Authors: Leonardo Guerra de Rezende Guedes & Geovanna de Oliveira

Abstract. Known as Industry 4.0, the Fourth Industrial Revolution is characterized by trends in factory automation. Its foundation implies the intercommunication of machines, integrated information systems, which brings greater efficiency and increased productivity as a major positive impact. However, due to the use of equipment vulnerable to variations in power quality: Electronic power equipment and microprocessed controls. The objective of this article is to understand the main aspects of the quality of electric power and to analyze its impacts on the concept of the Fourth Industrial Revolution.

INTRODUÇÃO

Entendendo-se, a partir da análise dos estudos, que a evolução tecnológica e industrial proveniente da indústria 4.0, acarretou na dependência e sensibilidade energética das máquinas inteligentes criadas para promover as necessidades evolutivas das fábricas e em consequência, entendemos que a qualidade de energia, no que atinge ao produto ou serviço é de extrema importância para as indústrias da atualidade, já que o serviço de fornecimento de energia elétrica podem trazer diversos prejuízos as indústrias. Sendo assim nessas perspectivas, a adesão às atuais maquinarias evidencia uma necessidade de desenvolvimento e reconhecimento da energia elétrica, considerando que quaisquer falhas na geração, transmissão ou distribuição do produto ideal pode trazer perdas econômicas para as fábricas e/ou indústrias do Brasil.

No princípio as modificações humanas produzidas eram pequenas, principalmente antes do desenvolvimento da atividade agrícola. No decorrer da nossa evolução, com o crescimento populacional e o avanço em novas técnicas, o domínio de novas tecnologias e novos instrumentos de produção, nossas intervenções começaram a ser maiores e mais intensas.

Tivemos mudanças econômicas e sociais, aumento da quantidade de fábricas e oferta de trabalho, bem como especialidades profissionais, a Primeira Revolução Industrial foi um marco na relação homem-natureza, cujo início se deu na Inglaterra, a partir de meados do século XVIII, com a invenção da máquina a vapor e sua aplicabilidade na indústria têxtil.

Entre meados do século XIX e XX, surge a Segunda Revolução Industrial, impulsionada pela eletricidade e avanços tecnológicos nos meios de comunicações, como, por exemplo, a invenção do telégrafo. A partir desse acontecimento, a eletricidade passou a ser um marco nos sistemas de iluminação dos amplos centros urbanos e industriais da época, através da possibilidade de ser transmitida em longas distâncias e com custo bem inferior quando comparada a máquina a vapor. Continuamente, a Terceira Revolução Industrial, na segunda metade do século XX, trouxe grandes evoluções no campo tecnológico, desencadeadas, principalmente, pela interação entre conhecimento científico e produção industrial, também conhecida como Revolução Tecnocientífica. Após essa era, a constante evolução do setor industrial, tornou possível a introdução da Quarta Revolução Industrial.

A Quarta Revolução Industrial, também conhecida como Indústria 4.0, traz a tendência à total automatização e gerenciamento total  das fábricas, através de sistemas ciberfísicos, que foram possíveis graças à internet das coisas e à computação na nuvem. Tendo a capacidade de reduzir custos e otimizar a eficiência das distribuidoras de energia.

Nessa perspectiva, vemos que os novos equipamentos e máquinas estão mais vulneráveis às variações da qualidade da energia em relação aos utilizados no passado. Muitos dos equipamentos modernos possuem unidades eletrônicas de potência e/ou controles microprocessados, tornando-os muito sensíveis a alguns tipos de perturbações, que por décadas podem ter ocorrido sem causar efeitos prejudiciais às máquinas passadas e, atualmente, resultam em má operação e, sobretudo, redução da vida útil.

A qualidade no serviço do fornecimento de energia elétrica tem um  papel importante no  setor industrial. Uma interrupção no fornecimento de energia elétrica ou a má qualidade fornecida pode causar diversos prejuízos e problemas aos consumidores, como a perda de negócios, produção, sistemas de informações, entre outros.

A definição dos indicadores que determinam se o sistema elétrico está operando dentro do que é avaliado como satisfatório, a respeito da qualidade da energia elétrica, é de responsabilidade das agências reguladoras de energia elétrica. A preocupação dos órgãos reguladores é com a qualidade do produto, ou seja, a forma, a amplitude ou a distorção de onda e, também, com a qualidade do serviço, ou seja, o número de interrupções de energia, sua duração e frequência. (ROCHA, 2016).

O presente estudo tem como objetivo compreender os principais aspectos da qualidade de energia elétrica no Brasil, em relação ao produto e serviço, analisando seus impactos na compreensão da Quarta Revolução Industrial.

Para a listagem bibliográfica deste estudo, fizemos buscas online nas bases de dados SciELO (Scientific Eletronic Library Online) e Google Acadêmico. Na listagem dos artigos, foram utilizados os seguintes descritores contextualizados ao tema em estudo: “Quarta Revolução Industrial”, “Indústria 4.0”, “Qualidade de Energia”, “Impactos da Qualidade de Energia” e “Interrupção do Fornecimento de Energia Elétrica no Setor Industrial”.

INDÚSTRIA 4.0

 O conceito de Indústria 4.0 surgiu na Alemanha e rapidamente se difundiu pela Europa no qual foi recentemente proposto e que engloba as principais inovações tecnológicas dos campos de automação, controle e tecnologia da informação, aplicadas aos processos de manufatura. Utilizando os Sistemas Cyber-Físicos, Internet das Coisas e Internet dos Serviços, os processos de produção tendem a se tornar cada vez mais eficientes, autônomos e customizáveis.

Delloite AG (2014) destaca que a principal importância para a Indústria 4.0 consiste na sua interação com diversas infraestruturas inteligentes, tais como a mobilidade inteligente, casas e edifícios inteligentes, logística inteligente, redes inteligentes, entre outras.

A expressão “qualidade da energia” inclui um conjunto de fenômenos, que abrange um âmbito de interesse de sistemas da energia elétrica até impasses relacionados com a comunicação em redes de transmissão de dados.

Há um grande interesse na qualidade de energia nestes últimos anos, devido à expansão do uso de equipamentos eletrônicos que são sensíveis a distúrbios elétricos e o aumento de cargas pertubadoras (Inversores de frequência, computadores, micro-ondas, entre outras.) da qualidade de energia.

Principais distúrbios associados à qualidade da energia:

• Transitórios: Fenômenos eletromagnéticos oriundos de alterações súbitas nas condições operacionais de um sistema de energia elétrica. Sujeitam os equipamentos a grandes solicitações de tensão e/ou corrente;
• Variações de tensão de curta duração: Alterações instantâneas, momentâneas ou temporárias. A consequência pode ser um aprofundamento momentâneo de tensão (“sag”), uma elevação momentânea de tensão (“swell”), ou até mesmo uma interrupção completa do sistema elétrico.)
• Variações de tensão de longa duração: Fenômenos similares aos fenômenos de curta duração, porém, com a característica de se manterem no sistema elétrico por tempos maiores que três minutos;
• Desequilíbrios: Desvio máximo da média das correntes ou tensões trifásicas, divididos pela média das correntes ou tensões trifásicas, expressados em percentual. Esses desequilíbrios são oriundos geralmente dos sistemas de distribuição, que possuem cargas distribuídas inadequadamente, estabelecendo correntes desequilibradas no sistema;
• Distorções da forma de onda: Harmônicos, cortes de tensão, ruídos, entre outros: desvio, em regime permanente, da forma de onda puramente senoidal, na frequência fundamental e é reconhecida principalmente pelo seu conteúdo espectral;
• Flutuações de tensão: Variações sistemáticas dos valores eficazes da tensão de suprimento dentro da faixa compreendida entre 0,95 pu e 1,05 pu;
• Variações de frequência: desvios no valor da frequência fundamental do sistema (50 Hz ou 60 Hz). As principais causas das variações de frequência que ultrapassam os limites para operação normal em regime permanente (60Hz ± 0,5Hz) são: faltas em sistemas de transmissão; saída de um grande bloco de carga e saída de operação de uma grande fonte de geração.

No ambiente de distribuição de energia elétrica, a qualidade da energia é denominada qualidade do produto. De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica – ANNEL (2016), a qualidade do produto relaciona-se com a conformidade de tensão em regime permanente e com as perturbações na forma de onda de tensão.

 Os indicadores de tensão em regime permanente são coletados trimestralmente, através de medições amostrais executadas pelas distribuidoras de energia elétrica em unidades consumidoras sorteadas dentro de sua área de concessão ou permissão.

A ANEEL estabelece limites para os indicadores de tensão em regime permanente: 3% para o DRP (duração relativa da transgressão de tensão precária) e 0,5% para o DRC (duração

relativa da transgressão de tensão crítica), que representam o percentual de tempo em que a unidade consumidora permaneceu com tensão precária e com tensão crítica.

A regularização do fornecimento e a compensação financeira devem ser realizadas quando a distribuidora ultrapassa esses limites. A compensação é automática, e deve ser paga até que a distribuidora regularize a tensão fornecida ao consumidor (ANNEL, 2016).

A GESTÃO INTELIGENTE DO CONSUMO DE ENERGIA

A rede elétrica não é só apenas uma estação para transmissão e distribuição de energia elétrica das grandes usinas para os usuários finais, mas torna-se uma “Smart Grid”. A “Smart Grid” é uma rede inteligente capaz de acomodar os fluxos de energia bidirecional, para possibilitar a interação entre os produtores e os consumidores, determinar com antecedência os requisitos de consumo e adaptar com flexibilidade a produção e o consumo de energia elétrica.

Uma rede capaz de se comunicar através da troca de informações sobre os fluxos de energia, com uma gestão mais eficiente dos horários de pico evitando cortes de energia e reduzindo a carga onde for necessário.

A adesão das novas tecnologias inteligentes ajudam também a melhorar a gestão dos ativos. Isso porque a internet das coisas mostra que os sensores podem ser usados para identificar a localização, número de série e parâmetros técnicos de transformadores, cabos, postes, painéis, entre outros, além de simplificar o gerenciamento de trocas e reparos.

Com a aplicação das soluções de captura de dados e tratamento adequado ao uso das empresas de energia, é possível mapear os equipamentos mais importantes para a operação e manter um “inventário” mais preciso de tudo o que está na rua, no estoque ou em reparo. Esses dados podem, inclusive, ser enviados automaticamente a um ERP ( Enterprise Resource Planning – Sistema Integrado de Gestão Empresarial ), o que ajudaria a mapear os custos até a contabilidade e a gestão do negócio.

Existe uma infinidade de aplicações da internet das coisas no setor de utilities e, especificamente, nas distribuidoras de energia. E, embora o investimento na tecnologia pareça inicialmente algo difícil, a partir do momento em que as empresas começarem a gerenciar melhor os seus ativos, entenderão melhor as necessidades reais da operação. Sem esquecer a questão primordial da conectividade, aplicações precisas de IoT permitirão melhores compras, menor estoque, manutenções preventivas com mais precisão e identificação mais rápida dos problemas.

Esse ciclo aprimora a eficiência da operação, reduzindo o tempo de interrupção do serviço e, em longo prazo, o custo da operação. E, o mais importante para a sociedade, impacta fortemente na melhoria da experiência oferecida aos consumidores.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

 A qualidade de energia é de fundamental importância para as indústrias da atualidade, as ditas Indústrias 4.0, e que os setores de geração, transmissão e distribuição de energia ainda tem que melhorar seus processos, tanto no meio produtivo quanto no de manutenção do serviço.

Desta forma, a presente produção científica, apresenta, através de revisão bibliográfica, as definições de Indústria 4.0, qualidade de energia e o que pode acarretar se há falha no processo para as referidas organizações, e como podemos gerência-la.

REFERÊNCIAS

Revoluções industriais: Primeira, segunda e terceira revoluções. <https://educacao.uol.com.br/disciplinas/geografia/revolucoes-industriais-primeira-segunda-e-terceira-revolucoes.htm?cmpid>

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANNEL. Qualidade do Produto. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/qualidade-do-produto>.                             

 AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANNEL. Qualidade do Serviço. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/qualidade-do-servico2>.                                   

 BRESSER—PEREIRA, Luiz C.; NASSIF, André; FEIJÓ, Carmen. A revolução da indústria brasileira: a conexão entre o regime macroeconômico e a política industrial. Revista de Economia Política, São Paulo,v.36, n. 3, p. 493-513, jul/set. 2016. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/rep/v36n3/1809-4538-rep-36-0300493.pdf>.

 CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI. Sondagem Especial – Indústria e Energia.2016. Disponível em: <https://staticcmssi.s3.amazonaws.com/media/filer_public/e4/9b/e49b3344-a9fc-4c2f-ad2728197abb77a3/sondespecial_industriaeenergia_marco2016.pdf>.                

CORRÊA, Felipe I. M. Estudo de um Sistema de Distribuição com Enfoque na Qualidade da Energia Elétrica. 2011. TCC (Bacharelado em Engenharia Elétrica) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. 2007.

 DELOITTE AG. Industry 4.0: challenges and solutions for the digital transformation and use of exponential Technologies. 2014. Disponível em: <https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/ch/Documents/manufacturing/ch-en-manufacturing-industry4-0-24102014.pdf>.                                                   

 FREITAS, Matheus M. B. C. de; FRAGA, Manoela A. de F.; SOUZA, Gilson P. L. de. Logística 4.0: Conceitos e Aplicabilidade: uma Pesquisa-Ação em uma Empresa de Tecnologia para o Mercado Automobilístico. Caderno PAIC. Curitiba, v.17, n. 1, p. 237-261, jul/set.2016. Disponível em: <https://cadernopaic.fae.edu/cadernopaic/article/viewFile/214/175>.

 O que é a 4ª revolução industrial – e como ela deve afetar nossas vidas. Disponível em: <http://www.bbc.com/portuguese/geral-37658309>

 INSTITUTO ACENDE BRASIL. Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica: Confiabilidade, Conformidade e Presteza. Whiter paper, ed. 14, 2014. Disponível em: <http://www.acendebrasil.com.br/media/estudos/2014_WhitePaperAcendeBrasil_14_Qualidade_Fornecimento_Energia_Rev_0.pdf>.

 KAGERMANN, Henning. et al. Recommendations for implementing the strategic initiative Industrie 4.0.Frankfurt; Main: National Academy of Science and Engineering. 2013. Disponível em: <http://www.acatech.de/fileadmin/user_upload/Baumstruktur_nach_Website/Acatech/root/de/Material_fuer_Sonderseiten/Industrie_4.0/Final_report__Industrie_4.0_accessible.pdf> .

 MALTA, Priscilla L. Estudo da Qualidade de Energia no Acionamento de Máquinas Elétricas no SAAE de Viçosa. 2011. Monografia (Bacharelado em Engenharia Elétrica) – Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas,Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2011.

 MONERAT, Julio C. P. Trabalho, capitalismo e espaço: entendendo a dinâmica espacial capitalista. Revista de Geografia, Juiz de Fora, v. 3, n. 2, p. 1-8. 2016. Disponível em: <http://dgi.unifesp.br/sites/comunicacao/pdf/entreteses/guia_biblio.pdf>.         

 PAULILO, Gilson. Conceitos gerais sobre qualidade da energia. Revista O Setor Elétrico, São Paulo, ed. 84,p. 30-37, jan. 2013. Disponível em: <https://app.magtab.com/leitor/193/edicao/3526>. Acesso em: 15 abr. 2017.

 ROCHA, Joaquim E. Qualidade da Energia Elétrica. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba.2016. Apostila.

 SCHWAB, Klaus; MIRANDA, Daniel M. A Quarta revolução industrial. Edipro. São Paulo, 2016.

 INDICADORES CNI, Indústria 4.0: novo desafio para a indústria brasileira. Disponível em:< https://staticcmssi.s3.amazonaws.com/media/filer_public/e0/aa/e0aabd52-53ee-4fd8-82ba-9a0ffd192db8/sondespecial_industria40_abril2016.pdf>

Leonardo Guedes* & Geovanna de Oliveira**

*Professor do Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Planejamento Territorial da Pontifícia Universidade Católica de Goiás – PUC Goiás. Professor Titular da Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação da Universidade Federal de Goiás. https://orcid.org/0000-0002-7854-1558

**Engenheira Eletricista pela Pontifícia Universidade Católica de Goiás – PUC Goiás.