anÁlise do impacto da operaÇÃo de cargas hospitalares na qualidade da energia elÉtrica

Universidade Federal de Uberlndia Faculdade de Engenharia Eltrica

HLIO RUBENS JACOB DA SILVA

ANLISE DO IMPACTO DA OPERAO DE CARGAS HOSPITALARES NA QUALIDADE DA ENERGIA ELTRICA

Uberlndia 2014

HLIO RUBENS JACOB DA SILVA

ANLISE DO IMPACTO DA OPERAO DE CARGAS HOSPITALARES NA QUALIDADE DA ENERGIA ELTRICA

Trabalho apresentado como requisito parcial de avaliao na disciplina Trabalho de Concluso de Curso 2 do Curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal de Uberlndia.

Orientador: Jos Rubens Macedo Junior

______________________________________________

Assinatura do Orientador

Uberlndia 2014

Dedico este trabalho a todas as pessoas que

de alguma forma me ajudaram a vencer os

desafios destes cinco anos de graduao.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente, DEUS, por me conceder a graa de concluir minha graduao em

Engenharia Eltrica;

minha esposa Gisele Jacob, pelo amor, pacincia, incentivo e compreenso durante

todos os anos do meu curso;

Aos meus colegas de curso, Cssio Alves, Vandeir Pereira Marins, Geraldo Peres,

Vinicius de Paula, Robson Spaduto e Fernanda Reis, pela amizade e tempo dedicado aos

nossos estudos de grupo;

E ao professor Jos Rubens Macedo Junior por dedicar parte do seu tempo e

conhecimento na orientao deste trabalho de concluso de curso.

RESUMO

O advento da eletrnica e dos microprocessadores tem causado grandes mudanas na

rea da sade. Hoje em dia, os equipamentos mdicos so menores e mais rpidos, em

contrapartida, so mais suscetveis a distrbios eltricos se comparados aos que eram fabricados

20 anos atrs. Tais distrbios podem ser provenientes da concessionria de energia que atende

a instalao onde se encontram os equipamentos, podem ser causados pelos prprios

equipamentos ou causados por equipamentos mdicos mais robustos que contenham circuitos

eletrnicos microprocessados. Dessa forma, se faz necessrio um monitoramento dos

parmetros que regem uma boa qualidade da energia eltrica com a finalidade de detectar e

sanar tais distrbios. Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo, por meio de medies in

loco, da qualidade da energia eltrica proveniente de estabelecimentos hospitalares,

caracterizando o comportamento das principais cargas existentes em tais estabelecimentos.

ABSTRACT

The advent of electronics and microprocessors has caused major changes in health.

Nowadays, medical equipments are smaller and faster, in contrast, are more susceptible to

electrical disturbances compared with those that were manufactured 20 years ago. Such

disturbances may come from the utility company that serves the facility where the equipment, can

be caused by the actual equipment or caused by more robust medical equipment containing

electronic microprocessor circuits. Thus, continuous monitoring of parameters that govern a good

quality of electricity in order to detect and remedy these disorders is needed. This paper aims to

conduct a study through in situ measurements, the quality of electric power from hospitals,

characterizing the behavior of loads existing in such establishments.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 - Composio de uma onda destorcida .................................................................. 11

Figura 2 - Aparelho de Hemodinmica em preparao ........................................................ 22

Figura 3 - Imagem obtida por meio do aparelho Artis Zee ................................................... 22

Figura 4 - Aparelho raios X da Siemens............................................................................... 23

Figura 5 - Tomgrafo Brilliance 16 da Philips ....................................................................... 25

Figura 6 - Tomografia de um crnio ..................................................................................... 25

Figura 7 - Aparelho de ressonncia magntica em operao .............................................. 26

Figura 8 - Imagens provenientes de exames de ressonncia magntica ............................. 26

Figura 9 - Tenso mdia por fase do aparelho de Hemodinmica ....................................... 28

Figura 10 - Fator de potncia ............................................................................................... 29

Figura 11 - Potncias totais ................................................................................................. 29

Figura 12 - Tringulo de potncias tridimensional ................................................................ 31

Figura 13 - Distoro total de tenso por fase...................................................................... 32

Figura 14 - Contedo harmnico individual de tenso ......................................................... 33

Figura 15 Distoro harmnica total de corrente por fase ................................................. 33

Figura 16 - Contedo harmnico individual de corrente ....................................................... 34

Figura 17 - Desequilbrio de tenso ..................................................................................... 34

Figura 18 - Tenso mdia eficaz por fase do aparelho de raios X ....................................... 35

Figura 19 - Fator de potncia do aparelho de raios X .......................................................... 36

Figura 20 - Potncias do aparelho de raios X ...................................................................... 37

Figura 21 - Corrente mxima de fase do aparelho de raios X .............................................. 37

Figura 22 - Distoro total de tenso do aparelho de raios X ............................................... 38

Figura 23 - Contedo harmnico individual de tenso do aparelho de raios X ..................... 38

Figura 24 Distoro harmnica total de corrente do aparelho de raios X .......................... 39

Figura 25 - Contedo harmnico individual de corrente do aparelho de raios X ................... 39

Figura 26 - Sumrio dos registros efetuados pelo registrador de qualidade utilizado ........... 40

Figura 27 - Tenso mdia eficaz por fase do Tomgrafo ..................................................... 41

Figura 28 - Fator de potncia do Tomgrafo ........................................................................ 42

Figura 29 - Potncias totais do Tomgrafo .......................................................................... 42

Figura 30 - Correntes de fase do Tomgrafo ....................................................................... 43

Figura 31 - Distoro harmnica total de tenso presente no Tomgrafo ............................ 43

Figura 32 - Contedo harmnico individual de tenso presente no Tomgrafo .................... 44

Figura 33 Distoro harmnica total de corrente presente no Tomgrafo ......................... 44

Figura 34 - Contedo harmnico individual de tenso presente no Tomgrafo .................... 45


Figura 36 - Tenso mdia eficaz por fase da Ressonncia Magntica ................................ 46

Figura 37 - Fator de potncia da Ressonncia Magntica ................................................. 47

Figura 38 - Potncias totais da Ressonncia Magntica ...................................................... 48

Figura 39 - Correntes de fase da Ressonncia Magntica ................................................... 48

Figura 40 - Distoro harmnica total de tenso do aparelho de Ressonncia Magntica ... 49

Figura 41 - Contedo harmnico individual de tenso aparelho de Ressonncia Magntica 49

Figura 42 Distoro harmnica total de corrente presente na Ressonncia Magntica .... 50

Figura 43 - Contedo harmnico individual de corrente da Ressonncia Magntica ........... 50


LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Terminologia para distoro harmnica .............................................................................. 15

Tabela 2 - DTT permitida de acordo com a tenso do barramento ...................................................... 15

Tabela 3 - DTI permitida de acordo com a tenso do barramento ....................................................... 16

Tabela 4 - Faixas aplicadas para tenses inferiores a 1 kV ................................................................. 16

Tabela 5 Terminologia para o desequilbrio de tenso ...................................................................... 17

Tabela 6 - Classificao das Variaes de Tenso de Curta Durao ................................................ 19

Tabela 7 Terminologia para VTCDs .................................................................................................. 19

Tabela 8 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase de 220 V ........................................... 28

Tabela 9 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase em 220 V. ......................................... 36

Tabela 10 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase 277 V .............................................. 41

Tabela 11 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase 277 V .............................................. 47

SUMRIO

1 INTRODUO ......................................................................................................................... 11

2 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................. 13

2.1 REVISO BIBLIOGRFICA .................................................................................................... 13

2.1.1 Conceitos do Mdulo 8 do PRODIST ................................................................................... 13

2.1.1.1 Distoro harmnica .............................................................................................. 13

2.1.1.2 Tenso em regime permanente ............................................................................ 16

2.1.1.3 Fator de potncia ................................................................................................... 17

2.1.1.4 Desequilbrio de tenso ......................................................................................... 17

2.1.1.5 Variao de tenso de curta durao ................................................................... 18

2.1.2 Instalaes hospitalares ........................................................................................................ 20

2.2 METODOLOGIA ........................................................................................................................... 20

2.2.1 Equipamentos medidos ......................................................................................................... 21

2.2.1.1 Aparelho de Hemodinmica .................................................................................. 21

2.2.1.2 Aparelho de raio X ................................................................................................. 23

2.2.1.3 Tomgrafo computadorizado................................................................................. 24

2.2.1.4 Ressonncia magntica ........................................................................................ 25

2.3 RESULTADOS E DISCUSSES ............................................................................................. 27

2.3.1 APARELHO DE HEMODINMICA ......................................................................................... 27


2.3.1.2 Fator de potncia ................................................................................................... 28

2.3.1.3 Nveis harmnicos de tenso e corrente ............................................................... 32



2.3.2 APARELHO DE RAIOS X ....................................................................................................... 35


2.3.2.2 Fator de potncia ................................................................................................... 36



2.3.2.5 Variaes de tenso de curta durao .................................................................. 40

2.3.3 TOMGRAFO COMPUTADORIZADO ................................................................................... 40


2.3.3.2 Fator de potncia ................................................................................................... 42




2.3.4 RESSONNCIA MAGNTICA ................................................................................................ 46


2.3.4.2 Fator de potncia ................................................................................................... 47




3 CONCLUSES ........................................................................................................................ 52

4 REFERNCIAS ........................................................................................................................ 53

11

1 INTRODUO

Em ambientes hospitalares eletricidade vida, e um fornecimento de energia eltrica

confivel e de qualidade uma condio essencial para o bom funcionamento de equipamentos

utilizados para realizao de cirurgias, sustentao de vidas, monitorao de sinais vitais de

pacientes e realizao de exames computadorizados como, por exemplo, ressonncia magntica

e eletrocardiograma [2].

A cada dia a tecnologia mdica fica mais avanada e confivel, para tanto, cada vez mais

so desenvolvidos equipamentos eletrnicos com componentes no lineares embarcados. Se de

um lado tais componentes garantem a sofisticao dos equipamentos, de outro, esses mesmos

componentes causam distrbios relacionados qualidade da energia eltrica presente no circuito

eltrico que supre o ambiente hospitalar por meio das chamadas distores harmnicas [1].

Uma distoro de forma de onda dita harmnica quando a deformao se apresenta de

forma similar em cada ciclo da frequncia fundamental. Neste caso, seu espectro contm apenas

frequncias mltiplas inteiras da fundamental. Esse tipo de deformao peridica geralmente

imposta pela relao no-linear tenso/corrente, caracterstica de determinados componentes e

cargas conectadas rede eltrica, como por exemplo, transformadores e motores, cujos ncleos

ferromagnticos so sujeitos saturao, ou ainda pelo chaveamento de circuitos em

conversores eletrnicos, pontes retificadoras e compensadores estticos existentes em

equipamentos eletromdicos [3][4][5]. A maneira de se representar essas formas de onda o uso

da Srie de Fourier, onde uma onda destorcida pode ser decomposta em uma soma de ondas

cujo valor de amplitude um mltiplo da fundamental. Na Figura 1, pode-se verificar um exemplo

dessa composio de forma de ondas.

Figura 1 - Composio de uma onda destorcida

12

Alguns dos fenmenos diretamente associados ao termo qualidade da energia eltrica

so conhecidos e estudados h dcadas, notadamente as distores harmnicas nas formas de

onda da tenso e da corrente. Porm, a utilizao do termo qualidade da energia eltrica no

Brasil relativamente nova, datando do incio da dcada de noventa.

Inicialmente, o conceito associado referida terminologia era substancialmente tcnico,

gerando um entendimento equivocado de que qualquer alterao na magnitude, na forma de

onda ou na frequncia das grandezas eltricas representava, necessariamente, um problema a

ser resolvido. No entanto, um conceito mais adequado para a qualidade da energia eltrica deve

estar necessariamente associado questo da compatibilidade eltrica entre cargas, redes

eltricas e fontes de suprimento. Em outras palavras, tal conceito deve possibilitar o

entendimento de uma convivncia harmoniosa entre os diversos agentes conectados aos

sistemas eltricos, refletindo custos adequados e investimentos mdicos tanto por parte das

concessionrias de transmisso e distribuio de energia eltrica, quanto por parte das unidades

consumidoras em geral, sejam elas industriais, comerciais ou residenciais. Nesse sentido,

somente em 1997 foi finalmente sugerido um conceito mais abrangente e adequado para a

qualidade da energia eltrica no Brasil, conforme apresentado a seguir [6].

Energia eltrica de boa qualidade aquela que garante o funcionamento contnuo,

adequado e seguro dos equipamentos eltricos e processos associados, sem afetar o meio

ambiente e o bem estar das pessoas.

De uma forma geral, os fenmenos eltricos diretamente relacionados com o conceito em

questo podem ser segmentados da seguinte forma:

Variaes de tenso em regime permanente;

Variaes de tenso de curta durao;

Variaes de frequncia;

Interrupes de fornecimento;

Desequilbrios;

Flutuaes de tenso;

Transitrios;

Distores harmnicas.

13

O Mdulo 8 do PRODIST [9], em sua seo 8.1, conceitua e define valores mximos

para cada um dos fenmenos acima citados. Sendo que para distores harmnicas, os valores

so sugeridos, uma vez que este parmetro no passvel de multa referente ultrapassagem

do mesmo. Entretanto, est em tramitao na ANEEL, uma nova legislao referente questo

de nveis permissveis e penalidades referentes aos valores de distoro harmnica de corrente e

tenso no sistema eltrico brasileiro.

Dessa forma, visando aliar a proteo dos equipamentos alimentados pela rede eltrica

necessidade de evitar possveis penalidades futuras, justificvel que se estude o

comportamento dos principais equipamentos mdicos utilizados em ambientes laboratoriais e

hospitalares com a finalidade de encontrar solues para a mitigao ou at mesmo a extino

dos fenmenos que possam vir a comprometer a qualidade da energia eltrica do local em

questo.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1.1 Conceitos do Mdulo 8 do PRODIST

O objetivo do Mdulo 8 do PRODIST o de estabelecer os procedimentos que garantam a

qualidade da energia eltrica (QEE), abordando a qualidade do produto e a qualidade do servio

prestado.

Para este trabalho, somente a qualidade do produto ser estudada uma vez que o foco

principal so os efeitos harmnicos gerados pelas cargas hospitalares. Dessa forma, para a

qualidade do produto, a Seo 8.1 deste mdulo define a terminologia, caracteriza os fenmenos,

parmetros e valores de referncia relativos conformidade de tenso em regime permanente e

s perturbaes na forma de onda de tenso, estabelecendo mecanismos que possibilitem

ANEEL fixar padres para os indicadores de QEE.

2.1.1.1 Distoro harmnica

As harmnicas so ondas senoidais, de tenso ou de corrente, cujas frequncias so

mltiplas inteiras da frequncia fundamental. As ondas distorcidas, oriundas dos efeitos causados

14

por essas harmnicas podem ser decompostas em uma soma de ondas tambm senoidais de

frequncias diversas, mltiplas da fundamental.

Para o equacionamento matemtico dos circuitos eltricos, com a finalidade de se chegar

a um valor de corrente e/ou tenso em um determinado ramo ou componente usa-se a Teoria da

Superposio de Valores onde o mesmo circuito ser equacionado para cada ordem harmnica e

o resultado final ser a soma de cada valor individual encontrado para cada ordem harmnica.

Dessa forma, temos as equaes (1) e (2) para representar os valores eficazes de tenso e

corrente, respectivamente:

(1)

Onde:

- Tenso total eficaz;

- Tenso correspondente a ordem harmnica n.

(2)

Onde:

- Corrente total eficaz;

- Corrente correspondente a ordem harmnica n.

A seguir so estabelecidas a terminologia, a metodologia de medio, a instrumentao e

os valores de referncia para as distores harmnicas.

O Mdulo 8 do PRODIST em sua seo 4.3.1 sintetiza a terminologia aplicvel s

formulaes do clculo de valores de referncia para as distores harmnicas.

A Tabela 1 resume terminologia utilizada nos clculos de distores harmnicas.

15

Tabela 1 Terminologia para distoro harmnica

Identificao da Grandeza Smbolo

Distoro harmnica individual de tenso de ordem h DITh%

Distoro harmnica total de tenso DTT %

Tenso harmnica de ordem h Vh

Ordem harmnica H

Ordem harmnica mxima Hmx

Ordem harmnica mnima Hmin

Tenso fundamental medida V1

As expresses para o clculo das grandezas DITh% e DTT % so:

DITh % =

* 100 (3)

DTT % =

* 100 (4)

As tabelas 2 e 3 so utilizadas como referncia para as Distores Harmnicas Totais e

Individuais, respectivamente. Estes valores servem para referncia do planejamento eltrico em

termos de QEE e que, regulatoriamente, sero estabelecidos em resoluo especfica, aps

perodo experimental de coleta de dados.

Tabela 2 - DTT permitida de acordo com a tenso do barramento

16

Tabela 3 - DTI permitida de acordo com a tenso do barramento

2.1.1.2 Tenso em regime permanente

Este parmetro refere-se ao nvel de tenso existente na barra de alimentao da

instalao por um perodo superior a 1 minuto.

O Mdulo 8 do PRODIST classifica a qualidade do nvel de tenso baseado em faixas de

valores que so classificadas em: Adequada, Precria (superior ou inferior) e Crtica (superior ou

inferior). Tais faixas so obtidas por meio de uma porcentagem da tenso nominal fornecida

instalao medida.

Uma tabela genrica especfica para valores de tenso de referncia inferiores a 1kV

pode ser encontrada na pgina 35 da seo 8.1 do MDULO 8 do PRODIST. Tais valores

podem ser visualizados na Tabela 4:

Tabela 4 - Faixas aplicadas para tenses inferiores a 1 kV

17

2.1.1.3 Fator de potncia

O valor do fator de potncia dever ser calculado a partir dos valores registrados das

potncias ativa e reativa (P, Q) ou das respectivas energias (EA, ER), utilizando-se a equao

(7):

(7)

Para unidade consumidora ou conexo entre distribuidoras com tenso inferior a 230 kV,

o fator de potncia no ponto de conexo deve estar compreendido entre 0,92 (noventa e dois

centsimos) e 1,00 (um) indutivo ou 1,00 (um) e 0,92 (noventa e dois centsimos) capacitivo, de

acordo com regulamentao vigente.

2.1.1.4 Desequilbrio de tenso O desequilbrio de tenso o fenmeno associado a alteraes dos padres trifsicos do

sistema de distribuio.

A seguir so estabelecidas a terminologia, e os valores de referncia para o desequilbrio

de tenso.

A Tabela 5 a seguir apresenta a terminologia aplicvel s formulaes de clculo do

desequilbrio de tenso.

Tabela 5 Terminologia para o desequilbrio de tenso

O clculo do desequilbrio de tenso pode ser obtido pela equao (5):

(5)

18

Alternativamente, pode-se utilizar a expresso (6), que conduz a resultados em

consonncia com a formulao anterior, mas, utilizando-se de valores de tenso de linha que so

muito mais fceis de obter rapidamente em campo:

(6)

Sendo que:

O valor de referncia nos barramentos do sistema de distribuio, com exceo da Baixa

Tenso, deve ser igual ou inferior a 2%. Esse valor serve para referncia do planejamento

eltrico em termos de QEE e que, regulatoriamente, ser estabelecido em resoluo especfica,

aps perodo experimental de coleta de dados.

2.1.1.5 Variao de tenso de curta durao

Variaes de tenso de curta durao so desvios significativos no valor eficaz da tenso

em curtos intervalos de tempo.

As variaes de tenso de curta durao so classificadas de acordo com a Tabela 6.

19

Tabela 6 - Classificao das Variaes de Tenso de Curta Durao

E a Tabela 7 ilustra a terminologia aplicvel referente s Variaes de Tenso de Curta

Durao:

Tabela 7 Terminologia para VTCDs

20

Alm dos parmetros durao e amplitude j definidos, a severidade da VTCD, medida

entre fase e neutro, de determinado barramento do sistema de distribuio tambm

caracterizada pela frequncia de ocorrncia. Esta corresponde quantidade de vezes que cada

combinao dos parmetros durao e amplitude ocorrem em determinado perodo de tempo ao

longo do qual o barramento tenha sido monitorado.

O indicador a ser utilizado para conhecimento do desempenho de um determinado

barramento do sistema de distribuio com relao s VTCD corresponde ao nmero de eventos

agrupados por faixas de amplitude e de durao, discretizados conforme critrio estabelecido a

partir de levantamento de medies.

2.1.2 Instalaes hospitalares

Em sistemas hospitalares a qualidade da energia eltrica tambm se faz necessria, uma

vez que vidas esto envolvidas e qualquer distrbio no fornecimento pode causar uma morte.

Entre os principais problemas causados devido a esses distrbios podem ser citados o

processamento de dados incorretos, leituras incorretas de nveis lgicos nos sistemas digitais de

processamento de sinais vitais, perda de dados armazenados, acionamento indevido de alarmes

de equipamentos indicando problemas com pacientes sem que este fato tenha ocorrido,

distores nos displays dos equipamentos de sinais vitais, reinicializao de equipamentos, entre

outros [7].

No Brasil, so raros os estudos referentes aos efeitos impactantes na qualidade da

energia eltrica devido s cargas hospitalares no lineares, entretanto, fontes de pesquisas

realizadas no exterior indicam que alm da operao de grandes cargas no lineares, o

dimensionamento incorreto dos condutores destinados alimentao dos circuitos, assim como,

a ampliao sem um estudo prvio das cargas que sero inseridas na planta, contribuem

significativamente no comprometimento da qualidade da energia eltrica da instalao e de

outros estabelecimentos que estejam ligados ao mesmo circuito alimentador da instalao que

possui tais problemas [8].

2.2 Metodologia

A metodologia utilizada para o trabalho baseou-se na medio dos nveis de distoro

harmnica de tenso e corrente presentes nos equipamentos participantes do estudo, por meio

21

de medidores de qualidade de energia eltrica, assim como a comparao dos nveis de tenso,

fator de potncia, desequilbrio de tenso e corrente presentes nos estados Online e Offline dos

equipamentos medidos. O foco do estudo foi voltado para equipamentos clnico - hospitalares

utilizados para exames que geram imagens, uma vez que tais equipamentos envolvem o uso de

ncleos magnticos com caractersticas no lineares e/ou consumo de corrente relativamente

expressivo. Todas as medies foram realizadas nos quadros alimentadores de cada

equipamento, sendo que cada equipamento constitudo de equipamentos auxiliares para o

procedimento como, por exemplo, monitores e microcomputadores.

Para a realizao do estudo foram escolhidos os seguintes equipamentos:

Aparelho de Hemodinmica;

Raio x;

Tomgrafo computadorizado;

Ressonncia magntica.

Os equipamentos acima mencionados possuem como principal caracterstica picos de

correntes elevados durante curtos espaos de tempo. Dessa forma, para se obter o sinal mais fiel

do funcionamento dos equipamentos, o medidor de qualidade foi ajustado para tomar medidas

em intervalos de 1 segundo. A grande quantidade de dados obtida inviabilizou a possibilidade de

efetuar a medio de uma semana completa devido falta de espao de memria do aparelho.

Mas, como a proposta do estudo a de caracterizar a operao de cada aparelho, a medio

realizada durante o perodo de um procedimento em cada equipamento foi o suficiente para

garantir dados relevantes para a realizao do estudo.

2.2.1 Equipamentos medidos

Logo abaixo, ser feita uma breve explicao do funcionamento de cada equipamento

medido, assim como, sero mencionados os valores de potncia e tenso de linha encontradas

nos catlogos que foram disponibilizados pelo proprietrio de cada equipamento ou que foram

obtidos na forma eletrnica atravs da Web.

2.2.1.1 Aparelho de Hemodinmica

O Aparelho de Hemodinmica responsvel pelo estudo dos movimentos e presses

da circulao sangunea. O estudo consiste na introduo de um cateter (pequeno tubo) pela

artria, em geral prximo virilha do paciente (artria femoral) ou pelo punho (artria radial), por

22

onde injetado o contraste que possibilita a visualizao das partes internas atravs de um

aparelho especfico de raios-X (aparelho de hemodinmica). O termo tambm comumente

usado para designar a sala ou setor onde ficam os equipamentos. Os exames mais conhecidos

no servio so cateterismo e angioplastia.

O equipamento utilizado para as medies foi um modelo Artis Zee da Siemens

existente no Hospital Santa Genoveva na cidade de Uberlndia. O aparelho possui um consumo

de 12 kVA para sua carga mxima em um nvel de tenso de 380 V. As figuras 2 e 3 ilustram o

aparelho utilizado e o exemplo de uma imagem que o equipamento gera durante a realizao dos

exames:

Figura 2 - Aparelho de Hemodinmica em preparao

Figura 3 - Imagem obtida por meio do aparelho Artis Zee

23

2.2.1.2 Aparelho de raio X

Os raios X so obtidos atravs de um aparelho chamado de Tubo de Coolidge. Esse

equipamento um tubo oco, evacuado e que contm um ctodo em seu interior. Quando esse

ctodo aquecido por uma corrente eltrica fornecida por uma fonte de tenso, ele emite uma

grande quantidade de eltrons que so fortemente atrados pelo nodo, chegando a este com

grande energia cintica. Quando os eltrons se chocam com o nodo, transferem energia para os

eltrons que esto nos tomos dos nodos. Os eltrons com energia so acelerados e ento

emitem ondas eletromagnticas que so conhecidas como raios X. A propriedade de atravessar

materiais de baixa densidade, como os msculos e ser absorvido por materiais com densidades

mais elevadas como, por exemplo, os ossos o que permite esta tecnologia ser to utilizada para

a realizao de diagnsticos. Dessa forma, para a liberao de tal energia, este equipamento

necessita de uma fonte que gere picos de corrente em pequenos intervalos de tempo.

O equipamento que teve seus parmetros de qualidade analisados neste trabalho da

marca Siemens e est em plena operao na Clnica de Diagnsticos Clima, na cidade de

Uberlndia. A Figura 4 ilustra o tipo de equipamento e sua posio em uma sala apropriada para

o procedimento, revestida com placas de chumbo:

Figura 4 - Aparelho raios X da Siemens

24

2.2.1.3 Tomgrafo computadorizado

Enquanto as tcnicas radiolgicas convencionais produzem imagens somadas de um

objeto, varredores tomogrficos giram para dividir um objeto e organiz-lo em sees de imagens

paralelas e espacialmente consecutivas (cortes axiais). O processo que era originalmente

totalmente mecnico foi melhorado graas s novas tecnologias. E, atualmente, a alta qualidade

das imagens o resultado dos complexos sistemas computacionais. De forma mais simples, o

tomograma gerado a partir de um feixe de raios X estreito e um defletor montado no lado

diametralmente oposto. Como o cabeote e o detector esto conectados mecanicamente, eles se

movem de forma sncrona. Quando o conjunto cabeote - detector faz uma translao ou rotao

em torno do paciente, as estruturas internas do corpo atenuam o feixe de raios X de acordo com

a densidade e nmero atmico de cada tecido. A intensidade da radiao detectada pelos

sensores de raios X varia de acordo com esse padro e forma uma lista de intensidades para

cada projeo. No final da translao ou rotao o conjunto cabeote - detector retorna para a

posio inicial, a mesa com o paciente se movimenta em alguns milmetros, e o tomgrafo

comea uma nova varredura. Este processo repetido inmeras vezes, gerando uma grande

quantidade de dados que so convertidos em valores numricos. Atravs de equaes

matemticas aplicadas sobre estes valores, torna possvel a determinao de relaes espaciais

entre as estruturas internas de uma regio selecionada do corpo humano. O tomograma

calculado, ou seja, a imagem apresentada na tela nada mais do que valores de atenuao, ou,

num clculo inverso, uma matriz com valores de dose absorvida de radiao pelos tecidos

analisados. Visualmente, para o diagnstico, os valores de atenuao so apresentados na forma

de tons de cinza, criando assim uma imagem espacial do objeto varrido. Sendo assim, o

funcionamento eltrico deste equipamento o mesmo do aparelho de raio X, salvo o consumo de

equipamentos auxiliares como os motores e os computadores responsveis pelo sistema de

processamento de imagens.

O equipamento utilizado para as medies foi um modelo Brilliance 16 da Philips

existente na Clnica de Diagnsticos Clima, na cidade de Uberlndia. O aparelho possui uma

carga mxima de 50 kW em sua operao em um nvel de tenso de 480 V. As figuras 5 e 6

ilustram o aparelho utilizado e um exemplo de uma imagem que o equipamento gera durante sua

operao:

25

Figura 5 - Tomgrafo Brilliance 16 da Philips

Figura 6 - Tomografia de um crnio

2.2.1.4 Ressonncia magntica

A grande vantagem desse tipo de exame mostrar os tecidos internos do corpo

humano sem submet-los radiao, como fazem os raios X. O aparelho cria um campo

magntico no organismo do paciente, de modo que os ncleos dos tomos de hidrognio -

elemento abundante no corpo humano, por entrar na composio da gua - se alinhem e formem

pequenos ms. A regio examinada atravessada por ondas de radiofrequncia emitidas pelo

aparelho direcionadas regio que se deseja examinar. Quando as ondas passam pelos tomos

de hidrognio, produzem uma vibrao que detectada e enviada a um computador. Este

computador recebe estes dados matemticos e os transforma em imagens por meio de

transformadas de Fourier que aparecem na tela e depois so impressas em um filme. O exame

de ressonncia magntica pode avaliar e mostrar possveis leses em qualquer rgo ou tecido

26

do corpo humano que possua gua em sua composio, como a medula ssea, por exemplo. Os

ossos ficam de fora, pois, como quase no tm gua, no vibram e aparecem na imagem na

forma de manchas pretas.

A ressonncia magntica muito utilizada para exames que necessitam de um

detalhamento maior, ou para encontrar problemas existentes mais no interior dos rgos. Outro

motivo de seu uso a possibilidade de captar imagens de qualquer ngulo do corpo, visto que a

tomografia computadorizada s gera imagens do corpo no plano axial.

Desta forma, a principal participao da energia eltrica neste equipamento est ligada

gerao dos campos magnticos utilizados para gerao das imagens.

O equipamento utilizado para as medies foi um modelo Eclipse de 1,5 Tesla da

Philips existente na Clnica de Diagnsticos Clima, na cidade de Uberlndia. O aparelho possui

uma carga mxima de 40 kVA operando em um nvel de tenso de 480 V. As figuras 7 e 8

ilustram o aparelho utilizado e um exemplo de uma imagem que o equipamento gera durante a

realizao dos exames:

Figura 7 - Aparelho de ressonncia magntica em operao

Figura 8 - Imagens provenientes de exames de ressonncia magntica

27

2.3 RESULTADOS E DISCUSSES

Uma vez que os registradores de qualidade de energia eltrica foram configurados para

efetuarem leituras dos parmetros eltricos, presentes nos quadros alimentadores dos

equipamentos, em intervalos de 1 segundo, toda essa massa de dados mensurada durante o

tempo de durao do procedimento foi analisada.

Dentro deste intervalo de operao, foi selecionado o valor de tempo onde ocorreu o maior

pico de corrente eltrica no equipamento analisado, dessa forma, todos os outros parmetros a

serem utilizados na anlise, foram selecionados a partir deste valor de tempo.

Para se realizar a comparao dos impactos na qualidade de energia gerados pelos

equipamentos, foi escolhido um valor de tempo anterior ao incio da operao de cada

equipamento, tal valor de tempo se caracterizou pelo reduzido ou nenhum valor de corrente

eltrica mensurada durante o mesmo.

Para a comparao dos dados, por meio de grficos, foram definidas duas situaes:

OFF: equipamento se encontra fora de operao, pronto para iniciar o

procedimento de exame;

ON: equipamento atuando durante o procedimento do exame.

Durante as medies, o parmetro de qualidade referente frequncia no teve

modificaes significativas que ultrapassassem os valores permitidos pelo PRODIST, dessa

forma comentrios referentes ao assunto no so relevantes.

O parmetro de qualidade referente Flutuao de tenso no ser tratado neste trabalho,

uma vez que, nos equipamentos cujos procedimentos duraram mais que 10 minutos, no foram

constatados valores para este parmetro.

Seguem abaixo os resultados das medies de cada equipamento mdico, assim como um

pequeno comentrio de cada parmetro de qualidade medido, com a ajuda de tabelas e grficos

para melhor entendimento das caractersticas mensuradas em cada equipamento.

2.3.1 APARELHO DE HEMODINMICA


Para a anlise deste parmetro sero usados o Tabela 8 e a Figura 9:

28

Tabela 8 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase de 220 V

Figura 9 - Tenso mdia por fase do aparelho de Hemodinmica

A medio deste equipamento foi realizada durante o primeiro exame do dia, desta

forma, o medidor foi capaz de ler os valores de tenso de cada fase sem qualquer influncia do

equipamento. Por meio da Figura 9, pode-se verificar que as tenses so praticamente as

mesmas tanto com o equipamento no estado OFF como no estado ON.

Fazendo a anlise em termos da qualidade da tenso em regime permanente, pode-se

dizer que o aparelho no provoca nenhum impacto neste quesito, uma vez que se comparados

os valores das tenses de cada fase, nos dois nveis de operao, aos valores de referncia da

Tabela 8, o nvel de tenso do barramento que alimenta o equipamento est na faixa adequada.

Essa pequena magnitude da queda de tenso obtida entre os dois nveis de operao indica que,

provavelmente, o nvel de curto circuito existente na barra que alimenta o equipamento bem

elevado.


Pode ser verificado na Figura 10 que no estado OFF o fator de potncia unitrio, pois,

com a mquina fora de operao, no existe corrente e consequentemente um ngulo de

Vmed (L1) Vmed (L2) Vmed (L3)

OFF 224,4 224,1 224,1

ON 224,2 223,9 224,0

223,6 223,7 223,8 223,9 224,0 224,1 224,2 224,3 224,4

Vo

lts

Tenso mdia

29

defasagem entre tenso e corrente. J com a mquina em operao, verifica-se que o fator de

potncia 0,69 indutivo, que considerado baixo. Tal valor pode contribuir para um baixo fator

de potncia do conjunto, uma vez que o indicado pelo Mdulo 8 do PRODIST 0,92 no ponto de

conexo entre o hospital e concessionria. Desse modo, o hospital est passvel de ser

penalizado com multas por parte da concessionria.

Figura 10 - Fator de potncia

Um baixo fator de potncia corresponde a um maior valor de potncia reativa exigida

pelo equipamento, entretanto, pode-se verificar na Figura 11, que o valor de 1,5 kVAr registrado

pelo medidor bem menor do que o valor de 8,7 kVAr que seria necessrio para chegar ao valor

da potncia aparente de 12 kVA registrada pelo medidor.

Figura 11 - Potncias totais

OFF ON

FP TOTAL 1,00 0,69

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

FP TOTAL

ATIVA(kW) REATIVA (kVAr) APARENTE (kVA)

DESLIGADO 0,0 0,0 0,0

LIGADO 8,3 1,5 12,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

Potncias totais

30

Essa incoerncia se deve ao fato que na presena de componentes harmnicos de

tenso e corrente, o fator de potncia diminui.

Para um barramento sem a presena de contedo harmnico de tenso e corrente, o

fator de potncia do mesmo pode ser obtido por meio da equao 8:

Para barramentos contendo a presena de valores harmnicos de tenso e corrente,

tm-se que para o clculo da potncia aparente necessrio utilizar os valores eficazes de

tenso e corrente existentes no barramento junto com o somatrio dos quadrados de cada ordem

harmnica envolvida na medio, cujos valores podem ser obtidos por meio das equaes (9) e

(10) respectivamente:

(9)

(10)

Sabendo que os valores de distoro total de tenso (DTT) e distoro total de corrente

(DTI) so obtidos pelas equaes (11) e (12), respectivamente:

(11)

(12)

Substituindo as equaes (9), (10), (11) e (12) na equao (8), resulta a equao (13)

utilizada para calcular o fator de potncia em barramentos com presena de contedo harmnico:

31

Analisando a equao (13), pode-se notar que devido formao do denominador da

equao, o valor do fator de potncia, na presena de harmnicas, sempre ser menor do que o

fator de potncia de um barramento contendo apenas as componentes fundamentais de corrente

e tenso.

Este fenmeno foi e ainda objeto de estudo de muitos pesquisadores, entretanto, a

teoria defendida pelo engenheiro eletricista romeno Constantin Budeanu a mais aceita pela

comunidade acadmica e pelas concessionrias de energia eltrica.

Segundo Budeanu, na presena de contedo harmnico, existe uma quarta potncia, a

qual ele denominou potncia de distoro que pode ser obtida por meio da seguinte combinao

quadrtica:

Onde:

DB = Potncia de Distoro;

S = Potncia Aparente;

P = Potncia Ativa;

Q = Potncia Reativa.

Graficamente, essa quarta potncia representada por um quarto vetor saindo do plano

cartesiano do tringulo de potncias, na direo do eixo z, conforme pode ser visto na Figura 12:

Figura 12 - Tringulo de potncias tridimensional

32

2.3.1.3 Nveis harmnicos de tenso e corrente

Os registradores de qualidade de energia utilizados realizam leituras dos nveis

harmnicos de tenso e corrente individuais at a 50 ordem. Entretanto, em todos os

equipamentos analisados, somente as harmnicas mpares at a 13 ordem so de valores

relevantes para o trabalho. Dessa forma, todas as anlises referentes s harmnicas de tenso e

corrente sero feitas utilizando somente as ordens acima citadas. Esse procedimento ser

realizado para todos os equipamentos aqui analisados.

Nveis harmnicos de tenso

Na Figura 13 pode ser visto que j existe um valor pr-distorcido de tenso no circuito

de alimentao do equipamento e durante sua operao o incremento de distoro pequeno.

Nos dois nveis de operao o percentual de distoro de tenso no ultrapassa o valor de 10 %

sugerido no pelo PRODIST para nveis de tenso menores que 1 kV e que pode ser confirmado

na Tabela 2 deste trabalho.

Figura 13 - Distoro total de tenso por fase

Na Figura 14 pode ser visto que o Aparelho de Hemodinmica gera um grande

contedo harmnico de 13 ordem se comparado com o valor de quando o aparelho se encontra

desligado. Tal caracterstica comum em equipamentos que possuem retificadores de 12 pulsos

em seus circuitos internos. Outro fato interessante a predominncia de um maior contedo de

5 harmnica no sistema que alimenta o equipamento.

THDV (L1) THDV (L2) THDV (L3)

OFF 2,5 2,5 2,7

ON 3,1 3,1 3,3

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

%

Distoro total de tenso

33

Em termos de qualidade da energia eltrica, o equipamento est dentro dos limites

sugeridos pelo PRODIST para todas as ordens harmnicas geradas pelo equipamento.

Figura 14 - Contedo harmnico individual de tenso

Nveis harmnicos de corrente

Na Figura 15 tm-se os valores da distoro total de corrente em cada fase do circuito

alimentador da Hemodinmica. Nota-se, tambm, uma diferena da porcentagem de distoro

entre as fases. Possivelmente, essa diferena originada de outros equipamentos auxiliares ao

procedimento do exame que esto conectados por meio de tomadas que so alimentadas pelo

mesmo quadro de energia.

Figura 15 Distoro harmnica total de corrente por fase

Vh3 Vh5 Vh7 Vh9 Vh11 Vh13

OFF 0,29 1,43 0,15 0,05 0,22 0,09

ON 0,30 1,55 0,27 0,04 0,23 0,67

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

%

Contedo harmnico individual de tenso

THDI (L1) THDI (L2) THDI (L3)

OFF 0,0 0,0 0,0

ON 58,8 65,6 67,1

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

%

Distoro harmnica total de corrente

34

Na Figura 16 pode-se notar que as maiores contribuies para a distoro harmnica de

corrente gerada pelo equipamento so de 5 e 7 ordem.

O Mdulo 8 do PRODIST no sugere limites para os valores de distoro total de

corrente assim como para os valores individuais de harmnicos de corrente.

Figura 16 - Contedo harmnico individual de corrente

2.3.1.4 Desequilbrio de tenso

A respeito do desequilbrio gerado pela operao da carga pode-se falar que ela diminui

tal valor. Entretanto, os valores de desequilbrio apresentados com e sem a operao do

equipamento esto bem abaixo do limite de 2% sugerido pelo PRODIST conforme pode ser visto

na Figura 17.

Figura 17 - Desequilbrio de tenso

Ih3 Ih5 Ih7 Ih9 Ih11 Ih13

OFF 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

ON 1,49 5,44 2,96 0,44 0,65 0,67

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

%

Contedo harmnico individual de corrente

OFF ON

DESEQUILBRIO DE TENSO

0,20 0,19

0,19

0,19

0,20

0,20

0,21

%

DESEQUILBRIO DE TENSO

35


O registrador de qualidade de energia eltrica ligado a este aparelho no acusou

nenhum evento de afundamento ou elevao momentnea de tenso durante a operao do

equipamento.

2.3.2 APARELHO DE RAIOS X

Para a realizao da medio deste equipamento conectou-se o registrador de qualidade

no quadro de energia do equipamento, cuja tenso de alimentao, por fase, de 220 V. Vale

ressaltar que alm do equipamento de raios X, so alimentados pelo mesmo quadro todos os

equipamentos auxiliares no procedimento do exame como, por exemplo, computadores.

Durante a medio, foi solicitado ao operador que realizasse o procedimento normal de

exame para que todas as caractersticas eltricas do equipamento fossem registradas, uma vez

que no existiam pacientes no momento.

Os resultados que sero apresentados a seguir demonstram a existncia de fluxo de carga

antes mesmo de o aparelho ser operado. Este fato se explica devido ao estado de prontido do

mesmo aguardando o incio do procedimento ditado pelo operador.


Figura 18 - Tenso mdia eficaz por fase do aparelho de raios X

L1 L2 L3

OFF 220,8 221,0 220,5

ON 220,5 220,8 220,3

219,8 220,0 220,2 220,4 220,6 220,8 221,0

Vo

lts

Tenso mdia

36

Tabela 9 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase em 220 V.

Analisando os valores da Figura 18 percebe-se que a queda de tenso devido

operao do aparelho mnima.

Fazendo uma anlise em termos da qualidade da tenso em regime permanente, pode-

se dizer que o aparelho no provoca nenhum impacto neste quesito, uma vez que se

comparados os valores das tenses de cada fase, nos dois nveis de operao, aos valores de

referncia da Tabela 9, o nvel de tenso do barramento que alimenta o equipamento est na

faixa adequada.


Por meio da Figura 19 possvel visualizar que o fator de potncia do aparelho em seu

estado de espera (OFF) da ordem de 0,12 indutivo. Este valor aumenta para 0,68 indutivo no

momento do disparo do equipamento produzindo uma melhora significativa. Entretanto, este valor

baixo para os padres da norma, podendo causar problemas no fator de potncia total da

instalao da clnica de imagens.

Figura 19 - Fator de potncia do aparelho de raios X

OFF ON

FP TOTAL 0,12 0,68

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

FP TOTAL

37

O baixo fator de potncia no estado de espera do aparelho justificado pelo baixo

consumo de energia ativa neste estado se comparado ao consumo de energia reativa como pode

ser visto na Figura 20. No entanto, durante o disparo do equipamento, verifica-se um grande

aumento na corrente de cada uma das fases (Figura 21), fazendo com que a circulao de

potncia ativa ultrapasse a de potncia reativa melhorando o fator de potncia do equipamento.

Figura 20 - Potncias do aparelho de raios X

Figura 21 - Corrente mxima de fase do aparelho de raios X




OFF 0,43 3,41 3,52

ON 15,13 13,85 22,27

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Potncias totais

L1 L2 L3

OFF 5,6 6,0 5,3

ON 56,0 52,2 48,5

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Am

pe

res

Corrente mxima por fase

38

Na Figura 22 pode ser visto que j existe um valor pr-distorcido de tenso no circuito

de alimentao do equipamento e durante sua operao o incremento de distoro pequeno.

Chama a ateno a diferena de distoro na fase 2 quando esta comparada com as

restantes. Nos dois nveis de operao o percentual de distoro de tenso no ultrapassa o

valor de 10 % sugerido no pelo PRODIST para nveis de tenso menores que 1 kV e que pode

ser confirmado na Tabela 2 deste trabalho.

Figura 22 - Distoro total de tenso do aparelho de raios X

Na Figura 23 pode ser visto que os componentes internos do circuito do aparelho de

raios X possuem caractersticas de 11 e 13 ordem, alm da contribuio no nvel harmnico de

5 ordem predominante no sistema, quando no estgio de espera do equipamento.

Em termos de qualidade da energia eltrica, o equipamento est dentro dos limites

sugeridos pelo PRODIST para todas as ordens harmnicas geradas.

Figura 23 - Contedo harmnico individual de tenso do aparelho de raios X

L1 L2 L3

OFF 2,64 2,86 2,67

ON 2,68 2,93 2,73

2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00

%



OFF 0,39 2,51 0,73 0,11 0,50 0,16

ON 0,38 3,49 0,96 0,18 0,76 0,68

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

%

Contedo harmnico de tenso

39


Na Figura 24 tm-se os valores da distoro total de corrente em cada fase do circuito

alimentador do aparelho de raios X. Nota-se uma elevada diferena da porcentagem de distoro

da fase 3 para com as outras fases. Possivelmente, essa diferena originada pelas

caractersticas no lineares de outros equipamentos que so alimentados pelo mesmo quadro de

energia e esto conectados na fase 3.

Figura 24 Distoro harmnica total de corrente do aparelho de raios X

Na Figura 25 pode-se notar que as maiores contribuies para a distoro harmnica de

corrente gerada pelo equipamento so de 5 e 7 ordem.

O Mdulo 8 do PRODIST no sugere limites para os valores de distoro total de

corrente assim como para os valores individuais de harmnicos de corrente.

Figura 25 - Contedo harmnico individual de corrente do aparelho de raios X

L1 L2 L3

OFF 31,33 24,68 93,21

ON 75,19 76,74 83,22

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

%

Distoro harmnica total de corrente


OFF 17,61 16,60 7,91 9,99 7,46 6,25

ON 10,35 63,64 39,80 2,77 4,88 9,31

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

%


40


Em funo de um erro de sequncia de fases na instalao do registrador de parmetros

da qualidade da energia eltrica, no foi possvel o correto registro dessa grandeza.

2.3.2.5 Variaes de tenso de curta durao

Na medio durante a operao do aparelho de raios X no foi constatada nenhuma

variao momentnea de tenso conforme pode ser vista na Figura 26.

Figura 26 - Sumrio dos registros efetuados pelo registrador de qualidade utilizado

2.3.3 TOMGRAFO COMPUTADORIZADO

Para a realizao da medio deste equipamento conectou-se o registrador de qualidade

no quadro de energia do equipamento, cuja tenso de alimentao, por fase, de 277 V.

Durante a medio, foi solicitado ao operador que realizasse o procedimento normal de

exame para que todas as caractersticas eltricas do equipamento fossem registradas, uma vez

que no existiam exames a serem realizados no momento.

Os resultados que sero apresentados a seguir demonstram a existncia de fluxo de carga

antes mesmo de o aparelho ser operado. Isso se deve ao fato da operao contnua dos circuitos

da mquina, responsveis pelo controle dos mecanismos de imagem existentes no interior do

equipamento. Tais circuitos somente so desligados no final do expediente da clnica.

41


Na Figura 27 pode ser verificado que os nveis de tenso no estado OFF e ON. No

perodo de operao do equipamento ocorre um pequeno afundamento de tenso nas fases, fato

natural da solicitao de uma maior corrente pelo equipamento.

Figura 27 - Tenso mdia eficaz por fase do Tomgrafo

O funcionamento do aparelho no causa nenhum problema na qualidade da energia em

termos de tenso em regime permanente, visto que, de acordo com a Tabela 10, os nveis de

tenso nos dois estgios de funcionamento do Tomgrafo esto dentro da faixa adequada.

Tabela 10 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase 277 V

V(L1) V(L2) V(L3)

OFF 279,3 280,3 279,9

ON 277,8 278,8 278,6

276,0

277,0

278,0

279,0

280,0

281,0

Vo

lts

Tenso mdia

42


Por meio da Figura 28 possvel verificar que fora de operao o fator de potncia do

equipamento muito baixo devido o fluxo de potncia reativa ser maior do que o de potncia

ativa (Figura 29).

Figura 28 - Fator de potncia do Tomgrafo

Figura 29 - Potncias totais do Tomgrafo

Durante o processo do exame, uma elevada corrente solicitada pelo equipamento,

conforme indicado na Figura 30, fazendo com que o consumo de potncia ativa seja maior que o

de reativa elevando o fator de potncia ao valor de 0,82 indutivo.

OFF ON

FP 0,34 0,82

0,00

0,50

1,00

FP TOTAL


OFF 2,8 7,5 8,2

ON 49,4 16,4 52,1

0,0

20,0

40,0

60,0

Potncias totais

43

Figura 30 - Correntes de fase do Tomgrafo



Durante a operao do Tomgrafo, foi verificado um acrscimo nos valores j existentes

de distoro harmnica total de tenso do quadro de energia do equipamento, como pode ser

verificado na Figura 31.

Figura 31 - Distoro harmnica total de tenso presente no Tomgrafo

Em valores individuas, verifica-se na Figura 32, que a o circuito eletrnico do Tomgrafo

possui uma maior predominncia das componentes harmnicas de 11 e 13 ordens e a

operao do equipamento contribui para um pequeno decrscimo das harmnicas de tenso de

5 e 7 ordens. Dessa forma, pode-se dizer que a operao do Tomgrafo no prejudica a

I(L1) I(L2) I(L3)

OFF 9,8 10,7 9,3

ON 74,8 75,2 76,3

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

Am

pe

res

Corrente mxima

THDV(L1) THDV(L2) THDV(L3)

OFF 3,1 3,1 2,9

ON 3,5 3,5 3,3

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

%


44

qualidade da energia eltrica, de acordo com os nveis sugeridos pelo Mdulo 8 do PRODIST, em

relao aos nveis harmnicos de tenso.

Figura 32 - Contedo harmnico individual de tenso presente no Tomgrafo


Pode ser observado na Figura 33 que o Tomgrafo em funcionamento produziu um

pequeno aumento na distoro total de corrente registrada pelo medidor.

Figura 33 Distoro harmnica total de corrente presente no Tomgrafo

J na Figura 34 possvel verificar que o contedo harmnico de corrente produzido

pelo equipamento predominantemente de 5 ordem, sendo que ocorreu uma pequena reduo

nas harmnicas de 3, 7, 9 e 13 ordens.


OFF 0,40 2,72 1,02 0,09 0,53 0,27

ON 0,40 2,23 0,86 0,10 1,25 1,36

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

%

Contedo harmnico de tenso

THDI(L1) THDI(L2) THDI(L3)

OFF 21,6 18,7 23,0

ON 24,4 25,8 25,3

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

%

Distoro total de corrente

45

Figura 34 - Contedo harmnico individual de tenso presente no Tomgrafo

Uma vez que o Mdulo 8 do PRODIST no especifica valores mximos para

harmnicas de corrente, no existe nenhum problema em relao qualidade da energia eltrica,

causado pelo equipamento.


Para este equipamento, o desequilbrio de tenso registrado foi de apenas 0,073 %, no

havendo diferena nesse valor tanto no estado OFF como no estado ON do Tomgrafo.


Na medio durante a operao do Tomgrafo no foi constatada nenhuma variao

momentnea de tenso conforme pode ser vista na Figura 35.



OFF 4,82 7,71 14,65 1,60 9,80 3,74

ON 4,26 15,30 13,35 1,14 10,09 0,39

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

%

Contedo harmnico de corrente

46

2.3.4 RESSONNCIA MAGNTICA

Para a realizao da medio deste equipamento, conectou-se o registrador de qualidade

no quadro de energia do mesmo, cuja tenso de alimentao, por fase, de 277 V. O aparelho

importado dos Estados Unidos e foi construdo para trabalhar em uma frequncia de 50 Hz.

Dessa forma necessrio o uso de um inversor de frequncia para o correto funcionamento da

Ressonncia Magntica na frequncia do sistema eltrico brasileiro.

A medio foi realizada durante o procedimento normal dos exames dentro da clnica e os

resultados que sero apresentados a seguir, demonstram a existncia de um grande fluxo de

carga antes mesmo de o aparelho ser operado. Essa carga se deve ao funcionamento contnuo,

durante o dia todo, da bobina principal do ncleo magntico do equipamento. A Ressonncia

magntica s totalmente desligada no final do dia quando no mais nenhum exame a ser

realizado.


Analisando a Figura 36, verifica-se que existe uma pequena queda de tenso em cada

fase do equipamento, quando este inicia o processo de exame.

Figura 36 - Tenso mdia eficaz por fase da Ressonncia Magntica

Em termos de qualidade da energia eltrica, este equipamento no viola os limites

estabelecidos pelo PRODIST, estando os valores de tenso, com a mquina em estado OFF, no

limiar da faixa adequada para a precria superior conforme pode ser visto na Tabela 11.

Vmed (L1) Vmed (L2) Vmed (L3)

OFF 290,6 290,6 290,3

ON 289,0 288,9 288,5

287,0

288,0

289,0

290,0

291,0

Vo

lts

Tenso mdia

47

Tabela 11 - Faixa de classificao dos nveis de tenso de fase 277 V


O fator de potncia deste tipo de carga praticamente zero para os dois estados de

funcionamento do equipamento, caracterizando uma carga praticamente reativa, como pode ser

visto na Figura 37.

Figura 37 - Fator de potncia da Ressonncia Magntica

Analisando a Figura 38, pode-se verificar a causa do baixo fator de potncia do

equipamento. A potncia reativa nos dois estados de funcionamento da Ressonncia Magntica

muito maior do que o consumo de potncia ativa, mesmo com o aumento do fluxo de corrente

no estado ON da mquina, conforme pode ser visto na Figura 39. No presente caso, se faz

necessrio uma correo do fator de potncia deste equipamento, uma vez que esse valor de

fator de potncia, com certeza, se refletir no fator de potncia total no ponto de conexo de

energia entre a clnica e a concessionria de energia.

OFF ON

FP TOTAL 0,038 0,060

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

FP TOTAL

48

Figura 38 - Potncias totais da Ressonncia Magntica

Figura 39 - Correntes de fase da Ressonncia Magntica



Por meio da Figura 40, pode-se verificar um valor elevado da distoro total de tenso

nos dois estados de funcionamento do equipamento. Tal valor ultrapassa o limite de 10 % de

distoro harmnica total de tenso, sugerido pelo PRODIST, comprometendo totalmente os

nveis da qualidade de energia do equipamento.


OFF 1,1 28,3 28,3

ON 2,3 38,6 38,8

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

Potncias totais

Imax (L1) Imax (L2) Imax (L3)

OFF 36,9 35,6 36,3

ON 50,1 49,5 49,4

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

Am

pe

res

Corrente mxima

49

Figura 40 - Distoro harmnica total de tenso do aparelho de Ressonncia Magntica

Este tipo de carga tem a predominncia das harmnicas de 11 e 13 ordens conforme

pode ser visto na Figura 41. Esses altos valores de distoro harmnica devem ser causados

pela presena dos circuitos eletrnicos do inversor de frequncia e do retificador utilizado para se

criar o campo magntico necessrio no ncleo desse equipamento.

Figura 41 - Contedo harmnico individual de tenso aparelho de Ressonncia Magntica


A situao praticamente a mesma em se tratando do nvel harmnico de corrente

gerado por este equipamento. Os nveis de distoro totais de corrente so bem altos e no

ocorrem igualmente entre as fases conforme pode ser visto na Figura 42.

THDV (L1) THDV (L2) THDV (L3)

OFF 32,9 25,9 32,2

ON 32,6 34,3 37,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

%



OFF 12,12 6,69 4,27 3,83 2,92 4,68

ON 12,91 7,31 4,33 3,46 9,55 11,51

0,00

5,00

10,00

15,00

%

Contedo harmnico individual de tenso

50

Figura 42 Distoro harmnica total de corrente presente na Ressonncia Magntica

Em relao aos nveis individuais de harmnicas de corrente, as ordens harmnicas

principais so a 7 e a 13 de acordo com a Figura 43.

Figura 43 - Contedo harmnico individual de corrente da Ressonncia Magntica

O Mdulo 8 do PRODIST no sugere limites para os nveis de tenso harmnica de

corrente.


Em funo de um erro de sequncia de fases na instalao do registrador de

parmetros da qualidade da energia eltrica, no foi possvel o correto registro dessa grandeza.

THDI (L1) THDI (L2) THDI (L3)

OFF 36,9 90,8 57,1

ON 91,7 88,7 71,4

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

%

Distoro total de corrente


OFF 24,58 11,00 8,43 8,43 6,77 5,34

ON 26,86 10,48 11,23 10,81 6,84 8,40

0,00 5,00

10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

%


51


Na medio durante a operao da Ressonncia Magntica foram constatadas

elevaes momentneas de tenso, com durao de 50 ms, no quadro de energia do

equipamento. Esses registros podem ser vistos na Figura 44.


52

3 CONCLUSES

A partir do trabalho apresentado foi possvel concluir que todas as cargas estudadas

possuem um baixo fator de potncia quando em operao ou em estado de pr-operao.

Possivelmente, a existncia de outras cargas conectadas s barras de alimentao dos

estabelecimentos analisados contribuem para uma melhora no fator de potncia, uma vez que,

quando indagados, os responsveis pelas instalaes mencionaram a inexistncia de qualquer

tipo de penalizao financeira por parte da concessionria de energia eltrica devido a um baixo

fator de potncia de suas instalaes.

Verificou-se tambm, que as cargas analisadas adicionam certa porcentagem de

contedo harmnico de tenso e corrente no barramento de alimentao, entretanto, excluindo o

aparelho de ressonncia magntica, todos os outros aparelhos possuem um nvel de contedo

harmnico dentro dos limites sugeridos pelo Mdulo 8 do PRODIST.

A respeito do elevado valor de distoro harmnica de tenso no aparelho de ressonncia

magntica, vale ressaltar que tais valores podem causar danos em outros aparelhos ligados ao

barramento da instalao onde os equipamentos esto conectados e ainda causar problemas na

qualidade da energia eltrica de estabelecimentos vizinhos s instalaes estudadas. Seria o

caso de estudar e implementar meios de amenizar tais efeitos oriundos deste equipamento.

Finalizando, o presente trabalho foi realizado efetuando medies nos equipamentos com

seu funcionamento isolado de outras cargas no lineares, contudo, seria interessante a

realizao de um estudo envolvendo a medio de um barramento de alimentao com um maior

nmero desse tipo de cargas com a finalidade de analisar quo afetada seria a qualidade da

energia eltrica deste barramento e, mais ainda, um estudo de at que grau de comprometimento

da qualidade da energia eltrica seria aceitvel para que fosse possvel o correto funcionamento

destes equipamentos de diagnsticos ou at mesmo de equipamentos sustentadores de vida

localizados em grandes complexos hospitalares, que na maioria das vezes, operam em

concomitncia.

53

4 REFERNCIAS

[1] AFONSO, J. L. e MARTINS, L. S. Qualidade de Energia Elctrica na Indstria. Ciclo de Seminrios As Oportunidades das Ameaas: A Qualidade da Energia Elctrica, EUVEO, ISBN: 972-8063-15-6, pp. 1-35 (Captulo de Livro).Guimares,Portugal : s.n., 2003. [2] MORENO, Hilton. Harmnicas nas Instalaes Eltricas, Causas, efeitos e solues. So Paulo: PROCOBRE, 1 Edio, 2001. [3] NUNES, Renato VINHAL. Anlise da penetrao harmnica em redes de distribuio desequilibradas devido s cargas residenciais e comerciais com a utilizao do ATP. Dissertao de Mestrado, PPGEE, UFMG. 2007. [4] OLIVEIRA, C. G. et al. Estudo de caso de eficincia energtica e qualidade de energia eltrica. 6p. Anais do VIII Induscon Conferncia Internacional de Aplicaes Industriais, Poos de Caldas/MG, 2008

[5] OKUMOTO,J.C, revista O setor eltrico, Nov. 2010, pgs. 76,77.

[6] BRONZEADO, Herivelto S. et al. Uma Proposta de Termos e Definies Associadas a Qualidade da Energia Eltrica, II Seminrio Brasileiro sobre Qualidade da Energia Eltrica. So Loureno/MG, 1997.

[7] S.LUGO, D.RAMIREZ, G.RIVERA, E. VEKQUES, Identification and Correction of Harmonics in an Industria - Facility, Electrical and Computer Engineering Department, University of Puerto Rico-Mayaguez May 1999. Recommended Practices. [8] Power Quality for Healthcare, Industrial and Agricultural Business Area, Electric Power Research Institute, Palo Alto, 1997. [9] Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST. Mdulo 8 Qualidade da Energia Eltrica. Seo 8.1 Qualidade do produto.

anÁlise do impacto da operaÇÃo de cargas hospitalares na qualidade da energia elÉtrica

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