ctcm4v3t-140425102546-phpapp02

CTC_M4_V3_T

MDULO 4 Gerao, Transmisso

e Distribuio de Energia

CTC - Centro de Treinamento de Clientes

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Mdulo 4 Gerao e Distribuio de Energia


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* Material sujeito a alteraes sem prvio aviso!

ndice

1 Introduo............................................................................................................... 9 1.1 Definio de energia e potncia ................................ ................................ ............... 10

1.1.1 Energia ________________________________ ________________________________ __10 1.1.2 Potncia ________________________________ ________________________________ _11

1.2 O que gerao e cogerao? ................................ ................................ .................. 12 1.2.1 Gerao ________________________________ ________________________________ _12 1.2.2 Cogerao ________________________________ _______________________________ 12

1.3 O sistema de gerao................................ ................................ ................................ 15 1.3.1 Mquina primria ________________________________ __________________________ 15 1.3.2 Geradores ________________________________ ________________________________ 15 1.3.3 Transformadores ________________________________ __________________________ 15 1.3.4 Controle, comando e proteo ________________________________ ________________ 15

2 Mquinas Primrias.............................................................................................. 17 2.1 Hidrulicas ................................ ................................ ................................ ............... 17

2.2 Diesel ................................ ................................ ................................ ........................ 21

2.3 Termeltricas ................................ ................................ ................................ ........... 24

2.4 Termonucleares................................ ................................ ................................ ........ 26

2.5 Turbina a Gs ................................ ................................ ................................ .......... 30 2.5.1 Turbinas a gs em circuito aberto ________________________________ _____________31 2.5.2 Turbinas a gs em circuito fechado. ________________________________ ____________ 33

2.6 Turbinas Elicas ................................ ................................ ................................ ...... 36

3 GERADORES ....................................................................................................... 42 3.1 Introduo................................ ................................ ................................ ................ 42

3.1.1 Histrico________________________________ ________________________________ _42 3.1.2 Noes de aplicaes ________________________________ _______________________ 42

3.1.2.1 Tipos de acionamentos ................................ ................................ ................................ ..43

3.2 NOES FUNDAMENTAIS ................................ ................................ .................. 44 3.2.1 Princpio de funcionamento ________________________________ __________________ 44 3.2.2 Gerao de corrente trifsica ________________________________ _________________ 47


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3.2.2.1 Ligaes no sistema trifsico ................................ ................................ ........................ 47 3.2.2.2 Tenso nominal mltipla ................................ ................................ ............................... 49

3.2.3 Comportamento do gerador em vazio e sob carga ________________________________ _52 3.2.4 Mquinas de plos lisos e salientes ________________________________ ____________ 55 3.2.5 Reatncias ________________________________ _______________________________ 56 3.2.6 Potncia em mquinas de plos salientes ________________________________ ________59 3.2.7 Definies ________________________________ _______________________________ 61

3.2.7.1 Distoro harmnica ................................ ................................ ................................ .....61 3.2.7.2 Fator de desvio ................................ ................................ ................................ .............61 3.2.7.3 Modulao de tenso ................................ ................................ ................................ ....63 3.2.7.4 Desequilbrio angular ................................ ................................ ................................ ....63 3.2.7.5 Desbalanceamento de tens o................................ ................................ .........................63 3.2.7.6 Transiente de tenso ................................ ................................ ................................ .....63 3.2.7.7 Tolerncia de tenso ................................ ................................ ................................ .....64

3.3 GERADORES WEG................................ ................................ ................................ 65 3.3.1 Normas aplicveis ________________________________ _________________________ 65 3.3.2 Geradores com excitao por escovas ________________________________ __________65

3.3.2.1 Tipo SL (antigo DL) ................................ ................................ ................................ .....65 3.3.3 Geradores com excitao sem escovas (Brushless) ________________________________ 66 3.3.4 Geradores com e xcitao sem escovas para aplicaes especiais _____________________ 69 3.3.5 Motores sncronos ________________________________ _________________________ 70 3.3.6 Regulador de tenso ________________________________ ________________________ 72 3.3.7 Tempo de regulagem da tenso (tempo de resposta) _______________________________ 72 3.3.8 NOMENCLATURA DAS MQUINAS SNCRONAS WEG ______________________ 73

3.4 CARACTERSTICAS DO AMBIENTE ................................ ................................. 76 3.4.1 Altitude ________________________________ ________________________________ _76 3.4.2 Temperatura ambiente. ________________________________ ______________________ 76 3.4.3 Determinao da potncia til do gerador nas diversas condies de temperatura e a ltitude 76 3.4.4 Atmosfera Ambiente ________________________________ _______________________ 77

3.4.4.1 Ambientes Agressivos ................................ ................................ ................................ ..77 3.4.5 Graus de proteo ________________________________ _________________________ 78

3.4.5.1 Cdigo de identificao ................................ ................................ ................................ 78 3.4.5.2 Tipos usuais ................................ ................................ ................................ .................80

3.4.6 Limites de rudo ________________________________ ___________________________ 80 3.4.7 Vibrao________________________________ ________________________________ _81 3.4.8 Ventilao ________________________________ _______________________________ 82

3.4.8.1 Gerador aberto ................................ ................................ ................................ ..............82 3.4.8.2 Gerador totalmente fechado ................................ ................................ ..........................83

3.4.9 Acessrios/especialidades ________________________________ ___________________ 85 3.4.9.1 Resistncia de aquecimento ................................ ................................ ..........................85 3.4.9.2 Proteo trmica de geradores eltricos ................................ ................................ .........85

3.5 CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO ................................ ........................... 88 3.5.1 Potncia nominal ________________________________ __________________________ 88 3.5.2 Elevao de temperatura -classe de isolamento ________________________________ ___91

3.5.2.1 Aquecimento do enrolamento ................................ ................................ ....................... 91 3.5.2.2 Classes de isolamento ................................ ................................ ................................ ...92 3.5.2.3 Medida da temperatura do enrolamento ................................ ................................ .........92 3.5.2.4 Aplicao mquinas eltricas ................................ ................................ .....................93

3.5.3 Queda de tenso ________________________________ ___________________________ 94 3.5.3.1 Clculo da queda de tenso ................................ ................................ ...........................94 3.5.3.2 Influncia do fator de potncia ................................ ................................ ......................96 3.5.3.3 Influncia da carga inicial ................................ ................................ ............................. 96

3.5.4 Limitaes na partid a de motores ________________________________ _____________98 3.5.5 Sobrecarga ________________________________ ______________________________ 103 3.5.6 Sobrevelocidade ________________________________ __________________________ 104


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3.5.7 Corrente de curto-circuito ________________________________ __________________ 104 3.5.8 Converso de reatncias ________________________________ ____________________ 105 3.5.9 Proteo do gerador ________________________________ _______________________ 106 3.5.10 Regime de servio ________________________________ ________________________ 106

3.5.10.1 Regimes Padronizados ................................ ................................ ............................. 106 3.5.11 Diagrama de carga ________________________________ ________________________ 108 3.5.12 Operao em paralelo de geradores ________________________________ ___________110 3.5.13 Clculo da bobina de aterramento do ponto estrela de geradores ____________________ 113

3.6 CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS ................................ ............................ 114 3.6.1 Componentes Principais ________________________________ ____________________ 114

3.6.1.1 Estator da mquina principal ................................ ................................ ....................... 114 3.6.1.2 Rotor da mquina principal ................................ ................................ .........................114 3.6.1.3 Estator da excitatriz principal ................................ ................................ ...................... 114 3.6.1.4 Rotor da excitatriz principal e diodo s retificadores girantes ................................ .........114 3.6.1.5 Excitatriz auxiliar ................................ ................................ ................................ .......115 3.6.1.6 Enrolamento auxiliar (ou bobina auxiliar) ................................ ................................ ...115

3.6.2 Placa de identificao________________________________ ______________________ 115 3.6.3 Normas________________________________ ________________________________ _116 3.6.4 Pintura - Geradores para aplicao geral ________________________________ _______116 3.6.5 Terminais de aterramento ________________________________ ___________________ 116 3.6.6 Forma construtiva ________________________________ ________________________ 116 3.6.7 Condies usuais de servio ________________________________ ________________ 120

3.7 SELEO DE GERADORES ................................ ................................ .............. 121 3.7.1 Caractersticas necessrias para a correta seleo ________________________________ 121 3.7.2 Principais aplicaes de geradores ________________________________ ____________121

3.7.2.1 Converso de freqncia ................................ ................................ ............................. 122 3.7.2.2 Converso de Corrente ................................ ................................ ................................ 123 3.7.2.3 NO-BREAK ................................ ................................ ................................ ...............124 3.7.2.4 Short-Break Diesel ................................ ................................ ................................ .....125 3.7.2.5 Geradores para CPD ................................ ................................ ................................ ...125 3.7.2.6 Geradores linha Industrial ................................ ................................ ........................... 126 3.7.2.7 Geradores para Telecomunicaes (padro TELEBRS) ................................ ............126 3.7.2.8 Geradores alimentando cargas deformantes ................................ ................................ .127

3.8 ENSAIOS ................................ ................................ ................................ ............... 128 3.8.1 ENSAIOS DE ROTINA ________________________________ ___________________ 128 3.8.2 ENSAIOS DE TIPO ________________________________ ______________________ 128 3.8.3 ENSAIOS ESPECIAIS ________________________________ ____________________ 128

3.9 COLETNEA DE FRMULAS ................................ ................................ ........... 129

4 CARACTERISTICAS E ESPECIFICAES DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO E FORA ................................................................................130 4.1 INTRODUO................................ ................................ ................................ ...... 130

4.2 NOES FUNDAMENTAIS ................................ ................................ ................ 131 4.2.1 Transformadores e suas aplicaes ________________________________ ___________131 4.2.2 Tipos de Transformadores ________________________________ __________________ 132

4.2.2.1 Diviso dos Transformadores quanto Finalida de................................ ....................... 133 4.2.2.2 Diviso dos Transformadores quanto aos Enrolamentos ................................ ..............133 4.2.2.3 Diviso dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos ................................ .......133

4.2.3 COMO FUNCIONA O TRA NSFORMADOR ________________________________ __133 4.2.4 Sistemas Eltricos ________________________________ ________________________ 135

4.2.4.1 Sistemas de Corrente Alternada Monofsica ................................ ................................ 135 4.2.4.2 Sistemas de Corrente Alternada Trifsica ................................ ................................ ....136

4.2.5 POTNCIAS ________________________________ ____________________________ 142


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4.2.5.1 Potncia Ativa ou til ................................ ................................ ................................ 143 4.2.5.2 Potncia Reativa ................................ ................................ ................................ .........143

4.2.6 Potncia Aparente ________________________________ ________________________ 143

4.3 DEFINIES IMPORTANTES E NORMALIZAO ................................ ...... 147 4.3.1 Potncia Nominal ________________________________ _________________________ 147

4.3.1.1 Transformadores Trifsicos ................................ ................................ ........................ 147 4.3.1.2 Transformadores Monofsicos ................................ ................................ ....................147 4.3.1.3 Potncias nominais normalizadas ................................ ................................ ................147

4.3.2 TENSES ________________________________ ______________________________ 148 4.3.2.1 Definies ................................ ................................ ................................ ..................148 4.3.2.2 Escolha da Tenso Nominal ................................ ................................ ........................ 149

4.3.3 Derivaes ________________________________ ______________________________ 151 4.3.3.1 Definies ................................ ................................ ................................ ..................151

4.3.4 Correntes ________________________________ _______________________________ 153 4.3.4.1 Corrente nominal ................................ ................................ ................................ ........153 4.3.4.2 Corrente de excitao ................................ ................................ ................................ .153 4.3.4.3 Corrente de curto-circuito ................................ ................................ ........................... 154 4.3.4.4 Corrente de partida ou In rush ................................ ................................ ..................... 155

4.3.5 Frequncia Nominal ________________________________ _______________________ 155 4.3.6 Nvel de Isolamento ________________________________ _______________________ 155 4.3.7 Deslocamento angular ________________________________ _____________________ 156 4.3.8 Identificao dos Terminais ________________________________ _________________158

4.4 Caractersticas de Desempenho ................................ ................................ ............. 163 4.4.1 Perdas________________________________ ________________________________ __163 4.4.2 Rendimento ________________________________ _____________________________ 165 4.4.3 Regulao________________________________ _______________________________ 166 4.4.4 Capacidade de sobrecarga ________________________________ __________________ 167

4.5 CARACTERSTICAS DA INSTALAO ................................ .......................... 173 4.5.1 OPERAO EM CONDIES NORMAIS E ESPECIAIS DE FUNCIONAMENTO. __173 4.5.2 CONDIES NORMAIS DE TRANSPORTE E INSTALAO. __________________ 173

4.5.2.1 O transporte e a instalao devem estar de acordo com NBR 7036 ou a NBR 7037 , a que for aplicvel. ................................ ................................ ................................ ....................173

4.5.3 OPERAO EM PARALELO ________________________________ ______________175 4.5.3.1 DIAGRAMAS VETORIAIS COM MES MO DESLOCAMENTO ANGULAR ...........175 4.5.3.2 RELAES DE TRANSFORMAO IDNTICAS I NCLUSIVE DERIVAES ...175 4.5.3.3 IMPEDNCIA ................................ ................................ ................................ ...........175

4.5.4 OPERAO EM PARALELO ________________________________ ______________178

4.6 SELEO DOS TRANSFORMADORES ................................ ............................ 179 4.6.1 DETERMINAO DA POTNCIA DO TRANSFORMADOR ____________________ 179 4.6.2 FATOR DE DEMANDA (d) ________________________________ ________________ 179

4.6.2.1 DETERMINAO DA DEMANDA MXIMA DE UM GRUPO DE MOTORES ....179 4.6.2.2 DETERMINAO DA DEMANDA MXIMA DA INSTALAO .........................181

4.6.3 CONSIDERAES SOBRE O USO DAS TABELAS ___________________________ 182 4.6.4 CRITRIOS DE ESCOLHA DOS TRANSFORMADORES COM BASE NO VALOR

OBTIDO NA DEMANDA. ________________________________ _________________182 4.6.4.1 EVENTUAIS AUMENTOS DA POTNCIA INSTALADA ................................ .......186 4.6.4.2 CONVENINCIA DA SUBDIVISO EM MAIS UNIDADES ................................ ..186 4.6.4.3 POTNCIA NOMINAL NORMALIZADA ................................ ................................ 187

4.6.5 DADOS NECESSRIOS PARA IDENTIFICAO DE UM TRANSFORMADOR ____187

4.7 CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS ................................ ............................ 188 4.7.1.1 NCLEO ................................ ................................ ................................ ...................188 4.7.1.2 ENROLAMENTO ................................ ................................ ................................ ......189 4.7.1.3 DISPOSITIVOS DE PRENSAGEM, CALOS E ISOLAMENTO ............................. 190 4.7.1.4 COMUTADOR DE DERIVAES ................................ ................................ ...........190


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4.7.2 BUCHAS ________________________________ _______________________________ 191 4.7.3 TANQUE ________________________________ _______________________________ 194

4.7.3.1 SELADOS ................................ ................................ ................................ .................195 4.7.3.2 COM CONSERVADOR DE LEO ................................ ................................ ...........196 4.7.3.3 TRANSFORMADORES FLANGEADOS ................................ ................................ ..196

4.7.4 RADIADORES ________________________________ __________________________ 197 4.7.5 TRATAMENTO SUPERFICIAL E PINTURA ________________________________ _198 4.7.6 LQUIDO DE ISOLAO E REFRIGERAO ________________________________ 198 4.7.7 PLACAS DE IDENTIFICAO E DIAGRAMTICA ___________________________ 201 4.7.8 ACESSRIOS ________________________________ ___________________________ 203

4.7.8.1 REL BUCHHOLZ (TRAFOSCPIO) ................................ ................................ ......204 4.7.8.2 TERMMETRO COM CONTATOS ................................ ................................ .........205 4.7.8.3 INDICADOR DE NVEL DE LEO ................................ ................................ ..........207 4.7.8.4 IMAGEM TRMICA ................................ ................................ ................................ .209 4.7.8.5 VLVULA DE ALVIO DE PRESSO ................................ ................................ .....211 4.7.8.6 REL DE PRESSO SBITA ................................ ................................ ...................213

4.8 ENSAIOS ................................ ................................ ................................ ............... 218 4.8.1 ENSAIOS DE ROTINA ________________________________ ___________________ 218 4.8.2 ENSAIOS DE TIPO ________________________________ ______________________ 219 4.8.3 ENSAIOS ESPECIAIS ________________________________ ____________________ 219 4.8.4 OBJETIVOS DA REALIZAO DE ALGUNS ENSA IOS DE ROTINA:____________219

4.8.4.1 RESISTNCIA ELTRICA DOS ENROLAMENTOS: ................................ ..............219 4.8.4.2 RELAO DE TENSES: ................................ ................................ ........................ 220 4.8.4.3 RESISTNCIA DE ISOLAMENTO ................................ ................................ ...........220 4.8.4.4 POLARIDADE ................................ ................................ ................................ ..........220 4.8.4.5 DESLOCAMENTO ANGULAR E SEQUNCIA DE FASES ................................ ....220 4.8.4.6 PERDAS EM VAZIO ................................ ................................ ................................ .221 4.8.4.7 PERDAS EM CARGA ................................ ................................ ............................... 221 4.8.4.8 ENSAIOS DIELTRICOS ................................ ................................ .........................222 4.8.4.9 ESTANQUEIDADE ................................ ................................ ................................ ...223

4.8.5 OBJETIVO DA REALIZAO DE ALGUNS ENSAIOS DE TIPO E ESPECIAIS ____223 4.8.5.1 ELEVAO DE TEMPERATURA: ................................ ................................ ..........223 4.8.5.2 IMPULSO ATMOSFRICO: ................................ ................................ ..................... 223 4.8.5.3 NVEL DE RUDO ................................ ................................ ................................ ....224 4.8.5.4 CURTO-CIRCUITO ................................ ................................ ................................ ..224 4.8.5.5 FATOR DE POTNCIA DO ISOLAMENTO ................................ ............................ 224 4.8.5.6 TENSO DE RADIOINTERFERNCIA ................................ ................................ ...224

4.9 INSTALAO E MANUTENO ................................ ................................ ...... 225 4.9.1 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO ________________________________ _225

4.9.1.1 RECEBIMENTO................................ ................................ ................................ ........225 4.9.1.2 MANUSEIO ................................ ................................ ................................ ..............225 4.9.1.3 ARMAZENAGEM ................................ ................................ ................................ .....225 4.9.1.4 INSTALAO ................................ ................................ ................................ ..........226 4.9.1.5 MANUTENSO ................................ ................................ ................................ ........226 4.9.1.6 INSPEO PERIDICA ................................ ................................ ........................... 226 4.9.1.7 REVISO COMPLETA ................................ ................................ ............................. 227

4.9.2 TRANSFORMADORES DE P OTNCIA (FORA) _____________________________ 227 4.9.2.1 RECEBIMENTO................................ ................................ ................................ ........227 4.9.2.2 DESCARREGAMENTO E MANUSEIO................................ ................................ ....227 4.9.2.3 VERIFICAES E ENSAIOS DE RECEBIMENTO ................................ .................228 4.9.2.4 ARMAZENAMENTO ................................ ................................ ................................ 228 4.9.2.5 INSTALAO ................................ ................................ ................................ ..........228 4.9.2.6 MONTAGEM DO TRANSFORMADOR ................................ ................................ ...229 4.9.2.7 CUIDADOS RECOMENDADOS DURANTE E APS A MONTAGEM ...................229

4.9.3 ENSAIOS________________________________ _______________________________ 230 4.9.4 ENERGIZAO ________________________________ _________________________ 231


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4.9.5 MANUTENO ________________________________ _________________________ 231

4.10 Conforme Anexo ................................ ................................ ................................ .... 234

5 Quadros................................................................................................................236 5.1 Manobra e Proteo ................................ ................................ ............................... 236

5.1.1 Aspectos Gerais ________________________________ __________________________ 236 5.1.1.1 Manobra ................................ ................................ ................................ ..................... 236 5.1.1.2 Proteo - Aspectos considerados ................................ ................................ ...............236 5.1.1.3 Anlise generalizada da proteo ................................ ................................ ................237 5.1.1.4 Caractersticas gerais dos equipamentos de proteo ................................ ...................238 5.1.1.5 Caractersticas Funcionais do Releamento ................................ ................................ ...241

5.1.2 Aspectos especficos ________________________________ ______________________ 242 5.1.2.1 Equipamentos de manobra ................................ ................................ .......................... 242 5.1.2.2 Proteo de motores ................................ ................................ ................................ ....244 5.1.2.3 Proteo de Geradores ................................ ................................ ................................ 244 5.1.2.4 Proteo de transformadores ................................ ................................ ....................... 245 5.1.2.5 Proteo de barramentos ................................ ................................ ............................. 245

5.1.3 Coordenao ________________________________ ____________________________ 246 5.1.3.1 Proteo de linhas ................................ ................................ ................................ .......247

5.1.4 Princpios de coordenao ________________________________ __________________ 248

5.2 Diagramas eltricos ................................ ................................ ................................ 249 5.2.1 Diagrama Unifilar ________________________________ ________________________ 249 5.2.2 Diagrama Trifilar ________________________________ _________________________ 250 5.2.3 Diagrama Funcional ________________________________ _______________________ 251 5.2.4 Diagramas Construtivos ________________________________ ____________________ 252

5.2.4.1 Diagrama Sinptico ................................ ................................ ................................ ....253

5.3 Considerao a respeito de quadros eltricos ................................ ....................... 254 5.3.1 Classificaes________________________________ ____________________________ 254

5.3.1.1 Quanto a funo ................................ ................................ ................................ .........254 5.3.1.2 Quanto ao local de instalao ................................ ................................ ...................... 257 5.3.1.3 Quanto ao grau de proteo ................................ ................................ .........................257 5.3.1.4 Quanto ao tipo de construo ................................ ................................ ...................... 258

5.3.2 Comportamento dos metais (estrutura e barramento) _____________________________ 258 5.3.3 Caractersticas dos metais ________________________________ __________________ 258

5.3.3.1 Densidade ................................ ................................ ................................ ..................258 5.3.3.2 Propriedades trmicas ................................ ................................ ................................ .259 5.3.3.3 Propriedades eltricas ................................ ................................ ................................ .259 5.3.3.4 Propriedades qumicas ................................ ................................ ................................ 260 5.3.3.5 Propriedades Mecanicas ................................ ................................ .............................. 260

5.4 Graus de Proteo................................ ................................ ................................ .. 261

5.5 Condies Normais de Servio ................................ ................................ ............... 265

5.6 Consideraes de Normalizao ................................ ................................ ............ 267 5.6.1 Definies (Segundo IEEE C 37.20.2 - 1993) ________________________________ ___267

5.6.1.1 Painis Metal Clad ................................ ................................ ................................ ......267 5.6.1.2 Painis Cubicle ................................ ................................ ................................ ...........268 5.6.1.3 Painis Interrupter ................................ ................................ ................................ ......268 5.6.1.4 Painis Baixa Tenso ................................ ................................ ................................ ..269

6 Produo Independente de Energia Eltrica no Brasil........................................270 6.1 Introduo................................ ................................ ................................ .............. 270

6.2 Ligao em Autoprodutores em paralelo com o sistema de distribuio ............. 272 6.2.1 Paralelismo________________________________ ______________________________ 272


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6.2.1.1 Condies para o Paralelismo ................................ ................................ ..................... 273 6.2.1.2 Mtodos para o Sincronismo ................................ ................................ ....................... 273

6.2.2 Proteo Contra Faltas ________________________________ _____________________ 274 6.2.2.1 Nomenclatura para Rels (NBR 5175 - Maio 1988) ................................ ....................274

6.2.3 Projeto Eltrico ________________________________ __________________________ 283

7 Dimensionamento de Fios e Cabos de Baixa Tenso...........................................284 7.1 Os Seis Critrios Tcnicos de Dimensionamen to de Condutores Eltricos .......... 284

7.2 Seo do Condutor Neutro................................ ................................ ..................... 285

7.3 O Condutor de Proteo ................................ ........................................................ 286

7.4 Cores dos Condutores Neutro e de Proteo ................................ ......................... 287

7.5 Tabelas ................................ ................................ ................................ ................... 288 7.5.1 Grupos Contendo Cabos de Dimenses Diferentes _______________________________ 299 7.5.2 Correntes Mximas de Curto -Circuito ________________________________ _________310 7.5.3 Correntes Mximas de Curto -Circuito ________________________________ _________311 7.5.4 Correntes Mximas de Curto -Circuito ________________________________ _________312 7.5.5 Determinao da Integral de Joule (l 2t) de Condutores Eltricos _____________________ 313


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1 INTRODUO A eletricidade a forma mais fcil de se transportar energia para a sua utilizao nos

processos de manufatura. Ela surgiu como forma de substituir a energia da mquina a vapor, pilastra mestra da atual revoluo industrial.

Com o crescimento do setor industrial no Brasil a partir do inicio dos anos 90, o aumento da demanda de energia eltrica superou a capacidade de crescimento do sistema de gerao das concessionrias de energia levando o governo a considerar possibilidade de produo de energia eltrica por empresas do setor privado, com o objetivo de atrair investimentos no setor e assim desafogar o sistema eltrico Brasileiro.

A economia e a produo de energia eltrica passaram a ser prioridade para o Ministrio das Minas e Energia e o DNAEE (hoje ANEEL), que atravs de campanhas informativas incentivavam o uso racional de energia eltrica visando diminuir o desperdcio e, atravs da modificao da legislao regulamentar a gerao e a cogerao de energia por grupos e empresas privadas.


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1.1 DEFINIO DE ENERGIA E POTNCIA

1.1.1 ENERGIA Os fsicos definem a palavra energia como a quantidade de trabalho que um sistema

capaz de fornecer. Energia, de acordo com os fsicos, no pode ser criada, consumida ou destruda. No entanto a energia pode ser transformada ou transmitida de diferentes formas: a energia cintica do movimento das molculas de ar podem ser convertidas em energia cintica de rotao pelo rotor de uma turbina elica, que por sua vez pode ser convertida em energia eltrica atravs de um gerador acoplado ao rotor da turbina.

Em cada processo de converso de energia, parte da energia da fonte dissipada em forma de calor (energia trmica) em funo do atrito entre as engrenagens, molculas de ar e esforos mecnicos da mquina conversora. A relao entre a energia que entra no sistema de converso e a energia que sai desse sistema chama-se rendimento.

Costuma-se medir a capacidade de produo de energia em quilowatt hora ou megawatt hora durante um certo perodo de tempo. Note que a unidade de energia quilowatt hora [kW.h], e no apenas quilowatt [kW]. Confundir estas unidades um erro bem comum.

Unidades de Energia 1 J [joule] = 1 [W.s] = 4.1868 [cal] 1 GJ [gigajoule] = 109 J 1 TJ [terajoule] = 1012 J 1 PJ [petajoule] = 1015 J 1 kWh [quilowatt hora] = 3,600,000 [joules] 1 toe [tonelada de leo equivalente]

= 7.4 barris de leo cru na mquina primria = 7.8 barris no total de consumo final = 1270 m3 de gs natural

1 Mtoe [milho de toneladas de leo equivalente] = 41.868 PJ


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1.1.2 POTNCIA A potncia eltrica normalmente medida em watt [W], quilowatt [kW], megawatt

[MW], etc. Ou seja, potncia a quantidade de energia transferida por unidade de tempo. A potncia 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 potncia nominal de 600 quilowatts [kW], significa que aquela turbina pode produzir 600 quilowatts hora [kW.h] de energia por hora de operao, trabalhando no ponto mximo de eficincia.

Dizer, por exemplo, que um pas como a Dinamarca possui 1.000MW de potncia elica instalada, no quer dizer quanta energia as turbinas produzem. As turbinas elicas funcionam cerca de 75% das horas do ano, mas funciona com capacidade mxima apenas durante um numero limitado de horas no ano.

Para calcular a quantidade de energia produzida por uma turbina elica necessrio conhecer a distribuio da velocidade do vento por cada turbina. No caso acima citado, as turbinas retornam, na mdia, 2.300 horas de funcionamento a plena carga por ano. Para calcular a energia total produzida multiplica-se os 1.000MW de potncia instalada pelas 2.300 horas de funcionamento a plena carga, que igual a 2.300.000 [MWh] ou 2,3 [TW.h] de energia.

Em outras reas, tais como a Esccia, ou o oeste da Irlanda, encontramos turbinas que trabalham, na mdia, 3.000 horas a plena carga, e at mais. No entanto na Alemanha no so encontradas turbinas que trabalham mais que 2.000 horas por ano a plena carga.

A potncia dos motores de automveis so geralmente medidas em cavalos e no em kW. A unidade cavalo vapor da uma idia intuitiva de quanto msculo o gerador ou motor possui, enquanto a energia da uma idia de quanto um motor ou gerador trabalhou durante um perodo de tempo.

Unidades de potncia.

1 kW = 1.359 CV


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1.2 O QUE GERAO E COGERAO?

1.2.1 GERAO A gerao de energia eltrica a transformao de qualquer tipo de energia em energia

eltrica. Esse processo ocorre em duas etapas. Na 1a etapa uma mquina primria transforma qualquer tipo de energia, normalmente hidrulica ou trmica, em energia cintica de rotao. Em uma 2a etapa um gerador eltrico acoplado mquina primria transforma a energia cintica de rotao em energia eltrica.

Como exemplo podemos tomar uma hidroeltrica onde uma turbina hidrulica transforma a energia potencial da gua em desnvel, em energia cintica de rotao que transferida a um eixo acoplado a um gerador, tal como mostrado na figura 1.

1.2.2 COGERAO De acordo com a ANEEL (Agencia Nacional de Energia Eltrica), Cogerao de

energia definida como o processo de produo combinada de calor e energia eltrica (ou mecnica), a partir de um mesmo combustvel, capaz de produzir benefcios sociais, econmicos e ambientais. A atividade de cogerao contribui efetivamente para a racionalizao energtica, uma vez que possibilita maior produo de energia eltrica e trmica a partir da mesma quantidade de combustvel.

Diferentemente da gerao, na cogerao a energia trmica, ou outro tipo de energia, utilizado diretamente nos processos de manufatura, tais como fornos, caldeiras, entre outros. A cogerao o reaproveitamento dos resduos de energia dessas fontes para a gerao de energia eltrica diminuindo, assim, as perdas e, conseqentemente, aumentando o rendimento e o aproveitamento das fontes de energia.


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Figura 1 Central hidrulica em circuito aberto a cu aberto, Rio Paran, Itapu, Brasil.

1- Barragem, 2- grades, 3- tomada de guas, 4- conduto forado, 5- turbina, 6- alternador, 7- casa de mquinas, 8- prtico-ponte, 9- sistema de descarga 10- transformadores, 11- sistema de

transmisso. A cogerao a forma mais eficiente de gerar calor e energia eltrica a partir de uma

mesma fonte de energia. Comparando a utilizao de combustvel fssil com a quantidade de calor que normalmente gasta no processo de gerao de energia, a cogerao alcana nveis de eficincia 3 vezes maior, podendo chegar a 4 vezes, do que no processo convencional de gerao. No entanto a cogerao passou a ser utilizada a muito pouco tempo. No meio da dcada de 80, com o preo do gs natural relativamente baixo, a cogerao tornou-se uma alternativa atrativa como uma nova forma de gerao de energia eltrica. De fato, a cogerao um dos maiores responsveis pela grande diminuio da construo de usinas hidreltricas e termonucleares ocorrida na dcada de 80. Hoje a cogerao corresponde a mais da metade da capacidade das novas usinas instaladas na Amrica do Norte na ultima dcada.

Os equipamentos de cogerao podem utilizar outros combustveis alm do gs natural. Existem instalaes em operao que utilizam madeira, bagao de cana-de-acar, e outros combustveis dependendo do local e disponibilidade.

As implicaes ambientais da cogerao so bem menores quando comparadas s do processo convencional de gerao, no apenas pela sua inerente eficincia, mas tambm pelo seu carter descentralizador. Isto se deve ao fato de ser impraticvel o transporte de calor (energia trmica) a grandes distncias, e os equipamentos de cogerao so localizados fisicamente prximos aos processos que utilizam calor. Desta forma a energia eltrica tende a ser gerada


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prxima aos centros consumidores, reduzindo as perdas pela transmisso e a necessidade de equipamentos para a distribuio. Um nmero significativo de conseqncias positivas para o meio ambiente decorrem deste fato. As plantas de cogerao tendem a ser pequenas por isso podem pertencer e serem operadas por companhias menores e afastadas de um centro industrial. Como regra geral, elas tambm so construdas prximas a reas populacionais, o que significa que devem ser mantidas no mais alto padro ambiental. Como por exemplo, na Europa e ,cada vez mais, na Amrica do Norte, a cogerao o corao do sistema de calefao da cidade. Calefao distrital e cogerao combinados podem reduzir as emisses de gases poluentes mais do que qualquer outra tecnologia.

Figura 2 Esquema geral de cogerao em uma industria Para entender cogerao, necessrio saber que a forma mais convencional de se gerar

energia baseada na queima de um combustvel para produzir vapor. a presso do vapor que gira a turbina e gera energia, em um processo inerentemente ineficiente. Por causa de um principio bsico da fsica, pouco mais que um tero da energia liberada pela queima do combustvel pode ser convertida em presso de vapor para gerar energia eltrica. A cogerao, no entanto, utiliza esse excesso de calor, normalmente na forma de vapor, a uma temperatura relativamente baixa, liberada pelas turbinas. Esse vapor utilizado em uma gama de aplicaes das mais variadas, e efetivamente diminui a combusto de combustveis a base de carbono, juntamente com todas as implicaes ambientais que a queima desses combustveis possui.

Alm da cogerao, h um grande nmero de tecnologias que fazem uso do vapor liberado pelas turbinas a baixas temperatura e presso. Essas tecnologias so conhecidas como sistemas de ciclo combinado. Elas so mais eficientes que a gerao convencional de energia, mas no to eficiente quanto a cogerao.


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1.3 O SISTEMA DE GERAO O sistema de gerao formado pelos seguintes componentes: Mquina primria,

geradores, transformador e sistema de controle, comando e proteo.

1.3.1 MQUINA PRIMRIA a maquina primria que faz a transformao de qualquer tipo de energia em energia

cintica de rotao para ser aproveitada pelo gerador. Por exemplo, a mquina que transforma a energia liberada pela combusto do gs em energia cintica a turbina a gs.

As principais mquinas primrias utilizadas hoje so motores Diesel, turbinas hidrulicas, turbinas a vapor, turbinas a gs e elicas. Normalmente as centrais eltricas onde as mquinas primrias so turbinas a vapor, as centrais so classificadas em relao ao combustvel utilizado para aquecer o vapor. Onde ocorre o processo de combusto as centrais so chamadas de termeltricas e onde ocorre o processo de fisso nuclear so chamadas de termonucleares.

1.3.2 GERADORES So os geradores que transformam a energia cintica de rotao das mquinas primrias

em energia eltrica. Os geradores so dimensionados de acordo com a potncia que a mquina primria

pode fornecer. Alm da potncia, o tipo de mquina primria ( elica, hdrica, trmica, etc...) define tambm a velocidade de rotao que ir ser transmitida ao gerador e, em funo dessa velocidade definido o nmero de plos do gerador. O funcionamento, especificao e detalhes do projeto sero estudados mais profundamente no capitulo 3.

1.3.3 TRANSFORMADORES Uma vez gerada a energia eltrica, existe a necessidade de se compatibilizar o nvel da

tenso de sada com a tenso do sistema ao qual o grupo gerador ser ligado. O equipamento utilizado para elevar ou rebaixar o nvel de tenso o transformador. Desta forma um grupo gerador que gera energia a uma tenso de 13.8 kV pode ser ligado a uma linha de transmisso de 69kV desde que um transformador de 13,8/69 kV faa o ajuste da tenso. O funcionamento dos transformadores ser estudado com mais detalhes no capitulo 5.

1.3.4 CONTROLE, COMANDO E PROTEO Para interligar um grupo gerador a uma rede de transmisso ou distribuio so

necessrios vrios requisitos. Em primeiro lugar, a tenso de sada do gerador no pode variar mais que 10% para cima ou para baixo. O controle da tenso feito atravs da excitatriz do prprio gerador e ser estudada no capitulo 3. No entanto, no basta apenas compatibilizar a tenso. necessrio que se faa o sincronismo com a rede antes de comandar o fechamento da linha. Para que estas medidas sejam tomadas, so necessrios vrios equipamentos de manobra e


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proteo, tais como TCs, TPs, rels e disjuntores. O quadro de comando e proteo rene todos estes equipamentos, e permite ao operador supervisionar o funcionamento do sistema e atuar imediatamente caso se faa necessrio.

A freqncia do sistema eltrico a varivel mais importante e a mais difcil de ser controlada. Para que o sistema de gerao funcione corretamente, necessrio que a freqncia de tenso de sada do gerador seja constante e de acordo com o sistema eltrico da regio em que se encontra. Por exemplo, no Brasil a freqncia de operao do sistema eltrico de 60 Hz, e o sistema de gerao de energia eltrica do Paraguai de 50 Hz. Esta freqncia funo da rotao do gerador, portanto o gerador deve funcionar sempre em uma rotao fixa, que aplicada pela mquina primria. Portanto ela depende da velocidade de rotao da mquina primria. Cabe ao sistema de controle atuar nos reguladores de velocidade das mquinas primrias e assim garantir uma freqncia fixa da tenso na sada do gerador.

A potncia eltrica de sada do gerador diretamente proporcional a potncia mecnica transmitida pela mquina primria atravs do eixo. Sabemos que a potncia mecnica na ponta do eixo de uma mquina girante diretamente proporcional ao produto da velocidade de rotao e o torque na ponta de eixo:

nCkP =

onde k uma constante de proporcionalidade. Portanto, se o gerador precisar entregar mais potncia para o sistema devido a um

aumento sbito de carga, a mquina primria precisa aumentar o torque transferido ao gerador, uma vez que a rotao deve-se manter constante.

Algumas das principais diferenas entre os turbogeradores e os hidrogeradores a velocidade de rotao e o momento de inrcia da parte girante. Nos hidrogeradores a velocidade de rotao normalmente bem mais baixa e o momento de inrcia bem maior do que nos turbogeradores, uma das conseqncias desta diferena a de que os turbogeradores necessitam de sistemas de controle de corrente de campo e controle da velocidade de rotao da mquina primria mais confiveis e mais rpidos do que os hidrogeradores, pois uma perturbao na carga requer uma adaptao rpida e precisa do sistema de gerao.


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2 MQUINAS PRIMRIAS

2.1 HIDRULICAS Toda eletricidade proveniente de uma fonte de energia encontrada na natureza, como

os combustveis fsseis, os ventos, entre outros. Nas hidreltricas este princpio no diferente. A fonte de energia a energia potencial de um volume de gua, em funo da diferena de altitude entre o montante e a juzante.

Para iniciar o processo de converso da energia potencial da gua em energia eltrica, a gua dos reservatrios captada, atravs de um sistema de aduo onde a gua transportada atravs de condutos de baixa presso. Os condutos de baixa presso possuem uma declividade muito baixa, pois a sua finalidade apenas o transporte da gua at a entrada dos condutos forados, que conduzem a gua at a casa de mquinas onde se encontram as turbinas.

Figura 2.1.1 Exemplo de turbinas em barragens

A turbina hidrulica uma mquina com a finalidade de transformar a energia cintica

do escoamento contnuo da gua que a atravessa em trabalho mecnico. Para isso elas so equipadas com uma srie de ps (ou conchas, no caso das turbinas Pelton). Quando a gua atravessa essas ps, as turbinas giram com uma grande fora. A fora com que gira essa turbina depende inicialmente da altura da queda de gua, que corresponde, aproximadamente, a diferena de altitude entre a aduo e a entrada da turbina.

Existem vrias formas de conseguir um desnvel aproveitvel: Por represamento, onde uma barragem acumula as guas dos rios em alturas necessrias para obteno dessa energia. Neste caso as casas de mquinas so localizadas nos ps das barragens. Por Desvio, onde uma parte do rio desviada de seu curso normal para aproveitar-se um desnvel de terreno. Ou por


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derivao, onde parte da gua de um rio desviada e jogada em outro rio aproveitando-se o desnvel entre os dois rios. Nestes ltimos as casas de mquinas so localizadas o mais prximo possvel da jusante dos desnveis.

Figura 2.1.2 Corte longitudinal em uma turbina tipo francis, eixo vertical. 1- rotor, 2- p,

3- labirinto interno, 4- labirinto externo, 5- Orifcios de equilbrio de presso, 6- tubo de equilbrio de presso, 7- palheta diretriz, 8- tampa, 9- caixa espiral, 10- palheta fixa, 11- tubo de

suco, 12- eixo, 13- flange de acoplamento, 14- servomotor das aletas ajustveis. Basicamente existem 2 tipos de turbinas hdricas: as turbinas de reao ou propulso, e

turbinas de ao ou impulso.


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Figura 2.1.3 - Corte longitudinal em uma turbina tipo hlice, kaplan, de eixo vertical. 1- rotor,

2- p, 3- palheta diretriz, 4- tampa intermediaria, 5- tampa externa, 6- tampa interna, 7- anel perifrico, 8- caixa, 9- palheta fixa, 10- tubo de suco, 11- eixo, 12- flange de acoplamento.

a) Turbinas de Reao (ou propulso): So turbinas em que o trabalho mecnico

obtido pela transformao das energias cinticas e de presso da gua em escoamento atravs do rotor. As turbinas de reao so as do tipo Francis e Kaplan.

b) Turbinas de Ao (ou impulso): Aquela em que o trabalho mecnico obtido

pela obteno da energia cintica da gua em escoamento atravs do rotor. As turbinas de ao so as do tipo Pelton.


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Figura 2.1.4 Corte transversal em uma turbina pelton de dois injetores, de eixo horizontal e

coroa em uma nica pea. 1- rotor, 2- p, 3- coroa de ps, 4- tampa, 5- desviador frontal, 6- poo, 7- blindagem, 8- canal de fuga, 9-eixo de turbina, 10- injetor, 11- freio de jato,

12- agulha, 13- cruzeta pelton, 14- defletor. A turbina hidrulica utiliza a energia cintica de rotao de seu rotor para girar o

gerador ao qual est conectado. Um dispositivo eltrico chamado transformador converte a tenso de sada do gerador em tenses aproveitveis pelas concessionrias.

Estima-se que o Brasil tenha um potencial de gerao de energia hidreltrica da ordem de 200.000MW, capaz de fornecer 1 milho de GWh de eletricidade anualmente, dos quais somente 25% esto sendo utilizados.

A capacidade nominal instalada de gerao de energia eltrica no Brasil de 57.232MW, dos quais 92% so derivados de hidreltricas. A ELETROBRS participa com 27.052MW da capacidade nominal instalada. Em 1996, o sistema teve energia disponvel da ordem de 311.379GWh, para um consumo de 260.908GWh, empregava 157.063 trabalhadores e tinha aproximadamente 39,8 milhes de consumidores.

O Brasil, juntamente com o Paraguai, possui uma das maiores usinas hidreltricas do mundo, a Itaip Binacional, com capacidade instalada de 12.600MW, localizada no rio Paran, fronteira dos dois pases.


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2.2 DIESEL O motor Diesel uma maquina trmica, ou seja, transforma energia trmica em energia

mecnica atravs do mesmo principio de funcionamento dos motores a exploso, como os conhecidos motores de automveis. Esses motores so chamados de mquinas trmicas a pisto ou motores de combusto interna. Seu objetivo a obteno de trabalho atravs da liberao da energia qumica do combustvel.

Figura 2.2.1 Grupo gerador com motor Diesel 1- Mquina trmica motora, motor Diesel.

2- Mquina eltrica geradora. 3- rvore, atravs da qual o motor Diesel fornece a potncia para o gerador. 4- Sada dos produtos da combusto. 5 - Entrada ou sada do fluido refrigerante.

A figura 2.2.1 mostra um grupo gerador onde um motor Diesel a mquina trmica

motora que est acoplada a um alternador, mquina eltrica geradora ou operadora. Observa-se que o motor Diesel fornece na rvore um trabalho em uma unidade de tempo, potncia, entregando ao meio externo, atravs de seus sistemas de refrigerao e nos produtos de combusto, calor. Tal potncia e calores so resultado da liberao de uma energia qumica liberada atravs de reaes exotrmicas entre um combustvel, no caso o leo Diesel, e um comburente, no caso o oxignio do ar.

Os motores a pisto de combusto interna podem ser classificadas de vrias maneiras, entre as quais algumas merecem destaque:

Quanto s propriedades do gs na fase de compresso: motores Otto e motores

Diesel; Quanto ao ciclo de trabalho: Motores de 2 e 4 tempos. Nos motores de 2 tempos

ocorre um processo de trabalho a cada giro da rvore, e no motor 4 tempos so necessrios 2 giros para completar um ciclo do processo;

Quanto ao movimento do pisto: motores a pisto rotativos ou alternativos; Quanto ao nmero de cilindros.


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Figura 2.2.2 Corte no cabeote de um motor de combusto interna PM1- Ponto morto

superior. PM2- Ponto morto inferior. 1- Cilindro. 2- Pisto ou mbolo. 3- Vela. 4- Vlvulas. Quanto a disposio dos cilindros: motores a pisto com cilindros em linha, V. L,

H, W, em estrela e com cilindros opostos. Os motores a pisto de combusto interna mais utilizados em grupos geradores so os

motores Diesel. Diferentemente do motores Otto, em que a mistura combustvel e comburente preparada fora do motor pelo carburador e injetada no cilindro, nos motores Diesel o ar admitido no cilindro, comprimido, e o combustvel injetado na massa de ar comprimido atravs de um circuito independente ocasionando assim a inflamao espontnea.

O ciclo de funcionamento de um motor Diesel a 4 tempos onde a combusto ocorre com pequena variao de presso a volume constante sendo sua maior parte desenvolvida a presso constante. Tal fato uma caracterstica nica nos motores a diesel.

No caso dos motores diesel, a regulao de velocidade feita a partir da injeo de combustvel no motor, tal como feita nos motores diesel convencionais. Esta regulao de velocidade fundamental para que a freqncia do grupo gerador seja constante, em 60 ou 50 Hz dependendo do sistema, independentemente da variao da carga.

As centrais Diesel, apesar de sua limitao de potncia, rudo e vibrao, constituem um tipo de central muito utilizado at potncias de 40 MW. Isto porque so bastante compactas, entram em carga em um tempo muito pequeno, so de fcil operao e apresentam um plano de manuteno de fcil execuo, entre outros motivos.


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Figura 2.2.3 Ciclo de trabalhe de motor Diesel a 4 tempos.

PM1 e PM2 Pontos mortos superior e inferior. VA Vlvula de admisso. VE Vlvula de escape. D dimetro do pisto. E curso. R Raio da rvore de manivelas. Vm volume

morto. Vc Volume da cilindrada. I Pisto ou mbolo. II Biela. III rvore de manivelas. IV Camisa. V Cavernas, para refrigerao. VI Injetor. Estado 2 Incio da injeo.

Estado 3 final da combusto. 1o tempo, 0-1, admisso 2o tempo, 1-2, compresso 3o tempo, 2-3-4, injeo, combusto e expanso 4o tempo, 4-0, escape.


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2.3 TERMELTRICAS As mquinas a vapor foram as primeiras mquinas a produzirem energia mecnica

aproveitvel para processos industriais. Por isto essas mquinas foram fundamentais para o acontecimento da revoluo industrial. Com o aparecimento da eletricidade, as mquinas a vapor se tornaram peas fundamentais para a gerao de energia eltrica, uma vez que j existia o domnio dessa tecnologia.

As instalaes de potncia com turbinas a vapor podem visar apenas a obteno de energia eltrica ou mecnica ou simultaneamente eltrica ou mecnica e vapor para o processo. Essas centrais podem trabalhar em circuito aberto ou fechado, sendo o circuito aberto muito utilizado quando se pretende utilizar calor para o processo.

Figura 2.3.1 Funcionamento de uma instalao de potncia a vapor.

O aquecimento da gua feito atravs da queima de algum combustvel. De um modo

geral denomina-se combustvel, qualquer corpo cuja combinao qumica com outro seja exotrmica. Entretanto, condies de baixo preo, existncia na natureza ou processo de fabricao em grande quantidade limitam o nmero de combustveis usados tecnicamente. Tendo em vista seu estado fsico, os combustveis podem ser classificados em slidos, lquidos ou gasosos. Os combustveis slidos so formados de C, H2, O2, S, H2O e cinzas. Sendo combustveis apenas os 4 primeiros elementos. Entre os combustveis slidos temos os minerais


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como turfas linhitos e carvo, e os no-minerais como lenha, serragem, bagao de cana, de pinho etc. Os combustveis lquidos tambm podem ser minerais ou no minerais. Os minerais so obtidos pela refinao do petrleo, destilao do xisto betuminoso ou hidrogenao do carvo. Os mais usados so a gasolina, o leo diesel e o leo combustvel. Os combustveis lquidos no-minerais so os lcoois e os leos vegetais. Os combustveis gasosos so divididos em naturais e artificiais. Entre os naturais destacam-se o gs dos pntanos CH4 e os gases de petrleo. Entre os artificiais temos o gasognio, gs de alto-forno e gs de esgoto.

Basicamente, uma instalao a vapor composta de bomba, caldeira, turbina e condensador. Tendo em vista a presso na sada da turbina, temos as instalaes a vapor de condensao e de contrapresso. Nas primeiras, a presso do vapor na sada da turbina menor que a atmosfrica, nas segundas maior.

A combusto ocorre na caldeira, dentro da cmara de combusto onde so injetados o combustvel e o comburente (ar). Aps a combusto so retirados, como produto do processo, gases e cinzas constitudos de produtos no queimados. A liberao de energia trmica devido ao processo de combusto aquece a gua na caldeira at evaporar. Uma vez na tubulao um superaquecedor eleva a temperatura do vapor aumentando assim a presso para entrar na turbina. Ao passar pela turbina o vapor perde presso e vai para o condensador onde volta ao estado lquido e bombeado de volta para a caldeira.

A turbina a mquina que transforma a energia da presso do vapor em energia cintica de rotao e, atravs de um eixo de acoplamento, transmite essa energia para o gerador.


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2.4 TERMONUCLEARES A usinas termonucleares funcionam utilizando o mesmo princpio de funcionamento das

usinas trmicas, ou seja, as mquinas que entregam energia para o gerador so as turbinas a vapor (ver figura 2.4.1). O que torna essas usinas especiais o combustvel utilizado. Ao invs de uma reao qumica de combusto, o que acontece uma liberao de energia a nvel atmico.

Figura 2.4.1 Funcionamento de uma usina nuclear

O ncleo do tomo foi descoberto em 1911 por Rutherford ao analisar as partculas

liberadas pelos tomos, mas somente aps a descoberta do nutron por Chadwick e as reaes feitas pelo casal Joliot-Curie em 1932 que o ncleo comeou a adquirir a sua real importncia.

O tamanho do ncleo muito pequeno. Ele ocupa o centro do tomo, e a carga total positiva, bem como quase toda a massa do tomo est no ncleo. Ele formado basicamente por prtons e nutrons. Os prtons possuem uma carga positiva numericamente igual a carga do eltron (1.602 x 10-19 C). Os nutrons so eletricamente neutros. As partculas do ncleo so chamadas de nucleons. As foras que mantm as partculas do ncleo unidas entre si so provenientes da repulso eletrosttica entre os prtons e de foras pequenas da natureza que aparecem dentro do ncleo que so chamadas de foras nucleares.

A energia acumulada por essas foras nucleares so chamadas de energia de coeso e calculada pela equao de Einstein: E=MC2.


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Ao se determinar a massa do ncleo, descobrimos que ela menor que a soma das massas dos seus componentes. A diferena entre as duas chamada de erro de massa (Dm) e a energia de coeso fica E=Dm.C2

Uma parte da massa do ncleo transformada em energia de coeso para manter as partculas do ncleo unidas. Essa energia liberada durante a reao nuclear. Dividindo a energia de coeso pelo nmero de componentes do ncleo obtemos a energia mdia do ncleo, um valor que indica a estabilidade do ncleo. Se o valor da energia de coeso mdia alto, ento este ncleo estvel. Se esse valor baixo, ento ele instvel e tende a emitir alguns de seus componentes para tornar-se mais estvel. Neste caso o ncleo radioativo.

O elemento natural mais pesado que se encontra na Natureza o urnio . A maior parte dele constitui-se de tomos estveis , dotados de 92 prtons e 146 nutrons . A soma dessas quantidades determina o nmero atmico 238 . Aproximadamente 1 % do urnio , porm , constitudo de tomos com apenas 143 nutrons , o que resulta no nmero atmico 235 : estes so instveis .

Os termos energia atmica e energia nuclear so sinnimos e definem o mesmo conceito. A razo para esse nome duplo histrica.

A fisso nuclear a reao na qual um ncleo pesado, quando bombardeado por nutrons, dividem-se em dois ncleos, um com aproximadamente metade da massa do outro. Esta reao libera uma grande quantidade de energia e emite dois ou trs nutrons. Estes por sua vez podem causar outras fisses interagindo com outros ncleos que vo emitir novos nutrons, e assim por diante, proporcionando uma liberao de energia em progresso geomtrica. Este efeito conhecido como reao em cadeia. Em uma frao de segundos o numero de ncleos que foram divididos liberam 106 vezes mais energia do que a obtida na exploso de um bloco de dinamite de mesma massa. Em vista da velocidade com que a reao nuclear ocorre, a energia liberada muito mais rapidamente do que em uma reao qumica. Este o princpio no qual a bomba nuclear baseado. As condies sob as quais a bomba atmica foi descoberta e construda fazem parte da historia da humanidade e familiar a todo mundo.

Se, por outro lado, apenas um desses nutrons liberados produzir apenas uma fisso, o numero de fisses por segundo passa a ser constante e a reao controlada. Este o principio de operao no qual os reatores nucleares so baseados, os quais so fontes controlveis de energia proveniente de fisses nucleares.

A maioria dos reatores usa como combustvel o urnio enriquecido, em que a porcentagem de U-235 elevada de 1 para 3. O urnio, normalmente em forma de xido, encontra-se acondicionado no interior de longas hastes. Estas so arranjadas paralelamente, formando elementos cilndricos. Inicia-se a reao em cadeia bombardeando com nutrons esses elementos de combustvel. Ao se fissionarem, os ncleos de U-235 liberam nutrons animados de alta energia para que estes possam ser usados na fisso de novos ncleos, sua velocidade de deslocamento precisa ser reduzida.

Nesse momento, entra em cena um moderador, substncia que envolve os elementos de combustvel no ncleo do reator. Os moderador mais comuns so a gua pesada e o grafite.

Regula-se a taxa com que se d a reao em cadeia por meio de hastes de controle, que podem ser introduzidas entre tubos de combustvel. As hastes so feitas de materiais capazes de absorver nutrons: quanto mais nutrons forem absorvidos, menos ncleos experimentam a fisso e menor a energia produzida. O calor gerado na reao nuclear absorvido no circuito de refrigerao. Na ausncia deste, o ncleo do reator aqueceria de tal forma que acabaria por derreter.


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H dois tipos bsicos de reatores nucleares modernos. O primeiro deles emprega grafite como moderador e um gs no circuito de refrigerao. O segundo utiliza gua pesada como moderador e gua comum pressurizada como refrigerante. A gua mantida sob uma presso to alta que, mesmo em temperaturas na faixa de 300 graus centgrados, mantm seu estado liquido.

Figura 2.4.2 Partes componentes de uma usina nuclear

Em ambos os tipos de reator, o fluido refrigerante passa atravs de um trocador de calor

que contm gua comum com o intuito de se transformar em vapor. Este vapor usado para mover uma turbina, que por sua vez gera eletricidade.

Depois de alguns anos o U-235 presente no urnio esgota-se. As hastes que contm o combustvel so ento retiradas e em seguida enviadas a uma usina de reprocessamento, onde se realiza a separao de componentes aproveitveis. Os principais so o prprio urnio e o plutnio, bastante utilizado na confeco de artefatos nucleares.

O plutnio formado nos reatores pela absoro de nutrons pelos ncleos de U-238. Um novo tipo de reator, chamado de enriquecimento rpido, produz quantidades bem mais elevadas de plutnio.

Para que possam funcionar, esses reatores de enriquecimento rpido exigem a disponibilidade de uma enorme quantidade de nutrons, uma vez que grande parcela deles absorvida pelos ncleos de U-238.

Como deve restar um fluxo de nutrons suficiente para manter a reao em cadeia do U-235, os reatores de enriquecimento rpido trabalham apenas com nutrons rpidos. Em outras palavras, no contam com um moderador. Em compensao, exigem que o circuito de refrigerao seja preenchido por uma substncia capaz de absorver as altas quantidades de calor resultantes - por exemplo sdio liqefeito.

Alm de alimentar a indstria de armamentos nucleares, o plutnio produzido nos reatores armazenado, para uso no futuro em reatores que o utilizem como combustvel .

Em muitos pases a utilizao da energia nuclear to grande que ultrapassa 60% de toda a energia gerada. A tabela a seguir mostra o quanto alguns pases produzem de energia nuclear em relao ao total de energia gerada.


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Pas Eletricidade de origem nuclear

Frana 70%

Blgica 67%

Sucia 50%

Sua 39%

Alemanha 30%

Espanha 29%

Japo 25%

Tabela 2.1 Percentual de eletricidade de origem nuclear


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2.5 TURBINA A GS As primeiras turbinas a gs foram idealizadas a mais de 150 anos. No entanto o

desenvolvimento e a implementao dessa tecnologia foi dificultada por uma srie de motivos. Destacamos entre eles:

A mquina a vapor era o grande avano da engenharia na poca, e todo o

desenvolvimento industrial estava fundamentado neste tipo de mquina. Portanto, para que houvesse concorrncia, um novo tipo de mquina teria que possuir nveis de rendimento muito altos, o que s era possvel a temperaturas prximas de 500oC. Essas temperaturas s foram alcanadas nos ltimos 50 anos com o avano da metalurgia que passou a fornecer materiais que suportassem esses nveis de temperatura por longos perodos de tempo.

Em funo do nmero excessivo de estgios do turbocompressor, a potncia para instalaes estacionrias era limitada. Apesar dos avanos considerveis na resoluo deste problema, ele ainda ocupa a cabea de muitos engenheiros encarregados de desenvolver esta tecnologia.

baixo rendimento dos compressores resultavam em um baixo rendimento para a instalao, problemas estes que s foram resolvidos nas ltimas dcadas atravs do desenvolvimento da mecnica dos fluidos, das tcnicas construtivas, da teoria dos modelos e dos respectivos ensaios, que permitiram a fabricao de turbocompressores com rendimentos superiores a 85%.

No h duvidas que os grandes avanos tecnolgicos que viabilizaram o

desenvolvimento das turbinas a gs so mrito da indstria aeronutica que, necessitando aumentar a velocidade dos avies, abandonaram os motores a pisto para se dedicarem ao desenvolvimento de motores a reao. Desta forma surgiram o primeiro turbolices e turbojatos na Segunda guerra mundial.

Figura 2.5.1 Grupo gerador a gs com turbina em circuito aberto

De uma forma bem geral podemos classificar as instalaes de turbinas a gs em dois

grandes grupos: Turbinas a gs em circuito aberto e Turbinas a gs em circuito fechado.


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2.5.1 TURBINAS A GS EM CIRCUITO ABERTO As instalaes das turbinas a gs em circuito aberto, estacionrias, podem ser com ou

sem recuperao. Neste tipo de instalao encontram-se os motores a reao turbolice e turbojato.

O princpio de funcionamento dos motores a reao simples. No item 2.2 vimos o funcionamento dos motores a pisto. Esses motores utilizam a fora exercida nos pistes devida a rpida expanso dos gases em funo da exploso. Como j sabemos, a toda fora que exerce uma ao corresponde uma fora de reao de mesma intensidade, mas com o sentido oposto ao da fora atuante. Na figura 2.5.2 esto representadas, de forma simplificada, as foras que atuam em um cilindro quando ocorre a combusto no seu interior.

Figura 2.5.2 - foras atuantes em um cilindro com pisto

Em funo do princpio da ao e reao, as foras que agem nas laterais do cilindro se

anulam, uma vez que a superfcie cilndrica. A fora que provoca o deslocamento do pisto equilibrada por outra de mesma intensidade no fundo do cilindro, provocando tambm o seu deslocamento se nenhum vnculo existir para impedir. Dizemos que o pisto sofre um deslocamento pela ao de uma fora, enquanto o cilindro deslocado pela reao de um a fora de igual modulo e direo, porem no sentido contrrio. Normalmente utilizamos a ao e procuramos eliminar a reao atravs de vnculos. Isto ocorre, por exemplo, em todos os motores a pisto, em fuzis, metralhadoras , canhes, etc. Nos motores a reao, a idia usar a fora de reao. No entanto essa fora de curta durao, como a fora do recuo de um tiro. Contudo, se usarmos uma metralhadora que dispara milhares de tiros por minuto, essa fora ter maior durao, mas com grandes oscilaes. A amplitude das oscilaes pode ser reduzida diminuindo-se os tamanhos dos projteis. Se essas dimenses tenderem a zero, tambm essas amplitudes o faro. O escoamento contnuo de um gs corresponde a realizao prtica desse princpio. Uma vez que as molculas do gs representaro os elementos expelidos em dimenses diminutas, logo teremos uma fora de reao constante. Como em um balo de borracha cheio onde o ar expulso atravs de uma abertura.

A figura acima representa uma esfera oca, com uma abertura por onde escoa continuamente uma massa m de fluido a uma velocidade c. Consequentemente ela sofrer uma reao ou impulso com uma fora F de mdulo igual a:

cmF =


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Desta forma, quanto maior a massa de gs que sai da esfera por unidade de tempo, maior a velocidade para a mesma seo, logo, maior a reao.

Figura 2.5.3 Fora de reao

Este o princpio de funcionamento dos motores a reao, dos quais fazem parte o

Turbolice, motojato, turbojato, pulsojato, estatorreator ou impactorreator e o foguete. Se fixarmos essas mquinas e colocarmos na sada uma hlice, podemos transformar a

energia cintica do gs de escape, que sai por causa da diferena de presso entre o interior e o exterior, em energia cintica de rotao. Essa energia cintica de rotao pode ser transmitida a um gerador atravs de um eixo acoplado as hlices.

Figura 2.5.4 Principio de funcionamento do rotor

Este o princpio de funcionamento da turbina a gs em circuito aberto. Este tipo de

instalao possui um rendimento mdio em torno de 30%. O combustvel utilizado o gs natural. Em seguida mostrado, de uma forma simplificada, o ciclo terico para o funcionamento da turbina.

Figura 2.5.5 Turbina


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Em um ciclo simples da turbina, o ar a baixa presso entra em um compressor (estado 1) onde tem sua presso elevada (estado 2). O combustvel adicionado ao ar comprimido e enviado cmara de combusto onde ocorre o processo de combusto. O produto desta combusto entra na turbina (estado 3) e se expande para o estado 4. Uma parte do trabalho produzido utilizado para fazer o compressor funcionar e o restante utilizado para fazer funcionar o equipamento auxiliar e produzir energia eltrica.

O ciclo de Bryton descreve um ciclo simplificado de uma turbina a gs. As quatro etapas do ciclo so:

(1-2) Compresso adiabtica (2-3) Aquecimento isobrico, isto , a presso constante (3-4) Expanso adiabtica (4-1) Resfriamento isobrico. Os diagramas p x v (presso x volume) e T x s (temperatura x entropia) so mostrados a

seguir.

Figura 2.5.6 Ciclo de Bryton

2.5.2 TURBINAS A GS EM CIRCUITO FECHADO. Instalaes com turbinas a gs em circuito fechado, onde a combusto ocorre fora do

circuito e o funcionamento semelhante ao das turbinas a vapor, com a diferena que o fluido utilizado um gs, podendo ser o prprio ar ou outro gs como o hlio por exemplo.

Nas turbinas a gs com circuito fechado o fluido a baixas temperaturas (ambiente) passa por um estgio de compresso onde 2 ou mais turbocompressores elevam a presso do gs em torno de 5 vezes. Aps o estgio de compresso o gs aquecido, aproveitando-se o calor da sada da turbina e passando por uma caldeira, at atingir temperaturas superiores a 700oC de onde vai para a entrada das turbinas.

As turbinas funcionam por diferena de presso, ou seja, aproveitam a energia cintica do gs que passa de um lugar de da alta para um lugar de baixa presso. Aps passar por alguns estgios de turbinas o gs volta a presso inicial e passa por um trocador de calor onde pr-aquece o gs que entra no aquecedor, abaixando a sua temperatura para perto de 100oC. O gs ento resfriado e retorna a sua condio inicial recomeando o ciclo.

O esquema mostrado a seguir proporciona uma viso de como ocorre o processo a partir da compresso do gs, at a sua expanso aps a passagem pela turbina de baixa presso. Para entender o funcionamento basta acompanhar os valores de temperatura e presso em cada etapa do processo.


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Figura 2.5.7 Esquema geral de uma central trmica a gs em circuito fechado.

1 Turbocompressor de baixa presso. 2 Turbocompressor de alta presso. 3 Turbina de alta presso. 4 Redutor. 5 Turbina de baixa presso. 6 Pr-refrigerador.

7 Refrigerador intermedirio. 8 Trocador de calor. 9 Aquecedor de ar. Note que a turbina a gs em circuito fechado no usa o gs como combustvel. A

combusto feita com qualquer produto combustvel com a inteno de fornecer energia trmica ao sistema. O gs utilizado apenas como o fluido que transforma a energia trmica em energia cintica para tocar as turbinas. Por exemplo existem usinas nucleares que utilizam o sistema de turbinas a gs em circuito fechado para gerao de energia eltrica, onde a energia trmica gerada a partir de combustvel nuclear.

Figura 2.5.8 Ciclos tericos da turbina a gs com circuito fechado (Carnot, Ericsson)

Esse tipo de turbina utiliza o ciclo bsico terico de Carnot com duas isotrmicas e duas

adiabticas tal como mostrado na figura 2.5.8, que aproximado na prtica pelo ciclo de Ackeret e Keller onde a compresso isotrmica 1,2 substituda por compresses adiabticas e


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refrigerao isobrica enquanto a expanso isotrmica 3,4 substituda por expanses adiabticas e aquecimentos isobricos.

Figura 2.5.9 Ciclo de trabalho da turbina a gs com circuito

fechado (Ackeret e Keller)


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2.6 TURBINAS ELICAS Para se entender o funcionamento da turbina elica faz-se necessrio conhecer um

pouco da origem da energia transformada em eletricidade por esses equipamentos que, apesar de seu princpio de funcionamento aparentemente simples, so hoje o que existe de mais moderno na rea de gerao de energia eltrica para fins comerciais.

Toda a energia renovvel (exceto a geotrmica e a das mars), bem como a energia dos combustveis fsseis, so provenientes do Sol. O sol irradia 1014 kwh por hora de energia para a terra. Cerca de 1 a 2% dessa energia proveniente do Sol convertida em energia elica. Isto corresponde a cerca de 50 a 100 vezes mais do que a energia convertida em biomassa por todas as plantas do planeta.

Diferenas de temperatura fazem com que o ar circule. As regies em volta do equador, na latitude 0o, so mais atingidas pelo calor do sol do que o restante do globo. Se no houvesse a rotao da terra o ar simplesmente circularia na direo dos plos a 10 Km de altitude, desceria e retornaria ao equador.

Uma vez que o globo est rodando, todo o movimento do hemisfrio norte dirigido para a direita, se observarmos este fenmeno em uma posio fixa olhando para o equador (no hemisfrio sul ela tende para a esquerda). Essa fora aparente de curvatura conhecida como fora de Coriolis (nome do matemtico francs Gustave Gaspard Coriolis 1792 1843).

A fora de Coriolis um fenmeno visvel. Por exemplo, os trilhos das estradas de ferro desgastam mais de um lado que do outro, os rios so mais profundos em uma margem que na outra (O lado depende de em qual hemisfrio voc est). Isto tambm funciona para os ventos. No hemisfrio norte, por exemplo, o vento tende a rodar no sentido anti-horrio, enquanto no hemisfrio sul, no sentido horrio.

Estes dois fatores (as diferenas de temperatura e a fora de Coriolis) aliados geografia, que impe obstculos passagem dos ventos e considera as costas dos continentes, definem o movimento dos ventos.

Uma turbina elica obtm potncia convertendo a fora dos ventos em um torque atuando nas ps do rotor. A quantidade de energia que o vento transfere para o rotor depende da densidade do ar, da rea do rotor, e da velocidade do vento.

Figura 2.6.1 Um cilindro de ar de1500m2 e 1m de largura

atravessa o rotor de uma turbina elica.


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A figura mostra como uma fatia de ar de 1 metro de espessura se move atravs de um rotor de rea de 1500m2 de uma tpica turbina elica de 600kW. Com 43m de dimetro do rotor, cada cilindro de ar pesa 1,9 toneladas, isto , 1500 vezes 1,25kg que o peso de 1m3 de ar.

A energia cintica de um corpo em movimento proporcional a sua massa. A energia cintica do vento tambm depende da densidade do ar, ou seja, de sua massa por unidade d e volume. Em outras palavras, quanto mais pesado for o ar, mais energia recebida pela turbina.

Sob presso atmosfrica normal e a 15oC a massa do ar de 1,25 kg por metro cbico, mas a densidade aumenta com o aumento da umidade. De forma anloga, quanto mais frio o ar, mais denso. Em altas altitudes (em montanhas por exemplo) a presso do ar menor e portanto a densidade menor.

Uma turbina elica tpica de 600kW possui um rotor com 43 a 44 metros de dimetro, o que significa que cobre uma rea de 1500m2. A rea do rotor determina quanta energia o rotor est apto a retirar do vento. Como a rea do rotor aumenta com o quadrado do dimetro, uma turbina que possua um rotor 2 vezes maior recebe 22 = 4 vezes mais energia.

Figura 2.6.2 Viso geral de uma turbina elica

A velocidade do vento extremamente importante para a quantidade de energia que

uma turbina pode converter para energia eltrica. A energia contida no vento varia com o cubo da velocidade mdia do vento. Por exemplo, se a velocidade do vento aumenta 2 vezes, a energia convertida aumenta 23 = 2 x 2 x 2 = 8 vezes. Mas por que a energia elica varia com o cubo da velocidade mdia do vento? Observando o nosso dia-a-dia sabemos que se dobrarmos a


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velocidade do carro, ser necessrio 4 vezes mais energia para moviment-lo (essencialmente isto conseqncia da Segunda lei de Newton para o movimento dos corpos). No caso da turbina elica utiliza-se a energia de frenagem do vento, e se a velocidade do vento for o dobro, tem-se duas vezes mais volume de ar por segundo movendo-se atravs do rotor, e cada unidade de volume possui 4 vezes mais energia, como no exemplo do carro. O grfico mostra que a uma velocidade de 8 m/s tem-se uma potncia (quantidade de energia por segundo) de 314 Watts por metro quadrado exposto ao vento (o vento que chega perpendicular a rea coberta pelo rotor). A 16 m/s tem-se 8 vezes mais potncia, isto , 2509 W/m2.

Figura 2.6.3 Grfico da potncia por unidade de rea

em funo da velocidade do vento. A tabela mostra a potncia por metro quadrado exposto ao vento para diferentes

velocidades. m/s W/m2 m/s W/m2 m/s W/m2

0 0 8 314 16 2509

1 1 9 447 17 3009

2 5 10 613 18 3572

3 17 11 815 19 4201

4 39 12 1058 20 4900

5 77 13 1346 21 5672

6 132 14 1681 22 6522

7 210 15 2067 23 7452

Tabela 2.6.1 Valores discretos de potncia por unidade de rea.


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Para captar a energia cintica do vento e transferir para a flange do rotor transformando em energia cintica de rotao, as ps do rotor e so desenhadas conforme as asas de um avio. Ou seja, o desenho aerodinmico cria regies de diferentes presses em torno das ps fazendo com que elas se movam. Em uma turbina de 600kW moderna, as ps do rotor medem cerca de 20 metros.

Figura 2.6.4 Princpio de funcionamento da asa

O corpo da turbina elica faz o encapsulamento dos componentes principais, incluindo

o redutor e o gerador eltrico. O pessoal da manuteno pode entrar dentro do corpo a partir da torre da turbina quando houver necessidade. Em uma das extremidades do corpo fica o rotor, isto , as ps interligadas pela flange, na outra o nammetro e o cata-vento.

Figura 2.6.5 Corpo da turbina

flange do rotor est ligado um eixo de baixa rotao que acoplada a um ampliador.

Uma turbina de 600kW possui uma rotao relativamente baixa, cerca de 19 a 30 rpm. No eixo de baixa rotao esto localizadas bombas para o sistema hidrulico que opera o freio aerodinmico como veremos mais adiante.

O ampliador um dispositivo mecnico que transmite potncia atravs de dois eixos girando em velocidades diferentes. Em uma turbina de 600kW, por exemplo, o ampliador transmite uma potncia recebida da turbina atravs do eixo de baixa rotao a uma velocidade de 19 a 30 rpm para um gerador atravs do eixo de alta rotao a uma velocidade de aproximadamente 1500 rpm, isto , 50 vezes mais rpido. Por causa das perdas em funo do atrito mecnico das engrenagens, a temperatura do ampliador aumenta e um sistema de refrigerao a leo responsvel pela manuteno da temperatura dentro de faixas aceitveis.

O eixo de alta rotao interliga o ampliador e o gerador. Ele esta equipado com um freio a disco mecnico de emergncia que usado no caso do freio aerodinmico falhar ou quando a turbina est em manuteno.

O gerador usado nas turbinas elicas um gerador de induo ou gerador assncrono, que utiliza o mesmo princpio de funcionamento do motor assncrono. Esta caracterstica torna


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os geradores de turbinas elicas mais baratos e com um menor custo de manuteno. No entanto isso s possvel porque a potncia mxima das turbinas elicas fica compreendida em uma faixa que vai de 500 a 1500kW.

O controlador eletrnico um computador que monitora continuamente as condies do vento na turbina e controla o mecanismo de direcionamento da turbina, que tem a funo de manter a turbina sempre perpendicular incidncia do vento. No caso de algum defeito, como o sobreaquecimento do gerador ou do ampliador, o controlador comanda a parada da turbina e avisa o computador do operador via linha telefnica atravs de um modem.

O mecanismo de direcionamento utiliza um motor eltrico para virar o corpo da turbina de forma que ela fique totalmente contra o vento. Ele operado por um controlador eletrnico que monitora a direo do vento utilizando o cata-vento.

O sistema hidrulico utilizado para operar o freio aerodinmico da turbina. Mudando-se o angulo de ataque das ps, pode-se variar a velocidade da turbina. Desta forma o controlador atua no sistema hidrulico com o objetivo de manter a velocidade da turbina constante.

A unidade de refrigerao responsvel por manter a temperatura do gerador e do ampliador dentro de uma faixa aceitvel para que no se diminua a vida til destes equipamentos. Por isso o sistema de refrigerao possui um ventilador eltrico independente que tem a funo d

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