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How to cite this paperAn. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004
Gerenciamento do uso da energia elétrica em um restaurante universitário utilizando a lógica difusa: análise da composição deste insumo nos custos da refeição
Humberto de Ávila RodriguesI; Sebastião Camargo Guimarães JúniorI; Décio BispoII; José Roberto CamachoI; Carlos Henrique SalernoI
INERFAE - Núcleo de Eletricidade Rural e Fontes Alternativas de Energia. Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia - MG. C.P. 593 - CEP: 38400-902 - Uberlândia - MG
IINúcleo de Máquinas Elétricas. Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia - MG. C.P. 593 - CEP: 38400-902 - Uberlândia - MG
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional destinada ao gerenciamento da utilização da energia elétrica, atuando apenas no fluxograma de funcionamento do restaurante universitário (Campus Santa Mônica) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). O trabalho está dividido em duas etapas. A primeira é o desenvolvimento de um programa computacional que forneça dados relativos ao uso da energia elétrica em uma unidade consumidora, no caso o restaurante universitário (RU), tais como: a demanda máxima registrada no mês, o consumo mensal, a demanda máxima diária, consumo diário, fator de carga, curvas de carga diárias, o valor da fatura da energia elétrica, o custo da energia elétrica em uma refeição, entre outros. A segunda etapa, ainda em andamento, consiste no desenvolvimento de um outro programa utilizando a lógica difusa como ferramenta de apoio à decisão, no intuito de gerenciar a utilização da energia elétrica no RU, atuando apenas no processo de produção, que engloba desde a escolha do cardápio até o horário de funcionamento dos equipamentos que consomem energia elétrica. A lógica difusa é uma ferramenta que pode ser aplicada adequadamente a este gerenciamento de consumo de energia.
Palavras-chave: Conservação de energia, controle de demanda, racionalização da energia elétrica, lógica difusa.
ABSTRACT
The objective of this work is to develop a computational tool to manage the use of electric energy of the university restaurant (Campus Santa Mônica) at the Universidade Federal de Uberlândia (UFU) acting only in its working practices flowchart. This work has two phases. The first phase consists in the development of a computational program whose output data are related to electric energy use in a unit consumer, in this case the university restaurant (RU), such as: monthly maximum demand, monthly consumption, daily maximum demand, daily consumption, load factor, daily load curves, the value of the electric energy billing, the electric energy cost necessary to prepare a meal. The second phase, to be shown in a forthcoming paper, consists in the development of software using the Fuzzy Decision- Making System (FDMS). The FDMS will be used as an auxiliary tool to manage the use of electric energy in the RU and is intended to act only in its production process, that is, contemplating the menu's choice and the electric equipments' schedules. The FDMS can be considered as a tool that helps to manage the energy consumption.
1) Introdução
A energia elétrica é um insumo de importância fundamental na vida humana. Por se tratar de uma fonte de energia secundária, limpa e de fácil utilização, ela está presente desde as atividades mais elementares, como iluminar um ambiente, até as atividades industriais mais complexas da era moderna.
O valor da eletricidade fica ainda mais evidenciado quando se observa o levantamento referente à expansão do consumo de energia elétrica no Brasil. Entre os anos de 1970 a 1993, por exemplo, a variação foi de mais de 500% enquanto que o crescimento do consumo total de energia ficou em torno de 175% (REIS, 2000)
A crise energética ocorrida no Brasil entre os anos de 2000 e 2001, com conseqüente restrição compulsória do uso da energia elétrica, colocou em foco a importância de sua conservação e melhor utilização.
É neste contexto, da valorização do produto "energia elétrica", que se desenvolveu este trabalho na perspectiva de obter vantagens financeiras advindas da redução da participação da energia elétrica no preço da refeição do restaurante universitário, através do uso mais racional deste insumo.
2) Gerenciamento do uso da energia elétrica
2.1) O uso racional da energia elétrica
A preocupação com a utilização racional de energia elétrica é recente na história da indústria da eletricidade no Brasil. A busca de processos e equipamentos mais eficientes, redução da demanda no horário de pico, substituição de dispositivos elétricos por outros que apresentem menor consumo e realizam o mesmo serviço energético, são exemplos de iniciativas desenvolvidas no intuito de racionalizar o uso da energia elétrica.
O gerenciamento da energia elétrica em uma unidade consumidora, objetiva a implantação de atividades que alterem o perfil da curva de carga da instalação atuando nas quantidades e seus horários de utilização, na busca de benefícios econômicos. O corte de demanda de pico e a conservação de energia são exemplos de ações que podem ser praticadas dentro deste contexto.
O primeiro passo para o uso racional da energia elétrica é identificar o perfil do consumidor quanto à utilização deste insumo, através de um levantamento que abrange atividades como: medições diretas, análise dos dados obtidos, acompanhamento da rotina diária do estabelecimento e identificação dos equipamentos com maiores potenciais de racionalização. Conhecido o perfil do consumidor pode-se estabelecer metas e estratégias, utilizando ferramentas diversas, para melhor utilização da energia elétrica.
2.2) A aplicação da lógica difusa no gerenciamento de energia elétrica
Nos dias atuais os computadores são utilizados cotidianamente em diversas áreas, que vão desde o uso pessoal para tarefas corriqueiras até atividades mais complexas como controle de processos industriais e aplicações em ramos como a bioengenharia e a engenharia espacial.
A interação entre o homem e a máquina é um grande desafio, visto que muitas vezes esta comunicação não é eficiente, pois as imprecisões ou conceitos vagos usados na linguagem humana choca-se com a linguagem precisa e objetiva dos computadores. É neste contexto, que surge a lógica difusa, como ferramenta para vencer estas barreiras de comunicação, possibilitando, por exemplo, que um computador possa controlar um processo industrial usando a experiência dos operadores adquirida ao longo dos anos (SIMÕES, 1998).
O emprego da lógica difusa em sistemas decisórios é outra opção desta poderosa ferramenta. Um exemplo é sua aplicação no mercado financeiro indicando riscos, sugerindo investimentos, ou seja, gerenciando o capital financeiro objetivando sempre aumentar os lucros. Nesta perspectiva surge a possibilidade de utilizar a lógica difusa no gerenciamento do uso da energia elétrica, onde um sistema supervisor seja capaz de propor alternativas para a utilização racional deste insumo.
3) Gerenciamento do uso da energia elétrica no restaurante universitário
3.1) A identificação da oportunidade
A motivação para realização do trabalho partiu inicialmente de uma solicitação da gerência do RU à Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT) para que fosse realizado um levantamento do consumo de energia elétrica nas instalações do restaurante, pois este não possuía um medidor exclusivo. A solicitação tinha como objetivo final obter dados que permitissem calcular o percentual do custo da energia elétrica em uma dada refeição.
A etapa inicial, que consistiu no levantamento de dados, foi realizada com a ajuda de um analisador de energia conectado ao transformador que atende o restaurante universitário durante o mês de novembro do ano de 2003. Concomitantemente foi feito também um acompanhamento diário da rotina do restaurante, onde foram observados detalhes como o processo de produção dos alimentos, os equipamentos utilizados e seus horários de funcionamento bem como o número de refeições vendidas.
A partir da análise dos dados obtidos foi verificada a possibilidade de se gerenciar o consumo de energia elétrica (demanda e/ou consumo) utilizada pelo restaurante, atuando apenas no processo de produção da refeição, visando à utilização mais eficiente deste insumo.
3.2) Levantamento dos dados do restaurante
A metodologia utilizada para levantamento dos dados necessários ao desenvolvimento do trabalho consistiu na obtenção de informações existentes nos projetos elétricos da instalação e dos equipamentos, verificação dos dados no local e medições elétricas.
3.2.1) Pesquisa e levantamento dos projetos existentes
Nesta etapa foram desenvolvidas as seguintes atividades:
- Obtenção da planta elétrica do restaurante;
- Obtenção de uma relação dos equipamentos existentes no restaurante com uma breve descrição de suas características principais.
3.2.2) Determinação do fluxograma e verificação do funcionamento
Nesta etapa foi feito um levantamento do funcionamento do restaurante, através de entrevistas com a nutricionista responsável, os chefes de cozinhas e demais auxiliares. Além disso, foi feito um acompanhamento diário da rotina do restaurante durante um mês (do dia 03 de novembro ao dia 02 de dezembro de 2003, totalizando trinta dias sendo vinte e dois dias úteis) através do preenchimento de uma planilha que buscou associar a produção do restaurante com a utilização de energia elétrica.
O restaurante universitário funciona de segunda a sexta-feira servindo duas refeições. As atividades do RU iniciam-se às 07:30 horas e encerram-se por volta das 22:00 horas. O número médio diário de refeições servidas durante o mês em análise foi de 1.102, sendo 726 no almoço e 376 no jantar. Foram servidas no total 24.255 refeições, sendo 15.892 no almoço e 8.273 no jantar.
A nutricionista monta um cardápio semanal de acordo com o valor nutricional e da disponibilidade dos alimentos em estoque. A utilização de equipamentos elétricos no preparo das refeições depende do prato do dia e da quantidade que será servida. Por exemplo, um frango ao molho pode ser preparado apenas utilizando-se fogão a gás caso a refeição seja servida no jantar, enquanto que se o mesmo prato for preparado para o almoço são utilizadas fritadeiras elétricas, devido à quantidade preparada no almoço ser aproximadamente o dobro do jantar, sendo o tempo insuficiente para o preparo utilizando-se apenas o fogão.
3.2.3) Medição global
Foi instalado um equipamento de medição para a coleta da energia e demanda elétrica na alimentação geral do restaurante durante um mês. A medição foi feita entre os dias 03 de novembro e 02 de dezembro do ano de 2003. Este intervalo representa um mês típico com vinte e dois dias úteis. Os feriados ocorridos durante o período ocorreram nos finais de semana, quando o restaurante está fechado.
Durante o mês de medição foi acompanhado o funcionamento diário do restaurante conforme já mencionado anteriormente, permitindo fazer uma associação entre o consumo de energia elétrica e a utilização dos equipamentos.
3.2.4) Medição dos equipamentos
Foi feita a medição individual de alguns equipamentos observando-se os valores de demanda solicitados durante um intervalo de tempo de no mínimo meia hora.
Os equipamentos medidos foram:
- Forno elétrico combinado;
- Máquina de lavar-louças;
- Frigideira elétrica;
- Forno elétrico convencional;
- Fritadeira elétrica.
3.3) Análise dos dados
O gerenciamento do uso da energia elétrica depende inicialmente de um diagnóstico de como este recurso energético está sendo utilizado dentro da instalação. No caso da energia elétrica esta avaliação é feita a partir da análise de alguns parâmetros como demanda máxima mensal e diária, consumo mensal e diário, fator de carga mensal e diário, entre outros.
No caso do restaurante universitário, o levantamento de dados forneceu apenas os valores de demanda integralizados em intervalos de quinze minutos, medidos durante o mês em estudo. Para obtenção dos índices necessários para a identificação do perfil de consumo do restaurante, foi desenvolvido um programa computacional, que tem como dados de entrada os valores de demanda obtidos na etapa de medição.
3.3.1) Uma visão do programa
O programa inicialmente solicita ao usuário as datas iniciais e finais, e o número de dias da medição. Se existirem feriados no período, deve-se informar as datas ocorridas. Na seqüência deve ser indicado ao programa o arquivo contendo os valores de demanda medidos, a tarifa a ser utilizada para análise e os valores relativos ao preço de demanda e consumo conforme cada tipo de tarifa.
Finalizada a etapa de entrada de dados o programa processa as informações, e em seguida possibilita ao usuário a impressão de curvas de carga diárias (bastando informar os dias desejados) e curva de carga mensal. Os resultados são impressos em um arquivo de texto contendo uma análise do perfil de utilização de energia elétrica da unidade consumidora.
São apresentadas apenas para ilustração algumas das janelas que são executadas pelo programa para que o usuário forneça os dados de entrada necessários.
3.3.2) Perspectivas de racionalização
Da análise dos valores de demanda e consumo medidos, de parâmetros como fator de carga e as curvas de carga diárias e mensal verifica-se que existe a possibilidade de economia financeira para o restaurante caso o uso da energia elétrica seja feito de maneira mais racional.
Em relação à demanda solicitada pelo restaurante verificou-se que a demanda máxima registrada no mês foi 100 kw enquanto que a média das demandas máximas registradas diariamente ficou em torno de 61 kw, sendo que 48 kw foi o menor valor de demanda máxima registrada durante o mês. Isto pode ser observado na Figura 5 que mostra a curva de carga mensal da unidade. Esta curva foi obtida com o auxilio do programa computacional desenvolvido neste trabalho.
O maior valor de demanda mensal ocorreu no dia 25 de novembro no período da manhã por volta das 08:30 h. Observando a planilha de acompanhamento da produção do restaurante verifica-se que neste horário foram ligados simultaneamente o forno combinado e a fritadeira elétrica resultando em valores elevados de demanda durante este período. A Figura 6 mostra a curva de carga deste dia.
Uma análise inicial indica que existe a possibilidade de redução da demanda fazendo-se um gerenciamento dos equipamentos utilizados no preparo das refeições, que abrange desde a definição do cardápio até o manuseio dos equipamentos durante a elaboração dos pratos.
Quanto ao consumo, o valor mensal atingiu 14.421 kWh. Os menores valores de consumo diários foram de 488 kWh e 213 kWh para os dias úteis e finais de semana respectivamente. Considerando a hipótese de redução de consumo baseado nos valores mínimos da medição, obtém-se o valor mínimo de consumo mensal igual da 12.440 kWh. Isto corresponderia a uma redução de 14% do consumo mensal.
Considerando que o restaurante pudesse ser enquadrado na tarifação convencional o valor da fatura mensal, tendo como base os valores das tarifas da concessionária local na data de estudo (já inclusos os impostos), seria de R$ 4.410,58.
Supondo uma situação de economia máxima, onde a demanda registrada fosse igual à menor demanda medida no período (48 kw) e o consumo fosse baseado nos menores valores diários ocorridos em dias úteis e finais de semana (12.440 kWh), a fatura mensal mínima seria de R$3.218,56.
Uma segunda hipótese seria adotar o valor de demanda registrada igual a 70 kw. Este valor seria bastante razoável, uma vez que apenas dois dias tiveram demandas acima de 70 kw, ou seja, este valor cobre uma faixa de 93 % do intervalo de medição. Para o consumo poderia ser estabelecida uma meta de 5% de redução, resultando num consumo mensal de 13.700 kWh.
A Tabela 1 apresenta um resumo para as três situações discutidas anteriormente mostrando os valores de demanda e consumo mensais, os valores da fatura, o custo da energia elétrica por refeição, o percentual de participação da energia elétrica no preço da refeição e os valores mensal e anual de economia financeira desconsiderando-se a incidência de juros.
A segunda etapa do trabalho, ainda em desenvolvimento, trata da utilização da lógica difusa que estabeleceria como deveria ser montado o cardápio, levando-se em consideração questões como o valor nutricional dos alimentos, quais e quando deveriam ser ligados os equipamentos consumidores de energia elétrica, visando atender metas de demanda e consumo.
4) Conclusões
O gerenciamento da utilização da energia elétrica no restaurante universitário é viável. Como pode ser observado nas curvas de carga apresentadas, há margem para se desenvolver um trabalho para melhor utilização da energia elétrica dentro do restaurante. Por exemplo, a demanda máxima poderia ser diminuída evitando-se o funcionamento simultâneo de cargas pesadas como o forno elétrico combinado e as fritadeiras elétricas.
Utilizando-se a experiência dos profissionais que trabalham no local, como nutricionistas, cozinheiros chefes, associados ao acompanhamento diário da produção e consumo de energia elétrica, é possível a implementação de um sistema decisório utilizando a lógica difusa que indique alternativas de redução de demanda e consumo de energia elétrica mantendo-se a qualidade da refeição servida.
A utilização da energia elétrica no restaurante universitário está diretamente relacionada com o cardápio a ser servido e o número de refeições preparadas que determinam a utilização dos equipamentos que consomem energia elétrica. Porém a variação do cardápio depende de fatores como o valor nutricional dos alimentos e da disponibilidade destes na despensa do restaurante. Torna-se importante então fazer uma análise conjunta destes fatores, para se encontrar a melhor situação que ofereça uma refeição de qualidade com um gasto de energia elétrica menor.
Agradecimentos
A Capes pelo apoio financeiro.
Referências
[1] REIS, Lineu Bélico dos; SILVEIRA, Semida (organizadores); Energia Elétrica para o Desenvolvimento Sustentável: Introdução a uma Visão Multidisciplinar; Editora da Universidade de São Paulo; São Paulo; 2000.
[2] Vários autores; Conservação de energia: eficiência energética de instalações e equipamentos; FUPAI; Itajubá-MG; 2001.
[3] JANNUZZI, G. M.; SWISHER, J. N. P.; Planejamento integrado de recursos energéticos: meio ambiente, conservação de energia e fontes renováveis; Autores Associados; Campinas; 1997.
[4] GALVÃO, Luiz Cláudio Ribeiro; REIS, Lineu Belico dos; e outros; GLD: o estado da arte no Brasil e suas perspectivas para o futuro; Revista Eletricidade Moderna; nº 286; Aranda Editora Técnica e Cultural Ltda; São Paulo; janeiro; 1998.
[5] SAIDEL, Marco Antonio; e outros; A conservação de energia em instituições universitárias: O programa de conservação na USP; Anais do XIV SNPTEE Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica; Belém - PA; 1997.
[6] SIMÕES, Marcelo Godoy; SHAW, Ian Stephan; As vantagens da aplicação da lógica fuzzy a sistemas de controle; Revista Eletricidade Moderna; nº 287; Aranda Editora Técnica e Cultural Ltda; São Paulo; fevereiro; 1998.
[7] LIMA, Áureo Cezar de; UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA; Sistema decisório fuzzy aplicado ao gerenciamento de energia elétrica no lado da demanda; Dissertação de Mestrado; Uberlândia-MG; Julho; 2003.
[8] SHAW, Ian S.; SIMÕES, Marcelo Godoy; Controle e Modelagem Fuzzy; Editora Edgar Blücher Ltda; São Paulo; 2001.