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Antonio Lus Gomes Valente
Salviano Filipe S. Pinto Soares
Jose Manuel Ribeiro Baptista
Projecto emEngenharia Electrotecnica e deComputadores
Artigos da Unidade Curricular de Projecto
2009
Universidade de Tras-os-Montes e Alto Douro
Escola de Ciencia e Tecnologia :: Engenharia Electrotecnica e de
Computadores
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Projecto emEngenharia Electrotecnica e de ComputadoresArtigos da
Unidade Curricular de Projecto
Copyright c 2009 - Universidade de Tras-os-Montes e Alto
DouroISBN:12345789
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Notas dos Autores
Este e o primeiro numero do livro Projecto de Engenharia
Electrotecnica e de Com-putadores e, espero eu, o primeiro de
muitos. Este livro tera um novo volume todos os anoscom os artigos
da unidade curricular de Projecto em Engenharia Electrotecnica e de
Compu-tadores, e sera complementado com um segundo livro, com
publicacao prevista para Dezembrocom uma compilacao dos artigos
publicados no ambito dos trabalhos de mestrado e doutora-mento.
Neste primeiro numero, e como vendo sendo habito nos projectos
de Engenharia Elec-trotecnica e de Computadores na Universidade de
Tras-os-Montes e Alto Douro, os artigosabrangem areas tao diversas
que vao desde a energia a`s comunicacoes passando pelo
controlo,robotica, computacao evolutiva, instrumentacao,
processamento digital de sinal e de imagem,visao por computador,
inteligencia artificial, automacao industrial, redes, base de dados
e tec-nologias da informacao e comunicacao. Nao foi elaborada
nenhuma seleccao, estando presentestodos os trabalhos que foram
sujeitos a avaliacao. Fica claro desta abordagem, que pretendeunao
excluir nenhum trabalho, que nesta compilacao existirao trabalhos
de excelente qualidadee trabalhos de menor rigor e dedicacao por
parte que quem os elaborou os alunos. Os tra-balhos foram
realizados individualmente, contaram com a revisao dos orientadores
e foramposteriormente revistos e avaliados por um juri. No entanto,
e apesar de todos as revisoesfeitas, os artigos sao da
responsabilidade dos seus autores que sao os alunos cujo nome
apa-rece na publicacao. No final desta revista aparece uma tabela
com todos os orientadores comocontributo e agradecimento pelo
trabalho desenvolvido na orientacao.
Para alem da componente de I&D sempre presentes nesta forma
de aprendizagem, contamosser este o ponto de partida para novas
estrategias de colaboracao entre as empresas nos pontosde interface
identificados do curso nomeadamente na unidade curricular de
Seminario emCiencias da Electrotecnia e Computacao atraves da
participacao em palestras, na unidadecurricular de Projecto em
Engenharia Electrotecnica e de Computadores e na Dissertacao
deMestrado em Engenharia Electrotecnica e de Computadores na figura
de Estagios Curricularese a integracao profissional dos Mestres em
Engenharia Electrotecnica e de Computadoresatraves do enquadramento
de Estagios Profissionais.
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Desta forma a direccao da Licenciatura em Engenharia
Electrotecnica e de Computadoresgostaria de agradecer a colaboracao
das empresas que participaram na apresentacao publicados trabalhos
de Projecto, nomeadamente, a` PT Inovacao, a` Inova-Ria, a` General
Electric Consumer & Industrial e a` AdQuam.
Esperamos, deste modo, ter contribudo para que esta primeira
publicacao seja do agradode todos.
Com os melhores cumprimentos,
Antonio Valente Salviano Soares Jose Manuel Baptista
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Indice Geral
Notas dos Autores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 3
1 Navegacao de um robot para Conducao Autonoma . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 7
2 Avaliacao tecnica e economica de sistemas de microproducao
deelectricidade baseados em ER . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Producao descentralizada de electricidade Um caso de estudo .
. . . . . . . . 23
4 Conducao autonoma de veculo Conducao . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 33
5 Conducao autonoma de veculo Deteccao de obstaculos . . . . . .
. . . . . . . . . . 41
6 Identificacao automatica de produtos numa despensa inteligente
. . . . . . . . . 47
7 Estudo e caracterizacao de sistemas estereo de visao por
computador . . . . 55
8 TIC-AEF As Tecnologias da Informacao e Comunicacao no Apoio
aoEnsino da Fsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
9 Sistema de aquisicao e transmissao de dados ambientais . . . .
. . . . . . . . . . . . . 73
10 Optimizacao das Ligacoes de Aerogeradores em Parques Eolicos
. . . . . . . . . 81
11 Sntese de Circuitos Digitais . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
12 Data-logger com armazenamento em cartoes SD/MMC em
FAT32(Parte 1 Logger) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
13 Desenvolvimento de alvos de deteccao de tiro automatico para
opentatlo moderno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103
14 Ambientes Tecnologicamente Assistidos Aplicacao . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 111
15 Desenvolvimento de firmware para um sensor de humidade para o
solo . . 119
16 Desenvolvimento de uma aplicacao para aquisicao de dados de
umsensor de humidade para o solo . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
-
17 Site Web para gestao de exames Interface com o utilizador e
Interfacede Administracao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 129
18 Site Web para gestao de exames Gestao de Base de Dados e
Relatorios 135
19 Site Web para gestao de exames Testes, Seguranca,
Autenticacao ePrivacidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 139
20 Paineis de Informacao Wireless . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
21 HELPMI integracao de servicos de voz entre Messengers e
MundosVirtuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 153
22 Sistema de Gestao de Adegas e Cooperativas Agrcolas . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 159
23 Sistemas de Vigilancia Inteligente . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
24 Desenvolvimento de um sistema de instrumentacao para
monitorizacaode uma sonda de ultra-sons . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
173
25 Simulacao Computacional Grafica de Sistemas Automatizados . .
. . . . . . . . . 179
26 AquaDisplay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 187
27 Estudo e desenvolvimento de um sensor para o crescimento da
uva . . . . . . 193
28 Kit de Demonstracao de Modulacoes Analogicas . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 201
29 Gestao de Filas de Espera para Adegas e Cooperativas . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 209
30 Interligacao entre FORTRAN e Java . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
31 Gestao de Software para salas de Informatica . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
32 Ambientes Tecnologicamente Assistidos Sensores . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 229
33 Ferramenta de simulacao para caracterizacao da potencia
instalada emmini-hidricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 235
34 Servidor baseado em Linux, uma ferramenta de apoio a`s aulas
praticas:Sistema e Servicos Base . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
241
35 Servidor baseado em Linux, uma ferramenta de apoio a`s aulas
praticas:Servicos Avancados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
247
36 MicroMouse Speedy Gonzalez (SP-01) . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Anexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 261
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REVISTA DE ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE COMPUTADORES, VOL. 1,
N 1, JULHO 2009 7
Navegacao de um robot para Conducao AutonomaP0901
Jonas dos Santos Teixeira, [email protected]
Abstract This work aims to build a robot able to travela circuit
similar to a road conventional, in a completely au-tonomous, with
order to participate in the class of autonomousdriving in national
festival of robotics, 2010.
Resumo Este trabalho tem como objectivo a construcaode um robot
capaz de percorrer um circuito similar a umaestrada convencional,
de forma completamente autonoma,com o intuito de participar na
classe de conducao autonomano festival nacional de robotica de
2010.Keywords Conducao, Autonoma, RobotPalavras chave Driving,
Autonomous, Robot
I. INTRODUCAO
Nas ultimas decadas temos assistido a um grande desen-volvimento
de veculos capazes de se movimentarem deuma forma completamente
autonoma. Todos estes avancosapresentados neste sector, poderao no
futuro, traduzir-seem melhorias na seguranca dos veculos de
transporte, op-timizando a interaccao destes com o meio onde
operam.Para este avanco tem contribudo, para alem dos
principaisconstrutores de automoveis, inumeros eventos de
robotica,onde sao realizadas provas de conducao autonoma. Umexemplo
disso mesmo e o festival nacional de robotica,que se realiza em
Portugal, onde tem lugar a prova deconducao autonoma (CA ) [1]. E
com vista a participacaonesta competicao, que estamos a desenvolver
um robotmovel e completamente autonomo. Na prova de
conducaoautonoma o robot devera percorrer um percurso ao longode
uma pista fechada, que apresenta semelhancas com aconducao de um
veculo automovel numa estrada conven-cional. A pista e composta por
duas faixas, delimitadas porduas linhas brancas e separadas por uma
linha tracejada. Ocircuito tem a forma aproximada de um 8. Existe
um cruza-mento no centro, sobre o qual se erguem paineis
sinaleticose onde se encontra marcada uma passadeira, numa das
cur-vas do circuito encontra-se tambem montado um tunel. Aseguinte
figura (fig.1), indica-nos o formato do circuito. Acompeticao
decorre em tres mangas, sendo o principal ob-jectivo percorrer por
duas vezes a totalidade da pista nomais curto espaco de tempo
possvel e sem penalizacoes.O grau de dificuldade vai crescendo em
cada nova manga.Mais informacoes, assim como todas as regras da
prova po-dem ser consultadas robotica 20XX [2] .
II. OBJECTIVOS
O objectivo principal do trabalho realizado e construirum
veiculo robusto dotado de sistemas que permitam re-alizar a
conducao do mesmo de uma forma completamente
Fig. 1FIGURA - 1 COLUNA
autonoma, de forma a superar todas as dificuldades encon-tradas
na prova de conducao autonoma.
III. DISPOSITIVOS UTILIZADOS NO ROBOT
O robot esta montado sobre uma plataforma de um ve-iculo de
radiomodelismo. A para controlar a direccao doveiculo e utilizado o
servomotor Hitec HS-705MG [3], estee controlado pelo
microcontrolador MSP430FG4618 [4]daTexas Instruments. E utilizado
para mover o veculo o mo-tor MAXON EC, controlado pelo controlador
EPOS 24/5P [5]. O controlo dos perifericos e efectuado atraves
docomputador portatil Samsung R45 que ira sobre o veiculo.As
ligacoes entre o computador e os perifericos e efectuadaatraves dos
cabos Prolific USB to Serial Comm Port . Seraoainda montadas no
veiculo tres WebCams.
IV. SOFTWARE UTILIZADO
Na a realizacao deste projecto foi utilizado:
Microsoft Visual C++ [6] IAR Embedded Workbench [7] EPOS
UserInterface [8]
V. DESENVOLVIMENTO
Com o objectivo de facilitar a construcao do veculo,decidi
dividir a sua estruturacao em varios nveis, fa-cilitando assim o
desenvolvimento do projecto. Comopodemos observar a figura, fig.2,
verifica-se que o es-quema e composto por quatro nveis diferentes,
todos in-terligados entre si. O nvel 0 refere-se a plataforma
doveculo utilizada. Esta plataforma deriva de um carro
deradiomodelismo, fornecendo assim uma estrutura suficien-temente
robusta para o desenvolvimento do projecto. Neste
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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8 JONAS TEIXEIRA [23487]
nvel analisamos com especial interesse as rodas
traseiras,responsaveis pela locomocao do veiculo bem como o
sis-tema de direccao. O seguinte nvel, o nvel 1, refere-seaos
perifericos do veiculo, isto e o motor responsavel pelomovimento do
veiculo, o motor MAXON EC, que esta lig-ado com as rodas traseiras
atraves de um sistema de ro-das dentadas, o servo motor responsavel
pelo movimentoda direccao, que esta ligado com a direccao atraves
deduas pincas metalicas e ainda tres Webcams responsaveispor
fornecer a camada superior imagens do percurso. Onvel 2 refere-se a
parte do hardware utilizado no veiculo.Neste nvel estao inseridos o
controlador EPOS 24/5 P,responsavel por controlar o motor MAXON EC
e ainda omicro controlador MSP430FG4618, responsavel por con-trolar
o servo motor, esta comunicacao e feita atraves deum sinal PWM
(modelacao por largura de pulso). O ul-timo nvel, o nvel 3,
refere-se a uma aplicacao instalada nocomputador portatil, que
formara parte do sistema de con-trolo. Esta aplicacao apresenta uma
interface grafica onde epossvel ajustar o funcionamento do veiculo.
Esta aplicacaoutiliza as portas serie do computador para comunicar
viaRS232 com o controlador EPOS 24/5 P e o micro contro-lador
MSP430FG4618. A aplicacao recebe ainda imagensprovenientes da
Webcams via USB.
Fig. 2FIGURA - ESTRUTURACAO DO VEICULO
A. Nvel responsavel pelo controlo de direccao do veiculo
Os servomotores sao motores especiais, um pouco difer-entes dos
motores electricos convencionais e tem comoprincipal caracterstica
o controlo preciso da posicao do ro-tor. O seu raio de movimentacao
esta compreendido nor-malmente entre os 0 e os 180 graus, podendo
este variarde servo para servo e ser limitado de forma externa.
Alemdo controlo preciso da sua posicao, o servomotor tem
comocaracterstica um elevado torque, resultado do acoplamentode um
sistema de engrenagens que forma uma caixa dereducao com uma
relacao bastante longa. O sistema in-terno de realimentacao em
malha fechada do servomotor,faz com que o servo rode para uma
determinada posicao emresposta a um determinado trem de impulsos.
Este sistemae constitudo por um potenciometro ligado a`
engrenagem
do servo, que funciona como sensor de posicao, e por umcircuito
electronico de controlo. O circuito electronico vaicomparar o valor
no potenciometro com a amplitude dosimpulsos que recebe pela linha
de controlo, activando as-sim o motor para corrigir qualquer
diferenca que exista en-tre ambos. Ao se tentar rodar a engrenagem
do servo, ocircuito de controlo identificara uma diferenca entre o
valorno potenciometro e a amplitude dos impulsos e activara omotor
para a tentar corrigir. A alimentacao do servomotor efeita
tipicamente a uma tensao que pode variar ente os 4,5 e6,5 Volt, . A
corrente necessaria para o correcto funciona-mento do servomotor
varia consoante o servomotor escol-hido, sendo que servos com maior
potencia necessitam demais corrente. O servomotor possui tres fios
para conexao,sendo que o preto e vermelho vao ligar a alimentacao e
oamarelo, vai ser conectado ao sinal responsavel pelo con-trolo da
posicao. A posicao do servo e controlada porum trem de impulsos,
com uma amplitude que varia tipi-camente entre 1ms e 2ms), e uma
frequencia de cerca de50Hz. A figura, fig.3, ilustra a influencia
que a duracao dosinal tem no movimento do servo.
Fig. 3FIGURA - SINAL PWM
Quando o servo recebe impulsos de 1.5ms, a sua en-grenagem de
sada vai rodar ate ficar estavel no centro dointervalo de rotacao
nos 90 graus. Se receber impulsosde 1ms, servo vai rodar no sentido
horario ate atingir o lim-ite do intervalo de rotacao
correspondente a 0 graus. Sereceber impulsos de 2ms, o servo vai
rodar no sentido anti-horario ate atingir o outro limite do
intervalo de rotacaocorrespondente a 180 graus. Impulsos ente 1ms e
1.5msfarao com que o servo rode no sentido horario para
posicoesintermedias entre 0 e 90 graus , enquanto que impul-sos que
variam entre 1.5ms e 2ms farao com que o servorode no sentido
anti-horario para posicoes intermedias en-tre 90 e 180 graus. O
sinal que contem o trem de impulsopode ser obtido atraves da
programacao de um microcon-trolador, para este gerar uma sada PWM
(modelacao por
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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REVISTA DE ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE COMPUTADORES, VOL. 1,
N 1, JULHO 2009 9
largura de pulso) numa das suas portas configuradas comosadas. O
microcontrolador utilizado para criar o sinalPWM necessario para o
controlo do servomotor pertencea` famlia MSP430 produzidos pela
Texas Instruments [9].Estes microcontroladores sao constitudos por
um CPU de16 bits e estao concebidos essencialmente para
aplicacoesde baixo custo e baixo consumo de energia. A Texas
In-struments oferece-nos quatro famlias basicas deste tipode
microcontroladores, a famlia 1xx, voltados essencial-mente para
aplicacoes gerais (1 a 60kb de memoria flashe 128 a 10240 bytes de
memoria RAM, a famlia 2xx, umaevolucao da famlia 1xx (1 a 8kb de
memoria flash e 256bytes de memoria RAM), a famlia 3xx, famlia mais
antiga ebaseada em dispositivos One Time Programmable e por fima
famlia 4xx [10], voltados para instrumentacao portatil edotados de
controlador de LCD interno (1 a 60kb de FLASHe 128 a 10240 bytes de
RAM). No desenvolvimento do nossotrabalho foi utilizado o
microcontrolador MSP430FG4618,representado na seguinte figura,
fig.4, que pertencente afamlia 4xx.
Fig. 4FIGURA - MSP430FG4618
Os dispositivos pertencentes a esta famlia possuem umavariedade
de configuracoes com inumeros perifericos, en-tre eles oscilador
interno, timer capaz de gerar uma sadaPWM, watchdog, USART, SPI,
I2C, ADC de 10/12/16bits, DAC de 10 e 12 bits , memoria de acesso
rapido (DMA),ligacao RS232, controlador de LCD etc.. A
programacaodo MSP430FG4618 e feita atraves do software IAR
Em-bedded Workbench que permite a elaboracao de projec-tos em
linguagem C utilizada para programar o micro-controlador. Para
programar o MSP430FG4618 a ligacaocom o computador e efectuada
atraves do dispositivo MSP-FET430UIF [11] que liga ao computador
atraves da porta
USB e ao MSP430FG4618 atraves do porto JTAG. O comofoi
referenciado anteriormente a direccao do veiculo vai sermovimentada
atraves de um servo motor ligado a esta deforma mecanica, por sua
vez o servo motor vai ser contro-lado por um sinal PWM gerado a
partir do microcontro-lador MSP430Fg4616. O sinal PWM foi obtido
atravesdo sinal de relogio do microcontrolador, para isso
foinecessario configurar o Timer B [12] do MSP430FG4618com o fim e
gerar uma sada em nvel logico alto. Atravesda configuracao dos
registos do Timer B, mais precisa-mente o TBCCR0, foi possvel
definir o perodo do sinalPWM e igualando o registo TBCCR6 a uma
variavel, dotipo inteiro, e possvel controlar o duty cycle do
sinalPWM, o que no fundo vai permitir controlar a posicao doservo
motor. Assim sendo quando esta variavel toma ovalor de 104, o
microcontrolador vai gerar um sinal PWMcujo duty cycle e de 1 ms, o
que vai corresponder aposicao de 0 graus no servo motor. Por sua
vez, se avariavel tomar o valor de 157, o microcontrolador vai
gerarum sinal PWM cujo duty cycle e de 1,5 ms, que vaicolocar o
servomotor na posicao de 90 graus. Por ultimo,quando esta variavel
toma o valor de 210, o microcontro-lador vai gerar um sinal PWM
cujo duty cycle e de2 ms, o que vai corresponder a posicao de 180
grausno servo motor. Assim sendo com a variacao do valorda variavel
entre 104 e 210 podemos variar a posicao doservomotor entre 0 e 180
graus. E ainda de salientarque a variacao funciona de forma linear
nas posicoes in-termedias. Assim sendo, para controlar a direccao,
necessi-tamos apenas que seja enviada uma variavel, com o valor
doangulo pretendido para a direccao, para o MSP430FG4618,para tal e
utilizado o dispositivo de comunicacao RS232,presente no
MSP34FG4618. Para podermos utilizar esteperiferico primeiro temos
de configurar a UART [12] (Uni-versal Asynchronous Receiver
Transmitter). A UART eum dispositivo utilizado em sistemas de
comunicacao paraaplicacoes especficas, com sincronizacao feita por
soft-ware. Para a configuracao da UART e necessario config-urar o
registo UCA0BR0, de modo a que o Baud rateseja de 9600. E ainda
necessario habilitar as interrupcoesdeste dispositivo configurando
o registo UCA0CTL1, destemodo quando for transmitida qualquer
informacao para oregisto de entrada da UART, o UCA0RXBUF, o
microcon-trolador ira entrar numa rotina de atendimento que
permi-tira receber a variavel transmitida para o
microcontroladoratraves do periferico RS232. Na rotina de
atendimento a`sinterrupcoes provocadas na UART e chamada uma
funcaoque vai configurar a duty cycle do sinal PWM en-viado ao
servomotor de acordo com a variavel recebidaatraves do registo
UCA0RXBUF. A seguinte figura, fig.5ilustra de uma forma simples o
funcionamento explicadoanteriormente. Podemos concluir assim que o
controlo dedireccao composto pelo servomotor e o
microcontroladorMSP430FG4618 precisa apenas que lhe seja enviada
umavariavel correspondente aos graus que pretendemos girara
direccao para esta aturar.
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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10 JONAS TEIXEIRA [23487]
Fig. 5FIGURA - LIGACAO ENTRE COMPUTADOR E MSP
B. Nvel responsavel pelo movimento do veiculo
Como ja foi referido anteriormente o movimento doveculo e
proporcionado por um motor EC, da fabricanteMAXON, conectado por um
sistema de engrenagens as ro-das traseiras. Este motor, por sua vez
e controlado pelocontrolador da Maxon EPOS 24/5 P. Maxons EPOS P
24/5Position Controller e um controlador que permite contro-lar a
velocidade, a posicao e a corrente fornecidas ao mo-tor. Depois de
ser programado, o controlador EPOS 24/5 Ppode ser utilizado para
funcionamento autonomo, ou podeser controlado de uma forma activa,
podendo assim variaro a corrente, a velocidade e a posicao de
acordo com asnecessidades do utilizador. A tensao de alimentacao
doEPOS P 24/5 Position Controller e de 11/24 Volt DC,o controlador
e capaz de fornecer uma corrente contnuade 5 Ampere ao motor e uma
corrente de pico de 10Ampere. A comunicacao entre o controlador
EPOS 24/5P e outros dispositivos pode ser efectuada via RS232 ou
viaCANopen. A programacao e realizada via IEC 61131-3,com varios
editores (ST, IL, FBD, CPF). Existe ainda umainterface que permite
ligacoes entre o controlador EPOS24/5 P e o Windows DLL. No
desenvolvimento do projectofoi optou-se por efectuar o controlo do
motor atraves deuma aplicacao construda utilizando o Visual C++
[13], aqual sera referida em pormenor, mais a frente. O
primeiroponto de trabalhos no que diz respeito a traccao do
ve-iculo, consistiu na concepcao dos cabos que ligam o EPOSP 24/5
Position Controller e o motor MAXON EC [14]eainda um cabo RS232 que
interliga o EPOS P 24/5 PositionController e o computador. A
seguinte figura, fig.6 ilustrade uma forma esquematizada como se
estabelecem essasligacoes.
Fig. 6FIGURA -M INIMA CABLAGEM PARA MOTOR MAXON CE
Depois de efectuadas todas as ligacoes entre o computa-dor, o
controlador EPOS 24/5 P e o motor MAXON EC foiutilizado o software
EPOS UserInterface [15] paraproceder a auto-configuracao dos ganhos
de corrente, ve-locidade e posicao do motor. Este procedimento pode
sersubstitudo por uma afinacao manual e mais personalizadados
ganhos. Depois de ser efectuado esta configuracao,os dispositivos
estao prontos para ser utilizados. No de-senvolvimento do nosso
projecto optou-se por programare controlar o EPOS 24/5 P a partir
do computador, uti-lizando uma aplicacao desenvolvida no Visual
C++.Esta aplicacao utiliza a interface Windows DLL desen-volvida
pela MAXON MOTORS para tornar possvel acomunicacao entre os
diferentes dispositivos. Para iniciar-mos o controlador EPOS 24/5 P
e utilizada a funcao VCS-OpenDeviceDlg(DWORD, pErrorCode), contida
na bib-lioteca Definitions.h, esta funcao vai abrir uma janelade
dialogo onde serao preenchidos todos os dados refer-entes a
comunicacao serie utilizada entre os dois disposi-tivos, o
computador e o EPOS 24/5 P. Estes dados referem-se ao nome do
dispositivo, que neste caso e o EPOS, aonome do protocolo utilizado
entre o computador e o EPOS24/5 P, que e MAXON-RS232, a interface
utilizada, no nos-sos caso e RS232, a porta serie utilizada, o Baud
Rateda porta, que neste caso especifico e 38400 e o tempo deespera
de ligacao que por defeito e 500 ms. O modo deoperacao do motor e
defendido atraves da funcao VCS-SetOperationMode(HANDLE KeyHandle,
WORD NodeId,int8 Mode, DWORD, pErrorCode) , o modo de
funciona-mento escolhido foi de velocidade. Este modo
permite-noscontrolar o motor colocando-o a funcionar num modo
develocidade continua, a aceleracao para que o motor atinjaessa
velocidade tambem e escolhida pelo utilizador. Outrasfuncoes de
configuracao, e passagem de parametros para omotor sao utilizadas,
tentando optimizar o funcionamentodo motor. Podemos concluir assim
que o motor responsavel
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
REVISTA DE ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE COMPUTADORES, VOL. 1,
N 1, JULHO 2009 11
pelo movimento do veiculo e controlado por uma
aplicacaoinstalada no computador, que utiliza algumas funcoes
parapassar os parametros necessarios ao controlador EPOS 24/5P para
que este controle o movimento do motor de formadesejada.
C. Processamento de Imagem
Apesar de nesta parte do projecto ainda nao nos centrar-mos
muito no que diz respeito ao processamento de im-agem, foi possvel
tomar algumas decisoes nesse campo.Serao utilizadas tres Web Cams
para obter as imagens,uma sera responsavel por identificar os
semaforos presentesna pista, as outras duas serao responsaveis por
obter ima-gens do tracado a percorrer. Sao necessarias duas
camaraspara esse fim porque se pretende proceder a reconstrucaoda
imagem para ser possvel analisar distancias atravesdo processamento
das mesmas. O resultado do processa-mento das imagens obtidas sera
traduzido em ordens deavanco, aceleracao, travagem, e desaceleracao
utilizadaspela aplicacao instalada no computador para controlar
omovimento do veiculo, resultara ainda a informacao paracontrolo da
direccao. Esta parte do projecto sera abor-dada futuramente, no
ambito de outras unidades curricu-lares, nomeadamente PDI.
D. Aplicacao de controlo
Uma aplicacao presente no computador sera a re-sponsavel pelo
controlo de todas as outras aplicacoes in-termedias. Esta aplicacao
esta ligada com o microcontro-lador MSP430FG4618 atraves da porta
serie do computa-dor. Esta previsto que depois do processamento da
imagem,esta aplicacao envie para o MSP430FG4618 a
inclinacaopretendida Esta aplicacao esta ainda ligada com o
contro-lador EPOS 24/5 P, atraves de outra porta serie do
com-putador, utilizando a interface RS232. Esta ira comunicarao
controlador a velocidade, posicao e ainda aceleracao pre-tendida
para o motor. A configuracao da porta serie uti-lizada para este
fim sera configurada atraves de uma janelade dialogo logo que se
inicie a aplicacao. No futuro estaaplicacao sera tambem a
responsavel pela aquisicao dasimagens a partir das WebCams. Por
fim, o algoritmo decontrolo de todo o sistema tera o funcionamento
similar auma maquina de estados, depois de serem inicializados
to-das as comunicacoes com os perifericos, serao carregadasnum
vector todas as tarefas que serao executadas ciclica-mente, assim
quando a aplicacao for executada, este vectorsera percorrido e as
suas tarefas executadas quando habili-tadas para tal.
VI. CONCLUSOES
Na primeira parte do trabalho foi possvel proceder a mon-tagem
das partes mecanicas do veculo, fixacao dos mo-tores, e adaptacao
das engrenagens, foram ainda realizadastodas as ligacoes
necessarias entre todos os dispositivos doprojecto. Assim no final
ja foi possvel testar a direccao eo controlo do movimento do
veculo. A estruturacao escol-hida para o veculo permitiu-nos
trabalhar de forma inde-pendente nos diferentes nveis em que este
esta organizado.Na seguinte figura, fig.7 , e apresentado o
veiculo.
Fig. 7FIGURA -ROBOT
Assim sendo o funcionamento do veculo resume-se aoseguinte. A
direccao e accionada por um servomotor que econtrolado pelo
microcontrolador MSP430FG4618, atravesda variacao do duty cycle do
sinal PWM. O microcon-trolador recebe informacao do computador para
procederao controlo deste sinal. O movimento do veiculo e
propor-cionado pelo motor EC MAXON, que esta ligado a`s
rodastraseiras atraves de um sistema de engrenagens. Este mo-tor e
controlado pelo EPOS 24/5 P que recebe informacaoproveniente do
computador que ira permitir controlar a ve-locidade, aceleracao e
travagem do motor. As decisoes anecessarias para o controlo da
direccao e movimentacao doveculo serao retiradas a partir do
processamento das ima-gens provenientes das Webcams, feito no
computador. Nofinal deste projecto o robot nao esta totalmente
concludo,ficando a faltar o desenvolvimento de software para o
pro-cessamento de imagem, e uma optimizacao no funciona-mento
global do robot.
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Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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REVISTA DA LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE
COMPUTADORES, VOL. 1, N 1, JULHO 2009 13
Avaliacao Tecnica e Economica de Sistemas de Microproducao de
ElectricidadeBaseados em Fontes de Energias Renovaveis
P0902
Dilman Jesus Almeida, [email protected]
Abstract Climate change and the expected scarcity of themost
sought energy sources for consumption worldwide, as arethose of
fossil origin, have forced a global understanding inorder to strive
against pollution from this types of energy anddependence on
them.The Kyoto Protocol is the best example of this
understanding,
which in spite of not having been signed by the worlds
mostindustrialized countries, is an important element for
reducingemissions of greenhouse gases with the use of renewable
en-ergy sources.In Portugal, several government initiatives have
fostered a
decentralized electricity production, with particular emphasison
the use of renewable energy.
Resumo As alteracoes climaticas e a escassez prevista dasfontes
de energia mais procuradas para o consumo a nvelmundial, como sao
as de origem fossil, tem obrigado a umentendimento global com vista
a combater a poluicao prove-niente destes tipos de energias e a
dependencia das mesmas.O Protocolo de Quioto e o melhor exemplo
deste entendi-
mento, que, apesar de nao ter sido assinado por todos os
pasesmais industrializados do mundo, constitui um elemento
im-portantssimo para a reducao das emissoes de gases com efeitode
estufa, com a consequente utilizacao de fontes de
energiasrenovaveis.Em Portugal, diversas iniciativas governamentais
tem impul-
sionado a producao descentralizada de electricidade,
dandoespecial importancia a` utilizacao de energias renovaveis.O
objectivo deste trabalho, e mostrar a importancia da
analise economica dos projectos, na area da microgeracao
deelectricidade, enquadrados no regime remuneratorio bonifi-cado do
Decreto-Lei n.o 363/2007.Palavras chave Microgeracao,
Microprodutor, Energia
I. INTRODUCAO
A procura global por energia, tem vindo a aumentar
acen-tuadamente nas ultimas decadas, acompanhando o
desen-volvimento industrial e o aumento populacional. Preve-seque a
procura de energia deva crescer pelo menos 50% ate2030, a` medida
que grandes pases, como a China e a Indiacontinuem a
desenvolver-se. O grafico da figura 1 mostra aprevisao dessa
realidade [1], [2].As fontes de energia mais utilizadas
actualmente, res-
ponsaveis pela quase totalidade da energia consumida nomundo,
sao, o Petroleo, o Carvao e o Gas natural. Estes ti-pos de
energias, sao conhecidas como combustveis fosseis,por terem surgido
a partir de plantas e animais mortos exis-tentes ha muitos seculos
atras, ricos em carbono. Estas
Fig. 1CONSUMO GLOBAL DE ENERGIA [1], [2]
fontes tem reservas estimadas para poucas decadas, o quee, de
facto, preocupante. Por outro lado, tem-se assistido,nas ultimas
decadas, a um aumento das preocupacoes sobreo impacto ambiental que
esses combustveis provocam nonosso meio. Esta demonstrado que as
alteracoes climaticasdo globo terrestre, verificadas nos ultimos
anos, tem a suaorigem nas emissoes de gases de efeito de estufa,
criadospela queima, principalmente, desses combustveis fosseis.Com
vista a reduzir a dependencia energetica dos com-
bustveis fosseis e ao mesmo tempo impor metas para areducao dos
gases de efeito de estufa, tem surgido diver-sas iniciativas
mundiais, sendo uma das quais e a mais im-portante, o Protocolo de
Quioto, discutido e negociado em1997, no Japao. A assinatura e o
consequente compromissoassumido pelos diversos pases assinantes,
incluindo Por-tugal, visam diminuir o nvel de emissoes poluentes
res-ponsaveis pelo aquecimento global. No caso dos estadosmembros
da Europa, essa reducao tera de ser cerca de 8%entre 2008 e 2012
[3].Uma das formas encontradas para conseguir cumprir com
os compromissos de Quioto e recorrer a`s energias re-novaveis e
nao poluentes para producao de electricidade.De facto, a directiva
2001/77/CE de 27 de Setembro de2001, do Parlamento Europeu e do
Conselho, constituiuum inequvoco reconhecimento por parte da Uniao
Euro-peia, no que se refere a` actual prioridade para a producaode
energia electrica, a partir de fontes renovaveis, no
espacoEuropeu.Olhando para o panorama nacional, verifica-se a
existencia, com o objectivo de responder aos desafios doc UTAD -
ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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14 DILMAN ALMEIDA [AE-874]
Protocolo de Quioto, de diversas iniciativas para impul-sionar a
utilizacao de energias renovaveis na producaoelectrica. Surge assim
o mais recente decreto-lei referente aesta materia: o Decreto-Lei
n.o 363/2007, de 2 de Novem-bro, que regula a actividade da
microgeracao de electrici-dade com base nas energias
renovaveis.Neste sentido, e dado que para ser microprodutor e
ne-
cessario investimento, torna-se necessario avaliar
economi-camente o empreendimento. Se a energia obtida se
revelarmais cara do que a das fontes convencionais, e natural quea
aderencia a este tipo de iniciativas fique aquem do espe-rado,
pondo em risco o cumprimento das metas nacionaisassumidas em
conjunto com os outros pases.A correcta avaliacao tecnica e
economica dos investimen-
tos em microgeracao e condicao necessaria para que estasnovas
tecnologias sejam verdadeiramente implantadas deforma solida e
rentavel tambem para quem investe nestesempreendimentos.Este
trabalho, analisa varias alternativas tecnicas sobre a
microgeracao e a sua respectiva avaliacao economica, parase
poder entender as diferencas entre as mesmas. Pretende-se tambem,
que, no conjunto se verifique a verdadeira im-portancia da correcta
avaliacao economica, nos diferentesprojectos aqui analisados.O
trabalho utiliza ferramentas especficas para a simulacao
e analise economica de diferentes cenarios escolhidos,
des-critos no decorrer do mesmo, sendo que, todos eles estaode
acordo com o Decreto-Lei n.o 363/2007, de 2 de No-vembro, no que
diz respeito ao regime remuneratorio boni-ficado. Pretende-se
alcancar resultados positivos, como osanunciados pela maior parte
das empresas nacionais, quetrabalham na comercializacao deste tipo
de tecnologia, re-lacionada com a microgeracao.O presente trabalho
constitui uma excelente ferramenta de
apoio a` decisao de quem pretenda ser microprodutor, aoabrigo do
Decreto-Lei n.o 363/2007.Nas seccoes seguintes, serao abordados os
temas referen-
tes a` microgeracao de electricidade a nvel nacional, dandouma
visao geral dos aspectos mais importantes do Decreto-Lei n.o
363/2007, juntamente com uma ideia do possvelcomportameno evolutivo
do tarifario de venda de electrici-dade; os conceitos dos
principais indicadores economicosna avaliacao de investimentos; a
ferramenta utilizada nasimulacao tecnica; os cenarios tecnicos e
economicos e porultimo uma visao sobre os resultados obtidos e as
respecti-vas conclusoes.
II. MICROGERACAO - PANORAMA NACIONAL
Em Portugal, a microgeracao tem-se desenvolvido lenta-mente. No
entanto, atraves de medidas adoptadas pelo go-verno, este panorama
tende a melhorar significativamente.A microgeracao como actividade
de producao de energiaelectrica em baixa tensao, com possibilidade
de entrega a`rede electrica publica, foi regulada pelo Decreto-Lei
n.o
68/2002, de 25 de Marco. Este decreto-lei previa que aenergia
electrica produzida fosse, predominantemente, des-tinada ao
auto-consumo, e o excedente, passvel de ser en-tregue a terceiros,
ou a` rede publica [4].Desde entao, e com o objectivo de cumprir
com a Direc-
tiva CE/77/2001 do Parlamento Europeu e do Conselho de27 de
Setembro de 2001, tem surgido diversas iniciativasgovernamentais
com vista a desenvolver e impulsionar estaarea de producao de
electricidade. Esta directiva destina-sea promover o aumento da
contribuicao das fontes de ener-gia renovaveis para a producao de
electricidade no mercadointerno da electricidade e criar uma base
para um futuroquadro comunitario neste sector. No caso concreto
Por-tugues, estao previstas metas, sendo uma delas atingir em2010,
39% do consumo bruto de electricidade, produzida apartir de fontes
de energia renovaveis [5].Actualmente, o Decreto-Lei n.o 363/2007,
de 2 de Novem-
bro, em vigor, estabelece o regime jurdico para a producaode
energia electrica, mediante pequenas instalacoes, e re-fere que o
produtor de pequena escala tem o direito de for-necer energia a`
rede, desde que a sua instalacao de producaode electricidade
monofasica em baixa tensao, tenha umapotencia de ligacao ate 5,75
KW [6]. Relacionado com estedecreto, surgiu a iniciativa renovaveis
na hora, sendo umadas medidas previstas no plano para a poltica de
energia ealteracoes climaticas. O objectivo e promover a
instalacaode 50 mil sistemas fotovoltaicos ou mini eolicos ate
2010,com especial incentivo a` instalacao de colectores solarespara
aquecimento de agua em habitacoes.
A. Rendimento da Microgeracao
Existem dois regimes remuneratorios: Regime Bonificadoe Regime
Geral [6], [7]:
1. Regime Remuneratorio Bonificado - No regime boni-ficado, a
potencia de ligacao esta limitada a 50% dapotencia ja contratada no
contrato de compra de elec-tricidade e a um maximo de 3,68 kW. Este
regime temuma serie de condicionantes, para alem do que ja
foireferido em relacao a` potencia instalada, que influen-ciam o
acesso ao mesmo, assim como, tambem a tarifade venda de
electricidade:
(a) A potencia total registada a nvel nacional esta su-jeita a
um limite maximo, que no ano de 2009 e de12 MW. Este limite e
sucessivamente incrementadoem 20% ao ano.
(b) O preco de venda da electricidade, depende da fontede
energia utilizada para produzir e do tarifario dereferencia, que e
para o ano de 2009 de 0,6180e/kWh.
(c) Conforme a fonte de energia utilizada, aplica-seuma
percentagem a` tarifa de referencia, sendo parao Solar de 100%,
Eolica 70%, Hdrica 30% e Co-geracao e Biomassa 30%. Resulta entao,
nos va-lores seguintes: 0,6180 e/kWh para energia solar,0,4326e/kWh
para energia eolica, e 0,1854e/kWhpara energia hdrica e
biomassa.
(d) A electricidade vendida esta tambem limitada a 2,4MWh/ano no
caso da fonte de energia solar e de4MWh/ano nas restantes fontes de
energia referidasanteriormente, por cada quilowatt instalado.
(e) No caso da unidade de producao utilizar umacombinacao de
tecnologias, a tarifa aplicada e a me-dia ponderada das
percentagens individuais corres-pondentes a`s diferentes
tecnologias utilizadas.
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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REVISTA DA LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE
COMPUTADORES, VOL. 1, N 1, JULHO 2009 15
(f) Os precos sofrem uma reducao sucessiva de 5% porcada 10MW de
potencia de ligacao registada, nuncapodendo ser inferior a` tarifa
do regime geral.
(g) No ano em que a instalacao de miroproducao e li-gada a`
rede, e nos 5 anos seguintes, e garantido aomicro produtor o preco
de venda em vigor na datade ligacao.
(h) Nos 10 anos seguintes, e garantido ao micro pro-dutor o
preco de venda em vigor a 1 de Janeiro, decada ano, para as novas
instalacoes a ligar a` rede.
(i) Apos este perodo de 10 anos, e aplicada a tarifa doregime
geral em vigor.
(j) Necessaria instalacao de colectores solares termicospara
aquecimento de agua na instalacao de con-sumo, como uma area mnima
de 2m2 da area decolector.
2. Regime Remuneratorio Geral - No regime geral, apotencia de
ligacao esta limitada a 50% da potenciaja contratada no contrato de
compra de electricidadee a um maximo de 5,75 kW e o preco de
vendade electricidade e igual ao de compra (actualmente0,1143e/kWh
+ IVA 5%)
Considerando o regime bonificado, o grafico da figura2 mostra a
evolucao da tarifa de referencia para venda,tendo por base, o
pressuposto de que a potencia de ligacaomaxima e atingida
anualmente. Tambem e representada nografico a evolucao da tarifa de
compra tendo por base umaevolucao de +4% ao ano, correspondente a`
inflacao esti-mada.
Fig. 2EVOLUCAO DA TARIFA DE VENDA / COMPRA (REGIME
BONIFICADO)
MINIMO
No entanto, deve-se realcar que, muito provavelmente apotencia
maxima nao ira ultrapassar os limites fixados paracada ano. Uma
estimativa mais real sera de que a potenciainstalada ira aumentar
10MW por cada ano. Neste caso,a evolucao do tarifario de referencia
para venda sera con-forme o representado no grafico da figura
3.
B. Vantagens da Microgeracao
1. Vantagens ambientais e para o sistema electrico:
Fig. 3EVOLUCAO DA TARIFA DE VENDA-COMPRA (REGIME BONIFICADO)
MAIS REAL
(a) Reducao da dependencia energetica nacional.(b) Reducao das
perdas e investimentos nas redes.(c) Aproveitamento mais eficiente
dos recursos
energeticos.(d) Reducao das emissoes de gases com efeito de
es-
tufa.2. Vantagens socioeconomicas:
(a) Desenvolvimento de uma industria de servicos deenergia.
(b) Area com elevado potencial de inovacao e deexportacao.
(c) Melhoria na balanca comercial nacional.3. Vantagem para os
cidadaos:
(a) Reducao da factura energetica dos cidadaos.(b) Contribuicao
individual dos cidadaos para os objec-
tivos da poltica energetica e ambiental.
III. INDICADORES DE AVALIACAO ECONOMICA DEINVESTIMENTOS
A decisao de investir em projectos, deve ser o resultado deuma
analise fundamentada em dados historicos e previsio-nais que
permitem avaliar caractersticas, nao so do retornodo investimento,
como tambem do sucesso economico doinvestimento. Dito de outra
forma, e necessario conhecera viabilidade economica do projecto,
para poder tomar adecisao, a mais correcta possvel, de avancar ou
nao, comdeterminado investimento. Investir num projecto, sem fa-zer
uma analise do investimento, aumenta inevitavelmenteo risco
economico associado ao projecto.Existem varios factores que
influenciam a viabilidade
economica dos projectos de microgeracao: o investimentoinicial;
a quantidade de energia vendida a` rede; o regime devenda de
energia a` rede e os benefcios fiscais.Para ajudar a tomada de
decisoes, existem varios indica-
dores economicos, habitualmente usados para medir o in-teresse
economico dos projectos. No caso de projectos demicrogeracao
electrica, os indicadores comummente usa-dos sao: VAL-Valor actual
lquido; TIR-Taxa interna de
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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16 DILMAN ALMEIDA [AE-874]
rentabilidade e o PRI-Perodo de recuperacao do investi-mento
(Payback Period).
A. VAL (Valor Actual Liquido)
O Valor Actual Liquido (VAL), tem como objectivo, ava-liar a
viabilidade de um projecto de investimento, atravesdo valor actual
de todos os seus fluxos de caixa, sendo porisso, um indicador muito
utilizado em estudos de analise deviabilidade. Por valor actual,
entende-se o valor hoje, deum determinado montante a obter no
futuro.Como qualquer investimento, gera fluxos de caixa no fu-
turo. E necessario actualizar o valor de cada um desses flu-xos
de caixa, para poder compara-los com o valor do inves-timento. Nao
e indiferente pagar ou receber dinheiro hoje,ou pagar ou receber a
mesma quantia, decorridos algunsanos. O uso de uma taxa de
actualizacao, permite resol-ver a dificuldade da avaliacao
economica de projectos, queresulta do facto das entradas e sadas de
dinheiro se escalo-narem no tempo. Esta taxa, e nao mais do que uma
taxa dejuros sem desconto, acrescida de um premio de risco
esta-belecido para o tipo de projecto em causa.O VAL e a diferenca
entre os valores actualizados
das entradas e sadas de dinheiro (utilizando a taxa
deactualizacao), durante um perodo de vida util do
projecto,correspondendo ao somatorio das receitas menos os custosde
manutencao (fluxos de caixa), custos do investimento eeventualmente
valores residuais do projecto.No calculo do VAL transportam-se
todos os fluxos de caixa
anuais para uma data presente, utilizando para tal, a taxa
deactualizacao.A formula para calcular o VAL esta representada
na
equacao (1):
V AL =na=0
FCa(1 + t)a
I (1)
Onde: FCa - Fluxo de Caixa-ano; n - Vida util do pro-jecto; I -
Investimento total actualizado para o ano 0 e t -Taxa de
actualizacao.Na hora de decidir sobre um determinado projecto
de
investimento, o mais correcto sera aceitar as
seguintescondicoes:
1. Se o VAL for positivo (VAL>0) - O projecto sera
eco-nomicamente viavel, porque permitira recuperar o in-vestimento,
gerar a remuneracao exigida pelo investi-dor, e ainda excedentes
financeiros.
2. Se o VAL for nulo (VAL=0) - E o caso limite em queo
investidor ainda recebe a remuneracao exigida.
3. Se o VAL for negativo (VAL
-
REVISTA DA LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE
COMPUTADORES, VOL. 1, N 1, JULHO 2009 17
electricidade, e uma realidade. Basta verificar que a tarifade
venda de electricidade pode diminuir drasticamente aofim de 5 anos,
unico perodo em que e garantido uma ta-rifa fixa ao microprodutor.
Para alem do mais, tambem naopreve qualquer taxa de
actualizacao.
IV. FERRAMENTAS DE SIMULACAO E DADOSESTATISTICOS
Qualquer estudo de analise de producao de energiaelectrica, ao
nvel da microproducao, tem como base ferra-mentas de software de
simulacoes disponveis no mercado.Seria economicamente inviavel,
fazer medicoes exaustivas,caso a caso, para cada projecto de
microproducao. O objec-tivo principal destas ferramentas e
calcular, com base emdados estatsticos de radiacao solar e
velocidade dos ventos,a producao de energia electrica de qualquer
projecto, sejaele fotovoltaico, eolico, ou a combinacao dos dois.
Servemtambem para fazer outras simulacoes, nao abordadas
nestetrabalho, recorrendo a outro tipo de fontes renovaveis ounao,
contemplando sistemas de pequena, media e grandeescala, ao nvel da
producao descentralizada de electrici-dade. Algumas destas
ferramentas tambem sao usadas paracalculos economicos e financeiros
dos diferentes projectos.
A. HOMERr - Hybrid Optimization Model for ElectricRenewables
O HOMERr e um software de simulacao disponibilizadogratuitamente
pelo NREL - National Renewable Energy La-boratory [10] e foi o
escolhido, de entre outras ferramentasdo genero, pela sua
versatilidade e facilidade na concepcaoe simulacao dos diferentes
tipos de projectos.O software HOMERr foi desenvolvido para
simplificar as
tarefas de analise de projectos de producao descentralizadade
energia electrica, dando especial enfase a` utilizacao deenergia
renovaveis. Tem a capacidade de criar modelos desistemas conectados
a` rede electrica ou isolados, podendoser construdos por qualquer
combinacao dos mesmos: fo-tovoltaicos, eolicos, hdricos, pilhas de
combustvel, gera-dores, etc.Este software serve para simular e
avaliar a producao
electrica, os custos, a rentabilidade e as emissoes de CO2,sendo
no caso concreto deste trabalho, utilizado unicamentepara a
simulacao da producao de electricidade.
B. Dados Estatsticos - Radiacao Solar e Velocidade doVento
Como foi referido, qualquer sistema de simulacao deproducao de
energia electrica, a partir de fontes renovaveis,como sao os
sistemas fotovoltaicos e os eolicos, necessitade dados estatsticos
sobre a radiacao solar e a velocidadedo vento, nos locais onde se
pretende fazer a simulacao.Existem varias fontes de informacao
estatstica, sendo quealguns exemplos sao: JRC- EUROPEAN COMMISSION-
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)[11], para
dados de radiacao solar, Wind Atlases of theWorld [12] e Base de
Dados do Potencial Energetico doVento em Portugal - EOLOS (INETI)
[13], para dados es-tatsticos de velocidade do vento.
Existe uma outra base de dados estatsticos, patrocinadapela
NASA, Atmospheric Science Data Center - SurfaceMeteorology and
Solar Energy [14] que contem tanto da-dos de radiacao solar como da
velocidade do vento. No casodeste estudo, decidiu-se utilizar esta
base de dados pela sualigacao com o HOMER R e tambem pela sua
credibilidade.Os dados estatsticos sao de facil leitura, bastando
para isso,identificar o local com a latitude e a longitude do
mesmo.Convem referir que esta base de dados e actualmente usadanao
so pelo HOMER R, como tambem por outras ferramen-tas de simulacao
tais como a RETScreen [15].
V. CENARIOS DE ESTUDO A CONSIDERAR
Com o objectivo de analisar as potencialidades damicroproducao
para venda de electricidade a` rede,pretende-se fazer uma
comparacao entre varios tipos decenarios, representando, cada um
deles, uma configuracaoespecfica para producao de energia
electrica.Este estudo tera, como base, o Decreto-lei 363/2007, de
2
de Novembro [6], no que diz respeito ao regime remune-ratorio
bonificado.Para efectuar a analise pretendida considerar-se-a
quatro
configuracoes de microproducao que permitam avaliar emtermos
economicos as diferencas entre as mesmas. Para to-das as
configuracoes considera-se a ligacao a` rede electricacom a
consequente venda de electricidade.O local escolhido para as
diferentes configuracoes e a ci-
dade de Fafe e estas consideram uma instalacao numa vi-venda
tipo unifamiliar com uma potencia contratada de 6.9kW. Em todos os
casos de fotovoltaicos, os paineis estaraovirados a sul.Tratando-se
de uma simulacao para um meio ur-
bano considera-se a rugosidade respectiva, incluida
nosparametros do HOMERr.Configuracoes a simular e avaliar:
1. Sistema de microproducao fotovolataico, com umapotencia
instalada de 3.5 kW, composto por 20 paineisBP 7175S de 175 W cada
um, instalados numa estru-tura fixa.
2. Sistema de microproducao fotovolataico, com umapotencia
instalada de 3.5 kW, composto por 20 paineisBP 7175S de 175 W cada
um, instalados numa estru-tura com sistema de seguidor solar de
dois eixos.
3. Sistema de microproducao eolico, com uma potenciainstalada de
1 kW composto por uma microturbinaWishper 200 de 1 kW.
4. Sistema de microproducao hbrido, com uma potenciainstalada de
2.75 kW, composto por 10 paineis BP7175S de 175 W cada um,
instalados numa estruturafixa e uma microturbina Wishper 200 de 1
kW.
Em todos estes cenarios sera considerada a utilizacao
deinversores DC/AC, cuja finalidade, para alem de transfor-mar
corrente continua, proveniente do fotovoltaico ou doeolico, em
corrente alterna, tambem servira para limitar apotencia de ligacao
a` rede. Como foi referido, para se teracesso ao regime
remuneratorio bonificado, a potencia deligacao a` rede, nas
condicoes previstas neste estudo, nuncapodera exceder os 50 % de
6.9 kW, ou seja 3.45 kW. A
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
18 DILMAN ALMEIDA [AE-874]
potencia do inversor, a contar para a ligacao a` rede electricae
caracterizada pela potencia nominal do mesmo, conformedespacho do
Director Geral de Energia e Geologia [7].Convem referir, que
esta-se a trabalhar com estatticas e
por conseguinte, os dados obtidos poderao nao ser 100
%correctos. Foram, tambem, obtidos orcamentos tpicos deinstalacao
dos diversos sistemas. Os mesmos nao sao vin-culativos a nenhuma
empresa em particular; sao meramenteorcamentos estimativos de
instalacoes que servirao para aanalise economica deste
trabalho.
VI. APRESENTACAO E ANALISE DE RESULTADOS DOSCENARIOS DE ESTUDO
CONSIDERADOS
Qualquer projecto de investimento requer a sua avaliacaotecnica
e economica, para se ter alguma certeza da viabili-dade economica
do investimento.Considerando os cenarios apresentados, serao
demonstra-
dos os resultados de producao de electricidade, a partir
dassimulacoes feitas no HOMERr, assim como tambem ana-lisados os
dados relativos a` avaliacao economica de cadaum deles.A realizacao
dos calculos de avaliacao economica sera
feita recorrendo ao EXCELr, onde, para este estudo, foifeita uma
folha de calculo, incluindo todos os dados ne-cessarios para obter
os diferentes indicadores economicos.E considerado, para efeitos de
calculo, um tempo previstode 15 anos, ja que e o tempo total
contratual previsto devenda de electricidade. A taxa de
actualizacao consideradapara o calculo e de 4%, sendo esta a taxa
media que actual-mente e aplicada pelos bancos nos depositos,
acrescida deum premio de risco.No que diz respeito a` avaliacao
economica propriamente
dita, e como o sucesso, ou nao, do investimento esta li-gado
directamente a` tarifa de venda de electricidade; cadacenario
anteriormente descrito, sera avaliado de duas for-mas diferentes,
considerando duas evolucoes tarifarias.Convem referir, que as
evolucoes descritas neste trabalhosao meramente estimativas. Na
realidade so se conhececom exactidao a tarifa de referencia para o
ano em quee feito este estudo, que e de 0,6175 e; para o ano de2010
e seguintes, a tarifa depende, como ja foi referido, dapotencia de
ligacao instalada a nvel nacional durante cadaano.Assim sendo, e
para que possa ser feita uma comparacao,
consideram-se duas evolucoes tarifarias descritas a seguir:
1. Caso mnimo - Considerando uma evolucao de tarifade
referencia, no caso da potencia de ligacao maximaser atingida todos
os anos. A tabela I exemplifica aevolucao da tarifa de venda,
comparando-a com a ta-rifa de referencia e a tarifa de compra; esta
ultima como pressuposto de aumento de 4% ao ano. A figura
4representa graficamente a mesma evolucao.
2. Caso mais real - Considerando uma evolucao de ta-rifa de
referencia, no caso da potencia de ligacao seraumentada 10 MB em
cada ano. A tabela II exempli-fica a evolucao da tarifa de venda,
comparando-a coma tarifa de referencia e a tarifa de compra; esta
ultimacom o pressuposto de aumento de 4% ao ano. A figura5
representa graficamente a mesma evolucao.
Fig. 4EVOLUCAO DA TARIFA DE VENDA / COMPRA (REGIME
BONIFICADO)
CASO MINIMO
Fig. 5EVOLUCAO DA TARIFA DE VENDA / COMPRA (REGIME
BONIFICADO)
CASO MAIS REAL
A. Resultados tecnico-economicos obtidos
Os resultados obtidos, apos as simulacoes feitas noHOMERr, e os
calculos dos indicadores economicos,estao representados na tabela
III para o caso minimo e natabela IV para o caso mais real.
B. Evolucao da recuperacao do investimento (Compara-tivo)
Para se ter uma ideia mais clara da evolucao darecuperacao do
investimento e mostrado nos graficos dasfiguras 6 e 7 o resultado
para cada um dos cenarios. Nao eo valor do PRI nem do PRIB , mas e
um grafico que indicacom maior exactidao o tempo que demora o
investimento aser recuperado em cada caso.
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
REVISTA DA LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE
COMPUTADORES, VOL. 1, N 1, JULHO 2009 19
TABELA IEVOLUCAO TARIFARIA - (CASO MINIMO)
Ano Tarifa referenia Tarifa de venda Tarifa de venda Tarifa de
venda Tarifade venda (e) FV (e) Eolico (e) Hbrido (e) de compra
(e)
Ano 0 - 2009 0,6175 0,6175 0,4323 0,5271 0,1211Ano 1 - 2010
0,5866 0,6175 0,4323 0,5271 0,1259Ano 2 - 2011 0,5573 0,6175 0,4323
0,5271 0,1310Ano 3 - 2012 0,5030 0,6175 0,4323 0,5271 0,1362Ano 4 -
2013 0,4539 0,6175 0,4323 0,5271 0,1417Ano 5 - 2014 0,4097 0,6175
0,4323 0,5271 0,1473Ano 6 - 2015 0,3512 0,3512 0,2458 0,2998
0,1532Ano 7 - 2016 0,2861 0,2861 0,2003 0,2442 0,1594Ano 8 - 2017
0,2217 0,2217 0,1657 0,1893 0,1657Ano 9 - 2018 0,1724 0,1724 0,1724
0,1724 0,1724Ano 10 - 2019 0,1793 0,1793 0,1793 0,1793 0,1793Ano 11
- 2020 0,1864 0,1864 0,1864 0,1864 0,1864Ano 12 - 2021 0,1939
0,1939 0,1939 0,1939 0,1939Ano 13 - 2022 0,2016 0,2016 0,2016
0,2016 0,2016Ano 14 - 2023 0,2097 0,2097 0,2097 0,2097 0,2097Ano 15
- 2024 0,2181 0,2181 0,2181 0,2181 0,2181
TABELA IIEVOLUCAO TARIFARIA - (CASO MAIS REAL)
Ano Tarifa referenia Tarifa de venda Tarifa de venda Tarifa de
venda Tarifade venda (e) FV (e) Eolico (e) Hbrido (e) de compra
(e)
Ano 0 - 2009 0,6175 0,6175 0,4323 0,5271 0,1211Ano 1 - 2010
0,5866 0,6175 0,4323 0,5271 0,1259Ano 2 - 2011 0,5573 0,6175 0,4323
0,5271 0,1310Ano 3 - 2012 0,5294 0,6175 0,4323 0,5271 0,1362Ano 4 -
2013 0,5030 0,6175 0,4323 0,5271 0,1417Ano 5 - 2014 0,4778 0,6175
0,4323 0,5271 0,1473Ano 6 - 2015 0,4539 0,5439 0,3177 0,3875
0,1532Ano 7 - 2016 0,4312 0,4312 0,3019 0,3681 0,1594Ano 8 - 2017
0,4097 0,4097 0,2868 0,3497 0,1657Ano 9 - 2018 0,3892 0,3892 0,2724
0,3322 0,1724Ano 10 - 2019 0,3697 0,3697 0,2588 0,3156 0,1793Ano 11
- 2020 0,3512 0,3512 0,2459 0,2998 0,1864Ano 12 - 2021 0,3337
0,3337 0,2336 0,2848 0,1939Ano 13 - 2022 0,3170 0,3170 0,2219
0,2706 0,2016Ano 14 - 2023 0,3011 0,3011 0,2108 0,2571 0,2097Ano 15
- 2024 0,2861 0,2861 0,2181 0,2442 0,2181
TABELA IIIRESULTADOS TECNICO-ECONOMICOS - (CASO MINIMO)
Sistema Custo c/IVA (e) Energia Vendida (kWh/ano) VAL TIR PRIBFV
Fixo 3.5 kW 21207,00 5351 3564,88 7,03 6,47FV Seg. Solar 3.5 kW
27623,00 7103 5714,96 7,76 6,25Eolico 1 kW 7536,00 1126 -3851,85
-5,98 16,32Hbrido 2.75 kW 17492,00 3801 -2132,01 1,78 8,84
VII. CONCLUSOES
Procurou-se mostrar neste trabalho, a importancia dosprincipais
indicadores economicos, na avaliacao de projec-tos de investimento,
na area da microgeracao de electrici-dade.
Foram simulados varios cenarios, de forma a dar umavisao das
diferentes possibilidades tecnicas e da influenciaque a tarifa de
venda de electricidade e a taxa deactualizacao tem na avaliacao
economica de qualquer umdos casos idealizados.
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
20 DILMAN ALMEIDA [AE-874]
TABELA IVRESULTADOS TECNICO-ECONOMICOS - (CASO MAIS REAL)
Sistema Custo c/IVA (e) Energia Vendida (kWh/ano) VAL TIR PRIBFV
Fixo 3.5 kW 21207,00 5351 8524,73 10,02 6,47FV Seg. Solar 3.5 kW
27623,00 7103 12292,74 10,71 6,25Eolico 1 kW 7536,00 1126 -3394,20
-4,24 16,32Hbrido 2.75 kW 17492,00 3801 422,16 4,38 8,84
Fig. 6EVOLUCAO DA RECUPERACAO DO INVESTIMENTO - CASO MINIMO
(COMPARATIVO)
Fig. 7EVOLUCAO DA RECUPERACAO DO INVESTIMENTO - CASO MAIS
REAL (COMPARATIVO)
Com base nos cenarios estudados, apresentam-se, a seguir,as
conclusoes do trabalho realizado, dividindo-as em quatroseccoes:
tecnica, economica, incentivos a` microgeracao etrabalhos
futuros.
1. Tecnica:Em relacao a` tecnologia utilizada, pode-se
concluirque os sistemas fotovoltaicos revelam-se mais
interes-santes do que os sistemas eolicos. Apesar da
potenciainstalada nos cenarios que incluem microturbinas
serinferior aos cenarios fotovoltaicos, o que implica porsi so uma
producao de electricidade menor; ha que terem conta a interferencia
da rugosidade no meio urbanoonde o projecto se insere. Esta
influencia directamentea velocidade do vento, pondo em causa o
rendimento
do sistema eolico.De facto, no meio urbano e mais previsvel o
sistemafotovoltaico do que o sistema eolico. A radiacao solaresta
bem presente, desde que haja uma boa orientacaodo sistema, enquanto
o vento, no mesmo local, po-dera ser influenciado por diferentes
factores. Mesmodepois da instalacao, podem haver alteracoes
urba-nas que ponham em risco a produtividade do sistemaeolico,
nomeadamente, com a construcao de novosedifcios.Concretamente,
sobre os sistemas fotovoltaicos existeum dado importante a realcar,
mas que nao e surpresanenhuma: os sistemas com seguidor solar tem
umaproducao de electricidade maior do que os que nao uti-lizam
nenhum mecanismo seguidor.
2. Economica:Em primeiro lugar, pode-se concluir que qualquer
pro-jecto de investimento sem uma correcta avaliacao,corre serios
riscos de nao ser bem sucedido economi-camente.Relativamente aos
indicadores economicos propria-mente ditos, os sistemas
fotovoltaicos, ate pelas con-clusoes tecnicas anteriores, sao
tambem os sistemasque melhor resultado economico e mais garantias
doinvestimento oferecem.A evolucao da tarifa de venda e a escolha
adequadada taxa de actualizacao tem uma influencia determi-nante
nos resultados economicos obtidos, ficando bempatente nos
diferentes cenarios apresentados.Concretamente sobre o Perodo do
Retorno do Inves-timento (PRI), ficou evidenciado que para este
tipo deinvestimentos, em que o fluxo de caixa anual obtidodiminui a
partir do sexto ano, progressivamente, nao eum indicador correcto.
No calculo do PRI e utilizadaa media anual do fluxo de caixa
actualizado tendo emconta o total dos anos para a analise do
projecto. Nocaso do presente trabalho, teve-se em conta 15 anos,mas
se fosse utilizado um perodo maior, o PRI teriaainda um valor mais
elevado.A maior parte das empresas comercializadoras de sis-temas
de microgeracao utilizam o PRIB , que apesar deser um calculo algo
grosseiro, como foi referido, acabapor dar um resultado mais perto
da realidade.Utilizando os graficos da evolucao da recuperacaodo
investimento consegue-se saber com exactidao otempo de retorno do
investimento.Finalmente, verifica-se que, o sistema fotovoltaicocom
seguidor solar, apesar de ter um investimentomaior, consegue ter
resultados economicos mais inte-ressantes do que o fotovoltaico
fixo, isto devido ao au-
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
REVISTA DA LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE
COMPUTADORES, VOL. 1, N 1, JULHO 2009 21
mento de produtividade, em consequencia do uso doseguidor
solar.
3. Incentivo a` Microgeracao:O Decreto-Lei n.o 363/2007, de 2 de
Novembro,revela-se uma iniciativa fundamental para o incentivoa`
microgeracao de energia electrica, devido ao regimede tarifa de
venda, que actualmente e muito superior a`de compra.
Consequentemente, compensa mais, ven-der a electricidade produzida,
do que consumi-la.Existe, no entanto, um pormenor importante: os
inves-timentos nesta area da microgeracao sao interessantesno
momento actual; daqui a alguns anos, com espe-rada reducao da
tarifa de venda, poderao deixar de sereconomicamente viaveis.O que
se pretende com esta iniciativa governamental, ecumprir com as
metas previstas pelas directivas euro-peias, recorrendo ao
investimento privado dos micro-produtores interessados.
4. Trabalho futuro:Como trabalho futuro seria interessante
desenvolverum software aplicacional, com ambiente grafico, parao
calculo dos indicadores economicos.Como dados gerais de entrada
para calculo introduz-se:
(a) Producao de electricidade (kWh/ano)(b) Valor do investimento
(e)(c) Taxa de actualizacao (%)(d) Tarifa de referencia - Venda(e)
Potencia instalada(f) Tipo de tecnologia usada(g) Ano da
instalacao
O programa calcula e mostra os indicadoreseconomicos:
(a) VAL(b) TIR(c) PRI(d) PRIB
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Energy Outlook
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c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
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N 1, JULHO 2009 23
Producao descentralizada de electricidade - Um caso de
estudoP0904
Rui Teixeira Magalhaes - [email protected]
Abstract This article presents in summary form the mainoptions
for decentralized electricity production, more specifi-cally from a
small-scale water use. The main purpose of thisdocument is made a
part of the main issues that the imple-mentation of a hydroelectric
exploitation. After a preliminarystudy of economic and technical
issues related, was offered acase study aiming at analyzing and
assessing the feasibility ofestablishing a central mini-hydropower
in a given tributary,with the aim to sell electricity to the
network, for this, was nec-essary to estimate the energy it is
possible to produce to carryout further economic analysis of
investment . For a better un-derstanding of pay and legislation
concerning the productionof electricity from renewable sources is a
brief approach toDec. Lei No 225/2007.
Resumo Este artigo apresenta de uma forma resumida asprincipais
opcoes de producao descentralizada de electrici-dade, mais
concretamente de um aproveitamento hdrico depequena dimensao. O
principal objectivo deste documentoe efectuar uma abordagem dos
principais aspectos que inte-gram a implementacao de um
aproveitamento hidroelectrico.Apos um estudo previo de questoes
tecnicas e economicas re-lacionadas, foi proposto um caso de estudo
cujo objectivo se-ria analisar e avaliar a viabilidade da
implementacao de umacentral mini-hdrica num determinado afluente,
com o objec-tivo de vender energia electrica a rede, para isto, foi
necessariofazer uma estimativa da energia produzvel para
posterior-mente proceder a analise economica do investimento.
Parauma maior compreensao da remuneracao e legislacao refe-rente a
producao de energia electrica a partir de fontes re-novaveis e
feita uma breve abordagem ao Dec. Lei no225/2007.
Keywords Production, Electricity, Renewable
Palavras chave Producao, Electricidade, Renovaveis
I. PRODUCAO DESCENTRALIZADA DE ELECTRICIDADE
Cada vez mais a uniao europeia esta a ficar dependentedos seus
fornecedores de energia, e estima-se um cresci-mento que ira dos
actuais 50% para 70% nos proximos 2030 anos. Abrangendo um vasto
leque de tecnologias, in-cluindo muitas renovaveis, produzir-se-ao
pequenos valo-res de potencia em locais perto de centros de
consumo. Aproducao local minimiza perdas de transporte, bem comoos
custos associados de transmissao e distribuicao, onde oscustos
referidos representam uma grande parte do custo to-tal de
electricidade. Com o aumento da procura de energiaelectrica e de
melhor qualidade, a producao descentralizadapodera proporcionar
varias alternativas fiaveis e economi-camente viaveis para
residencias e empresas. Pode pro-
porcionar tambem aos clientes continuidade e fiabilidadedo
fornecimento, quando ocorre a falta de electricidade emcasa ou na
vizinhanca, devido a` possibilidade de restabele-cimento em um
curto espaco de tempo. [14]
A. Situacao energetica nacional
Em comparacao com a uniao europeia, a situacaoenergetica em
Portugal, e ainda mais preocupante, dadoque por volta dos ultimos
10 anos o pas aumentou o con-sumo de energia em 35%, a` taxa de
55.3% ao ano e temsido um dos pases mais dependentes de energia da
uniaoeuropeia, importando cerca de 90% das respectivas
ne-cessidades energeticas e duplicou o consumo de electrici-dade,
a` taxa de 6,3% ao ano [1]. Devido a importanciada promocao da
electricidade a partir de fontes de energiarenovavel, o Parlamento
Europeu e o Conselho da UniaoEuropeia aceitaram a directiva
2001/77/CE que estabeleceo aumento para 12% da quota do consumo
interno bruto deenergia com origem em fontes renovaveis, no
conjunto dospases da Comunidade Europeia, bem como o aumento
para22,1% da quota de electricidade produzida a partir de fontesde
energia renovaveis, ate 2010. Relativamente a Portugal,a meta e de
39% da energia consumida, sendo posterior-mente estabelecido que em
2010 esta meta de 39% definidana directiva sera superada para
45%.
Fig. 1METAS A ATINGIR EM 2010 [5]
B. Dec-Lei no255/2007
Em 2007 a remunerarao da producao em regime especialsofre uma
nova alteracao com o Decreto-Lei n.o 225/2007[6] (alteracao ao
Anexo II do Decreto-Lei n.o 189/88, de 27de Maio) e respectiva
rectificacao Rectificada no71/2007[8]. A Resolucao do Conselho de
Ministros 169/2005, de24 de Outubro vem estabelecer varias medidas
para a ener-gia na area das energias renovaveis, a avaliacao dos
criterios
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
24 RUI MAGALHAES [23168]
de remuneracao da electricidade produzida tendo em contaas
especificidades tecnologicas e criterios ambientais, avalorizacao
da biomassa florestal e a agilizacao dos meca-nismos de
licenciamento. Por outro lado o Programa Naci-onal para as
Alteracoes Climaticas (PNAC 2006), reforca aaposta na promocao da
producao de electricidade a partir defontes de energia renovavel
devido ao facto de contribuempara a reducao de emissoes de gases
com efeito de estufa(GEE) associados ao sistema
electroprodutor.
C. Receitas
Para calcular a receita bruta proveniente da venda de ener-gia
electrica e necessario calcular o preco que a REN pagaaos
produtores renovaveis por cada kWh injectado por elesna rede. A
forma de estabelecimento dessa remuneracaoe fixada pelo Governo
(Dec. Lei no225/2007). Esta tarifae baseada num somatorio de
parcelas que contemplam oscustos evitados pelo Sistema Electrico de
AbastecimentoPublico (SEP) com a entrada em funcionamento dos
PRE-R(Producao em Regime Especial de Renovaveis) e
benefciosambientais proporcionados pelo uso de energias limpas.
Remuneracao de energia com origem em fontes re-novaveis: O
Dec-Lei no 225/2007 estabelece aformula de calculo da remuneracao
mensal da energiaentregue a` rede publica pelos PRE-R.
V RDm = [KMHOm (PF (V RD))m (1)
+PA(V RD)m Z] IPC(m-1)IPCref 11LEV
Onde:
1. VRDm -Remuneracao mensal aplicavel a centrais nomes m.
2. KMHOm -Coeficiente facultativo que modula os va-lores de VDRm
em funcao do posto horario em que aenergia tenha sido
fornecida.
3. PF(VRD)m -Parcela fixa de remuneracao aplicavel acentrais
renovaveis no mes m.
4. PV(VRD)m -Parcela ambiental de remuneracaoaplicavel a
centrais renovaveis no mes m.
5. Z -Coeficiente adimensional que traduz as carac-tersticas
especificas do recurso, e da tecnologia uti-lizada na
instalacao.
6. IPCm-1 - Indice de precos no consumidor semhabitacao no
continente referente ao mes m-1.
7. IPCREF - Indice de precos no consumidor semhabitacao no
continente referente ao mes anterior aoinicio do fornecimento de
electricidade a` rede pelacentral renovavel.
8. LEV -Representa as perdas nas redes de transporte
edistribuicao evitadas pela central de energia renovavel.
O calculo das diferentes parcelas que constituem a equacao(1)
pode ser feito recorrendo ao Dec. Lei no225/2007, ondeesta toda a
informacao devidamente explicada para os dife-rentes
aproveitamentos energeticos.
D. Mini-hdricas
A designacao central mini-hdrica e utilizada para clas-sificar
os aproveitamentos hidroelectricos de potencia infe-rior a 10 MW.
Este limite geralmente e usado para poder di-ferenciar as pequenas
e grandes centrais hidroelectricas. Aspequenas centrais, devido ao
seu diminuto impacto ambien-tal, sao consideradas centrais
renovaveis,por outro lado,asgrandes centrais hidroelectricas,
embora usem um recursorenovavel, produzem efeitos de grande impacto
no ambi-ente, pelo que a sua classificacao como centrais
renovaveisnao e muito aceite.Os aproveitamentos hidroelectricos
representam a maiorparte das producao de electricidade a partir de
fontes re-novaveis, (cerca de 84%), e de 13% da producao total
deelectricidade na Uniao Europeia.Os regimes de funcionamento
associados as Centrais Mini-Hdricas sao essencialmente fio de agua,
com capacidadede regularizacao reduzida, usando o fluxo natural do
rio.As centrais Mini-Hdricas podem ser classificadas segundoa
potencia instalada ou relativamente a altura de queda.Para as
Centrais Mini-Hdricas utiliza-se a seguinteclassificacao
recomendada pela UNIPEDE:
TABELA IDESIGNACAO DAS CENTRAIS RELATIVAMENTE A POTENCIA
Designacao P(MW)Micro central hidro electrica
-
REVISTA DE ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE COMPUTADORES, VOL. 1,
N 1, JULHO 2009 25
Fig. 2REPRESENTACAO DE UMA CENTRAL MINI-HIDRICA E OS SEUS
COMPONENTES.
Fig. 3CENTRAL CON CANAL DE ADUCAO E CONDUTA
FORCADA(ESQUERDA), CENTRAL SO COM CONDUTA
FORCADA(DIREITA).[4]
Fig. 4CENTRAL ENCASTRADA NA BARRAGEM (ESQUERDA), CENTRAL SO
COM CANAL DE ADUCAO E CAMARA DE CARGA (DIREITA)[4].
E. Impactos vs. solucoes ambientais
1. Impactos ambientais:As alteracoes climaticas devido as
excessivas emissoesde CO2 sao o principal desafio ambiental
enfren-tado pela comunidade internacional, e as recentescatastrofes
naturais assim como o aumento dos precosda energia tem ajudado a
colocar uma maior atencao aeste assunto em todo o planeta.As
energias renovaveis poderao ajudar a resolucao dosproblemas das
alteracoes climaticas. Um GWh deelectricidade produzida por uma
central mini-hdrica,significa uma reducao de emissoes de 480
toneladas
de dioxido carbono para a atmosfera [3].Como fonte de energia
renovavel, as pequenas cen-trais mini-hdricas podem contribuir para
a mitigacaodas alteracoes climaticas, de diversas maneiras: E uma
fonte de energia inesgotavel:
Ao contrario dos combustveis fosseis em que aoferta e limitada.
Sendo a energia hidroelectrica aprincipal fonte de energia
renovavel da Europa e domundo.
Nao produz emissoes de gases contributivos para oefeito de
estufa.A energia hidroelectrica nao implica qualquer com-bustao, e
portanto, nao liberta qualquer oxido paraa atmosfera, em
particular, o dioxido de carbono -principal gas responsavel pelo
aquecimento global.
Na Tabela III (ver proxima pagina) e possvel visuali-zar, as
emissoes a partir de uma pequena central hi-droelectrica de 1000 KW
funcionando 4500 horas /ano, com as de outros tipos de centrais de
producaoenergia electrica.Infelizmente, como em qualquer
tecnologia, existe apossibilidade de alguns impactos negativos
locais. Aidentificacao destes impactos e o desenvolvimento
demedidas necessarias para a atenuacao dos mesmos saoum ponto
extremamente importante na abordagem aum projecto deste tipo.
2. Solucoes ambientais:Estas solucoes servem para permitir
prever o possvelimpacto, se o houver, sobre a flora e a fauna
locais epara definir as medidas que podem ser tomadas paraatenuar
esse impacto, tais como: Caudal ecologico:
Todos os aproveitamentos hidroelectricos de pe-quena escala, que
originam um desvio no curso daagua, sao obrigados a assegurar um
caudal mnimo,dependendo do caudal original do rio a jusante
dainstalacao para garantia de projeccao do ecossis-tema
existente.
Canais de migracao para os peixes:Para a proteccao de zonas de
pescas, sendo um focode grande interesse ambiental. O desenho de um
ca-nal de migracao de peixes e um exerccio muito es-pecfico,
exigindo a consideracao de um vasto con-junto de parametros e
restricoes.
Rudo e vibracoes:Para as novas instalacoes, se for integrada
estapreocupacao no projecto de todo o sistema, in-cluindo a central
hidroelectrica e acessorios, podemobter-se excelentes nveis de
reducao do rudo.
c UTAD - ECT - Departamento de Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
26 RUI MAGALHAES [23168]
Petroleo Carvao Gas natural HdricaDioxido de carbono (ton) 3000
3750 2250 0Oxido de azoto (ton) 3.7 0.6 2.2 0Dioxido de enxofre
(ton) 4.5 4.5 0.02 0
TABELA IIIEMISSOES DE UMA CENTRAL MINI-HIDRICA.[10]
F. Opcoes tecnologicas
Os equipamentos de uma central mini-hdrica que mais di-zem
respeito a Engenharia Electrotecnica sao o gerador eas turbinas, as
turbinas podem ser divididas em turbinas deimpulso (ou de accao) ou
de reaccao, dependendo do seuprincpio de operacao, no que diz
respeito a geradores asprincipais opcoes tecnologias sao as
conhecidas maquinassncronas ou assncronas.
Turbinas:Os tres principais tipos de turbinas de impulso
sao:Pelton, Turgo e Banki-Mitchell (ou de fluxo cruzado),sendo os
principais tipos de turbinas de reaccao as tur-binas Helice e a sua
variante designada por Kaplan,assim como tambem as turbinas
Francis.
Fig. 5GRUPO GERADOR ASSOCIADO A UMA TURBINA
FRANCIS(ESQUERDA)
E UMA TURBINA FRANCIS DE GRANDE DIMENSAO (DIREITA).[10]
Geradores:O gerador sncrono e escolhido normalmente quandoas
condicoes de exploracao obrigam a que o geradorseja a nvel
tecnologico mais versatil, autonomo e comuma maior capacidade de
producao de energia.O gerador assncrono e normalmente a principal
esco-lha em diversas situacoes devido as suas caractersticasde
fiabilidade, robustez e economia.
G. Avaliacao da producao energetica
A implementacao de uma central mini-hdrica para aproducao de
energia electrica requer, por parte dos investi-gadores a
realizacao de uma minuciosa e detalhada analiseeconomica, onde o
principal objectivo sera aumentar os be-nefcios ao maximo e
consequentemente diminuir os custosdo empreendimento, outro
objectivo relevante e a necessi-dade de garantir a satisfacao dos
consumos impostos pelarede.
Modelo simplificadoPara analises previas simplificadas, tendo em
vista aestimacao da potencia e do numero de grupos a insta-lar na
fase de anteprojecto, e usual recorrer a criteriosmais simples, e,
em geral, sao estas metodologias, usa-das nas fases iniciais do
projecto, que se abordam nasequencia.
1. Potencia nominal:Para instalacoes de mini-hidricas ligadas a`
redeelectrica, a primeira abordagem sera a instalacaode um unico
grupo turbina/gerador. Recorrendo acurva de duracao de caudais,
onde estao reflectidosos caudais medios referentes a varios anos de
estu-dos, a turbina e dimensionada para um caudal no-minal
turbinado igual ao que e excedido em cercade 15% (55 dias) a 40%
(146 dias) dos dias em anomedio.Uma vez definido o caudal nominal a
ser usado,e tendo conhecimento previo da altura de queda edo
rendimento, entao a potencia electrica nominal ainstalar, Pn (W), e
estimada pela equacao 2.
Pn = Qn Hb c (2)
Na equacao 2, = 9.810 N/m3 e o peso volumicoda agua, Qn (m3/s) e
o caudal nominal, Hb (m) ea altura de queda bruta - desnvel entre
montante ejusante - e c e o rendimento global de todo o
apro-veitamento hidroelectrico.Uma expressao pratica, de calculo
muito simplifi-cado, a usar para estimar a potencia nominal (emkW)
instalada numa central mini-hdrica e:
Pn = 7Qn Hb (3)
A gama de potencias nominais dos equipamentosexistente no
mercado e reduzida, pelo que a opcaose fara pelo grupo
turbina/gerador, de entre os queo mercado oferece, cuja potencia
nominal mais seaproxima do valor calculado.
2. Estimativa da energia produzidaO rendimento da turbina
depende do caudal, peloque nas turbinas e fixada uma faixa
admissvel deoperacao em torno ao caudal nominal, sem
variacaoapreciavel do rendimento. Fora desta faixa, a tur-bina e
desligada, por insuficiencia de rendimento,por este motivo a
turbina e escolhida para um deter-minado caudal nominal, que apenas
se verificara emcerca de 20% a 30% dos dias, em ano medio, logoa
turbina deve ser rigorosamente escolhida para ummaior
aproveitamento da energia.
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
-
REVISTA DE ENGENHARIA ELECTROTECNICA E DE COMPUTADORES, VOL. 1,
N 1, JULHO 2009 27
Considerando que o rendimento global e a altura dequeda sao
constantes, a energia produzvel e pro-porcional a` area de
exploracao marcada na curva deduracao de caudais, podendo ser
estimada atravesde:
Ea = 7Hb [(t1 t0)2Qn+ t2t1
Q(t)dt] (4)
3. Dois grupos Turbina/Gerador:O caudal nominal e a potencia
nominal podem sersatisfeitos recorrendo a mais do que um grupo
tur-bina/gerador. Cada grupo a mais permitira apro-veitar mais
caudal afluente e aumentar a area deexploracao da central na curva
de duracao de cau-dais, como sera visto no caso de estudo mais
afrente.O caso mais simples consiste em ter dois gruposiguais, com
reparticao de caudais entre turbinas se-gundo uma regra pre-fixada.
O caudal maximo tur-binavel, QMT, e:
QMT =2i=1
2Qni (5)
Em que Qn e o caudal nominal de cada turbina.Nestas condicoes, a
area de exploracao e acrescidade uma area adicional e mais energia
pode ser pro-duzida. A energia electrica adicional produzvel emano
medio e:
Ea2 = 7Hb t3t2
Q(t)dt (6)
H. Analise economica de investimentos
Na tematica de seleccao de projectos de investimentoabordam-se
modelos de analise de viabilidade economica,de modo a que um agente
de decisao possa ter em conta sedeve ou nao investir em determinado
projecto ou se no casode existir mais do que uma opcao, saber qual
sera a melhoropcao e tomar a decisao mais vantajosa.Como modelos de
analise realcam-se o valor actual lquido(VAL), taxa interna de
rentabilidade (TIR), Payback(Perodo de recuperacao do
investimento).
VAL:De uma forma muito sucinta, este modelo transportatodos os
cash-flows anuais para uma data presente.Para o calculo do VAL
entram todos os investimentos,todas as rendas componentes de
exploracao (seja pa-gas ou recebidas) e ainda, se for o caso, a
componentede desinvestimento (os valores residuais).O VAL pode ser
calculado mediante a seguinte funcao:
V AL =nj=1
Rlj(1 + i)j
It (7)
Onde:Rlj -Receita lquida do ano j.n -Vida util do projecto.It
-Investimento total actualizado para o ano 0.
i -Taxa de actualizacao.Rlj = Rj-Cej com Rlj sendo a receita
bruta no ano je Cej representa os custos de exploracao no ano j.No
caso de se pretender interferir o valor residual dainstalacao no
final da sua vida util, a expressao do VALsera:
V AL =nj=1
Rlj(1 + i)j
It + VR(1 + i)n (8)
Se o valor for positivo (VAL> 0), o projecto
seraeconomicamente viavel, porque permite cobrir o in-vestimento. O
caso em que VAL e nulo (VAL= 0),e o caso limite de investimento
neutro, e um inves-timento em que o investidor ainda podera receber
aremuneracao exigida, por ultimo, quando VAL e nega-tivo (VAL k
AceitarTIR < k RegeitarTIR = k Indiferenca
TABELA IVREGRAS DE DECISAO DE ACORDO COM O TIR.
Perodo de recuperacao do investimento:Neste modelo o que se
procura calcular e quantos anosdemora o projecto a pagar-se e a
comecar a dar lucropara alem da remuneracao do custo de
oportunidade.Isto acontece quando:
Pj=1
Rlj(1 + i)j
It (10)
Onde, P e o perodo de recuperacao do capital inves-tido.
O calculo dos indicadores atras referidos pode ser efectu-ado de
uma forma simplificada, forma que foi usada paraa realizacao da
analise economica do caso de estudo pro-posto:
V AL = RLka It (11)c UTAD - ECT - Departamento de
Engenharias
Projecto em Engenharia Electrotecnica e de Computadores 2009
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28 RUI MAGALHAES [23168]
RL
(1
TIR 1TIR(1 + TIR)n
) It = 0 (12)
P =ln
(1
( 1i ItRL )i
)ln(1 + i)
(13)
Onde RL e a receita considerada constante durante otempo de vida
util do projecto, It e o investimento totalactualizado ao ano 0 e
Ka e o factor de anuidade que tra-duz a soma da serie que define a
actualizacao, podendo sercalculado pela formula seguinte:
ka =nj=1
1(1 + i)j
=1i 1i(i+ 1)n
(14)
II. CASO DE ESTUDO
Neste captulo sera feito o estudo da viabilidade de um pro-jecto
de investimento referente a instalacao de uma centralmini-hdrica
para producao de energia electrica, para istoforam usados os
modelos de analise (VAL,PAYBACK ouretorno do capital investido,
TIR) anteriormente referidos.A mini-hdrica sera construda num local
onde a altura brutade queda hb=50 m, o caudal de cheiaQc =3Qn, e a
curva deduracao de caudais (Figura 6) pode ser aproximada pela
ex-pressao analtica seguinte, considerando t (dias) e Q (m3/s).
Q(t) = 5.48 ln(t) + 29.917 (15)
Fig. 6CURVA DE DURACAO DE CAUDAIS.
A. Calculo de energia produzvel
1. Para um unico grupo turbina/gerador:Em primeiro lugar e
necessario saber a potencia nominal dogrupo turbina/gerador a
instalar, para isto tem de ser calcu-lado o caudal nominal Qn do
rio onde se pretende instalara central mini-hdrica.Neste caso,
devido ao caudal medio anual ser um valormuito pequeno foi
considerado que o caudal nominal Qne igual ao caudal excedido em
20% do caudal de todo o
ano, logo temos:20% de 365 dias = 73 diasQ(t)= -5.48
ln(t)+29.917 Qn=6.4 m3/sObtido o Qn, e dada a altura bruta de queda
hb = 50 m,pode ser determinada a potencia nominal do grupo
tur-bina/gerador a instalar, atraves da Equacao (3):P = 76.450 =
2240KWPor consulta do catalogo das turbinas disponveis no mer-cado
constata-se que nao existe uma turbina para a
potenciacalculada,