Universidade Federal do ParanDepartamento de Engenharia Eltrica

ERICK WAGHETTI SANTOS RICARDO SEIJI MATSUMOTO

DIBB Dimensionador de banco de baterias

Curitiba 2010

ERICK WAGHETTI SANTOS RICARDO SEIJI MATSUMOTO

DIBB Dimensionador de banco de baterias

Projeto de Graduao apresentado Disciplina de Projeto de Graduao como requisito parcial concluso do Curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Paran. Orientador: Vilson R. G. R. da Silva

Curitiba 2010

RESUMO Baterias so elementos acumuladores de energia com papel fundamental nos sistemas eltricos, atuando como fonte de energia reserva durante falhas na fonte principal. Baterias do tipo VRLA so largamente utilizadas devido as suas caractersticas de versatilidade, confiabilidade e custo/benefcio. Devido falta de literatura tcnica sobre tema, este trabalho tem por objetivo apresentar o DIBB, um mtodo de dimensionamento de bancos de baterias VRLA, assim como o software criado para execut-lo. O pblico alvo deste projeto so os profissionais e estudantes em busca de um mtodo detalhado para realizar dimensionamento de bancos de baterias. Palavras-chave: Bateria VRLA, dimensionamento, software

ABSTRACT Batteries are energy accumulator elements playing a crucial role in electrical systems, acting as an energy reserve during failures in the main source. Type VRLA batteries are widely used due to its characteristics of versatility, reliability and cost / benefit. Due to lack of technical literature on the subject, this paper aims to present the DIBB, a method of sizing of VRLA battery banks, as well as software designed to run it. The audiences for this project are professionals and students in search of a method to perform detailed design of

battery banks. Keywords: VRLA battery, design, software

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Viso geral de um sistema atendido por banco de baterias............................................... 2 Figura 2: Pilha Voltica.................................................................................................................... 3 Figura 3: Estrutura de uma clula de bateria .................................................................................... 4 Figura 4: Ligao de baterias em srie ............................................................................................. 7 Figura 5: Ligao de baterias em paralelo........................................................................................ 8 Figura 6: Ligao de baterias srie-paralelo..................................................................................... 8 Figura 7: Representao das reaes qumicas de carga e descarga nas baterias chumbo cidas.. 10 Figura 8: Representao da eletrlise da gua na carga de uma bateria chumbo cida ................. 10 Figura 9: Comportamento do oxignio e do hidrognio em uma bateria chumbo cida................ 11 Figura 10: Recombinao do oxignio e do hidrognio em uma bateria de gel ............................ 12 Figura 11: Recombinao de oxignio e hidrognio em uma bateria AGM .................................. 13 Figura 12: Exemplo de uma curva de descarga.............................................................................. 16 Figura 13 : Arquitetura da soluo apresentada, conforme documento N240-500-700 do Sistema de Documentao TELEBRS [1] ................................................................................................ 24 Figura 14: Interface de entrada de dados do DIBB ........................................................................ 34

LISTA DE TABELAS

Tabela1:Curvadecapacidadedeumabateriagenrica ..........................................................6 Tabela2:Meiareaodedescargadeumabateriachumbocida...........................................9 Tabela3:VariveisdeentradadoDIBBparaoexemploproposto .........................................26 Tabela4:ResultadosdoDIBBparaoexemploproposto .........................................................29 Tabela5:VariveisdeentradadoDIBBparaoexemploproposto,agorautilizandoo elementodebateriamodelo3OPzV150 ................................................................................30 Tabela6:ResultadosdoDIBBparaoexemploproposto,agorausandooelementodebateria modelo3OPzV150 ..................................................................................................................31 Tabela7:VariveisdeentradadoDIBBparaoexemploproposto,agorautilizandoo elementodebateriamodelo20OPzV2500 ............................................................................31 Tabela8:ResultadosdoDIBBparaoexemploproposto,agorausandooelementodebateria modelo20OPzV2500 ..............................................................................................................32

SUMRIO

1

INTRODUO .................................................................................................................1 1.1 1.2 ESTADO DE ARTE ..........................................................................................................1 OBJETIVOS ....................................................................................................................2

1.1.1 Dimensionador de Baterias pelo Engenheiro Walter Sidnei Soares .......................2

2

BATERIAS ........................................................................................................................3 2.1 2.2 2.3 BATERIAS .....................................................................................................................3 BATERIAS CHUMBO-CIDAS .........................................................................................9 BATERIAS CHUMBO-CIDAS REGULADAS POR VLVULA (BATERIAS VRLA)............11

3

METODOLOGIA ...........................................................................................................14 3.1 3.2 3.3 3.4 PREMISSAS ..................................................................................................................14 FLUXO DE PROCESSO ..................................................................................................15 VARIVEIS DE ENTRADA ............................................................................................16 ALGORITMO DE CLCULO...........................................................................................18

4 5

APLICAO DO DIBB EXEMPLO.........................................................................22 RESULTADOS DO DIBB..............................................................................................32

6 7

CONCLUSES ...............................................................................................................34 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..........................................................................36

APNDICE A FLUXOGRAMA DE CLCULO DO DIBB ..........................................38 ANEXO A TABELA DE INFORMAES SOBRE AS BATERIAS DO FABRICANTE SATURNIA [9] ...........................................................................................40 ANEXO B LISTA DE PESOS DE CRITICIDADE RETIRADOS DO MANUAL TELEBRS [1] .......................................................................................................................41 ANEXO C CURVA DE AUTONOMIA RETIRADO DO MANUAL TELEBRS [1]43

1

1 INTRODUOAs baterias eltricas tm sido utilizadas ao longo dos anos em diversas aplicaes, porm uma de suas aplicaes principais est voltada a elementos acumuladores em sistemas de alimentao ininterruptos. Na atualidade, existe uma grande dependncia pela energia eltrica. A falta do suprimento de energia pode gerar diversos problemas, em sua maioria ligada ao prejuzo material ou perda de informaes. por esta razo que muitas empresas voltam sua ateno a sistemas que possam suprir energia eltrica em situaes de emergncia. Nos sistemas de suprimento de emergncia existem dois tipos de fontes de energia: os geradores e as baterias. Para suprir a energia eltrica, os geradores precisam de combustvel e assim transformaro energia mecnica em energia eltrica, j as baterias transformaro energia qumica armazenada, em energia eltrica. As baterias so adequadas em situaes emergncias, pois podem ser colocadas em funcionamento quase que imediatamente, diferente das maquinas geradoras. Na prtica, as baterias so empregas apenas at que um gerador a combustvel possa entrar em operao, devido grande diferena de custo financeiro entre os dois sistemas.

1.1

Estado de ArteCitaremos aqui um processo j existente na literatura para dimensionamento de

bancos de baterias.

2

1.1.1 Dimensionador de Baterias pelo Engenheiro Walter Sidnei SoaresCriado pelo engenheiro Walter Sidnei Soares, esse processo [14] demonstra uma tcnica utilizada para o dimensionamento de banco da baterias. O processo focado no dimensionamento atravs da capacidade em watt dos elementos.

ObjetivosNeste trabalho, a funo especifica da bateria atuar como fonte auxiliar que assegura ininterruptibilidade no fornecimento de energia, um esquema deste sistema pode ser observado na Figura 1.

Corrente alternada

Unidade retificadora

Carga CC

Acumulador de energia

Figura1:Visogeraldeumsistemaatendidoporbancodebaterias

A corrente alternada fornecida pela concessionria convertida em corrente contnua depois de passar por uma ou mais unidades retificadoras. Esta corrente continua utilizada para alimentar uma carga, alm de manter carregada uma associao de baterias. Quando o fornecimento de energia CA interrompido, a energia acumulada nas baterias utilizada para suprir o consumo da carga [1]. O foco deste projeto apresentar o mtodo criado para determinar arranjos de baterias, de modo que estes consigam suprir condies pr-definidas de carga e autonomia. Esta metodologia de dimensionamento foi batizada com o nome de DIBB (Dimensionador de banco de baterias).

3 Para facilitar sua utilizao, o DIBB foi adaptado para um software em linguagem

VBA (Visual Basic for Applications), permitindo que todos os clculos nele contidos sejam realizados automaticamente, com fcil visualizao dos resultados. O DIBB tem como pblico alvo usurios com conhecimento bsico sobre instalaes eltricas e baterias, que procuram uma metodologia para dimensionar baterias para sistemas que necessitam do fornecimento de energia ininterrupta. Sua adaptao para software o torna uma ferramenta de clculo para simular rapidamente diversas configuraes de banco de baterias, sem que o usurio tenha que perder tempo com extensos processos de clculos.

2 BATERIAS2.1 BateriasO conceito de baterias antigo, em 1800, a primeira bateria foi criada por Alessandro Volta, tal bateria foi denominada pilha voltica. A pilha voltaica consistia de discos de cobre e discos de zinco sobrepostos, posicionado entre cada disco havia um pano enxarcado com gua salgada. A Figura 2 [2] demonstra um esquema da pilha voltica de cobre-zinco.

Figura2:PilhaVoltica

4 Desde ento as baterias evoluiram muito, atualmente existem baterias de diversos

tamanhos, formatos e compostos por diferentes elementos qumicos. A bateria eltrica uma fonte de corrente contnua, ela utilizada como suprimento de energia para diversos tipos de equipamentos que abrange desde eletrnicos portteis at automveis. A bateria um equipamento composto da combinao de uma ou mais clulas eletroqumicas, tambm chamadas de clulas voltaicas, tais clulas tem como objetivo converter energia qumica armazenada em energia eltrica. A clula voltaica um equipamento simples que consiste de um ou mais pares de placas compostas por um tipo de metal ou liga de metal, cada uma das placas primrias do par feito de um material especfico e as placas secundrias do par so feitos de outro material, as placas primrias e as placas secundrias so intercaladas entre si em conjunto com uma placa separadora no condutora e so envoltos em uma soluo eletroltica. A estrutura da clula pode ser visualizada na Figura 3 [3].

Figura3:Estruturadeumacluladebateria

5 As placas no se encostam fisicamente, porm esto eletricamente conectados pela

soluo eletroltica que geralmente composta por uma soluo cida ou alcalina. Dentre as placas, uma chamada de nodo, para onde os nions tendem a migrar e a outra chamada ctodo, para onde os ctions tm tendncia a migrar. Devido diferena de material de cada placa, existe uma diferena de potencial entre as placas, essa diferena tambm conhecida como tenso de terminal da clula [4]. Quando o circuito fechado, conectando os terminais da bateria; no caso da clula os terminais da prpria, as reaes qumicas comeam a ocorrer; nessa reao ocorre troca de ons, o nodo sofre oxidao do material e libera eltrons e no ctodo ocorre um acmulo de material e a passagem dos eltrons livres, gerando a corrente eltrica. Nas baterias reais, a descarga ocorre tambm quando a bateria se encontra em circuito aberto, esse fenmeno denominado autodescarga. A autodescarga acontece porque no momento em que a bateria se encontra carregada, ela se encontra forada a um estado quimicamente no natural e quando em repouso tende a voltar a sua situao natural, resultando numa pequena descarga. Existem trs tipos de clulas, as principais so as clulas primrias e as clulas secundrias. Atualmente, a terceira e menos utilizada devido a seu custo elevado a chamada clula a combustvel. As clulas primrias tm reaes eletroqumicas no reversveis, ou seja, aps a descarga no h como ser re-utilizada a no ser que ocorra a troca dos materiais de dentro da clula.

6 A maioria das baterias que utilizam a clula primria utiliza o zinco como nodo, um

xido metlico como ctodo e uma soluo cida ou alcalina como eletrlito. Essas baterias so as mais baratas e podem ser estocadas por um longo perodo de tempo, devido ao pequeno nvel de autodescarga deste tipo de bateria. Os tipos de baterias primrias mais comuns so as de Zinco-Carbono e as alcalinas [4]. As clulas secundrias apresentam reaes eletroqumicas reversveis, ou seja, as reaes qumicas que produzem eletricidade na clula podem facilmente ser revertidas para restaurar os materiais na clula ao seu estado inicial, este processo chamado de recarregamento da bateria. Este processo de recarregamento consiste na passagem forada de corrente eltrica atravs da clula na direo oposta a que a corrente produzida originalmente na clula. A bateria secundria utilizada principalmente em partida de motores, equipamentos eletrnicos portteis e acumuladores para sistemas de energia ininterruptos. Os tipos de baterias secundrias, ou recarregveis, mais comuns so as de Nquel Cdmio, Nquel Hidreto Metlico, on de Ltio e as mais utilizadas as Chumbo cidas [4]. A capacidade de descarga da bateria dada em Ah, que quantifica a quantidade de energia utilizvel a bateria pode armazenar em condies de tenso nominais. Um exemplo de curva de capacidade est demonstrado na Tabela 1 [5].

Tabela 1: Curva de capacidade de uma bateria qualquerBATERIA 150Ah/10h CAPACIDADE EM Ah - Descarga de 1,75V/elemento 10h 8h 5h 3h 1h 150A 144A 129A 106A 72A

De acordo com a curva da Tabela 1:

7

1 Para uma descarga de 10 horas, ser consumido 15 A por hora, ou seja 150 A no total; 2 Para uma descarga de 1 hora, ser consumido 72 A. Em diversos casos uma bateria pode no ser suficiente para suprir a demanda por corrente ou tenso do sistema, nesses casos necessrio o agrupamento de baterias, criando assim um banco de baterias, esse agrupamento pode ser feito em srie, paralelo ou srieparalelo. A ligao de baterias em srie resulta numa capacidade constante, porm a tenso terminal aumenta. Como pode ser observado na Figura 4 [6], o valor de tenso dobrou.

Figura4:Ligaodebateriasemsrie

Uma fileira de baterias conectadas em srie denominada de string. A ligao de baterias em paralelo resulta no aumento da capacidade do sistema, porm a tenso terminal continua a mesma. Como pode ser observado na Figura 5 [6], o valor de tenso no muda, supondo que a capacidade de uma bateria seja 100Ah, o sistema total teria uma capacidade de 200Ah.

8

Figura5:Ligaodebateriasemparalelo

No caso da ligao em srie-paralelo, ocorre tanto o aumento da tenso terminal quanto da capacidade, porm ocorre um aumento de complexidade do sistema. Um exemplo demonstrado na Figura 6 [6].

Figura6:Ligaodebateriassrieparalelo

9

2.2

Baterias Chumbo-cidasInventada em 1859, pelo fsico francs Gastn Plant, a bateria chumbo cida foi a

primeira bateria recarregvel criada para uso comercial. Este o tipo de bateria menos eficiente no quesito peso/energia [7], porm a tecnologia de bateria recarregvel com melhor custo/benefcio e com os avanos tecnolgicos apresenta a melhor eficincia entre as baterias recarregveis, so bastante durveis e no possuem efeito memria, tambm conhecido como vcio da bateria, permitindo assim um maior nmero de cargas e descargas da bateria. Na clula das baterias chumbo cidas, o anodo composto por chumbo ( Pb ), o ctodo por dixido de chumbo ( PbO2 ) e o eletrlito composto por cido sulfrico ( H 2 SO4 ). Uma simplificao da meia reao de descarga da bateria pode ser demonstrada na Tabela 2 [8].

Tabela 2: Meia reao de descarga de uma bateria chumbo cida Tenso Placa Meia Reao - Descarga Resultante Negativa Positiva Pb + SO42- PbSO4 + 2ePbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- PbSO4 + 2H2O 0.356V 1.685V

Como apresentado na Tabela 2, cada uma das clulas gera em torno de 2V, ento para se conseguir, por exemplo, uma bateria de 12V so necessrias 6 clulas conectadas. As reaes completas de descarga e carga podem ser simplificadas e esto demonstradas na Figura 7 [9].

10

Figura7:Representaodasreaesqumicasdecargaedescarganasbateriaschumbocidas

Na descarga, o dixido de chumbo da placa positiva e o chumbo da placa negativa reagem com o cido sulfrico do eletrlito. Gradualmente ambas as placas, positiva e negativa, se transformam em sulfato de chumbo, enquanto a concentrao do cido sulfrico diminui. J no processo de carregamento, quando a bateria est ligada a uma fonte de energia, os materiais ativos, positivo e negativo, que foram transformados em sulfato de chumbo revertem para dixido de chumbo e chumbo respectivamente, enquanto a concentrao do cido sulfrico aumenta. Quando a bateria se encontra no estgio final de carga, a energia consumida somente para a decomposio eletroltica da gua no eletrlito, resultando na gerao de gs oxignio da placa positiva e hidrognio da placa negativa [9], como apresentado na Figura 8.

2H 2 O 2H 2 + O2Figura8:Representaodaeletrlisedaguanacargadeumabateriachumbocida

Dentro da bateria pode ocorrer a recombinao do hidrognio e do oxignio, porm esta ocorre num nvel extremamente baixo no chegando a 30% de eficincia [10]. A Figura 9

[11] apresenta, dentro de uma bateria, hidrognio.

11 o comportamento dos gases de oxignio e de

Figura9:Comportamentodooxignioedohidrognioemumabateriachumbocida

O gs produzido desprende da bateria causando diminuio do eletrlito, requerendo que ocasionalmente haja reposio de gua. Devido liberao do gs hidrognio, as baterias chumbo cidas necessitam estar em um ambiente bem ventilado, pois o gs extremamente explosivo, mesmo em pequenas concentraes [10]. Na prtica, nas clulas no utilizado o chumbo puro como anodo, para melhorar a desempenho e aumentar a vida til da bateria, utiliza-se uma liga contendo chumbo e pequenas quantidades de antimnio (Sb), estanho (Sn), clcio (Ca) ou selnio (Se), dependendo da finalidade da bateria [4].

2.3

Baterias Chumbo-cidas Reguladas por Vlvula (Baterias VRLA)A bateria VRLA (Valve Regulated Lead Acid) uma bateria chumbo cida

construda com o intuito de diminuir a manuteno da bateria, dispensando a adio de gua clula, pois a bateria foi projetada para que o hidrognio e o oxignio se recombinem dentro da bateria em vez de deixar escapar para o ambiente. Nesta bateria existe uma vlvula de

12 segurana no caso em que a concentrao de hidrognio dentro da bateria atinja um nvel perigoso. Quando isto ocorre o gs liberado, porm a vlvula raramente aberta devido ao alto nvel de eficincia na recombinao dos gases dentro da bateria, no havendo mais a necessidade de um ambiente com ventilao especial para o funcionamento das baterias. Outro fator essencial das baterias VRLA o eletrlito, diferente das baterias chumbo cidas convencionais, o eletrlito das baterias VRLA no uma soluo lquida. Dependendo do eletrlito a bateria VRLA tem uma nomenclatura diferente, pode ser denominada como bateria em gel ou bateria AGM [4]. Na bateria em gel, o cido sulfrico misturado com microslica que resulta em um eletrlito de consistncia de gelatinosa. Neste formato ocorre a melhora de resistncia a temperaturas extremas, choque e vibraes; quimicamente e conseqentemente eletricamente a bateria funciona da mesma forma [12]. Quando seco, o eletrlito em forma de gel apresenta vos em sua estrutura, estes vos so necessrios para liberar o oxignio da placa positiva para a placa negativa, facilitando a recombinao do oxignio e do hidrognio liberado pela placa negative [10]. Um esquema dessa recombinao pode ser visualizado na Figura 10 [11].

Figura10:Recombinaodooxignioedohidrognioemumabateriadegel

13 Esta tecnologia de bateria apresenta algumas desvantagens: a bateria precisa ser

carregada lentamente, para evitar que o excesso de vapores danifique a clula [7]. A bateria AGM (Absorved Glass Mat) a mais recente tecnologia de baterias chumbo cidas. Trata-se de redes de micro fibra de vidro, posicionadas entre as placas de chumbo da bateria, as quais absorveram todo o cido necessrio para as reaes nas clulas. Por outro lado, a capacidade de absoro das redes de fibra de vidro tal que, embora o cido seja completamente absorvido pela rede, o limite de saturao da rede nunca alcanado. A fibra de vidro no age apenas como uma esponja de cido, mas tambm como um separador eltrico e permite a passagem de oxignio entre as places [10], como pode ser visto na figura 11 [11].

Figura11:RecombinaodeoxignioehidrognioemumabateriaAGM

A bateria AGM apresenta diversas vantagens: imunidade ao congelamento, a eficincia de recombinao de hidrognio e oxignio extremamente alta chegando a valores prximos a 100% [11], nvel de autodescarga pequeno, devido baixa resistncia eltrica apresentando assim, uma maior capacidade e eficincia que as outras baterias [13]. Devido a estas peculiaridades dos eletrlitos, as baterias VRLA necessitam de menos cido para o seu funcionamento, alm de no haver problemas de vazamento de cido, estas baterias podem ser posicionadas de diversas maneiras. Com a diminuio de cido dentro da

14 bateria conseqentemente o tamanho e peso da bateria tambm diminuem, sendo esta mais uma das grandes vantagens das baterias VRLA.

3 METODOLOGIA3.1 PremissasAs baterias consideradas para utilizao do DIBB so as baterias VRLA no ventilada, nas condies de funcionamento especificadas pela curva de descarga do elemento de bateria utilizado (indicada no respectivo manual do fabricante, que indica temperatura de operao e limites de tenso de flutuao e final de descarga). O DIBB dimensiona apenas o arranjo quantitativo das baterias, no levando em considerao sua distribuio espacial no ambiente de instalao (rea ocupada), nem equipamentos auxiliares (sensores e perifricos) cuja utilizao para funcionamento de um sistema real seja recomendvel/necessria. Tambm no so considerados quaisquer outros elementos presentes nos sistemas de fornecimento CC (tais como reguladores de tenso, cabeamento, quadros eltricos e unidades retificadoras). No DIBB, considera-se a operao do banco de baterias dentro dos limites de carga e descarga especificados pelo fabricante (tenso de flutuao em que o elemento permanece enquanto no utilizada, tenso final de descarga a que o elemento submetido enquanto fornece energia para a carga). Conforme j mencionado, no sero abordados aqui os mecanismos que efetuam este controle da tenso. O DIBB considera apenas a utilizao de bateria dentro de sua vida til, ou seja, com uma capacidade maior do que 80% da nominal.

15 O aplicativo DIBB no aponta qual bateria a mais indicada para o sistema. Pode ser

utilizada qualquer bateria VRLA semelhantes de qualquer fabricante, bastando apenas model-los a partir da sua curva de descarga Ah x hora. O aplicativo DIBB por si s no realiza comparaes entre arranjos de diferentes baterias para a mesma situao modelada.

3.2

Fluxo de ProcessoO fluxo do processo baseia-se nas 4 etapas apresentadas a seguir: 1. Levantamentos de informaes acerca da instalao e da bateria a serem

utilizadas tais informaes so determinados pelo usurio. 2. 3. Com base nas informaes levantadas, determinar as variveis de entrada. Alimentar as equaes do algoritmo de clculo com as respectivas variveis e

realizar os clculos. 4. Obter os resultados do DIBB, entre eles a quantidade de baterias conectadas

em srie e nmero de fileiras de baterias conectadas em srie que estaro conectadas em paralelo. Cada clculo e operao que compe o fluxo de processo alimentado por variveis de entrada ou pelas sadas de outros passos anteriores, fornecendo resultados que devem ser encadeados para se atingir os resultados do DIBB. Para facilitar o entendimento do DIBB, pode ser consultada a ilustrao chamada diagrama ilustrado do fluxo do processo, no Apndice A.

16 Analisando o diagrama, fica visvel a relao entre o algoritmo de clculo, variveis

de entrada e os clculos de passagem entre eles.

3.3

Variveis de EntradaVariveis de entrada so as informaes que o usurio deve fornecer ao DIBB, e que

so utilizadas durante o fluxo do processo para alimentar as equaes do algoritmo de clculo. Elas so o resultado de como o usurio modelou a situao problema para informar ao DIBB os parmetros do banco de baterias procurado. So elas:

Curva de descarga por elemento de bateria (Ah x h) Esta curva apresenta os valores de capacidade do elemento de bateria escolhido (em

Ah) em funo da durao da descarga, nas condies de temperatura e para a tenso final de descarga especificada pelo fabricante. Ela composta por pontos (Ah x Horas) que compe a curva fornecida no manual do fabricante. Um exemplo de curva de descarga pode ser visualizada na Figura 12.

Figura12:Exemplodeumacurvadedescarga

Autonomia do banco de baterias (Aut, [h])

17

Esta varivel representa o valor da autonomia desejada para o banco de bateria. Indica qual o tempo mnimo que o banco de baterias deve sustentar a carga. Este um dado que fica a critrio do usurio do DIBB.

Potncia nominal da carga (Pc, [W]) Esta varivel representa a potncia ativa que a carga solicita ao banco de baterias. As

cargas aqui consideradas so sempre de potncia constante, em que quedas na tenso de alimentao so compensadas pelo aumento da corrente solicitada.

Tenso final por elemento de bateria (Vfpe, [V]) Este valor representa a tenso limite de descarga a que um elemento de bateria pode

ser submetido sem comprometer sua vida til. Este valor especificado pelo fabricante e est relacionado com a curva de descarga do elemento de bateria.

Tenso mnima admissvel pela carga (Vmin_carga, [V]) Este valor representa a mnima tenso, estipulada pelo usurio, a que a carga

submetida. Neste patamar, a tenso por elemento de bateria a tenso final por elemento, descrita anteriormente.

Tenso de flutuao por elemento (Vflut_e, [V]) Este valor indica qual a tenso por elemento no instante em que o banco de baterias

comea a ser utilizado pela carga. um valor especificado pelo fabricante, e depende da tenso a que est submetida carga quando esta no est utilizando o banco de baterias, e sim

18 a fonte de energia principal (no caso, a fonte principal estaria alimentando a carga e carregando o banco de baterias)

3.4

Algoritmo de ClculoConforme explicado anteriormente, o algoritmo de clculo o conjunto dos clculos

e operaes que compem o fluxo do processo. Cada passo do algoritmo de clculo alimentado por variveis de entrada ou pelas sadas de passos anteriores, fornecendo resultados que devem ser encadeados para se atingir os objetivo do DIBB. So eles:

Passo 1: Clculo analtico da capacidade (Ah) do elemento de bateria (Ah, [Ah]). Neste passo, determina-se a capacidade (em Ah) de cada elemento de bateria

utilizado no banco. Se o valor da capacidade no for um valor tabelado no manual do fabricante, este valor deve ser calculado atravs de uma interpolao linear. A partir de dois pontos prximos que compem a curva de descarga, faz-se uma aproximao linear para calcular o terceiro ponto interpolado, que expressa a capacidade do elemento de bateria na autonomia determinada pelo usurio. O clculo pode ser demonstrado pela equao abaixo: (Yc Ya) [( Xc * Ya) ( Xa * Yc)] Ah = Xb * + ( Xc Xa ) ( Xc Xa ) Onde:

(1)

a: Ponto anterior ao procurado b: Ponto procurado c: Ponto posterior ao procurado

X : Horas (varivel independente) Y: Capacidade em Ah (varivel dependente)

19 Passo 2: Clculo da corrente mxima fornecida por cada elemento de bateria (Ie, [A]). Este passo calcula a mxima corrente (em ampres) que cada bateria, e

conseqentemente todas as baterias conectadas em srie, consegue fornecer. O clculo da corrente utiliza o valor obtido em (1), capacidade ba bateria para a autonomia desejada (Ah), e da varivel de entrada: autonomia desejada (Aut). A equao 2 apresenta o clculo da corrente mxima:

Ie =

Ah Aut

(2)

Passo 3: Clculo do nmero de elementos em srie (Ns, nmero de elementos). Este passo determina a quantidade de baterias que devem ser colocados em srie para

atender as especificaes de tenso indicadas pelo usurio. Este valor depende das variveis de entrada: tenso final por elemento de bateria (Vfpe) e tenso mnima admissvel pela carga (Vmin_carga). O clculo do nmero de elementos em srie dado pela equao 3:

Ns =

V min_ c arg a Vpfe

(3)

O resultado da equao 3 tem ser um nmero inteiro, por representar uma quantidade de componentes reais. Caso o resultado seja um valor fracionrio, feito o arredondamento sempre para o nmero inteiro acima do obtido.

Passo 4: Clculo da tenso inicial do banco de baterias (Vini, [V]).

20

Este passo calcula a tenso inicial (em volts) que o banco de baterias fornecer para a carga no incio do processo de descarga do banco. Este o maior valor de tenso CC que o banco de baterias poder fornecer a carga. O clculo da tenso inicial depende do nmero de baterias conectadas em srie, obtida atravs da equao 3, Ns, e da tenso de flutuao por bateria (Vflut_e), uma varivel de entrada. A equao 4 demonstra o clculo da tenso desejada.

Vini = Vflut_e * Ns

(4)

Passo 5: Clculo da tenso mnima fornecida pelo banco de baterias (Vfor_min, [V]). Este passo apresenta a menor tenso que o banco de baterias fornece para a carga

(em volts), dentro das condies especificadas pelo usurio. Este o valor de tenso ao final da descarga, quando a tenso por elemento for igual tenso final por elemento de bateria. Este valor obtido a partir da quantidade de baterias conectadas em srie, resultado obtido da equao 3, Ns, e da tenso final por elemento de bateria (Vfpe). A equao 5 demonstra a relao entre essas variveis para a obteno do resultado:

Vfor_min = Vpfe * Ns Passo 6: Corrente mdia solicitada pela carga (Ic_med, [A]).

(5)

Este passo apresenta a corrente mdia (em ampres) que a carga solicita ao banco de baterias ao longo do processo de descarga.

21 Este valor obtido a partir da potncia nominal da carga (Pc), da tenso inicial do

banco de baterias (Vini), resultado da equao 4; e da tenso mnima fornecida pelo banco de baterias (Vfor_min), fornecida pela equao 5. A equao 6 demonstra o processo:

Ic_med =

(2 * Pc)Vini + Vfor _ min

(6)

Passo 7: Quantidade de strings em paralelo (Np, nmero de strings). Este passo apresenta a quantidade de fileiras de baterias ligadas em srie, que devem

ser colocadas em paralelo, para atender as condies especificadas pelo usurio. Este valor calculado a partir da corrente mxima suportvel por bateria (Ie), obtida da equao 2, e pela corrente mdia solicitada pela carga (Ic_med), obtida da equao 6. A equao 7 demonstra o clculo da quantidade de strings em paralelo:

Np =

Ic _ med Ie

(7)

O resultado da equao 7 deve ser inteiro, por representar uma quantidade de componentes reais. Caso o resultado seja um valor fracionrio, feito o arredondamento sempre para o nmero inteiro acima.

Passo 8: Corrente mdia solicitada a cada string (Istring, [A]). Este passo apresenta o valor mdio de corrente (em ampres) que circula em cada

fileira de bateria conectada em srie durante o processo de descarga. Este valor calculado a partir da corrente mdia total solicitada pela carga (Ic_med), obtida da equao 6, dividida pelo nmero de fileiras de baterias ligadas em srie disponveis (Np), obtida da equao 7. A equao 8 ilustra este clculo:

Istring = Ic _ med Np

22

(8)

Passo 9: Capacidade de ampliao da carga atendida (Cap, [W]). Este passo apresenta a quantidade (em kW) que pode ser aumentada a potncia

nominal da carga, sem alterar a configurao do banco de baterias (baterias srie e paralelos) e mantendo a autonomia mnima do banco de baterias fixada pelo usurio. O clculo dependente da corrente mxima suportvel por elemento de bateria, quantidade de strings em paralelo, da corrente mdia solicitada pela carga, obtidas respectivamente das equaes 2, 7 e 6. O clculo tambm depende da varivel de entrada tenso mnima fornecida pelo banco de baterias. A equao 9 mostra a relao destas variveis para a obteno do resultado.

Cap = [ (Ie*Np) Ic_med ] * [ (Vfor_min) ]

(9)

4 APLICAO DO DIBB EXEMPLOPara demonstrar a utilizao do DIBB, apresentado um exemplo numrico de dimensionamento de elementos acumuladores em um sistema de fornecimento de energia em corrente contnua. Como situao problema foi considerada o dimensionamento de baterias que compem o fornecimento de energia em corrente contnua para um sistema de telecomunicaes. No Documento Especificaes Gerais de Suprimentos de Energia em Corrente Contnua a Equipamentos de Telecomunicaes, N240-500-700 do Sistema de Documentao TELEBRS Srie Engenharia [1], foram encontradas diversas alternativas para suprir sistemas de telecomunicaes com energia em corrente contnua.

23 No exemplo, foi considerado um sistema com as caractersticas abordadas na

Soluo 02 da Alternativa 02 de Sistemas de Corrente Contnua, apresentada no documento Telebrs citado [1]. No caso, o consumidor de energia em corrente contnua um sistema composto por equipamentos de telecomunicao que no podem sofrer interrupo e cujo consumo final seja igual ou inferior a 7,2 kW, localizado em rea de poucos recursos tcnicos. Foi considerado equipamentos de telecomunicao de faixa larga, que no requerem dispositivos reguladores da faixa de tenso CC fornecida. Quanto crticidade do equipamento, foi caracterizado como uma central de pequeno porte situada em local onde a durao das interrupes no fornecimento de corrente alternada sejam inferiores 06 horas, com menos de 12 falhas ao ano, e que o tempo necessrio para deslocamento do GMG mvel (Grupo motor gerador diesel) seja de 02 a 04 horas. Em caso de falha no equipamento, uma equipe de tcnica consegue chegar ao local entre 02 e 04 horas, levando cerca de 30 minutos para executar um servio de manuteno. Posteriormente estas informaes sero teis para se determinar a autonomia do banco de baterias. O documento Telebrs apresenta a arquitetura geral do sistema de corrente contnua para atender ao cenrio apresentado, conforme apresentado na Figura 13 [1].

24

Figura13:Arquiteturadasoluoapresentada,conformedocumentoN240500700doSistemade DocumentaoTELEBRS[1]

O documento Telebrs [1] apresenta a arquitetura, mas no trs informaes adicionais sobre o dimensionamento das partes que a compem. Na Figura 13 percebe-se que os acumuladores de energia em corrente contnua, tambm chamados de bateria, so apenas uma parte do sistema de fornecimento de corrente contnua. Informaes sobre a arquitetura podem ser obtidas no documento N240-500-700 do Sistema de Documentao TELEBRS [1]. Conforme apresentado na seo 3.2 Fluxo do Processo, o primeiro passo para utilizao do DIBB levantar as informaes acerca da instalao e da bateria utilizada. J descrito as caractersticas da instalao, deve-se escolher o tipo de bateria que ir compor o arranjo. Escolheu-se a bateria chamada 8 OPzV 750 para compor o banco de baterias. No Anexo A apresentado um extrato do documento Baterias estacionrias Chumbo-cidas Reguladas por Vlvula: tipo OpzV [9]. Este documento, em que bateria 8 OPzV 750 est descrita, uma tabela apresentando pontos notveis da curva de descarga Ah x Hora de diversos tipos de bateria deste fabricante.

25 Prosseguindo no roteiro apresentado em 3.2 Fluxo do Processo, o segundo passo do

DIBB determinar as variveis de entrada. importante ressaltar que a determinao destas faz parte da modelagem que o usurio deve fazer antes de poder utilizar o DIBB. So elas: 1) A curva de descarga por elemento de bateria escolhida (8 OPzV 750) est na tabela extrada do documento Baterias estacionrias Chumbo-cidas Reguladas por Vlvula: tipo OpzV, disponvel no Anexo A. 2) A autonomia do banco de baterias para este exemplo foi determinada pela metodologia apresentada no documento Telebrs [1]. Neste mtodo utiliza-se uma tabela e as caractersticas da instalao para dar um peso dependendo do nvel crtico da instalao. Este peso ento aplicado a uma curva de autonomia. Para este exemplo, as caractersticas de nvel crtico conferem um peso de valor 65, resultando em uma autonomia de 10 horas para o banco de baterias. A tabela e a curva mencionadas esto disponveis no Anexo B e Anexo C. 3) A Potncia nominal da carga para este exemplo ser aquela mencionada anteriormente, 7200 W, que a potncia mxima para os equipamentos abordados na Soluo 02 da Alternativa 02 de Sistemas de Corrente Contnua apresentada do documento Telebrs citado[1]. 4) A Tenso final por elemento de bateria para este exemplo a determinada no documento Baterias estacionrias Chumbo-cidas Reguladas por Vlvula: tipo OpzV [9], valendo 1,75 V a 25C (Estes so os valores de tenso e temperatura onde vlida a tabela contendo a curva de descarga apresentada no Anexo A). Em situaes reais, quando os elementos se descarregam at este valor usual desconectar bateria e carga para evitar comprometimento da vida til dos elementos acumuladores. 5) A Tenso mnima admissvel pela carga o menor valor a que a carga alimentada pelas baterias ser submetida. Quando a tenso total do banco chegar a este valor, os

26 elementos estaro individualmente com um valor de tenso igual a tenso final por elemento de bateria. No exemplo esta informao no apresentada explicitamente pela norma Telebrs [1]. O que apresentado a quantidade de elementos em srie recomendados, 24 elementos em srie, conforme Soluo 02 da Alternativa 02 de Sistemas de Corrente Contnua. Assim sendo, a menor tenso a que a carga submetida quando alimentada pelo banco de baterias 24 elementos vezes 1,75 V = 42 V. Geralmente, o DIBB empregado na determinao da quantidade de elementos em srie necessrios, sendo o usurio o responsvel por informar qual o limite de tenso admissvel pela carga. Neste exemplo, excepcionalmente, necessrio calcular a Tenso mnima admissvel pela carga, visto que a quantidade de elementos em srie por fileiras de baterias j estava determinada (24 elementos). 6) A Tenso de flutuao por elemento o valor especificado pelo fabricante como a tenso em que deve ser mantidos carregados as baterias para evitar que estas se descarreguem. Neste exemplo, o valor desta tenso de 2,23 V por elemento, conforme documento Baterias estacionrias Chumbo-cidas Reguladas por Vlvula: tipo OpzV [9]. Com as informaes sobre as variveis de entrada dispostas acima, podemos montar

a Tabela 3, que resume a modelagem feita pelo usurio e que servir como entrada para o DIBB.

Tabela 3: Variveis de entrada do DIBB para o exemplo propostoCurva de descarga do elemento 8 OPzV 750 e demais variveis de entrada Horas Ah Autonomia do banco de baterias [horas] 20,00 10,00 8,00 5,00 3,00 1,00 840,00 750,00 720,00 660,00 596,00 407,00 Potncia nominal da carga [kW] Tenso final por elemento de bateria [V] Tenso mnima admissvel pela carga [V] Tenso de flutuao por elemento [V] 10,00 7,20 1,75 42,00 2,23

27 Uma vez conhecidas as variveis de entrada, o prximo passo a realizar os

processos internos, j descritos em 3.5 Algoritmo de Clculo. Os resultados dos processos internos quando aplicados no exemplo proposto apresentam os seguintes resultados:

Passo 1: Clculo analtico da capacidade Ah/h do elemento de bateria. Ah = 750 Ah

Passo 2: Clculo da corrente mxima fornecida por cada elemento de bateria.

Ie =

750 =75 A 10

Processo Interno 3: Clculo do nmero de elementos em srie. Ns = 24 elementos.

Processo Interno 4: Clculo da tenso inicial do banco de baterias. Vini = 2,23 * 24 = 53,52 V

Processo Interno 5: Clculo da tenso mnima fornecida pelo banco de baterias. Vfor_min = 1,75 * 24 = 42 V

Processo Interno 6: Corrente mdia solicitada pela carga.

Ic_med =

(53,52 + 42 )

(2 * 7200 )

= 150,75 A

Processo Interno 7: Quantidade de strings em paralelo.

28

Np =

150,75 = 2,01 3 strings 75

Processo Interno 8: Corrente mdia solicitada a cada string.

Istring =

150,75 = 50,25 A 3

Processo Interno 9: Capacidade de ampliao da carga atendida. Para a configurao do banco que j foi apresentada nos processos anteriores,

quantidades de baterias em srie e paralelo, este processo calcula aproximadamente quantos kW de carga poderiam ser adicionados sem comprometer o valor mnimo de autonomia estipulado pelo usurio. Este valor (em kW) calculado a partir da diferena entre a corrente mdia solicitada pela carga e a capacidade total somada de todas as fileiras de baterias. Esta diferena de corrente ento multiplicada pela tenso mnima fornecida pelo banco de baterias, entregando a potncia aproximada que pode ser adicionada ao banco sem que haja a necessidade de adicionar mais baterias. A autonomia do banco de baterias indicada pelo usurio o menor valor que este considera aceitvel para o banco projetado. Existem situaes onde a capacidade total de corrente do banco precisa ser necessariamente superdimensionada, pois qualquer reduo no nmero de baterias torna o sistema sobredimensionado. Este processo interno ilustra um valor em kW que representa este excesso de capacidade.

29 No clculo deste processo foi utilizado o valor da tenso mnima fornecida pelo

banco de baterias ao invs de um valor mdio de tenso (entre flutuao e tenso final de descarga), de modo a introduzir uma margem de segurana no valor que assegura como capacidade de ampliao. O valor de tenso utilizado apresenta resultados de potncia sempre inferiores aos que seriam obtidos utilizando o valor mdio de tenso. Cap = [ (75*24) 150,75 ] * 42 = 3,12 kW No exemplo a capacidade de ampliao de at 3,12 kW. Que um valor seguramente aplicvel para ser acrescido aos 7,2 kW de carga j existentes sem que haja modificao no banco de baterias para manter a autonomia em no mnimo 10 horas. Aps o processamento dos nove processos internos mostrados, pode-se partir para a quarta e ltima etapa do fluxo do processo. Esta etapa consiste simplesmente em recolher os resultados dos processos internos e utiliz-los para especificar as caractersticas do banco de baterias desejado. Tais resultados esto compilados na Tabela 4.

Tabela 4: Resultados do DIBB para o exemplo proposto Ah 750,00 Ah por elemento de bateria, para a autonomia desejada: A 75,00 Corrente mxima suportvel por elemento de bateria: elementos 24 Quantidade de elementos em srie formando cada string: strings 3 Quantidade de strings em paralelo: V 42 Tenso mnima fornecida pelo banco de baterias: A 150,75 Corrente mdia solicitada pela carga: A 50,25 Corrente mdia solicitada a cada string: kW 3,12 Capacidade de ampliao da carga atendida: V 53,52 Tenso Inicial do banco de baterias: Como mostrado na Tabela 4, o banco de baterias que ir suprir as necessidades da carga neste exemplo composto por 3 strings, fileiras de baterias conectadas em srie, ligadas em paralelo, cada uma com 24 elementos acumuladores. As baterias consideradas aqui so do

30 modelo 8 OPzV 750 Fabricante Saturnia [9]. Ainda pode ser dito com segurana que o banco suporta um acrscimo de 3,12 kW de carga sem comprometer a autonomia mnima especificada, no caso 10 horas. O propsito do DIBB no fazer comparao entre arranjos, mas pode-se questionar a presena dos 3,12 kW como desnecessria nesta situao. Para reduzir a capacidade sobredimensionada, seria necessrio utilizar um arranjo com mais baterias de menor capacidade que a do 8 OPzV 750. Apenas para comparar os resultados, ser re-projetado o banco de bateria para a mesma situao problema, utilizando agora a bateria 3 OPzV 150 tambm do fabricante Saturnia [9]. Anloga a Tabela 3, est apresentada abaixo a Tabela 5 contendo as variveis de entrada do novo projeto.

Tabela 5: Variveis de entrada do DIBB para o exemplo proposto, agora utilizando o elemento de bateria modelo 3 OPzV 150Curva de descarga do elemento 3 OPzV 150 e demais variveis de entrada Horas Ah Autonomia do banco de baterias [horas] 20,00 10,00 8,00 5,00 3,00 1,00 161,00 150,00 144,00 131,00 120,00 87,00 Potncia nominal da carga [kW] Tenso final por elemento de bateria [V] Tenso mnima admissvel pela carga [V] Tenso de flutuao por elemento [V] 10,00 7,20 1,75 42,00 2,23

Realizando novamente o fluxo do processo, obtida a Tabela 6, com os resultados do projeto.

31 Tabela 6: Resultados do DIBB para o exemplo proposto, agora usando o elemento de bateria modelo 3 OPzV 150 Ah 150,00 Ah por elemento de bateria, para a autonomia desejada: A 15,00 Corrente mxima suportvel por elemento de bateria: elementos 24 Quantidade de elementos em srie formando cada string: strings 11 Quantidade de strings em paralelo: V 42 Tenso mnima fornecida pelo banco de baterias: A 150,75 Corrente mdia solicitada pela carga: A 13,70 Corrente mdia solicitada a cada string: kW 0,60 Capacidade de ampliao da carga atendida: V 53,52 Tenso Inicial do banco de baterias: Comparando os dois bancos projetados, pode ser verificado que o segundo utiliza 11

strings de 24 baterias, e que a capacidade de ampliao da carga foi sensivelmente reduzida. Pode ser argumentado agora que 11x24 = 264 baterias seja um nmero muito elevado, podendo trazer inconveniente de alocao de espao ou manuteno, sem contar custo de aquisio. Ser projetado um terceiro banco, agora sem preocupao com a capacidade de ampliao de carga, mas tentando reduzir ao mximo o nmero de baterias. Ser utilizada a bateria de maior capacidade disponibilizada pelo fabricante, o 20 OPzV 2500. A Tabela 7 mostra as variveis de entrada, enquanto Tabela 8 mostra os respectivos resultados.

Tabela 7: Variveis de entrada do DIBB para o exemplo proposto, agora utilizando o elemento de bateria modelo 20 OPzV 2500Curva de descarga do elemento 20 OPzV 2500 e demais variveis de entrada Horas Ah Autonomia do banco de baterias [horas] 20,00 10,00 8,00 5,00 3,00 1,00 2750,00 2500,00 2400,00 2200,00 1900,00 1190,00 Potncia nominal da carga [kW] Tenso final por elemento de bateria [V] Tenso mnima admissvel pela carga [V] Tenso de flutuao por elemento [V] 10,00 7,20 1,75 42,00 2,23

32

Tabela 8: Resultados do DIBB para o exemplo proposto, agora usando o elemento de bateria modelo 20 OPzV 2500 Ah 2.500,00 Ah por elemento de bateria, para a autonomia desejada: A 250,00 Corrente mxima suportvel por elemento de bateria: elementos 24 Quantidade de elementos em srie formando cada string: strings 1 Quantidade de strings em paralelo: V 42 Tenso mnima fornecida pelo banco de baterias: A 150,75 Corrente mdia solicitada pela carga: A 150,75 Corrente mdia solicitada a cada string: kW 4,17 Capacidade de ampliao da carga atendida: V 53,52 Tenso Inicial do banco de baterias: Neste caso, pode ser notado que necessria apenas uma string para suprir a carga, e que ainda existe uma substancial capacidade de ampliao de consumo.

5 RESULTADOS DO DIBBDevido falta de documentao sobre o dimensionamento de acumuladores em sistemas de alimentao ininterrupta, o DIBB proporciona ao usurio uma excelente metodologia para o auxilio no dimensionamento de bancos de baterias voltados a cargas de corrente contnua. Sua utilizao requer conhecimento de dados tcnicos da instalao, assim como da bateria utilizada. Estes dados de situao precisam ser modelados para determinao das variveis de entrada, com a qual o DIBB interpreta as informaes fornecidas pelo usurio. A maneira mais prtica de se utilizar o DIBB a partir de sua adaptao para Software em VBA (Visual Basic for Applications), que realiza o fluxo do processo automaticamente. Esta ferramenta computacional funciona em sistema operacional Windows, usando como background o aplicativo MS-Excel.

33 O Software DIBB apresenta resultados mais rpidos e precisos em comparao ao

processo desenvolvido manualmente, pois este sendo realizado por um computador, apresenta uma maior preciso dos clculos em menor tempo, alm de poder alterar as configuraes da instalao ou de bateria utilizada em um pequeno intervalo de tempo. O Software DIBB apresenta ainda uma funcionalidade adicional ao DIBB chamada pr-configurao. Com ela possvel calcular a tenso mnima admissvel pela carga a partir de uma quantidade de baterias em srie pr-determinada, como foi no caso do exemplo abordado. A interface entre Software DIBB e usurio user-friendly, ou seja, apresenta uma interface simples e fcil de ser utilizada, ela composta por campos onde possvel digitar o valor numrico das variveis de entrada, cada um desses campos apresenta um corretor automtico, caso o valor seja inserido de forma errnea, e apresenta comentrios de ajuda, para auxiliar o usurio em sua utilizao. A interface ainda conta com botes virtuais, para facilitar a sua utilizao, e tabelas de onde se podem extrair e transportar os resultados obtidos para outros aplicativos do sistema operacional Windows (usando, por exemplo, um simples comando de copiar e colar), sua interface de entrada de dados pode ser visualizada na figura 14.

34

Figura14:InterfacedeentradadedadosdoDIBB

6 CONCLUSESA fonte de inspirao para criao do DIBB surgiu a partir das atividades profissionais de um dos autores desta obra. Atuando como estagirio no centro de manuteno de campo de uma operadora de telefonia celular, o autor teve vivencia prtica em trabalhos de instalao e manuteno de instalaes de telecomunicao alimentadas em corrente contnua. Era evidente que alguns dos mtodos empregados para dimensionar as fontes auxiliares de energia (para o caso de queda na alimentao principal) no eram adequadamente planejados ou justificados. Muitas vezes a soluo era escolhida simplesmente porque em outro caso semelhante fora usado determinado banco de baterias, ento se supunha que o mesmo banco de baterias atenderia a situao atual. Tambm era evidente a falta de documentao tcnica disponvel para tentar justificar qualquer estudo mais aprofundado sobre o assunto.

35 Posteriormente, j atuando fora da operadora de telefonia celular, o autor optou por

estudar mais a fundo as sistemticas de dimensionamento de banco de baterias, escolhendo o tema para seu trabalho de concluso do curso. O segundo autor deste TCC iniciou sua participao no projeto com o intuito de automatizar a metodologia que estava sendo desenvolvida. Seu trabalho focou-se em organizar, testar e transformar as idias que estavam surgindo em algoritmos, para ento desenvolver um software que somasse a relevncia tcnica do DIBB com o poderio de clculo do ambiente computacional. Durante o desenvolvimento do DIBB tivemos valiosa contribuio por parte do professor orientador, que trouxe sua experincia profissional para elucidar sobre os pontos mais relevantes em projetos dos bancos de baterias. Sua colaborao tambm permitiu a contextualizao do DIBB frente a padres tcnicos de aplicao, como os disponveis nas normas do sistema Telebrs. O principal desafio na concepo do DIBB foi criao da metodologia de clculos necessrios para encontrar os resultados do DIBB. A criao do software foi um desafio menor, visto que a estrutura do processo; contndo as variveis de entrada, clculos, premissas de utilizao e apresentao de resultados; j havia sido planejada para posterior adaptao em software.

O resultado final do TCC foi um mtodo que atende ao objetivo proposto: O dimensionamento de bancos de baterias VRLA, com base na modelagem de situao fornecida pelo usurio do processo.

36 O software desenvolvido tambm atende exemplarmente a funo a que se destina:

Executar automaticamente o DIBB, apresentando os resultados de maneira rpida e objetiva ao usurio. O desejo dos autores que o DIBB possa servir como ferramenta prtica e til para os projetos a que se destina, e tambm que sua metodologia de clculo possa contribuir para o desenvolvimento de futuros estudos no assunto.

7 Referncias Bibliogrficas1. Especificaes Gerais de Suprimentos de Energia em Corrente Contnua a Equipamentos de Telecomunicaes, N240-500-700 do Sistema de Documentao TELEBRS, 1997. 2. History of the battery Wikipedia. Disponvel em :

Acesso em julho 2010. 3. FREEDOM. Manual Tcnico Bateria estacionria. Sorocaba, 2008. 22 p. 4. Battery (Eletricity) Wikipedia. Disponvel em

Acesso em junho 2010. 5. VASCONCELOS, James C. Sistemas de Energia DC: Baterias em Telecom. Sorocaba, 2005. Disponvel em : Acesso em maio, 2010 6. Wentzel, Constantin Von. Comparing Marine Battery Technologies. Disponvel em Acesso em junho 2010.

7. MURTA,

Joel;

Sousa

Cristina.

37

Baterias. Disponvel em :

Acesso em junho 2010. 8. PowerStream Battery Chemistry FAQ. Disponvel em :

Acesso em junho 2010. 9. SATURNIA. Baterias estacionrias Chumbo-cidas Reguladas por Vlvula: tipo OpzV. Sorocaba, 2005. 33 p. 10. WITTEMANN, Robert. A battery of analysis. 1998. Disponvel em :

Acesso em junho, 2010 11. Battery Types and Comparisons - VRLA vs GEL vs AGM. Disponvel em : Acesso em junho 2010. 12. Deep Cycle Battery FAQ. Disponvel em :

Acesso em junho 2010. 13. C&D TECHNOLOGIES. Dynasty VRLA Batteries and Their Application. Pennsylvania. 6p. 14. SOARES, Walter S. Dimensionamento de baterias para sistemas ininterruptos de energia. Jurubatuba SP: Sec Power 15. C&D TECHNOLOGIES. Parallel Operations VRLA Batteries. Pennsylvania. 5 p.

38

Apndice A Fluxograma de clculo do DIBB

39

40

Anexo A Tabela de Informaes sobre as Baterias do Fabricante Saturnia [9]

FUNO DA ESTAO

41

PESO 20 7 6 5 4 3 2 1 0 PESO 30 25 20 10 8 2 0 PESO 20 10 5 0 PESO 30

Anexo B Lista de Pesos de Criticidade Retirados do Manual Telebrs [1]ESTAO REPETIDORA (Rdio / Fibra ptica) CENTRAL PRIVADA DE COMUTAO TELEFNICA CENTRAL DE COMUTAO RURAL CENTRAL DE PEQUENO PORTE, ESTAO TERRENA DE PEQUENO PORTE ou ESTGIO REMOTO DE CPA CENTRAL LOCAL CENTRAL TRNSITO LOCAL CENTRAL TRNSITO REGIONAL CENTRAL TRNSITO NACIONAL, CENTRAL DE MULTIPLEX, CENTRAL DE COMUNICAO DE DADOS ou ESTAO TERRENA DE GRANDE PORTE CENTRAL TRNSITO INTERNACIONAL CONFIABILIDADE DA ENERGIA COMERCIAL (DURAO / FREQUNCIA DAS FALHAS) ACIMA DE 6 HORAS (colocar o tempo real) DE 1 HORA A 6 HORAS / MAIS DE 12 FALHAS/ANO DE 1 HORA A 6 HORAS / AT 12 FALHAS/ANO DE 20 A 60 MINUTOS / MAIS DE 12 FALHAS/ANO DE 20 A 60 MINUTOS / AT 12 FALHAS/ANO < 20 MINUTOS / MAIS DE 12 FALHAS/ANO < 20 MINUTOS / AT 12 FALHAS/ANO ou COM GRUPOS GERADORES REDUNDANTES TEMPO MDIO NECESSRIO PARA REPARO ACIMA DE 1 HORA E 30 MINUTOS DE 40 MINUTOS A 1 HORA E 30 MINUTOS DE 20 A 40 MINUTOS AT 20 MINUTOS TEMPO MDIO NECESSRIO PARA ATENDIMENTO PELA EQUIPE DE MANUTENO ACIMA DE 5 HORAS

DE 1 HORA E 30 MINUTOS A 5 HORAS DE 20 MINUTOS A 40 MINUTOS AT 20 MINUTOS

42

20 8 2 0 PESO 30 15 8 2 0

DE 40 MINUTOS A 1 HORA E 30 MINUTOS

TEMPO MDIO NECESSRIO PARA DESLOCAMENTO DO GMG MVEL ACIMA DE 5 HORAS DE 1 HORA E 30 MINUTOS A 5 HORAS DE 40 MINUTOS A 1 HORA E 30 MINUTOS DE 20 MINUTOS A 40 MINUTOS AT 20 MINUTOS ou NO APLICVEL

43

Anexo C Curva de Autonomia Retirado do Manual Telebrs [1]