorurais quanto ao consumo específico (kWh/t), tais como: desintegradores, picadoras, moedores (DPM's) enfim, máquinas rotativas que promovam algum beneficiamento, a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), em parceria com: GTZ (Agência Alemã de Cooperação Técnica), a UFV (Universidade Federal de Viçosa - MG) e com o apoio da EMATER (Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural de Minas Gerais) montaram duas unidades de laboratórios para o ensaio de máquinas eletrorurais, uma localizada na UFV e outra na Fazenda Energética da CEMIG (Uberaba - MG). As duas unidades estão equipadas com um sistema de aquisição de dados capaz de adquirir valores de torque e rotação aplicados ao equipamento em ensaio, enviar e armazenar os dados obtidos em um microcomputador, possibilitando a determinação do consumo específico (kWh/t) do mesmo.
Ensaios tem demonstrado que, geralmente, sob condições adequadas de regulagens, o menor consumo específico se encontra em faixa de valores de rotação que não as recomendadas pelos fabricantes dos DPM's.
Para avaliar o desempenho dos equipamentos eletrorurais um grupo técnico formado por diferentes órgãos da sociedade deverá propor uma metodologia comum afim de atender o prescrito pela Lei de Eficiência Energética.
Palavras chaves: Conservação de energia, máquinas rurais eficientes, consumo específico, motores elétricos.
ABSTRACT
Due to the accelerated growth in the electric energy costs the country is facing today it is a task for the researchers to study more efficient energy consumer processes in order to produce a decrease of value in the electric energy item in general farming activities.
As an action, the Brazilian government approved the so called Energy Efficiency Law (law nº 10295, of October 17th, 2001), this law makes mandatory that consumer machines and electrical devices, made or sold in the country, should comply respectively, with maximum and minimum levels of energy consumption and efficiency.
To evaluate machines in rural electrical systems concerning its specific consumption (kWh/t), such as: disintegrators, choppers, grinders (DPM's), and rotary machines to do farm work, CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), in a joint work with: GTZ (German Agency for Technical Cooperation), UFV (Universidade Federal de Viçosa - MG) with the support of EMATER (Rural Extension and Technical Assistance Agency in Minas Gerais) assembled two laboratory units for the testing of rural electrical machines, located respectively at UFV and at the CEMIG Energy Farm (Uberaba - MG). Both units are equipped with data acquisition systems that are able to acquire rotation and torque. When applied to the equipment under test, data obtained will be stored in a microcomputer, this makes possible to evaluate the specific consumption (kWh/t) for that machine.
Tests are showing that, in general, under adequate tuning conditions, the lowest specific consumption is located in a range of rotation values that are not suggested by the DPM makers.
To evaluate the performance of rural electrical equipment, a technical group composed by different organizations in the society will have to propose a unique methodology for the entire country, in order to comply with the Energy Efficiency Law.
INTRODUÇÃO
A partir do período conhecido como milagre brasileiro (1968-1973), ocorreu expressiva expansão da economia, com conseqüente aumento da renda per capita nacional bem como do consumo per capita de energia elétrica.
Ao longo da década de 70, o consumo de energia elétrica per capita evoluiu de 430 kWh/hab para 1.025 kWh/hab. Como conseqüência, a participação da eletricidade no balanço energético nacional saltou de 17% para 28%.
Nos anos 80, o consumo de energia elétrica foi impulsionado pela maturação dos projetos industriais previstos no II PND - Plano Nacional de Desenvolvimento - implantados a partir do final dos anos 70 bem como pela queda constante do nível tarifário. Em 1990, o consumo de energia elétrica per capita chegou a 1.510 kWh/hab., com 37% de participação da energia elétrica no balanço energético nacional.
No período 1990/1994, o crescimento médio anual do consumo total de energia elétrica foi de 3,7%, situando-se acima do PIB, de 2,3% ao ano. Já no período 1994/1997, o consumo cresceu 5,3% ao ano e o PIB 3,6% ao ano. No ano de 1998, em conseqüência das medidas econômicas adotadas pelo Governo Federal, o PIB cresceu apenas 0,2% ao passo que o mercado de energia elétrica cresceu 4,3% ao ano e o consumo "per-capita" atingiu 1.889 kWh/hab e a participação da eletricidade no balanço energético se situou em torno de 38% (MARTINS, 1999).
Mesmo o país atravessando crises econômicas sucessivas, a evolução da demanda por energia elétrica vem sendo maior que a do PIB, notoriamente a partir dos anos 90, o que impõem um planejamento, por parte do governo, mais consciente e dinâmico, afim de não submeter a nação aos danosos efeitos sócio-enconômico-póliticos de um plano de racionamento elaborado em regime de urgência.
PLANEJAMENTO ENERGÉTICO
Com a previsão de que o consumo de energia elétrica crescerá, nos próximos dez anos, à taxa média de 4,7% ao ano, o planejamento indicativo do setor elétrico - Plano Decenal de Expansão 1999/2008 - projeta a necessidade de expansão da capacidade instalada de geração do País para 104.666 MW em 2008, o que representará um acréscimo de 71% ao parque gerador existente em 1998, de 61.219 MW (COUTINHO et al, 1999).
No cenário atual da situação energética do país, ações no âmbito da conservação de energia por meio de processos energeticamente eficientes apresentam-se como alternativa viável a curto prazo, levando-se em consideração o tempo de implantação de uma nova usina geradora, ainda que termoelétrica, e o custo de implantação da mesma.
Para incentivar a pesquisa e a produção de equipamentos elétricos eficientes, o governo tem tomado medidas de impacto, tais como: a Lei nº 9.991, de 24 de julho 2001, que dispõe sobre realização de investimentos em pesquisa e desenvolvimento e em eficiência energética por parte das empresas concessionárias, permissionárias e autorizadas do setor de energia elétrica; Decreto 3.330/2000, de 07 de janeiro de 2000, que dispõe sobre a redução do consumo de energia elétrica em prédios públicos da Administração Pública Federal.
Na década de 90 o governo, por meio do Decreto de 08/12/1993 criou o Selo de Eficiência Energética (Selo PROCEL de economia de energia), com o objetivo de identificar os equipamentos que apresentem níveis ótimos de eficiência energética e instituiu o Prêmio Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia, destinado ao reconhecimento das contribuições em prol da conservação e uso racional de energia no país.
Atualmente, diversos equipamentos já se encontram premiados com o Selo PROCEL, tais como refrigeradores, congeladores, condicionadores de ar de janela, motores elétricos de indução trifásico, coletores solares e outros ainda estão em estudo. Estes equipamentos são integrantes do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), coordenado pelo INMETRO.
Para que um fabricante de equipamentos consumidores de energia elétrica, não integrante do PBE, possa utilizar o selo PROCEL é necessário que seu equipamento seja submetido a ensaios nos laboratórios credenciados pelo INMETRO.
Ainda na questão da conservação de energia, visto o bom desempenho do programa PBE refletidos no comportamento do consumidor, o governo brasileiro sancionou a chamada Lei de Eficiência Energética em 17 de outubro de 2001 (Lei nº 10.295), que obriga os fabricantes e comerciantes de máquinas e aparelhos consumidores de energia no país a comprovar níveis máximos de consumo, ou mínimos de eficiência energética, de acordo com dados aferidos em laboratórios credenciados. Segundo esta Lei, todo produto que consome energia (elétrica ou de combustíveis) vai passar por testes que verifiquem o seu consumo e só após estes ensaios ele poderá ser posto à venda. Uma etiqueta mostrará, obrigatoriamente, a quantidade de energia consumida por determinado aparelho, indicando sua competitividade em termos energéticos em relação a outros similares existentes no mercado.
Esta lei prevê ainda que: uma vez que os níveis de consumo sejam publicados, haverá um ano para fixação de metas que levem à uma progressiva evolução; os produtos encontrados à venda fora das especificações legais, com a regulamentação em vigor, serão recolhidos, em um mês, pelo fabricante ou importador; e, findo o prazo, haverá multas de até 100% do preço de venda (PROCEL, 2001).
Diversas outras medidas governamentais consideradas fundamentais foram tomadas, no início da década atual, principalmente após o racionamento ocorrido entre os meses de junho de 2001 a fevereiro de 2002, como o estímulo a investimentos na expansão do parque gerador/transmissor brasileiro, no intuito de aumentar rapidamente a oferta no setor. Dentre estas medidas pode-se citar: i) garantia de compra, total ou parcial, pela energia gerada por novos projetos; ii) explicitação da composição do Valor de Referência que estabelece limites para o repasse dos preços de compra de energia elétrica para as tarifas de concessionários e permissionários de distribuição (Valor Normativo - VN), por parte da ANEEL; iii) redução do preço médio do gás natural destinado à geração termoelétrica, em contratos de 20 anos; iv) criação do Programa de Apoio Financeiro a Investimentos Prioritários no Setor Elétrico, pelo BNDES, para projetos de expansão da capacidade instalada no curto prazo e muitas outras medidas que não são objeto de estudo deste artigo.
Após a implementação da Lei de Eficiência Energética, espera-se que a eficiência energética, até então com pouca ou nenhuma ênfase nas reformas ocorridas no setor energético venha a contribuir de forma significativa para a economia de energia no país, uma vez que este potencial foi pouco explorado.
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A eficiência energética de um processo pode ser medida em termos da Primeira ou da Segunda Lei da Termodinâmica.
De acordo com a Primeira Lei, a eficiência é a razão entre a energia que sai do processo e a energia que entra nele, pela Segunda Lei é dada como a razão entre a energia teórica mínima utilizada para a realizar um processo e a energia efetivamente consumida no processo (MARTINS, 1999).
A produção de equipamentos com consumo mais eficientes implica na conservação de energia que, segundo o Procel, deve ser entedida como a utilização de uma menor quantidade de energia para obtenção de um mesmo produto ou serviço através da eliminação de desperdício, do uso de equipamentos eficientes e do aprimoramento de processos produtivos, (REIS e SILVEIRA, 2000).
Existem poucos estudos sobre o potencial para aumentar a eficiência energética no Brasil e os que estão disponíveis sofrem limitações por serem muito genéricos e teóricos, ou desatualizados. O fato é que o potencial de economia é grande o suficiente para justificar uma prioridade na política energética, especialmente em relação aos combustíveis (POOLE, 2001).
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM PROCESSOS AGRÍCOLAS
A atividade agrícola depende de fontes de energia interna ou externa, renováveis ou não, para sua execução.
Como fontes internas de energia temos o aproveitamento de resíduos para geração de energia elétrica, vapor de processo para aquecimento d'água ou sanitização de equipamentos (como em laticínios, por exemplo), aquecimento de granjas, secagem de grãos, enfim, em diversas etapas de pré-processamento e processamento agroindustriais.
Como fontes externas pode-se citar a energia elétrica e a energia oriunda dos combustíveis fósseis, sendo o diesel o mais comum.
Propriedades rurais que se dedicam à criação de animais em confinamento ou semi-confinamento utilizam máquinas essencialmente rotativas para processar alimentos para os animais, desde aves, suínos, bovinos e outros. Os equipamentos utilizados para processar alimentos são pertencentes ao grupo dos eletrorurais, sendo os mais comuns os da classe "DPM", ou seja, desintegrador-picadora-moedor.
Tais equipamentos não são de uso exclusivo de médias ou grandes propriedades rurais. São comumente encontrados também em pequenas propriedades, onde o produtor procura agregar valor na prática agrícola com uma melhoria na nutrição do seu plantel, por meio de produtos pré-processados. Nestes casos, o consumo da energia elétrica surge como insumo na planilha de custos do produtor.
Para os equipamentos eletrorurais, em geral, poucos estudos foram realizados para a caracterização quanto à eficiência energética dos mesmos. Tanto do lado do consumo da energia elétrica quanto da produção específica. A orientação técnica para os usuários destas máquinas fica a cargo dos fabricantes e dos vendedores das mesmas. A Tabela 1 apresenta a potência e o consumo de energia elétrica para alguns equipamentos eletrorurais e uma estimativa de consumo para um tempo médio de uso destes equipamentos.
Normalmente, é prática comum dos fabricantes de equipamentos elétricos fornecerem ao consumidor informações técnicas para a utilização de seus produtos. No entanto, para os DPM´s atualmente encontrados no comércio, existe uma grande variação da faixa de operação fornecida pelos fabricantes para uma mesma máquina, ficando a cargo do usuário "definir" em qual regime de rotação e com qual potência do motor sua máquina deverá operar. Na Tabela 2 são apresentados três diferentes modelos de picadoras (Pic) e 2 diferentes modelos de ensiladoras (Ens), com suas respectivas "faixas" de produção, potência e rotação exigidas (PEREIRA et al, 2000)
Em um estudo dos problemas relacionados ao superdimensionamento das máquinas elétricas rurais, foram realizas diversas visitas a propriedades rurais e constatou-se a grande discrepância entre a potência requerida (PR), a potência encontrada (PE) no equipamento adquirido pelo produtor rural e a potência sugerida pelo vendedor (PV). Sendo a primeira delas dada em função de: i) número de cabeças de gado da propriedade rural; e ii) produção necessária para este plantel. Já a potência encontrada (PE) é geralmente um valor intermediário entre PR e PV. A Tabela 3 apresenta os valores encontrados para as potências PR, PE e PV.
Conforme se verifica na Tabela 3, pode-se observar que: i) a potência encontrada (PE) é sempre maior que a recomendada; ii) a potência recomendada pelos vendedores (PV) é sempre maior que a potência recomendada; e iii) a potência encontrada tende a ser constante, independente do número de cabeças a alimentar (RIBEIRO et al, 2000).
Torna-se notório que o tema eficiência energética para equipamentos eletrorurais é ainda muito incipiente no país. Na função de orientar o usuário dos DPM's, os fabricantes serão obrigados, pela Lei de Eficiência Energética, a fornecer informações mais precisas a respeito de seus produtos quanto ao regime de funcionamento dos mesmos. Não menos importante, na opinião dos autores, deverá ser a promoção de treinamento técnico para os vendedores de equipamentos eletrorurais. Desta forma pode-se minimizar os problemas de superdimensionamento do motor da máquina e suas conseqüências não alcancem as instalações elétricas, principalmente do pequeno produtor, onde a energia elétrica aparece como insumo de grande relevância para a atividade.
A fim de minimizar os efeitos da ineficiência energética dos DPM's e para instruir o produtor rural quanto a conservação e racionalização de energia elétrica a Cemig (Companhia Energética de Minas Gerais) elaborou um trabalho enfatizando o consumo de energia elétrica na propriedade rural por diversos equipamentos. Diversas recomendações são citadas para o uso racional dos equipamentos, inclusive para os eletrodomésticos e também aos destinados à iluminação.
Para os DPM´s, por ser interesse deste artigo, pode-se citar, resumidamente, as recomendações feitas pela CEMIG, a saber: para a picadora e desintegrador; cortar a forrageira ainda tenra e macia, para o melhor aproveitamento nutricional; realizar a alimentação da picadora de maneira uniforme e contínua, evitando que a operação em vazio; evitar o excesso de material no alimentador da máquina, para não embuchar e ter que paralisar a operação.
São feitas, ainda, recomendações quanto a instalação elétrica, uso de motores elétricos, iluminação, equipamentos como a bomba d'água, sistema de irrigação, lavador e secador de café, ordenhadeira, resfriador de leite, tanque de expansão, e "dicas" de economia de energia elétrica na residência, numa linguagem simples e acessível ao produtor rural (SALUM, 2000).
AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELETRORURAIS
Como já mencionado anteriormente, existem poucos trabalhos quanto à avaliação energética dos equipamentos eletrorurais.
Com o objetivo de avaliar máquinas eletrorurais quanto ao consumo específico (kWh/t), tais como DPM's ou máquinas rotativas que promovam algum beneficiamento ao produto final, a Cemig em parceria com: GTZ (Agência Alemã de Cooperação Técnica), a UFV (Universidade Federal de Viçosa - MG) e com o apoio da EMATER (Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural de Minas Gerais) montaram duas unidades laboratoriais para o ensaio de máquinas eletrorurais.
A primeira unidade está instalada na UFV e a segunda na Fazenda Energética da CEMIG, na cidade de Uberaba - MG. Estas unidades estão equipadas com um sistema de aquisição de dados capaz de adquirir, em tempo real, os valores de torque e rotação aplicados no equipamento em ensaio.
Os sensores encontram-se instalados em um eixo intermediário entre o motor e a máquina e podem enviar e armazenar os dados obtidos em um microcomputador, possibilitando análises posteriores. A rotação da máquina poderá ser alterada por meio de um inversor de freqüência adequado em substituição ao antigo sistema de polias, possibilitando a conexão da máquina e do motor no mesmo eixo.
A Figura 1, exemplifica o gráfico obtido para o ensaio de uma picadora processando forragem (Pennisetum purpureum) obtido a partir dos pares de pontos entre torque/tempo e rotação/tempo adquiridos pelos sensores.
Uma vez conhecida o tempo de processamento de uma máquina qualquer, a quantidade processada, o torque e a rotação utilizada, torna-se possível determinar o consumo específico (kWh/t) da mesma. Pode-se, ainda, avaliar diversas características da máquina sob ensaio, modificando variáveis de processo, tais como rotação, alimentação da máquina, fio das lâminas, geometria da máquina, etc.
Ensaios realizados na unidade laboratorial da UFV demonstraram que para moedores de milho existem condições adequadas de regulagens capazes de proporcionar um consumo mínimo de energia e que este nem sempre corresponde aos ajustes para máxima produção. Ficou demonstrado, por exemplo, que para a produção de farelo de milho (Zea mays L) por moedores, o aumento da taxa de produção acarretou, na maioria dos ensaios, na diminuição do consumo específico de energia e que existem condições adequadas de regulagens capazes de proporcionar o consumo específico mínimo de energia ainda que este ponto nem sempre seja relativo à máxima produção (SOUZA et al, 2000).
Em ensaios realizados em picadoras e ensiladoras com forragem (Pennisetum purpureum), na unidade laboratorial da UFV, constatou-se que para a maioria das máquinas, o menor consumo específico estaria em faixa de valores de rotação que não foram as recomendadas pelos fabricantes, indicando que os valores de rotação que otimizam o consumo específico de energia foram abaixo dos indicados pelos fabricantes (PEREIRA, 2000).
Com a unidade laboratorial recentemente instalada na Fazenda Energética da Cemig, diversos equipamentos eletrorurais rotativos poderão ser avaliados e comparados quanto à eficiência energética, somando, agora, com o com apoio da UFU (Universidade Federal de Uberlândia - MG).
Para atender o prescrito pela Lei nº 10.295 (Lei de Eficiência Energética), deverá ser elaborada uma metodologia para etiquetagem dos equipamentos eletrorurais existentes no país. Esta metodologia deverá ser elaborada contando com a participação de todos os interassados no assunto, que vão desde laboratórios de ensaios, entidades de defesa do consumidor, entidades governamentais, associações de classe e representantes dos fabricantes do equipamento a ser etiquetado.
CONCLUSÃO
A crescente demanda de energia elétrica no país e o déficit de acompanhamento da oferta faz com que, a curto prazo, a busca por equipamentos energeticamente eficientes seja uma alternativa viável para a conservação de energia, em vista de ser este potencial pouco explorado no país.
Como medidas governamentais, a Lei de Eficiência Energética promoverá entre os fabricantes nacionais e importadoras a busca por equipamentos com consumo específico, isto é, produção por unidade de energia consumida, otimizados.
Os equipamentos eletrorurais denominados DPM's apresentam um desempenho energético incompatível com o momento atual. Estes equipamentos são comercializados sem informações claras quanto ao regime de operação, levando os produtores rurais a superdimensionarem o conjunto máquina-motor, acarretando evidentes desperdícios.
Um grupo técnico composto por diferentes setores da sociedade, tais como: fabricantes, usuários, pesquisadores, e representantes das partes interessadas deverá ser formado para montar uma metodologia adequada para a avaliação energética destas máquinas.
Órgãos de pesquisas como a Fazenda Energética da CEMIG, a UFV, a UFU e outros órgãos poderão fornecer subsídios para o desenvolvimento desta metodologia destinada ao atendimento da Lei de Eficiência Energética, tanto dos DPM's como dos demais equipamentos eletrorurais.
REFERÊNCIAS
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