Curso Online de Sistemas Elétricos de Potência
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Curso Online de Sistemas Elétricos de Potência

O curso de Pós-graduação em Sistemas Elétricos de Potência possibilita o aprofundamento e a qualificação nas áreas de sistemas elétricos ...

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O curso de Pós-graduação em Sistemas Elétricos de Potência possibilita o aprofundamento e a qualificação nas áreas de sistemas elétricos de potência, na geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, permitindo um elevado grau de competência técnico profissional.

Trabalho a 10 anos na área de Informática Formação ? TI Técnico em Redes e Manutenção Administrador de Redes Certificações ? Cisco RS e CCNA Security


- Tarcisio Antonio Di Bernardi Martins

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  • DEFINIÇÃO DE ENERGIA E POTÊNCIA

    DEFINIÇÃO DE ENERGIA E POTÊNCIA

    1.1.1 ENERGIA

    Os físicos definem a palavra energia como a quantidade de trabalho que um sistema é
    capaz de fornecer. Energia, de acordo com os físicos, não pode ser criada, consumida ou
    destruída. No entanto a energia pode ser transformada ou transmitida de diferentes formas: a
    energia cinética do movimento das moléculas de ar podem ser convertidas em energia cinética de
    rotação pelo rotor de uma turbina eólica, que por sua vez pode ser convertida em energia elétrica
    através de um gerador acoplado ao rotor da turbina.
    Em cada processo de conversão de energia, parte da energia da fonte é dissipada em
    forma de calor (energia térmica) em função do atrito entre as engrenagens, moléculas de ar e
    esforços mecânicos da máquina conversora. A relação entre a energia que entra no sistema de
    conversão e a energia que sai desse sistema chama-se rendimento.
    Costuma-se medir a capacidade de produção de energia em quilowatt hora ou megawatt
    hora durante um certo período de tempo. Note que a unidade de energia é quilowatt hora [kW.h],
    e não apenas quilowatt [kW]. Confundir estas unidades é um erro bem comum.

  • POTÊNCIA

    POTÊNCIA

    A potência elétrica é normalmente medida em watt [W], quilowatt [kW], megawatt
    [MW], etc. Ou seja, potência é a quantidade de energia transferida por unidade de tempo. A
    potência pode ser medida em qualquer instante de tempo, enquanto a energia precisa ser medida
    em um intervalo de tempo, como um segundo, uma hora, um ano, etc. Por exemplo, se uma
    turbina ou gerador possuem uma potência nominal de 600 quilowatts [kW], significa que aquela
    turbina pode produzir 600 quilowatts hora [kW.h] de energia por hora de operação, trabalhando
    no ponto máximo de eficiência.
    Dizer, por exemplo, que um país como a Dinamarca possui 1.000MW de potência
    eólica instalada, não quer dizer quanta energia as turbinas produzem. As turbinas eólicas
    funcionam cerca de 75% das horas do ano, mas funciona com capacidade máxima apenas
    durante um numero limitado de horas no ano.
    Para calcular a quantidade de energia produzida por uma turbina eólica é necessário
    conhecer a distribuição da velocidade do vento por cada turbina. No caso acima citado, as

  • turbinas retornam, na média, 2.300 horas de funcionamento a plena carga por ano. Para calcular
    a energia total produzida multiplica-se os 1.000MW de potência instalada pelas 2.300 horas de
    funcionamento a plena carga, que é igual a 2.300.000 [MWh] ou 2,3 [TW.h] de energia.
    Em outras áreas, tais como a Escócia, ou o oeste da Irlanda, encontramos turbinas
    que trabalham, na média, 3.000 horas a plena carga, e até mais. No entanto na Alemanha não são
    encontradas turbinas que trabalham mais que 2.000 horas por ano a plena carga.
    A potência dos motores de automóveis são geralmente medidas em cavalos e não em
    kW. A unidade “cavalo vapor” da uma idéia intuitiva de quanto “músculo” o gerador ou motor
    possui, enquanto a energia da uma idéia de quanto um motor ou gerador “trabalhou” durante um
    período de tempo.

    Unidades de potência.

    1 kW = 1.359 CV

  • O QUE É GERAÇÃO E COGERAÇÃO?

    O QUE É GERAÇÃO E COGERAÇÃO?

    1.2.1 GERAÇÃO

    A geração de energia elétrica é a transformação de qualquer tipo de energia em energia
    elétrica. Esse processo ocorre em duas etapas. Na 1a etapa uma máquina primária transforma
    qualquer tipo de energia, normalmente hidráulica ou térmica, em energia cinética de rotação. Em
    uma 2a etapa um gerador elétrico acoplado à máquina primária transforma a energia cinética de
    rotação em energia elétrica.
    Como exemplo podemos tomar uma hidroelétrica onde uma turbina hidráulica
    transforma a energia potencial da água em desnível, em energia cinética de rotação que é
    transferida a um eixo acoplado a um gerador, tal como mostrado na figura 1.

  • 1.2.2 COGERAÇÃO

    De acordo com a ANEEL (Agencia Nacional de Energia Elétrica), “Cogeração de
    energia é definida como o processo de produção combinada de calor e energia elétrica (ou
    mecânica), a partir de um mesmo combustível, capaz de produzir benefícios sociais, econômicos
    e ambientais. A atividade de cogeração contribui efetivamente para a racionalização energética,
    uma vez que possibilita maior produção de energia elétrica e térmica a partir da mesma
    quantidade de combustível.”
    Diferentemente da geração, na cogeração a energia térmica, ou outro tipo de energia, é
    utilizado diretamente nos processos de manufatura, tais como fornos, caldeiras, entre outros. A
    cogeração é o reaproveitamento dos “resíduos” de energia dessas fontes para a geração de
    energia elétrica diminuindo, assim, as perdas e, conseqüentemente, aumentando o rendimento e
    o aproveitamento das fontes de energia.

  • Figura 1 – Central hidráulica em circuito aberto a céu aberto, Rio Paraná, Itapu, Brasil.
    1- Barragem, 2- grades, 3- tomada de águas, 4- conduto forçado, 5- turbina, 6- alternador, 7- casa
    de máquinas, 8- pórtico-ponte, 9- sistema de descarga 10- transformadores, 11- sistema de
    transmissão.

    A cogeração é a forma mais eficiente de gerar calor e energia elétrica a partir de uma
    mesma fonte de energia. Comparando a utilização de combustível fóssil com a quantidade de
    calor que é normalmente gasta no processo de geração de energia, a cogeração alcança níveis de
    eficiência 3 vezes maior, podendo chegar a 4 vezes, do que no processo convencional de
    geração. No entanto a cogeração passou a ser utilizada a muito pouco tempo. No meio da década
    de 80, com o preço do gás natural relativamente baixo, a cogeração tornou-se uma alternativa
    atrativa como uma nova forma de geração de energia elétrica. De fato, a cogeração é um dos
    maiores responsáveis pela grande diminuição da construção de usinas hidrelétricas e
    termonucleares ocorrida na década de 80. Hoje a cogeração corresponde a mais da metade da
    capacidade das novas usinas instaladas na América do Norte na ultima década.

  • Os equipamentos de cogeração podem utilizar outros combustíveis além do gás natural.
    Existem instalações em operação que utilizam madeira, bagaço de cana-de-açúcar, e outros
    combustíveis dependendo do local e disponibilidade.
    As implicações ambientais da cogeração são bem menores quando comparadas às do
    processo convencional de geração, não apenas pela sua inerente eficiência, mas também pelo seu
    caráter descentralizador. Isto se deve ao fato de ser impraticável o transporte de calor (energia
    térmica) a grandes distâncias, e os equipamentos de cogeração são localizados fisicamente
    próximos aos processos que utilizam calor. Desta forma a energia elétrica tende a ser gerada

    próxima aos centros consumidores, reduzindo as perdas pela transmissão e a necessidade de
    equipamentos para a distribuição. Um número significativo de conseqüências positivas para o
    meio ambiente decorrem deste fato. As plantas de cogeração tendem a ser pequenas por isso
    podem pertencer e serem operadas por companhias menores e afastadas de um centro industrial.
    Como regra geral, elas também são construídas próximas a áreas populacionais, o que significa
    que devem ser mantidas no mais alto padrão ambiental. Como por exemplo, na Europa e ,cada
    vez mais, na América do Norte, a cogeração é o coração do sistema de calefação da cidade.
    Calefação distrital e cogeração combinados podem reduzir as emissões de gases poluentes mais
    do que qualquer outra tecnologia.

  • Figura 2 – Esquema geral de cogeração em uma industria

  • Para entender cogeração, é necessário saber que a forma mais convencional de se gerar
    energia é baseada na queima de um combustível para produzir vapor. É a pressão do vapor que
    gira a turbina e gera energia, em um processo inerentemente ineficiente. Por causa de um
    principio básico da física, pouco mais que um terço da energia liberada pela queima do
    combustível pode ser convertida em pressão de vapor para gerar energia elétrica. A cogeração,
    no entanto, utiliza esse excesso de calor, normalmente na forma de vapor, a uma temperatura
    relativamente baixa, liberada pelas turbinas. Esse vapor é utilizado em uma gama de aplicações
    das mais variadas, e efetivamente diminui a combustão de combustíveis a base de carbono,
    juntamente com todas as implicações ambientais que a queima desses combustíveis possui.
    Além da cogeração, há um grande número de tecnologias que fazem uso do vapor
    liberado pelas turbinas a baixas temperatura e pressão. Essas tecnologias são conhecidas como
    sistemas de “ciclo combinado”. Elas são mais eficientes que a geração convencional de energia,
    mas não tão eficiente quanto a cogeração.

  • O SISTEMA DE GERAÇÃO

    O SISTEMA DE GERAÇÃO

    O sistema de geração é formado pelos seguintes componentes: Máquina primária,
    geradores, transformador e sistema de controle, comando e proteção.

  • MÁQUINA PRIMÁRIA

    MÁQUINA PRIMÁRIA

    É a maquina primária que faz a transformação de qualquer tipo de energia em energia
    cinética de rotação para ser aproveitada pelo gerador. Por exemplo, a máquina que transforma a
    energia liberada pela combustão do gás em energia cinética é a turbina a gás.
    As principais máquinas primárias utilizadas hoje são motores Diesel, turbinas
    hidráulicas, turbinas a vapor, turbinas a gás e eólicas. Normalmente as centrais elétricas onde as
    máquinas primárias são turbinas a vapor, as centrais são classificadas em relação ao combustível
    utilizado para aquecer o vapor. Onde ocorre o processo de combustão as centrais são chamadas
    de termelétricas e onde ocorre o processo de fissão nuclear são chamadas de termonucleares.


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