Geração de energia elétrica AULA 4

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WBA0461_v2.0
Geração, transmissão e 
distribuição de energia elétrica 
Fundamentos básicos para 
projetos de sistemas de 
energia
Geração
Bloco 1
Leandro José Cesini da silva
Centrais hidroelétricas
Configurações:
Figura 1 – Usina em desvio Figura 2 – Usina reversível
Fonte: Reis (2011, p. 111). Fonte: Reis (2011, p. 113).
Barragens - impactos
Geomorfologia e Geologia:
• Estabilidade das encostas.
• Assoreamento.
• Aspectos paisagísticos.
• Recursos minerais.
Hidrogeologia:
• Alteração do regime de águas subterrâneas.
• Contaminação do aquífero por agrotóxicos.
Qualidade das águas:
• Entrada de agrotóxicos podem alterar a qualidade da água do reservatório.
Solo:
• Obras de engenharia.
• Descarte de materiais.
• Perda de produção agrícola e mineral.
Vegetação e fauna:
• Abrigos e fonte de alimentos de animais são perdidos com a inundação.
Socioeconomia:
• Aspectos que alteram a qualidade de vida da população.
Barragens - tipos
O equilíbrio estático da construção é 
realizado pelo próprio peso e forças da 
estrutura.
Utiliza das propriedades das estruturas em 
arco para resistirem com facilidade a cargas 
distribuídas sobre seu dorso.
Figura 3 – Barragem a arco Figura 4 – Barragem a gravidade
Fonte: Rusm/ iStock.com. Fonte: ClaudineVM / iStock.com.
Existem ainda as barragens arco-gravidade que possuem planimetria em arco, 
porém, funcionam parcialmente, ora a arco, ora a gravidade.
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/ClaudineVM?mediatype=photography
Centrais termoelétricas
Figura 5 – Termoelétrica a vapor
Fonte: Reis (2011, p. 190).
Figura 6 – Termoelétrica a vapor 
com extração
Fonte: Reis (2011, p.191).
Centrais termoelétricas
• Projetos com ciclo 
combinado mais 
eficientes.
• Aproveitamento dos 
gases quentes da 
queima do gás.
• Geração de energia 
elétrica em dois 
sistemas distintos. 
Conjuga-se o ciclo de 
Brayton (gás) e o 
Rankine (vapor). 
Figura 7 – Termoelétrica ciclo 
combinado
Fonte: Reis (2011, p. 190).
Fundamentos básicos para 
projetos de sistemas de energia
Transmissão
Bloco 2
Leandro José Cesini da Silva
Cálculo da flecha
É a diferença de nível entre o ponto mais baixo do 
condutor e seu ponto de apoio. 
Figura 8 – Disposição do condutor
Fonte: Reis (2018, p. 77).
𝑓𝑓 =
𝑝𝑝𝑙𝑙2
8𝑇𝑇
𝑓𝑓 – flecha.
𝑝𝑝 – peso do condutor.
𝑙𝑙 – comprimento do vão.
𝑇𝑇 – tração que atua no 
ponto O.
Altura mínima do solo
Para torres niveladas, a altura mínima é calculada por:
Figura 9 – Disposição do condutor ao solo
Fonte: Reis (2018, p. 79).
𝐻𝐻 = 𝐻𝐻𝑚𝑚 − 1/3 𝑓𝑓
𝐻𝐻 – Altura Mínima.
𝐻𝐻𝑚𝑚 - Altura média dos condutores no 
plano do solo.
𝑓𝑓 – Flecha.
Faixa de segurança
𝐿𝐿 – faixa de segurança.
𝑏𝑏 – distância horizontal do 
eixo do suporte até o ponto 
de fixação do condutor mais 
afastado.
𝑑𝑑 – soma das projeções 
horizontais da flecha do 
condutor e do comprimento 
da cadeia de isoladores, após 
o seu deslocamento angular, 
devido à ação do vento.
𝐷𝐷 – valor fixo de no mínimo 
0,5m.
Figura 10 – Esquema para cálculo faixa de 
segurança
Fonte: Pinto (2018, p. 92).
𝐿𝐿 = 2 𝑏𝑏 + 𝑑𝑑 + 𝐷𝐷
Esforços nas torres de transmissão
Os cabos, isoladores e suportes sofrem esforços devido às intempéries do 
tempo, principalmente, pela ação da força dos ventos.
𝑞𝑞0 = 1
2
𝜌𝜌𝑉𝑉𝑝𝑝2 (N/m) Pressão Dinâmica de Referência.
Massa Específica do ar. 𝜌𝜌 =
1,293
1 + 0,00367𝑡𝑡
16000 + 64𝑡𝑡 − 𝐴𝐴𝐿𝐿𝑇𝑇
16000 + 64𝑡𝑡 + 𝐴𝐴𝐿𝐿𝑇𝑇
Velocidade do vento do projeto. 𝑉𝑉𝑝𝑝 = 𝐾𝐾𝑟𝑟 ∗ 𝐾𝐾𝑑𝑑
𝐻𝐻
10
1
𝑛𝑛
𝑉𝑉𝑏𝑏
𝑡𝑡 – média das temperaturas mínimas diárias quando da ocorrência de velocidade do vento.
𝐴𝐴𝐿𝐿𝑇𝑇 – altitude média da região de implantação do projeto.
𝐾𝐾𝑟𝑟 – coeficiente de rugosidade do terreno.
𝐾𝐾𝑑𝑑 – coeficiente de correção do período de integração (t).
𝐻𝐻 – altura do solo até o elemento em estudo.
𝑛𝑛 – coeficiente de correção da velocidade do vento.
Diretrizes para elaboração de projeto em 
transmissão - ONS
• Estudos na frequência fundamental.
• Estudos de transitórios eletromagnéticos.
Diretrizes e critérios para 
estudos elétricos.
• Aspectos gerais.
• Tensão e corrente nominal dos equipamentos.
• Planilha de dados técnicos dos equipamentos 
(disjuntores, capacitores, reatores etc.).
Diretrizes para a 
especificação da instalação 
e equipamentos.
• Definição do traçado preliminar e levantamento dos 
parâmetros meteorológicos.
• Escolha do condutor.
• Cálculo de capacidades (operativas, correntes).
Diretrizes e critérios para 
linhas de transmissão.
Fundamentos básicos para 
projetos de sistemas de energia
Distribuição
Bloco 3
Leandro José Cesini da Silva
Fatores típicos de carga - Fator de demanda
É a relação entre a demanda máxima (𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ) em um determinado tempo e a carga 
nominal/ instalada total do elemento considerado (𝐷𝐷𝑛𝑛𝑛𝑛𝑚𝑚,𝑖𝑖).
𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 =
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
∑𝑖𝑖=1,𝑛𝑛 𝐷𝐷𝑛𝑛𝑛𝑛𝑚𝑚,𝑖𝑖
𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚_𝑇𝑇1 =
160
150
= 1,067
𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚_𝑇𝑇𝑇 =
375
300
= 1,250
𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚_𝑇𝑇𝑇 =
60
75
= 0,80
Figura 11 – Conjunto de trafos
Fonte:Kagan et al. (2010, p. 31).
Sobrecarregado.
Sobrecarregado.
Fatores típicos de carga - Fator de utilização
Fator de utilização (𝑓𝑓𝑢𝑢𝑢𝑢𝑖𝑖𝑢𝑢 ) é a relação entre demanda máxima do sistema (𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚), em um 
intervalo de tempo τ, e sua capacidade (𝐶𝐶𝑠𝑠𝑖𝑖𝑠𝑠𝑢𝑢). Ambas expressas em unidades de corrente ou 
potência aparente.
𝑓𝑓𝑢𝑢𝑢𝑢𝑖𝑖𝑢𝑢 =
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐶𝐶𝑠𝑠𝑖𝑖𝑠𝑠𝑢𝑢
Em um exemplo em que 𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚= 450 kVA e capacidade 𝐶𝐶𝑠𝑠𝑖𝑖𝑠𝑠𝑢𝑢 = 850 kVA, o fator de utilização 
será: 
𝑓𝑓𝑢𝑢𝑢𝑢𝑖𝑖𝑢𝑢 =
450
850
= 0,5294 = 52,94%
Isso significa que o sistema possui uma reserva de 47,06% de capacidade.
Portanto, como visto anteriormente, o fator de demanda resulta na porcentagem da potência 
instalada que está sendo utilizada. Já o fator de utilização, resulta na porcentagem da 
capacidade do sistema que está em utilização.
Fatores típicos de carga - Fator de carga
É a relação entre as demandas médias (𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑) e máximas (𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚) do sistema em um determinado 
período de tempo τ.
𝑓𝑓𝑐𝑐𝑐𝑐𝑟𝑟𝑐𝑐𝑐𝑐 =
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Multiplicando numerador e denominador por τ,, teremos:
𝑓𝑓𝑐𝑐𝑐𝑐𝑟𝑟𝑐𝑐𝑐𝑐 =
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑 × 𝜏𝜏
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏
=
𝐸𝐸𝑛𝑛𝐸𝐸𝑟𝑟𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑏𝑏𝑎𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑎𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑛𝑛𝑎𝑎 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑟𝑟𝑝𝑑𝑑𝑎𝑎 𝜏𝜏
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏
=
𝜀𝜀
𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏
Portanto,
𝜀𝜀 = 𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏 × 𝑓𝑓𝑐𝑐𝑐𝑐𝑟𝑟𝑐𝑐𝑐𝑐= 𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑒𝑒
Sendo 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑒𝑒 (horas equivalentes) o período em que o sistema deveria operar com sua demanda 
máxima para alcançar a mesma energia que operando em sua curva de carga.
Fatores típicos de carga - Fator de perdas
É a relação entre a potência média dissipada (𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑) e a potência máxima (𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚) dissipadas em 
perdas, em um intervalo de tempo τ.
𝑓𝑓𝑝𝑝𝑑𝑑𝑟𝑟𝑑𝑑𝑐𝑐𝑠𝑠 =
𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑
𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Multiplicando numerador e denominador por τ, tem-se:
𝑓𝑓𝑝𝑝𝑑𝑑𝑟𝑟𝑑𝑑𝑐𝑐𝑠𝑠 =
𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑 × 𝜏𝜏
𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏
=
𝐸𝐸𝑛𝑛𝐸𝐸𝑟𝑟𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑟𝑟𝑑𝑑𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑛𝑛𝑎𝑎 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑟𝑟𝑝𝑑𝑑𝑎𝑎 𝜏𝜏
𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏
=
𝜀𝜀
𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏
Portanto,
𝜀𝜀 = 𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝜏𝜏 × 𝑓𝑓𝑝𝑝𝑑𝑑𝑟𝑟𝑑𝑑𝑐𝑐𝑠𝑠= 𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑒𝑒.𝑝𝑝
Sendo 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑒𝑒.𝑝𝑝 (horas equivalentes para perdas) representa as horas de funcionamento de uma 
instalação, operando com a perda máxima para que o valor total das perdas seja igual às perdas 
medidas no período em análise.
Curva de duração de carga
1 pu = 2200 kW (demanda máxima).
1 pu = 720 horas.
Figura 12 – Curva kWxh Figura 13 – Curva em pu
Fonte: Kagan et al. (2010, p. 41).Fonte: Kagan et al. (2010, p. 41).
Fornece o perfil das cargas que demandam do sistema elétrico distribuição
Em 100 horas, a carga ficou acima de 1800 kW.Nas 720 horas de análises, a carga mínima foi 
de 400 kW.
A probabilidade da carga exceder 70% de sua 
demanda máxima é de 22%.
Teoria em Prática
Bloco 4
Leandro José Cesini da Silva
Reflita sobre a seguinte situação
Os acionistas da indústria em que você é o responsável, 
pelo gerenciamento da energia, estão dispostos a investir 
em cogeração de energia elétrica. Seu processo produtivo 
libera muito calor (gases quentes) e, atualmente, passa por 
uma caldeira de recuperação e o condensado retorna para 
o sistema. Nesse sentido, você foi questionado em:
• É possível utilizar o nosso processo para cogerar energia 
elétrica?
• Em caso positivo, em que tipos de usinas faz sentido a 
empresa investir?
Norte para a resolução
É possível utilizar nosso processo para cogerar energia 
elétrica?
Sim! Veja que sua indústria já possui a geração de energia 
térmica, pois faz parte do processo produtivo. O que, 
atualmente, é realizado, é o resfriamento desse calor 
através de uma caldeira de recuperação. Nesse processo, a 
água fria troca calor com o gás, que, resfriado em 
temperatura adequada, é utilizado no processo. A água 
quente, resultado da troca térmica, volta para o circuito, 
que é fechado.
Em caso positivo, em que tipos de usinas faz sentido a 
empresa investir?
Neste caso, é possível utilizar o gás quente em usinas a 
vapor. Do mesmo modo que ocorre a queima de 
combustíveis, biomassa, por exemplo, para gerar o gás 
quente nas caldeiras, seu processo não necessita da 
queima, pois o gás quente é seu processo que produz.
Norte para a resolução
Calor de 
processo
Figura 14 – Cogeração
Fonte: adaptada de Reis (2011, p. 191).
Norte para a resolução
Dicas do(a) Professor(a)
Bloco 5
Leandro José Cesini da Silva
Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis 
em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o login
através do seu AVA). Algumas indicações também podem estar 
disponíveis em sites acadêmicos como o Scielo, repositórios de 
instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos 
científicos ou periódicos científicos, acessíveis pela internet.
Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de 
autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que 
você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, 
portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na 
construção da sua carreira profissional. 
Por isso, te convidamos a explorar todas as possibilidades da 
nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso!
Leitura Fundamental
Indicação de leitura 1
Este documento, emitido pelo Operador Nacional do 
Sistema Elétrico (ONS), apresenta os procedimentos de 
rede relacionados aos critérios de operação das linhas de 
transmissão no Brasil, informações essenciais para o 
aprofundamento nos estudos relacionados aos requisitos 
de projetos de linhas. 
Referência: 
ONS. Procedimentos de rede – Submódulo 2.5 –
Critérios para operação. 2020. 
Indicação de leitura 2
O capítulo desse livro traz informações 
complementares sobre a geração hidroelétrica, 
especificamente sobre as Pequenas Centrais 
Hidroelétricas (PCH). Vale a pena a leitura.
Referência 
PINTO, M. de O. Energia elétrica: geração transmissão e 
sistemas interligados. 1. ed., cap. 3, p. 44-45. Rio de 
Janeiro: LTC, 2018.
Dica do(a) Professor(a)
No site da Agência Nacional 
de Energia Elétrica (ANEEL), 
você encontra um espaço 
dedicado ao Painel de 
Desempenho da Transmissão. 
Nesse espaço, você pode 
pesquisar sobre os 
empreendimentos de 
transmissão que estão com 
projetos em execução e 
acompanhar as informações 
fiscalizadas pela ANEEL, bem 
como os indicadores que 
utiliza para este fim.
Fonte: https://www.aneel.gov.br/fiscalizacao-
da-transmissao. Acesso em: 23 mar. 2022.
Figura 15 – Dica
Referências
KAGAN, N.; OLIVEIRA, C. C. B.; ROBBA, E. J. 
Introdução aos Sistemas de Distribuição de Energia 
Elétrica. São Paulo: Blucher, 2010.
ONS. Procedimentos de rede – Submódulo 2.5 –
Critérios para operação. 2020. Disponível em: 
http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-
ons/procedimentos-de-rede/vigentes. Acesso em: 23 
mar. 2022.
PINTO, M. de O. Energia elétrica: geração 
transmissão e sistemas interligados. 1.ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2018.
REIS, L. B. dos. Geração de energia elétrica. 2.ed. 
Barueri: Manole, 2011.
Bons estudos!
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	Norte para a resolução
	Norte para a resolução
	Norte para a resolução
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	Indicação de leitura 2
	Dica do(a) Professor(a)
	Referências
	Bons estudos!