Componentes-chave de um sistema de energia de emergência explicados

Em situações onde equipamentos sensíveis lidam com quedas de energia, um sistema de energia de reserva é, sem dúvida, útil para garantir a continuidade, a segurança e a eficácia das operações. Tais sistemas são especialmente projetados para fornecer a energia necessária durante apagões para serviços essenciais de saúde, operações de manufatura e, entre outros, processamento de dados. Assim, o desempenho de sistemas de energia de emergência só pode ser compreendido plenamente por especialistas que considerem as especificidades associadas a alguns componentes. Cada um desses elementos importantes da construção de um sistema de energia de emergência , como finalidade, conceitos básicos e formas de aplicação, bem como o uso desses sistemas em áreas urbanas e industriais, será elucidado neste artigo. Independentemente da formação profissional, seja um profissional da área de gestão ou operação de instalações, um estudante de engenharia elétrica, por exemplo, ou qualquer pessoa interessada no tema, espera-se que este relatório forneça explicações mais detalhadas sobre essa tecnologia de ponta no ambiente moderno.

Os sistemas de energia de emergência são divididos em várias partes vitais para o correto desligamento da bateria em casos de falhas ou interrupções de energia. Algumas dessas partes incluem, mas não se limitam a:

Como se sabe, a unidade geradora faz parte do sistema de energia de emergência denominado seção central de disjuntores. A seção central de disjuntores é composta por um gerador ou um alternador acionado por motor, projetado para funcionar quando a energia elétrica falha, sem necessidade de intervenção manual.

O que é um sistema de energia de emergência?

Um sistema de energia de emergência é parte integrante de qualquer instalação, responsável por fornecer energia secundária aos equipamentos. Assim, em caso de falha da fonte de energia primária, o sistema de emergência entra em ação. Esses sistemas não permitem a interrupção de atividades essenciais, garantindo a duração necessária dentro de intervalos predefinidos. Eles têm se mostrado muito eficientes e populares desde sua implementação, especialmente em instalações importantes como hospitais, data centers, plantas industriais e até mesmo em estruturas metálicas utilizadas como escritórios/espaços de trabalho. Um sistema típico de energia de emergência inclui um gerador, uma chave de transferência automática, um sistema de alimentação ininterrupta (UPS) e um sistema de controle avançado, com todos esses componentes trabalhando em conjunto para garantir uma transição suave entre as fontes de energia.

As soluções mais recentes de energia de reserva são projetadas para suportar sistemas de alto valor sem falhas, utilizando monitoramento dinâmico, mecanismos de desligamento de carga ou solução de problemas do sistema. No mundo atual, devido aos avanços tecnológicos, a maioria das usinas está diversificando seus projetos com o uso de recursos renováveis, como painéis solares ou armazenamento de energia, para aprimorar sua capacidade de backup em situações de emergência. Os sistemas de energia de emergência são bastante específicos para cada contexto, devido aos requisitos de qualidade e segurança, sendo considerados obrigatórios em casos onde qualquer interrupção é inadmissível. Verificações e manutenções regulares devem ser realizadas para garantir seu alto desempenho e disponibilidade durante apagões.

Importância do fornecimento de energia de emergência

Na era moderna, os sistemas de energia de emergência são essenciais, pois garantem o funcionamento ininterrupto em situações de apagões e outros imprevistos. Isso se deve ao fato de estarem presentes em diversas áreas — medicina, TI, indústria, segurança pública — onde qualquer falha na prestação de serviços pode expor a entidade a perdas financeiras, segurança precária ou perigo para a vida dos envolvidos. Os sistemas de energia de emergência também evoluíram significativamente com as recentes descobertas nessa área, que demonstram o amplo aproveitamento de fontes de energia alternativas, como a solar e a eólica, e o aprimoramento da tecnologia por meio da integração de sistemas de armazenamento de energia mais robustos (baterias de íon-lítio), tornando as opções de backup sustentáveis ​​e resilientes.

Por exemplo, foi relatado que o mercado global de sistemas UPS provavelmente se expandirá ainda mais nos próximos anos devido à mudança no hábito do consumidor em direção a indústrias que necessitam de fornecimento contínuo de energia. Consequentemente, observa-se uma tendência no setor em direção à instalação de sistemas de monitoramento que podem notificar os operadores sobre o status do fornecimento de energia e avaliar a necessidade de energia de reserva. Além disso, a conformidade com as especificidades de normas recentes, como NFPA 110 e ISO 8528, só se torna possível por meio de uma ampla gama de medidas e provisões que garantam a redundância dos sistemas de energia e a solução eficaz de problemas em caso de falhas. Todos esses exemplos demonstram claramente a importância das soluções de energia de emergência para a manutenção dos serviços e operações da infraestrutura em um mundo cada vez mais dependente de energia elétrica.

Conjuntos Geradores: Tipos e Funções

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   Grupos geradores a diesel — Os geradores a diesel também são frequentemente utilizados, pois dependem do combustível diesel, conhecido por sua praticidade e economia. Grupos geradores primários e de reserva são fabricados para fornecer eletricidade contínua por longos períodos. Comumente encontrados em áreas com alto consumo de energia, como indústrias pesadas, edifícios e prédios comerciais de vários andares, eles podem suportar cargas elevadas sem problemas. Além disso, as melhorias no consumo de combustível dos motores a diesel transformaram os grupos geradores a diesel atuais nos dispositivos mais ecologicamente corretos da atualidade.
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   Grupos geradores a gás — Os geradores a gás natural, ou grupos geradores, utilizam gás natural, neste caso propano ou GLP, como combustível principal. Esses sistemas são considerados mais ecológicos, pois liberam menos poluentes e gases do que os geradores a diesel, minimizando assim os impactos ambientais locais decorrentes das regulamentações sobre poluição. Podem ser instalados em estruturas urbanas e suburbanas com rede de gás descentralizada ou utilizados no setor agrícola, respeitando-se as respectivas distâncias entre eles.
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   Grupos geradores híbridos — Muitos carros modernos são híbridos, pois possuem tanto um motor a gasolina tradicional quanto alguma forma de fonte de energia renovável, como painéis solares ou turbinas eólicas, com o objetivo de melhorar a eficiência energética e minimizar o consumo de combustível. Esses veículos são comumente utilizados em áreas ou situações onde essa tecnologia é necessária para gerar energia e, ao mesmo tempo, desencorajar o uso excessivo de combustível.
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   Grupos geradores portáteis — Os geradores portáteis ocupam pouco espaço, podem ser realocados e são usados ​​para necessidades de energia de curto prazo. São ideais para eventos ao ar livre, canteiros de obras e situações de emergência, oferecendo flexibilidade e praticidade. Apesar do tamanho reduzido, os geradores portáteis conseguem fornecer energia mais do que suficiente para diversos dispositivos e equipamentos.
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   Grupos geradores industriais — Geradores industriais são dispositivos grandes e potentes utilizados em aplicações comerciais, como grandes minas, fábricas ou outros grandes consumidores industriais de energia. Além disso, são projetados para produzir altíssimas potências e, possivelmente, contam com recursos avançados de monitoramento e controle para autogerenciamento em cenários exigentes.

Chaves de transferência: automáticas vs. manuais

Considerações sobre tanques de combustível e combustível diesel

Aspectos como o tanque de armazenamento de combustível e a capacidade de armazenamento de diesel em instalações de armazenamento de combustível envolvem certas dificuldades em termos de eficiência, segurança e requisitos legais. Os tanques de armazenamento podem ser fabricados com materiais como alumínio ou ferro e são projetados para terem alta resistência às intempéries e ao desgaste. Esses equipamentos devem ser bem cuidados, garantindo que não apresentem vazamentos ou desgaste por meio de verificações regulares, a fim de evitar qualquer tipo de contaminação que possa torná-los propensos a acidentes operacionais.

O diesel, principal fonte de energia para a maioria das indústrias, exige procedimentos adequados de manuseio e armazenamento para manter sua qualidade e eficácia. Manuseio, armazenamento e derramamento inadequados, especialmente ao longo do tempo, podem causar a degradação do diesel devido a fatores como umidade, temperaturas extremas e contaminação. Por essas razões, podem ocorrer fenômenos como a proliferação de algas no diesel, comumente conhecida na indústria como contaminação microbiana, e a diminuição da eficiência do motor. A adição de aditivos ao combustível e a limpeza regular do tanque de combustível resolvem esses problemas, garantindo o funcionamento eficiente do combustível e dos equipamentos.

Além disso, os aditivos químicos ajudam a retardar a deterioração natural e garantem que os custos das instalações permaneçam mínimos. Principalmente, houve uma alteração significativa no projeto dos tanques de combustível, que agora apresentam sistemas de ventilação aprimorados para reduzir a emissão de vapores, entre outros recursos, para atender aos padrões relativos a questões de contenção. A observância das normas ajuda a garantir a confiabilidade e a eficácia dos sistemas e componentes de combustível, bem como a redução do impacto negativo no meio ambiente e o atendimento aos requisitos estabelecidos para esses setores.

Os geradores auxiliares são de vital importância para garantir um fornecimento de energia ininterrupto em caso de cortes de energia. Produzidos e utilizados em diversos setores, instalações médicas e residências, esses equipamentos são projetados para assegurar que as operações continuem em níveis seguros e prudentes durante qualquer crise. Além disso, a geração de energia adequada também desempenha um papel importante, pois viabiliza quaisquer medidas adicionais necessárias para salvar vidas. Ainda hoje, muitas instalações utilizam geradores em atividades industriais, como, por exemplo, na operação de sistemas eletrônicos ou técnicos sensíveis que exigem geradores de reserva com corrente contínua e estável.

O que é um gerador de reserva?

Os sistemas de geração de energia de reserva consistem principalmente em utilizar combustíveis como gás natural, propano ou diesel, convertendo-os em energia mecânica que, por sua vez, é convertida em energia elétrica por meio de um alternador. Em caso de queda de energia, a chave de transferência automática do sistema entra em operação, desconectando o edifício da rede elétrica e passando a fornecer energia ao edifício a partir do gerador. A transição é feita de forma gradual para minimizar os transtornos.

Atualmente, existem também sistemas de energia de reserva de última geração, como geradores, que são integrados para monitoramento e diagnóstico de energia, além de outras funções. Eles também podem suportar diversas cargas de energia, o que os torna fontes de energia com capacidade de transferência, adequadas para uso doméstico, comercial e industrial. Durante o uso dos geradores, é necessário mantê-los nos níveis esperados. Isso envolve todos os procedimentos, incluindo ligar o gerador após períodos específicos, verificar o sistema de combustível e o desempenho, entre outros, para garantir que seu funcionamento não seja comprometido.

Instalação e manutenção de geradores de reserva

Para garantir a correta instalação, operação e manutenção do gerador de emergência, é imprescindível seguir as instruções do fabricante e cumprir as normas locais, visando segurança e eficiência. O processo de instalação começa com a seleção do local do equipamento, que deve ter ventilação adequada, atender a todos os requisitos de segurança e garantir a ausência de gases de escape no espaço ocupado. Além disso, é necessário utilizar uma chave de transferência apropriada para o gerador de emergência, permitindo a transição suave entre a rede elétrica e o gerador em caso de queda de energia. Recomenda-se a contratação de um profissional para a instalação, especialmente para as perfurações dos componentes elétricos e de combustível e para a verificação de conformidade.

A manutenção é uma atividade rotineira que inclui verificações e testes regulares para a prevenção de falhas prematuras. A principal atenção nessas verificações é dada à qualidade dos combustíveis e à verificação dos níveis de combustível; nesse contexto, o óleo e o líquido de arrefecimento são inspecionados, o estado da bateria é monitorado e os filtros de ar são limpos. Além disso, testes operacionais sob carga devem ser realizados em intervalos regulares para verificar a capacidade do gerador de atender ao consumo esperado. A nova tecnologia de monitoramento remoto possibilita o diagnóstico de problemas que possam estar ocorrendo, portanto, os usuários não precisam esperar que o problema se agrave para solucioná-lo. Medidas adequadas de manutenção devem ser implementadas e o gerenciamento do sistema de geração de energia será mais eficiente no futuro com o auxílio de aplicativos relevantes.

Aplicações comuns para geradores de reserva

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   Geradores — Os geradores são acionados por turbinas a vapor – a fonte de calor – que utilizam energias de movimento mecânico, as quais são convertidas em energias de movimento elétrico por meio de indução eletromagnética para produzir eletricidade.
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   Transformadores — Para aumentar a eficiência das linhas de transmissão de energia em longas distâncias, são instalados transformadores com o objetivo de controlar a tensão para níveis adequados.
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   Linhas de transmissão — Por exemplo, as centrais elétricas localizadas em áreas remotas contêm alta tensão e, consequentemente, utilizam linhas de transmissão aéreas para se conectarem a subestações distantes.
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   Subestações — As subestações reduzem os diferentes níveis de energia para garantir a distribuição segura para pessoas que vivem em zonas residenciais, comerciais ou industriais.
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   Linhas de Distribuição — Esses alimentadores encaminham a energia da subestação para os consumidores comuns, completando assim o ciclo de distribuição.
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   Sistemas de controle — Os sistemas de controle são implementados para monitorar e gerenciar a rede elétrica, prevenindo falhas, distribuindo a energia corretamente e solucionando rapidamente qualquer problema na rede, caso ocorra.

Integração de energia solar em sistemas de emergência

A integração da energia solar em sistemas de emergência traz diversos benefícios práticos e logísticos, aumentando, assim, a sustentabilidade desses sistemas. A incorporação de geração distribuída e energias renováveis, como a energia solar fotovoltaica (FV), torna essa aceleração possível, considerando que os sistemas de emergência são seguros e protegidos contra vulnerabilidades resultantes de fontes de energia centralizadas. Isso será muito útil em situações de desastre ou outros casos de colapso da rede elétrica, onde a produção de energia no local é incentivada e há mínima dependência de fontes de energia externas.

Para impulsionar ainda mais esses avanços, o fornecimento de energia solar durante o dia e, à noite, os sistemas alternam para energia de bateria caso os geradores solares não estejam operacionais. As baterias disponíveis atualmente e as mais recentes (por exemplo, de lítio e de estado sólido) apresentaram melhorias significativas em termos de capacidade e desempenho. Essas instalações de armazenamento de energia, aprimoradas com a função solar, fornecem energia para áreas como estações de tratamento de água, sistemas de saúde e sistemas de comunicação sem utilizar energia local, tornando-as mais sustentáveis.

Além disso, a energia solar pode ser aproveitada de forma flexível e específica para cada tarefa, graças à sua capacidade de se adaptar e ajustar às necessidades energéticas do sistema. As tecnologias de controle baseadas em inversores, incorporadas em cada conjunto de painéis solares, permitem uma operação mais eficiente. O sistema de controle é dinâmico e pode atender às demandas energéticas que surgem, resultando em uma operação eficaz do sistema e, consequentemente, na redução do desperdício de energia, especialmente em situações de emergência. Dessa forma, essa capacidade auxilia no planejamento eficaz de emergências, bem como em outros objetivos de sustentabilidade no desenvolvimento das cidades.

Soluções de energia de reserva para instalações críticas

Os sistemas de energia de reserva formam um conjunto importante e essencial para praticamente todos os operadores de instalações fixas em qualquer setor onde a falha de energia represente um risco significativo. A maioria desses sistemas é aprimorada com tecnologias de ponta, como sistemas de alimentação ininterrupta (UPS), geradores convencionais a diesel ou gás natural e baterias renováveis, como as de íon-lítio. Esses sistemas fornecem um aumento de energia durante crises, evitando perda de tempo e protegendo equipamentos sensíveis.

No campo do fornecimento confiável de energia, os sistemas híbridos combinam, em particular, geradores tradicionais com fontes renováveis, incluindo baterias avançadas em alguns cenários. Eles contribuem para a disponibilidade permanente de energia, reduzindo, ao mesmo tempo, o uso de combustíveis fósseis de forma mais eficaz. Tomemos como exemplo a aplicação de tecnologias de energia solar em um determinado período: sistemas de energia solar durante o dia e energia armazenada ou gerada por geradores quando necessário. Graças à comunicação inteligente entre os dispositivos em rede, o consumo de energia pode ser gerenciado de forma eficaz em todas as áreas, com proatividade no projeto e na resposta a falhas.

Instalações como hospitais, centros de dados e serviços de resgate de emergência são frequentemente equipadas com sistemas de alimentação de energia de reserva. Isso se deve ao fato de que essas instalações precisam ser capazes de cumprir seu dever — proteger e salvar vidas humanas — em quaisquer condições. Interrupções em um ambiente tão crítico representam riscos de perda de dados importantes, atendimento inadequado aos pacientes ou falta de medidas estruturadas em caso de emergência. Os sistemas de energia atualmente em uso priorizam elementos adicionais de suporte de carga e redundância, de modo que uma falha isolada não comprometa toda a estrutura. Graças ao uso desses sistemas, a capacidade entre as instalações pode agora ser considerada resiliente, com estabilidade operacional e baixas taxas de manutenção.

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   Sistema de alimentação ininterrupta (UPS): — O UPS (Sistema de Alimentação Ininterrupta) é um componente muito importante em um sistema de iluminação de emergência, pois fornece energia de reserva durante os poucos segundos em que a carga é transferida. Ele garante que os sistemas que precisam permanecer operacionais continuem funcionando com o mínimo de interrupção durante a transição para uma fonte de energia secundária.
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   Geradores de reserva: — Existem sistemas especificamente projetados para otimizar o fornecimento de energia, que podem ser utilizados por períodos mais longos do que o normal devido a interrupções no fornecimento. Geralmente movidos a diesel, gás natural ou propano, os geradores de reserva entram em ação automaticamente em caso de queda de energia.
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   Sistemas de armazenamento de baterias: — As tecnologias de baterias de última geração, capazes de armazenar energia, servem como sistemas de energia de reserva em caso de interrupção no fornecimento. Elas também são frequentemente utilizadas em conjunto com fontes de energia renováveis, como painéis solares fotovoltaicos, para aumentar a potência e a confiabilidade do fornecimento.
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   Chaves de Transferência Automática (ATS): — A chave de transferência automática permite uma mudança rápida e perfeita entre duas fontes de energia, a rede elétrica normal e o gerador de reserva, minimizando o tempo de inatividade dos equipamentos.
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   Soluções de energia renovável: — As soluções de energia renovável (painéis solares, turbinas eólicas, sistemas híbridos) fornecem fontes de energia de reserva mais limpas e sustentáveis, especialmente em áreas onde os sistemas de energia elétrica podem estar conectados à rede ou onde um gerador de reserva de grande porte não faz muito sentido.

Geradores a diesel vs. a gás

Soluções de emergência movidas a energia solar

Um gerador de energia solar de reserva é, sem dúvida, a opção mais sustentável e eficiente em termos de fornecimento de energia para suprir a falta de eletricidade quando necessário. Isso porque, em vez de usar combustíveis fósseis, ele é alimentado por painéis solares ventilados que convertem o calor do sol em eletricidade, sendo útil mesmo em locais remotos sem outras fontes de energia. A tecnologia empregada para a geração de energia solar é muito eficaz, pois utiliza bobinas mecânicas que transformam a energia térmica em energia elétrica, diferentemente dos sistemas a combustível, que são muito caros e difíceis de manter.

Avanços como painéis solares portáteis e refletores solares integrados a fontes de energia permitirão que esses serviços sejam acessíveis e viáveis ​​em muitos ambientes afetados por desastres. Por exemplo, se a necessidade de dispositivos para auxiliar no socorro às vítimas de desastres depender de painéis solares, será mais fácil obtê-los a um preço menos exorbitante e sem grandes obstáculos. Ao encapsular uma bateria de íon-lítio utilizando as tecnologias mais recentes, incluindo armazenamento e carregamento por energia solar, obtém-se maior potência por unidade de volume, com alta capacidade de uso prolongado, mesmo em aplicações críticas.

Os avanços na tecnologia fotovoltaica levaram à invenção de painéis solares portáteis e autossuficientes de diversos tipos. Essa tendência é claramente evidente nos dados estatísticos, que mostram um enorme aumento no número de equipamentos de emergência revestidos com painéis solares, devido à sua mobilidade e ao fato de não agredirem o meio ambiente. Essas conquistas demonstram que a energia solar ainda possui sua inegável importância na construção de infraestrutura de emergência durável.

Comparação entre sistemas de energia de emergência de nível 1 e nível 2

Fontes de Referência

• Medindo e aprimorando a resiliência de sistemas de energia interdependentes, serviços de emergência e comunidades sociais.
  vtechworks.lib.vt.edu →
• Soluções dinâmicas e responsivas de educação em recursos energéticos distribuídos para funcionários dos departamentos de construção, incêndio e segurança.
  osti.gov →