Universidade Federal de Minas Gerais
Visita técnica à Usina Termelétrica de Igarapé - Cemig
Segundo semestre de 98
Marcelo Manzali Bonaccorsi
Lucas Costa Oliveira Santos
Índice
1.Prefácio
1.Prefácio
Por incentivo do Colegiado do curso de engenharia de controle e automação da Universidade Federal de Minas Gerais, foi requerido, através do nosso coordenador, ao Engenheiro Weber ,funcionário da empresa Cemig - Companhia Energética de Minas Gerais permissão para fazermos um estágio de uma semana (40 horas) na mesma.
O objetivo dessa visita técnica foi de proporcionar um contato com o ambiente de trabalho de uma indústria e receber noções sobre o controle de processos. Tais objetivos foram plenamente alcançados devido à boa receptividade e orientação dadas pelos funcionários da Cemig.
Foram quatro dias em contato com ambiente de trabalho da termelétrica nos quais nos foram passadas noções gerais sobre o processo de produção de energia, sistemas de controle, instrumentação e também sobre a estrutura administrativa da empresa.
No quinto dia, tivemos acesso ao COS - Centro de Operação do Sistema, no qual pudemos observar como a Cemig monitora e controla o fornecimento de energia em Minas Gerais. No mesmo dia visitamos à SLT - Sistema central de Localização de Tempestades .
A Companhia
Energética de Minas Gerais — Cemig foi idealizada e fundada para dotar o Estado de
infra-estrutura básica na área de energia elétrica. No início, em 1952, a Cemig era
Centrais Elétricas de Minas Gerais, mas, em 1984, a Empresa foi transformada em Companhia
Energética, fato que possibilitou a ampliação dos seus objetivos, passando a atuar no
fornecimento de outras fontes de energia.
A Cemig, sediada em Belo Horizonte, é a
empresa responsável pelo fornecimento de energia elétrica a cerca 98% do estado de Minas
Gerais, cobrindo uma área de quase 560.000km2 equivalente a extensão de um país do
tamanho da França, atendendo a 5.500 localidades em 774 municípios mineiros, possuindo
cerca de 4,3 milhões de consumidores.
Reconhecida pelo alto padrão técnico de seu pessoal, a Cemig é considerada uma empresa
modelo no setor elétrico brasileiro. A excelência técnica ultrapassou as fronteiras de
sua área de concessão em Minas e pode ser vista em outros países das Américas, Ásia e
África, onde a grife Cemig é marca de excelência na venda de serviços e de consultoria
para a área energética.
Outra ação pioneira da Empresa é o modelo de parceria com a iniciativa privada para a
viabilização de empreendimentos hidrelétricos.
A Cemig também investe na preservação do
meio ambiente no Estado e no resgate do ecossistema nativo associado aos seus
reservatórios e bacias.
Quantas usinas a Cemig possui?
O sistema
elétrico da Cemig conta com 35 usinas de geração, sendo 33 hidrelétricas, uma térmica
e uma eólica. Desse total, 11 são consideradas de grande e médio porte e 24 são
pequenas usinas.
Atualmente, a Cemig está construindo a de Igarapava, no Triângulo Mineiro em parceria
com a iniciativa privada.
Quais são as suas principais usinas?
A primeira usina
da Cemig foi Gafanhoto, situada no rio Pará, próxima à cidade de Divinópolis. Ela foi
construída pelo Governo do Estado em 1946. Possui grande importância histórica, pois
possibilitou a implantação da Cidade Industrial de Contagem.
Na primeira década (1952/1962), a Cemig construiu as usinas de Tronqueiras (rio
Tronqueiras); Itutinga(rio Grande), Piau (rios Pinho e Piau) e Três Marias(rio São
Francisco) — uma das maiores barragens do país na época de sua construção, em
1962. Mais tarde, vieram outras usinas como Jaguara (rio Grande), São Simão (rio
Paranaíba) — a maior usina da Cemig, Emborcação(rio Paranaíba), Nova Ponte(rio
Araguari) e Miranda (rio Araguari).
Como a energia elétrica é gerada?
A usina hidrelétrica é implantada às margens
de um rio e é composta de lago ou reservatório, casa de força, subestação elevadora e
linhas de transmissão.
O lago, também chamado de reservatório, é formado pelo represamento das águas do rio, através da construção de uma barragem.
Na barragem é construído o vertedor da usina, por onde sai o excesso de água do reservatório, na época das chuvas.
A casa de força é o local onde são instalados os equipamentos que vão produzir a energia.
Na subestação elevadora são instalados os transformadores elevadores.
A produção de
energia elétrica ocorre da seguinte forma:
A água que sai do reservatório é conduzida
com muita pressão através de enormes tubos até a casa de força, onde estão instaladas
as turbinas e os geradores que produzem eletricidade. A turbina é formada por uma série
de pás ligadas a um eixo, que é ligado ao gerador.
A pressão da água sobre essas pás produz um
movimento giratório do eixo da turbina.
O gerador é um equipamento composto por um
imã e um fio bobinado.
O movimento do eixo da turbina produz um campo
eletromagnético dentro do gerador, produzindo a eletricidade.
Como a energia elétrica chega aos consumidores?
A energia
elétrica é transportada das usinas através das linhas de transmissão existentes em
todo o Estado e chega aos consumidores por redes de distribuição, que são o conjunto de
postes, cabos e transformadores que levam a eletricidade até as residências,
indústrias, hospitais, escolas, etc.
Qual é a capacidade de geração da Cemig?
A capacidade
instalada do seu sistema elétrico é de 5 mil e 208 megawatts ou 5 milhões e 208 mil
kilowatts.
Qual é a extensão do sistema de distribuição da Cemig?
A rede de
distribuição de energia elétrica da Cemig tem mais de 275 mil quilômetros de
extensão, sendo a maior da América Latina.
Quais usinas fornecem energia elétrica para Belo Horizonte?
Não existe uma usina específica para atender a capital. O sistema da Cemig é interligado, assim como o das regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste. Isso quer dizer que todas as usinas da Cemig produzem energia e essa energia é distribuída a todas as localidades servidas pela empresa. A Cemig também compra, compulsoriamente, 16% de toda energia elétrica gerada por Itaipu. Quando a Empresa dispõe de excedente de energia, ela pode vendê-la para outras concessionárias do Sistema Interligado Sudeste-Sul.
A usina térmica de Igarapé, localizada cerca de 40 Km a oeste de Belo Horizonte, é a única termelétrica a óleo do parque gerador da Cemig e tem uma grande importância para a empresa, em função de sua localização, próxima a um dos principais centros de cargas do Estado.
Igarapé foi inaugurada em 1978, e chegou a ficar desativada em função da recessão do mercado de energia elétrica na década de 80. A usina tem um papel fundamental na operação do sistema Cemig : o de complementação, isto é, permite o aumento da disponibilidade de energia hidráulica. Além disso, a usina desempenha importante função na confiabilidade do sistema da Empresa, pelo fato de estar localizada junto ao seu maio centro de carga, a Região Metropolitana de Belo Horizonte.
Em 1997, foi concluída a reforma no gerador da usina, que permitiu a ampliação da potência instalada de 125 para 132 MW. Em março de 1998, Igarapé começou a operar com outro combustível de custo mais baixo, porém que necessita de uma maior quantidade de calor.
Além de grande importância para o sistema no horário de ponta, a termelétrica também é responsável pelo controle de tensão da região Oeste do Estado.
A Usina conta com o quadro de 96 funcionários, sendo a distribuição seguinte:
Instrumentação - 7 técnicos e 1 engenheiro (Weber);
Química - 3 técnicos e 1 engenheiro;
Mecânica - 19 técnicos e 1 engenheiro;
Operação - 36 técnicos e 2 engenheiros;
Elétrica - 9 técnicos e 1 engenheiro;
Administração - 13 pessoas ao todo sendo 2 engenheiros;
No nosso primeiro dia de visita, tivemos um forte contato com o setor administrativo da usina, na parte da manhã participamos de uma reunião dos diretores com os professores da UFMG, Fábio Jota e Ronaldo Pena, e na parte da tarde de uma outra reunião da diretoria com todos os funcionários analisando a parada programada que a usina sofrera nas semanas anteriores.
Na reunião com os professores, foi mostrado por estes o resultado de uma consultoria que eles prestaram à usina sobre a eficiência da caldeira. No processo que utilizaram para medir a eficiência foram coletados dados de 40 variáveis, incluindo medidor de vazão, pressão, temperatura, fluxo de vapor, etc ... Como resultado dessa consultoria foi mostrado que a eficiência da caldeira não está sendo satisfatória e que pode haver uma melhoria do sistema para otimizar o processo e reduzir os custos através de um controle mais apurado das variáveis do mesmo.
Na reunião da parte da tarde, o diretor da usina apresentou e discutiu com os funcionários as falhas e acertos das várias equipes que trabalharam na usina durante a parada programada. No geral as equipes apresentaram bom desempenho, mas ocorreram sugestões em ordem de otimizar a próxima parada. Foi também mostrado um balanço dos gastos gerais da usina (23 milhões somente com combustível por ano), e anunciado que o rendimento da usina melhorou de modo que a usina está mais confiável.
A usina termelétrica de Igarapé gera energia elétrica a partir da queima de óleo combustível. A usina trabalha com 3 tipos de óleo, sendo eles óleo diesel, 2A e 7A. Estes tipos se diferenciam na viscosidade e na quantidade de calor que necessitam para entrar em combustão. O start-up se dá queimando óleo diesel, pois ele flui melhor na tubulação e a caldeira ainda está aquecendo, logo em seguida substitui óleo diesel por 2A que é mais viscoso até o sistema atingir a queima do óleo 7A, que é combustível utilizado com a usina em funcionamento normal, pois possui melhor custo-benefício.
O óleo é bombeado dos tanques de armazenamento para os bicos injetores da caldeira, estes abastecem os queimadores que realizam a combustão do mesmo gerando calor para o aquecimento da água que está dentro da caldeira. Os gases liberados pela combustão realimentam a caldeira e os aquecedores . Grande parte deste gás passa pelo luvo, que faz uma recuperação de calor enviando para caldeira, e só assim é liberado pela chaminé.
A água utilizada no processo é coletada no rio ,onde existe uma barragem feita pela Cemig (dimensão 8x70 metros, não afetando o curso do rio preservando o meio ambiente, ao contrário do que ocorre com as hidrelétricas ). Esta água precisa ser purificada, desmineralizada e desoxigenada para evitar corrosão da tubulação e preservação das pás da turbina, devido a grande velocidade na qual o vapor passa por estes. A purificação se dá no pré-tratamento (o mesmo processo usado pela Copasa). A desmineralização ocorre na fase de tratamento d’água. Num processo ideal, a água não precisaria de reposição, porém devido as perdas existentes, frequentemente há necessidade da inserção de água-desmineralizada, todas estas etapas fazem com que o custo desta água seja mais caro que o óleo utilizado.
A água já tratada ,inicialmente a 25o C, é bombeada pela BEC ( Bomba de Extração do Condensado) do Poço Quente para os Aquecedores de Baixa Pressão. Destes a água vai para o Desaerador ( compartimento onde retira o oxigênio da água )e depois de desoxigenada é bombeada pelas BAC’s (Bombas de Água de realimentação) para os Aquecedores de Alta Pressão.
Dos aquecedores de alta pressão, a água é encaminhada para a caldeira , onde passa pelo Economizador, onde recebe calor em forma de convecção. Em seguida, vai para o Tambor ( ou tubulão ). Neste estágio, a água se encontra bifásica. A fase líquida desce pelas paredes da caldeira, onde recebe calor em forma de radiação e retorna para o tambor. Já o vapor ( com muitas gotículas ) vai para o Super Aquecedor (SH) onde o vapor é secado.
Após todos estes processos de aquecimento , o vapor se encontra a uma elevada temperatura e pressão de 540 0C e 130 Kg/cm2 respectivamente. Portanto, esse vapor ao sair do SH vai para a TAP (Turbina de Alta Pressão), fazendo girar o eixo da mesma. ( OBS: Essa turbina ,assim como as demais, é constituída de pás fixas que direcionam o vapor e pás móveis que giram o eixo ). Ele sai a uma temperatura de 330 oC e pressão de 30 Kg/cm2 e vai para o Reaquecedor (RH) onde ganha apenas calor indo para 540 0C . Daí o vapor alimenta a TMP (Turbina de Média Pressão) rodando o mesmo eixo e sai a uma temperatura e pressão de 110 0C e 2 Kg/cm2 respectivamente. Nestas condições, ele vai para TBP ( Turbina de Baixa Pressão ), girando o eixo, que é comum as três turbinas e está acoplado ao gerador numa rotação de 3600 rpm .
O vapor sai a vácuo da TBP e a uma temperatura de 32 oC indo para o condensador onde é resfriado por tubulação que retira água do rio diretamente e retorna ao mesmo. A água deixa o condensador a temperatura ambiente e é armazenada no poço quente, fechando assim o ciclo.
O gerador ,movido pela turbina, produz a energia elétrica a uma freqüência de 60 Hz . Essa por sua vez , passa por um transformador que eleva a sua tensão e a envia para subestação da usina.
O sistema de controle interno da usina termelétrica de Igarapé está passando por um forte processo de modernização, pois sua tecnologia do final da década de 60, se mostra bastante precária para os padrões atuais. O controle ainda é feito em sua maioria por cartões (certa parte até mesmo com relés ), porém foi implantado recentemente um PLC que junto com um supervisório desenvolvido pela ATAN controla os queimadores de óleo da caldeira.
Todo controle é feito pelos operadores numa única sala de controle, cujos registradores são todos analógicos, assim como o sistema de alarmes.
Existem projetos para a substituição de todos estes equipamentos por mais modernos, porém são processos demorados devidos aos seus elevados custos.
No nosso último dia de visita estivemos no prédio central da Cemig localizado na avenida Barbacena em Belo Horizonte. Nesse prédio funcionam os vários setores administrativos da empresa como também o COS (Centro de Operação do Sistema) e o Setor Meteorológico.
Localizado subsolo do prédio, o COS monitora e controla a geração e transmissão de energia elétrica através de 3 equipes técnicas que se revezam 24hs supervisionando remotamente o sistema, podendo desligar e ligar à distância linhas de transmissão do sistema principal e até o gerador de uma usina.
O Centro possui equipamentos de última geração, painéis através dos quais se visualiza em tempo real o que está acontecendo no sistema, permitindo aos operadores atuarem on-line no processo de produção e distribuição de energia elétrica.
Todo esse sistema foi recentemente modernizado com a implantação de um SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído) em substituição a antigos PLC’s (Controladores Lógico Programáveis) que antes eram usados como controladores do processo.
Podemos dizer que o COS é o responsável por manter a voltagem e a freqüência dentro dos limites que não comprometam os equipamentos utilizados pelo consumidor, o contínuo fornecimento de energia e caso ocorra algum distúrbio não previsto, o sistema deve ser capaz de absorve-lo e continuar operando.
A Cemig conta com um excelente setor meteorológico que presta serviços não só para ela mesma, mas também para alguns de seus clientes (Grandes Industrias). Esse setor conta com informações obtidas por satélites e estações terrestres que são atualizadas constantemente permitindo que seus computadores forneçam um boa previsão do tempo.
Dentro desse Setor se destaca o SLT (Sistema central de Localização de Tempestades) que junto com 7 estações regionais detectam instantaneamente as descargas atmosféricas em todo o estado e em suas proximidades, facilitando a adoção de medidas de proteção nas áreas mais atingidas por raios, manobras em circuitos de transmissão e o deslocamento de equipes para reparos nas linhas. A captação se dá através de antenas sensoras com sincronismo de tempo por satélite, com precisão de 200 metros em relação ao local atingido pela descarga atmosférica.
Tivemos a oportunidade de acompanhar o processo de produção de energia elétrica através de usinas termelétricas, que é uma tendência do mercado brasileiro, pois o nosso potencial hidrelétrico têm-se tornado escasso, além dos custos financeiros e ambientais. As consideradas ecologicamente corretas ( eólica, solar ) não têm capacidade de produção elevada.
A vantagem da usina térmica é que fica perto do centro consumidor, não há perda na linha de transmissão, por estas razões a empresa estuda a possibilidade de implementar mais usinas térmicas.
Além da noção de processo, outro fato talvez mais importante foram os conhecimentos que adquirimos na área de controle e automação da empresa, pois nos foram passadas as noções gerais que constam nesse relatório.
Portanto, consideramos a experiência muito válida e esperamos repeti-la assim que obtivermos maiores conhecimentos acadêmicos para podermos aprofundarmos nas áreas de nosso interesse.