Case: Projeto de Subestação para Usinagem da Tupy

Case: Projeto de Subestação para Usinagem da Tupy 

Introdução

Levar energia até uma nova unidade produtiva é bem mais do que dimensionar cabos e transformadores. É preciso pensar como a energia sai de uma subestação existente, atravessa a planta, chega ao novo prédio e é distribuída com segurança, tudo isso sem comprometer a operação que já funciona ao redor. Esse foi o desafio por trás do projeto elétrico do novo prédio de usinagem da Tupy, na planta de Joinville, em Santa Catarina.



A BFS Engenharia foi responsável pelo desenvolvimento dos projetos para a Bolt Engenharia, responsável por executar o projeto na Tupy. O trabalho começou na derivação da média tensão, dentro da subestação de 138 kV já existente na planta da Tupy, e foi até a distribuição elétrica de uma nova área administrativa do prédio, passando pela subestação que atende a usinagem.

Sobre a Tupy

A Tupy é uma das maiores indústrias do setor de fundição e usinagem, com forte atuação na fabricação de componentes de ferro fundido para os mercados automotivo e industrial, e mantém em Joinville uma de suas principais operações.

A nova área de usinagem representa mais uma frente de produção dentro dessa operação, e depende de uma infraestrutura elétrica robusta para funcionar com segurança e continuidade. A expansão exigiu, portanto, uma solução capaz de conectar a nova demanda à infraestrutura existente da planta, considerando as características e limitações do sistema já instalado. Foi a partir desse cenário que a BFS Engenharia desenvolveu o projeto elétrico da nova área.

O ponto de partida: energizar um novo prédio dentro de uma planta em operação

A nova usinagem será alimentada a partir da subestação de 138 kV que já existe na planta. A partir dela, é necessário derivar um cubículo de média tensão em 13,2 kV e conduzir essa energia, por um novo ramal, até a subestação do novo prédio. Essa subestação recebe a média tensão, rebaixa para baixa tensão e entrega a energia aos Quadros Gerais de Baixa Tensão, os QGBTs, que são o ponto de partida da distribuição interna.

O trabalho da BFS Engenharia cobre todo o caminho da energia até a alimentação dos QGBTs e, na sequência, a distribuição em baixa tensão da nova área administrativa do prédio, que também foi projetada.

A subestação da usinagem foi concebida em dois pavimentos. O superior abriga a casa de transformadores e os QGBTs. O térreo abriga a sala de um compressor, alimentado em média tensão por um transformador dedicado. Essa organização, somada às condições da planta, trouxe os principais pontos de atenção do projeto que serão abordados dentro do contexto de soluções desenvolvidas pela BFS Engenharia.



Soluções desenvolvidas pela BFS Engenharia

Cada projeto tem suas particularidades e, neste, alguns pontos exigiram soluções específicas, sempre com foco em segurança e em não atrapalhar a operação existente. A seguir estão os principais:

O novo ramal de média tensão e o dimensionamento dos postes

Para conduzir a energia da subestação de 138 kV até o novo prédio, foi projetado um novo ramal em média tensão, com trechos enterrados e trechos aéreos. Nos trechos aéreos, a energia segue por uma rede compacta apoiada em postes.

O ponto de atenção estava no corredor por onde o ramal passaria, que já contava com duas redes aéreas em operação, uma convencional e uma compacta. Acrescentar mais uma linha significa impor esforços mecânicos adicionais às estruturas, já que os postes passam a suportar mais peso e mais tração. Por isso, cada poste do trajeto foi verificado e dimensionado considerando o novo carregamento, uma vez que a linha passaria a conduzir uma carga expressiva, superior a 8 MVA em 13,2 kV. O resultado é uma rede nova que convive com as existentes sem sobrecarregar as estruturas, com folga para operar e para futuras ampliações.

O aterramento da subestação em um piso já concretado

O aterramento é o que mantém sob controle as tensões às quais uma pessoa pode ficar exposta durante uma falta à terra. Na subestação da Usinagem, esse item concentrou um dos maiores desafios do projeto, por três motivos ao mesmo tempo: o piso do pavimento térreo já estava concretado quando o aterramento foi definido, o nível de curto-circuito na média tensão era alto e havia pouco espaço livre ao redor da edificação para dissipar essa energia.

O dimensionamento seguiu a NBR 15751 e partiu de medições de resistividade do solo, levantadas em campo no local da subestação, o que garante que o modelo de cálculo represente as condições verdadeiras do terreno. Para contornar a limitação de espaço, duas decisões foram determinantes: A primeira foi considerar uma camada superficial de alta resistividade sobre o solo, o próprio recobrimento em asfalto, que eleva os limites de tensão de toque e de passo tolerados na área e torna o ambiente mais seguro sem exigir mais área de malha. A segunda foi combinar uma malha perimetral enterrada, uma malha interna e um conjunto de hastes distribuídas de forma iterativa, ajustadas até que as tensões de toque e de passo ficassem dentro dos limites de segurança.

Ao final, as tensões de toque e de passo calculadas ficaram abaixo dos limites da norma, e a resistência de aterramento resultou bem inferior ao valor de referência usual para subestações. Na prática, a instalação protege as pessoas mesmo diante de um curto elevado, aproveitando o espaço que a obra tinha a oferecer. O valor de projeto ainda será confirmado por medição em campo após a execução da malha, como manda a boa prática.

A alimentação do compressor em média tensão

Entre as cargas atendidas está um compressor de grande porte, alimentado diretamente em média tensão, em 6,6 kV, por um transformador dedicado instalado no pavimento térreo da subestação. Alimentar um motor em média tensão pede cuidado com a forma de aterrar o sistema e de detectar faltas.



Como esse transformador é de ligação delta-estrela, ele forma um sistema à parte, com referência de aterramento própria. Nesse sistema, optou-se por aterrar o neutro por meio de um resistor, em vez de fazê-lo diretamente. Esse recurso limita a corrente em uma falta à terra, reduz o risco de dano ao motor e permite identificar o problema de forma seletiva, com um relé de terra sensível. A alimentação do compressor é feita apenas com as três fases e o condutor de proteção, sem distribuição de neutro.

A ventilação e o controle de temperatura da subestação

A casa de transformadores precisa se manter em temperatura segura, já que os transformadores a seco dissipam calor durante a operação. O projeto priorizou a ventilação natural, por efeito chaminé, aproveitando a diferença de altura entre as aberturas de entrada de ar, na parte baixa, e as de saída, na parte alta.

O cálculo, feito de forma conservadora, mostrou que a renovação de ar por meios naturais já superava a necessária para manter a temperatura sob controle. Com isso, a exaustão mecânica foi mantida como reforço, e não como recurso principal, o que reduz a dependência de energia para refrigerar o ambiente e deixa a solução mais robusta.

O estudo de proteção, coordenação e seletividade

Todo esse sistema é amarrado por um estudo de proteção, coordenação e seletividade. A ideia é simples, mas também exigente de executar: diante de uma falta, apenas o disjuntor mais próximo do problema deve atuar, preservando o restante da instalação em funcionamento. Essa é a diferença entre uma falha que desliga um circuito e uma que para a planta inteira.

A coordenação foi montada em cascata, a partir do disjuntor existente na subestação de 138 kV, passando pelo disjuntor geral da nova subestação e chegando aos disjuntores de cada saída, incluindo os dos transformadores. Um ponto importante é que o disjuntor já instalado, na subestação de 138 kV, precisou ser coordenado com os novos. Isso exige ajustar as proteções para que a instalação antiga e a nova trabalhem em conjunto, sem perder seletividade.

O projeto elétrico da área administrativa

Além da média tensão e da subestação, o novo prédio conta com uma área administrativa, com salas, vestiários, copa e áreas de circulação, que também teve seu projeto elétrico desenvolvido. Essa é a parte em que a distribuição em baixa tensão volta ao escopo, depois da entrega nos QGBTs.

A área administrativa, com carga instalada da ordem de 140 kW, é alimentada a partir da própria subestação, por um quadro geral que distribui a energia para os quadros terminais de cada setor. O projeto adotou o esquema de aterramento TN-S, com condutor neutro e condutor de proteção sempre separados, e previu proteção por disjuntores e por dispositivos diferenciais de alta sensibilidade, como recomenda a norma para a proteção das pessoas.

Desenvolvimento em BIM e proximidade com o cliente

Os projetos foram desenvolvidos em BIM, na plataforma Revit. Mais do que modelar, essa escolha facilitou a geração de vistas e cortes, o que ajuda a visualizar a subestação e a compatibilizar as soluções ainda na fase de projeto.

O trabalho também foi marcado pela proximidade com o cliente. Houve reunião técnica no local, na planta da Tupy, e o cliente esteve na BFS Engenharia para uma apresentação prévia e a definição de pontos finais. Ao término, também houve uma reunião de entrega, para explicar o que foi desenvolvido e esclarecer eventuais dúvidas. Esse acompanhamento reduz ruídos entre projeto e execução e apoia quem vai tocar a obra.

Como as decisões de projeto impactam a execução da obra

Boa parte do valor desse tipo de projeto aparece na obra. Verificar cada poste antes evita descobrir em campo que uma estrutura não suporta a nova rede. Resolver o aterramento aproveitando o asfalto e o espaço disponível evita ter que quebrar um piso já concretado. Definir com antecedência o layout dos painéis, o barramento e a infraestrutura de encaminhamento reduz improviso e retrabalho na montagem.

Em um projeto que nasce dentro de uma planta em operação, cada uma dessas definições ajuda a manter a obra mais previsível para quem vai executar, e a produção funcionando ao redor. É por isso que a BFS Engenharia trata a compatibilização e o entendimento do projeto antes da execução como parte do próprio serviço, e não como uma etapa opcional.

Conclusão



Energizar a nova Usinagem da Tupy exigiu analisar o caminho completo da energia, da subestação de 138 kV existente até os quadros do novo prédio, tratando cada etapa com o cuidado que uma planta industrial pede. Do dimensionamento dos postes do novo ramal ao aterramento em espaço restrito, passando pela alimentação do compressor, pela ventilação da subestação e pela distribuição do administrativo, foram as decisões de projeto que garantiram uma instalação segura, confiável e preparada para crescer.

Conteúdo desenvolvido por Arthur Ferreira da Cruz, Projetista Eletricista na BFS Engenharia.