APS - Gerador de energia

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Sumário 
Objetivo ............................................................................................................. 2 
Desenvolvimento Teórico .................................................................................. 3 
Mas afinal, como funciona uma usina hidrelétrica? ........................................... 5 
Vantagens ................................................................................................................................5 
Desvantagens ...........................................................................................................................5 
Geradores ......................................................................................................... 6 
Tipos de geradores elétricos ....................................................................................................7 
Dimensionamento do Gerador ...............................................................................................10 
Relação de transmissão (relação entre as velocidades das polias) .........................................11 
Vazão.............................................................................................................. 13 
Fórmulas a serem usadas ............................................................................... 14 
Conceitos físicos para medição de vazão ....................................................... 16 
Calor específico ......................................................................................................................16 
Viscosidade ............................................................................................................................18 
A influência da temperatura na viscosidade ......................................................................19 
Medição da viscosidade .....................................................................................................19 
Óleos lubrificantes .................................................................................................................20 
Número de Reynolds ..............................................................................................................20 
Escoamento Laminar ..........................................................................................................21 
Escoamento Transitório .....................................................................................................21 
Escoamento Turbulento: ....................................................................................................21 
Bombas ........................................................................................................... 23 
Tipos de Bomba ......................................................................................................................23 
Perda de Carga .......................................................................................................................26 
Altura Manométrica ...............................................................................................................26 
Curvas Características ............................................................................................................27 
Dimensionamento da bomba .................................................................................................27 
Materiais utiliza e valores ................................................................................ 29 
Desenhos ........................................................................................................ 31 
Conclusão ....................................................................................................... 35 
Referências bibliográficas ............................................................................... 36 
 
 
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Objetivo 
 
 Este trabalho tem como principal objetivo projetar uma planta de geração 
de energia elétrica, que permita simular o comportamento de uma usina 
hidrelétrica, para que seja possível efetuar o acionamento de LED’s, através de 
regras pré-estabelecidas pelo manual de APS fornecido pela UNIP. 
O objetivo principal era projetar e construir tal planta, porém devido a 
pandemia do novo Corona Vírus, este trabalho ficou limitado apenas ao projeto 
e desenvolvimento teórico do gerador, tendo em vista que para a construção 
outros esforços seriam demandados. 
 
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Desenvolvimento Teórico 
 
Atualmente, a geração de energia no mundo está dividida em 11 principais 
tipos, uns com mais relevância, e outros com menos: Hidráulica, Gás natural, 
petróleo, carvão, nuclear, eólica, solar, geotérmica, marítima, biogás e biomassa, 
Destes tipos, o que possui a maior influência no nosso país, e também o 
tipo que foi usado para fazer esse trabalho, é a hidráulica, tendo em vista que 
nosso território possui uma hidrologia muito rica, favorecendo assim a 
construção de usinas hidroelétricas, aproveitando quedas d’águas de rios, 
principalmente, portanto, nosso foco nesta explicação será neste ramo da 
geração de energia. 
Para que um empreendimento deste tipo seja feito, diversos outros fatores 
devem ser levados em conta, como os impactos sociais, econômicos e 
ambientais de tal projeto, tendo em vista que na grande maioria dos casos, é 
necessário represar uma grande quantidade de água, fazendo com que os 
arredores do local represado seja consumido por água. 
A água é o recurso natural mais abundante no mundo, e estima-se que só 
o Brasil tenha capacidade de gerar cerca de 260 GW de energia somente através 
da água, segundo dados da Aneel. E além disso, é renovável, pois a água 
utilizada no processo de geração de energia não é desperdiçada, podendo ser 
reutilizada pra produção de energia novamente, tornando esse processo mais 
barato. 
A construção de usinas hidrelétricas no mundo se deu inicio lá pro final do 
século XIX, nas cataratas no Niágara, na divisa de EUA com Canadá. Nesta 
mesma época, o Brasil deu início a sua primeira hidrelétrica também, em 
Diamantina, MG, utilizando as quedas d’agua do Ribeirão Inferno, chegando a 
capacidade de geração de até 0,5 MW de potência. 
Atualmente, o Brasil possui a segunda maior usina hidrelétrica do mundo, 
a Usina de Itaipu, que só perdeu o posto de maior do mundo quando a usina de 
Três Gargantas foi construída na China. Itaipu Binacional possui capacidade de 
geração de até 14000MW, enquanto a três gargantas 22500MW, quase 40% a 
mais. 
4 
 
 
Usina hidrelétrica de Itaipu (Fonte:www.wikipédia.com.br) 
 
Usina Hidrelétrica Três Gargantas (Fonte:www.wikipedia.com.br) 
A potência que uma usina é capaz de gerar determina o seu tamanho, e 
estes tamanhos são classificados em 3: Pequena, média ou grande. As 
pequenas também são conhecidas como CGH (Centrais Geradoras de Energia), 
e possuem capacidade de geração de até 1MW. As médias podem ser 
chamadas de PCH (Pequenas Centrais Hidrelétricas), e possuem capacidade de 
geração de 1,1 até 30MW. Já as grandes, são chamadas de UHE (Usinas 
Hidrelétricas de Energia), e possuem capacidade de geração de mais de 30MW. 
 
 
 
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Mas afinal, como funciona uma usina hidrelétrica? 
 
Elas funcionam através de quedas d’água que passam por dentro de uma 
turbina, responsável por transformar a energia potencial da queda em energia 
cinética. Com o movimento da turbina, é movimentado também um gerador 
através de um eixo, que é responsável por transformar esta energia cinética em 
energia elétrica. Após este processo, através de cabos de rede a energia é 
distribuída, mas antes de chegar as casas e comércios ela é convertida em baixa 
tensão. Mais à frente neste trabalho, esse processo será explicado de maneira 
mais detalhada. 
Vantagens: A geração de energia através das hidrelétricas é totalmente 
renovável, portanto, na maioria dos casos toda água utilizada para gerar a 
energia pode ser reutilizada, não causandodanos a natureza neste sentido. 
Outro ponto positivo das hidrelétricas, principalmente no caso do brasil é 
a abundância de água. Para se ter noção, 70% da energia consumida no Brasil 
é proveniente de hidrelétricas 
Desvantagens: A principal desvantagem das hidrelétricas são os 
impactos gerados nos arredores da usina. No processo de represamento da 
água, diversos impactos ambientais podem ocorrer, como por exemplo a 
destruição da fauna e flora em volta do rio original, já que boa parte da área nos 
arredores é alagada para construção da represa. 
Outro impacto se deve ao fato de normalmente as usinas serem 
construídas em locais onde existem diversas tribos indígenas, o que faz com que 
tais tribos tenham que sair dos arredores da usina. 
 
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Geradores 
 
Especificamente são equipamentos que transformam a energia mecânica, 
química, eólica, térmica, luminosa ou de qualquer outra natureza em energia 
elétrica. A utilidade dos geradores é garantir energia sempre que haja falha na 
corrente elétrica, ou seja, a sua funcionalidade é fazer com que a diferença de 
potencial elétrico (ppt), ou tensão elétrica, dure mais tempo e não interrompa o 
circuito. Este dispositivo possui dois polos, sendo eles negativo e positivo, aonde 
ocorre a diferença de potencial entre eles. Em um dos polos o potencial elétrico 
é negativo e sua tensão é menor, enquanto no outro polo o potencial elétrico é 
positivo e sua tensão é maior. Através desses polos é formado um circuito em 
que o gerador fornece energia potencial elétrica para as cargas, que saem dos 
polos negativos e passam ao polo positivo. 
A imagem a seguir é o símbolo de gerador em um circuito elétrico que 
está ligado entre os polos, e há uma diferença de potência que é representada 
por U. O E é a força eletromotriz, que é a diferença de potencial do gerador 
quando ele não está ligado ao circuito, ou seja, quando o gerador estiver aberto 
U = E. Após ligar o circuito, teremos a diferença de potencial (U) que será menor 
que a força eletromotriz (E), devido o gerador apresentar uma resistência elétrica 
(r). 
 
Foto: https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/geradores-eletricos-
curto-circuito-rendimento-potencia-e-equacao.htm 
Podemos representar a diferença de potencial em uma equação que é a 
força eletromotriz subtraindo a resistência elétrica do gerador: 
U = E – r.i 
Obs: r.i é a primeira Lei de Ohm 
https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/geradores-eletricos-curto-circuito-rendimento-potencia-e-equacao.htm
https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/geradores-eletricos-curto-circuito-rendimento-potencia-e-equacao.htm
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A maior corrente possível a ser passada pelo gerador é a corrente de curto 
circuito (icc), isso ocorre quando os polos são ligados diretamente por um fio 
condutor de baixa resistência, o que ocasiona a diferença de potencial igual a 
zero. Veja abaixo a representação da equação de um gerador em curto-circuito: 
U = E – r.i, sabendo que U = O, teremos: 0 = E – r.icc, então: 
 
Existem dois tipos de potência em um gerador, sendo elas a potência útil 
que é definida pelo produto da diferença de potencial (U) lançada no circuito pela 
corrente (i) que flui nele. E há também, a potência dissipada que existe devido a 
resistência elétrica(r). 
Potência útil: 
Pu = U.i 
Potência dissipada: 
Pd = r.i² 
A soma da potência útil pela da dissipada no circuito resultará a potência 
total do gerador que é definida pelo produto da força eletromotriz pela corrente 
elétrica. 
Potência total: 
Pt = E.i 
É possível também calcular o rendimento do gerador, definido como 
sendo a divisão daquilo que está sendo usado pelo total fornecido, ou seja, será 
potência útil dividida pelo total. 
 
 
Tipos de geradores elétricos 
 
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O tipo mais simples e conhecido é o dínamo, que converte energia 
mecânica em energia elétrica. Ele é constituído por um imã fixo em um eixo 
móvel que ao entrar em rotação, cria um campo magnético que gera corrente 
elétrica. Isto faz com que a intensidade do campo magnético oscile, levando à 
indução da tensão nos terminais que possui, assim quando estão sujeitos a 
cargas leva à circulação da energia. 
Energia mecânica: Geralmente utilizada para fazer girar o rotor, o qual 
induz uma tensão nos terminais dos enrolamentos que, ao serem conectados a 
cargas, levam à circulação de correntes elétricas pelos enrolamentos e pela 
carga. 
Existem outros tipos de geradores mecânicos que possuem fonte de 
energia variada, podendo funcionar através de combustão, com combustíveis 
fósseis ou orgânicos de forças externas, como é o caso do vento ou da água, ou 
de fluidos aquecidos, cujo vapor gera movimento mecânico necessário para a 
atividade. 
Temos também a geração hidráulica, que é a transformação da energia 
potencial de uma massa de água, armazenada a uma determinada altura acima 
do nível do mar e podendo ser aproveitada por um desnível, em energia 
mecânica com uma turbina hidráulica. Após a energia mecânica ser obtida pela 
turbina por rotação através de um eixo, é acionado um gerador de energia 
elétrica na casa de força, que converte essa energia em eletricidade por meio de 
indução eletromagnética que gera a corrente alternada. Do gerador, as linhas de 
transmissão levam a eletricidade até o transformador que vai alterar a voltagem 
e enviar a energia para os sistemas de transmissão e distribuição de eletricidade. 
É preciso que ocorra um fluxo de água para que a energia seja gerada de forma 
contínua, por isso é necessário a existência de um reservatório de água com 
uma represa/barragem, que geralmente é construída de cimento armado 
formando lagos artificiais. Quando as usinas possuem potência menor que 10 
MW são consideradas pequenas, e as maiores do mundo chegam a 20GW de 
potência instalada. 
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https://cbie.com.br/artigos/como-funciona-geracao-hidraulica/ 
Energia hidráulica: Produzida através da força da movimentação das 
águas dos rios e oceanos. É influenciada pela irradiação solar e pela energia 
potencial gravitacional, que trazem efeitos como a evaporação, condensação e 
precipitação das águas, sendo eles os fatores responsáveis pela geração da 
energia hidráulica. Geralmente o aproveitamento dessa energia para a geração 
de energia elétrica é feita por meio das usinas hidrelétricas. 
Outros tipos de geradores conhecidos são: 
Gerador térmico: Que são capazes de converter energia diretamente 
através do calor, ao invés de converter as consequências do calor em outro tipo 
de energia. 
Gerador Químico: Que são capazes de converter a energia gerada em 
reações químicas em energia elétrica utilizável em aparelhos. Ele armazena os 
elementos necessários para a reação, que geralmente são ativados por algum 
contato externo. Eles não são utilizados como fontes de energia para consumos 
de alta potência ou tensão, pois a tecnologia de armazenamento energético em 
grande escala ainda é muito cara e pouco explorada. Pilhas e baterias são os 
tipos mais comuns desse tipo de gerador. 
Gerador luminoso: São os que utilizam um semicondutor para captar a 
irradiação solar e converter em energia elétrica utilizável em equipamentos 
comuns. Não possui custo para a matéria prima, que é a irradiação solar, e tem 
facilidade de implantação das placas solares que podem ser colocadas até 
https://cbie.com.br/artigos/como-funciona-geracao-hidraulica/
https://cbie.com.br/artigos/como-funciona-a-geracao-hidraulica/attachment/opr_2019_usina-hidroeletrica/
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mesmo em residências pequenas para produzir energia durante os períodos de 
irradiação. 
Dimensionamento do Gerador 
 
Antes de tudo é preciso saber que o tamanho do gerador irá interferir no 
fornecimento de energia, pois se ele for muito pequeno, ele não vai dar conta da 
demanda. Mas também não pode ser muito grande, porque irá trabalhar muito 
abaixo da capacidade, o que causará a danificaçãodo aparelho e trará custos 
desnecessários de combustível, uma vez que a potência de rotação do gerador 
é fixa. 
Por tanto, é preciso dimensionar a demanda de energia que o aparelho 
deverá suprir para encontrar o modelo ideal de gerador. E para fazer isso, existe 
uma conta simples, mas antes é necessário calcular a potência de todos os 
aparelhos que o gerador terá que suprir, conforme os seguintes passos: 
1) Verifique a potência de todos os aparelhos e multiplique o 
valor por 1,52 para obter o valor em volt-ampere (VA); 
2) Em seguida, multiplique por 1,3. Isso serve para que você 
adicione uma margem de segurança de 30%; 
3) Divida o valor por 1.000 para transformar VA em kVA; 
4) O resultado é a potência em kVA que o gerador deverá 
atender. 
O gerador deve trabalhar entre 30% e 80% da sua potência nominal. 
Cargas constantes acima de 80% diminuem a sua vida útil, porém 
superdimensionar um gerador também ocasionará o mesmo problema. 
Os motores que trabalham constantemente com cargas menores que 30% 
de sua potência nominal acabam tendo problemas mecânicos, e com isso um 
custo elevado de manutenção. 
 
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Relação de transmissão (relação entre as velocidades das polias) 
 
Geralmente os motores se mantêm com velocidade fixa, trabalhando em 
uma frequência contínua. Este movimento permanece o mesmo até a inserção 
dos conjuntos formados por polias e correias que são responsáveis por modificar 
e adaptar a velocidade original do motor para atender às necessidades 
operacionais de cada máquina. Por exemplo: Há um motor que gire a 900 
rotações por minuto (rpm) movimentando um equipamento que necessita de 
apenas 90 rotações por minuto, isso ocorrido devido as diversas combinações 
de polias e correias, que modificam a relação de transmissão de velocidade entre 
o motor e as outras partes da máquina. Através dessa informações, podemos 
concluir que há como calcular as rotações por minuto, mas antes é preciso saber 
o seu processo. 
Sabe-se que a rotação por minuto (rpm) é a unidade dada para a 
velocidade dos motores, como o nome já diz, é o número de voltas completas 
que uma polia dá em um minuto. A velocidade fornecida por um conjunto 
transmissor depende da relação entre os diâmetros das polias, polias de 
diâmetros idênticos transmitem para a máquina a mesma velocidade (mesmo 
rpm) fornecida pelo motor. 
 
Foto: http://www.redutoresibr.com.br/pt/Noticia/como-se-calcula-a-rpm-
em-polias-e-engrenagens- 
Em casos de polias com tamanhos diferentes, a velocidade transmitida 
para a máquina será maior ou menor. Ou seja, se a polia motora, que é aquela 
que fornece o movimento é maior que a movida, isto é, aquele que recebe o 
movimento, a velocidade transmitida para a máquina é maior (maior rpm). Se a 
polia movida é maior que a motora, a velocidade transmitida para a máquina é 
menor (menor rpm). Exemplos: 
http://www.redutoresibr.com.br/pt/Noticia/como-se-calcula-a-rpm-em-polias-e-engrenagens-
http://www.redutoresibr.com.br/pt/Noticia/como-se-calcula-a-rpm-em-polias-e-engrenagens-
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Foto: http://www.redutoresibr.com.br/pt/Noticia/como-se-calcula-a-rpm-
em-polias-e-engrenagens- 
E o cálculo do rpm das polias se dá pela seguinte fórmula: 
 
Onde n1 e n2: são as rpm das polias motora e movida. 
D2 e D1: são os diâmetros das polias movida e motora. 
Exercício de exemplo: 
Sabe-se que a velocidade do motor utilizado é de 800 rpm, e o mesmo 
tem diâmetro da polia motora de 80 e movida de 200. Qual é a velocidade da 
outra polia? 
 
 
http://www.redutoresibr.com.br/pt/Noticia/como-se-calcula-a-rpm-em-polias-e-engrenagens-
http://www.redutoresibr.com.br/pt/Noticia/como-se-calcula-a-rpm-em-polias-e-engrenagens-
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Vazão 
 
Conceitua-se vazão como o volume e/ou massa de determinado fluído 
que passa por uma determinada secção de um conduto livre ou forçado, por 
unidade de tempo. Ou seja, é a rapidez com qual um volume escoa. E ela 
corresponde à taxa de escoamento, que é a quantidade de material transportado 
através de conduto livre ou forçado. Sua unidade é dada em m³/s. 
 
 
 
 
 
 
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Fórmulas a serem usadas 
 
Para o dimensionamento do gerador de energia, diversos fatores devem 
ser levados em conta: O vazão de água que passa pela turbina, a altura da queda 
d’agua, a velocidade a água o comprimento das pás da turbina, a quantidade de 
pás, a aceleração da gravidade, o tamanho das polias, perdas, etc. Todos esses 
fatores devem ser levados em conta na hora de construir um gerador eficiente, 
que deve ser feito seguindo parâmetros importantes, como por exemplo a 
potência que ele deverá gerar para acender os leds, a quantidade de espiras, a 
força do campo magnético gerado pelos imãs, etc. 
Para chegarmos no valor da velocidade que será empregada na queda 
d’água, utilizamos a equação de Bernoulli, que para efeito de cálculo, considera 
que a energia em dois pontos de um sistema é a mesma, o que não acontece na 
vida real, pois existe perda de carga, porém a perda neste sistema é bem 
pequena, e logo podemos despreza-la. 
𝒁𝟏 +
𝑽𝟏𝟐
𝟐. 𝑮
𝟐
+
𝑷𝟏²
𝜸
= 𝒁𝟐 +
𝑽𝟐𝟐
𝟐. 𝑮
+
𝑷𝟐²
𝜸
 
Onde, 1 e 2 representam o topo do reservatório superior e a saída da água 
para a turbina, respectivamente. 
Z = Altura, energia potencial, em m. 
V = Velocidade do escoamento (energia cinética), em m/s. 
G = Aceleração da gravidade em m/s² 
P = Pressão em Pa 
γ = Peso específico da água em n/m³ 
Outra fórmula importantíssima, é de vazão, pois após encontrar a 
velocidade com a equação de Bernoulli, poderemos substituir tal incógnita na 
fórmula de vazão. 
Q=V.A 
Q=Vazão em m³/s 
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V= Velocidade em m/s 
A= Área da tubulação em m² 
Após encontrar a velocidade, poderemos calcular a potência gerada na 
saída da turbina, antes da redução por polias até o gerador. 
P=Q.H.L.G 
P = Potência em Watts 
Q = Vazão em m³/s 
H = Altura da queda d’água em m 
L = Comprimento das pás da turbina 
G= Aceleração da gravidade em m/s² 
 
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Conceitos físicos para medição de vazão 
 
Calor específico 
 
Calor é uma energia térmica transferida entre dois ou mais sistemas ou 
corpos, devido a diferença de temperatura entre eles, sendo essa transferência 
realizada de forma espontânea, pois sempre ocorre do sistema mais quente para 
o sistema mais frio, ou seja, do corpo que possuem um grau de agitação das 
moléculas maior para um com grau de agitação menor. 
Assim quando pegamos um corpo mais quente por exemplo uma xicara 
de café, a energia térmica da xicara é transferida para nossa mão, e então temos 
a sensação térmica de que a xicara está quente. O mesmo acontece quando 
entramos em contato com um objeto cujo sua temperatura seja inferior à nossa, 
por exemplo o gelo. 
Porém isto só ocorre quando existe uma diferença de temperatura entre 
os corpos, quando está diferença de temperatura é nula, falamos que os corpos 
estão em equilíbrio térmico, assim a transferência de calor é zero. 
 
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http://enemconceitoa.blogspot.com/2016/03/calorimetria-definicoes-e-
exercicios.html 
A transferência de calor ocorrer de diversas maneiras por condução, que 
consiste no contato entre os corpos para que ocorra a transferência de calor 
entre eles, por convecção, a transferência por convecção acontece 
principalmente entre os líquidos e os gases, sendo uma transferência de calor 
que consiste no movimento de massas. 
Por exemplo a condensação de um ambiente que possua um aparelho de 
ar condicionado, levando em consideração que a temperatura do ar na saída do 
ar condicionado é menor do que a temperatura ambiente, sabendo que o ar frio 
é mais denso que o ar quente, ele tende a ficar na parte inferior da sala, porém 
com a vazão de ar frio do aparelho, acaba gerando um ciclo, onde o ar quente 
sobe e o ar frio desce, assim resfriando o ambiente desejado. 
Outra maneira presente no nosso dia a dia de transferência de calor é por 
radiação,consiste em um fluxo de calor sem que os corpos estejam encostados, 
por exemplo, quando vamos de encontro a algo em chamas, antes que tenhamos 
o contato físico com o objeto em chamas, sentimos a propagação de energia 
térmica que está sendo liberada. 
Define-se calor específico, (conhecido também como c) como a 
capacidade de elevar 1°C uma amostra de 1g, por exemplo a água, seu calor 
específico vale 1, por definição é necessária uma caloria para elevar 1°C uma 
quantidade de 1g de água. 
Portanto o calor específico não depende da massa, visto que ele se por 
definição é aplicado a 1g do material, assim dependendo apenas do material que 
está sendo estudado. O valor do calor específico pode apresentar características 
fundamentais do material, o ferro tem calor específico de 0,11, enquanto a 
madeira tem 0,42. 
*Valores referente a pressão de 1atm 
Estes valores também representa o poder que estes materiais têm de 
retirar calor, visto que quanto mais baixo esse valor, maior essa capacidade. Isso 
pode ser facilmente explicado a partir da sensação térmica, pois quando tocamos 
http://enemconceitoa.blogspot.com/2016/03/calorimetria-definicoes-e-exercicios.html
http://enemconceitoa.blogspot.com/2016/03/calorimetria-definicoes-e-exercicios.html
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a madeira e o metal ambos no mesmo ambiente, sentimos como se o metal 
estivesse mais frio. 
Isso é devido a capacidade do metal de “roubar” o calor mais rápido, ou 
seja, quanto menor for o valor o calor específico de um material, maior seu 
potencial de adquirir o calor dos outros materiais, assim sendo considerado um 
bom condutor térmico e por consequência um bom condutor de corrente elétrica 
também. 
Viscosidade 
 
Pode ser definida como resistência que um fluido oferece ao escoamento, 
podendo ser definida como o atrito resultante existente entre as camadas de 
escoamento, sendo que quando ocorre o movimento laminar, o movimento do 
fluido na base tende a ser nulo, enquanto na superfície onde superfície onde se 
encontra o objeto em movimento, o fluido se descola na mesma velocidade que 
o objeto. Conforme a imagem a seguir. 
 
http://www.omel.com.br/artigos-tecnicos/escola-de-bombas/artigos-
tecnicos/viscosidade/ 
A viscosidade pode ser classificada de diversas maneiras, porém a 
classificação principal é de fluidos newtonianos e não newtonianos, essa 
classificação é de extrema importância pois separa os fluidos que tem um 
aumento linear da viscosidade junto com a velocidade de escoamento, e os que 
não obedecem a esta regra. 
Essa aderência é a responsável pelas perdas de energias associadas aos 
transportes de fluidos em dutos, canais e tubulações, além disso ela é totalmente 
ligada a geração de turbulência. Quanto maior a viscosidade absoluta (cP), maior 
será a viscosidade, ou seja, maior será a força de ligação entre as moléculas do 
http://www.omel.com.br/artigos-tecnicos/escola-de-bombas/artigos-tecnicos/viscosidade/
http://www.omel.com.br/artigos-tecnicos/escola-de-bombas/artigos-tecnicos/viscosidade/
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fluido, assim a velocidade de escoamento do fluido quando comparado a um 
fluido com cP menor, será maior. 
Por exemplo, quando comparamos a água (cP = 1) com mel (cP = 3000), 
concluímos que a água flui com velocidade superior, isso devido a força 
intermolecular da água ser mais fraca do que as do mel. 
* Ambas as viscosidades foram registradas há 20° C. 
A influência da temperatura na viscosidade 
 
A temperatura, tem um papel interessante quando se trata de viscosidade, 
tendo em vista que, o aumento o aumento do calor interno em um fluido liquido, 
ocasiona a redução de sua viscosidade, por exemplo o óleo de soja, a 20°C tem 
viscosidade de 59,0 (mPa.s) e quando aquecida até 70°C apresenta um novo 
valor de 12,6 (mPa.s). 
Isto acontece devido o grau de agitação interno das moléculas do fluido, visto 
que quanto maior a temperatura dos fluidos, maior a agitação, tal feito dificulta a 
continuidade das ligações fortes entre as moléculas, assim conforme esquenta 
mais ocorre a redução da viscosidade. 
Medição da viscosidade 
 
A viscosidade pode ser medida de diversas maneiras por inúmeros 
aparelhos, podendo ser medido o tempo que o fluido leva para passar um tubo, 
ou em relação a penetração de um objeto específico no fluido, esses aparelhos 
recebem o nome de viscosímetro. A unidade padrão pelo Sistema Internacional 
para a medição de viscosidade é o Pa.s. 
 
 
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https://medicaonet.com.br 
Óleos lubrificantes 
 
São de grande importância na indústria, pois reduzem o atrito entre peças 
e aumenta a vida útil da máquina. Podem ser de origem mineral ou sintética, mas 
a função de ambos é a mesma. É preciso saber que os óleos apesar de reduzir 
o atrito entre as peças eles também tem seu próprio atrito, isso faz com que eles 
aqueçam, logo o sistema deve ser equipado para realizar a dissipação de calor, 
assim podendo ter uma melhor performance. 
Número de Reynolds 
 
O número de Reynolds é um número adimensional usado em mecânica 
dos fluidos, que caracteriza o escoamento de um fluido. Com ele podemos 
determinar a natureza desse escoamento (laminar, transição ou turbulento) 
dentro de um tubo ou sobre uma superfície. 
O seu nome vem do físico e engenheiro irlandês Osborne Reynolds, que 
demonstrou experimentalmente os diferentes tipos de escoamento. O seu 
significado físico é uma relação entre as forças de inércia e as forças de 
viscosidade. Se analisarmos essa relação, caso o número de Reynolds 
https://medicaonet.com.br/servico/viscosimetro-de-brookefield
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calculado for alto, os efeitos da viscosidade são desprezíveis. Se for baixo, os 
efeitos viscosos são dominantes. 
Como visto acima, os escoamentos são definidos em três tipos: 
Escoamento Laminar: Ocorre quando um fluido move-se ao longo de 
uma trajetória bem definida, tendo o formato de “lâminas”, com a característica 
de cada uma delas preservada no meio. No escoamento laminar, a viscosidade 
age no fluido de forma a diminuir a tendência de surgimento da turbulência. É 
frequente em baixas velocidades e em fluidos que apresentem grande 
viscosidade. 
Escoamento Transitório: Ocorre quando há algumas flutuações em 
intervalos do fluido em um escoamento laminar, embora não seja suficiente para 
caracterizar como um escoamento turbulento. 
 Escoamento Turbulento: Ocorre quando um fluido não se move ao 
longo de uma trajetória bem definida, ou seja, o fluido percorre trajetórias 
irregulares, formando minúsculos redemoinhos ou vórtex. Este escoamento é 
comum na água, devido viscosidade ser relativamente baixa. 
Para escoamentos em tubos, que é o caso de nossa Atividade Prática 
Supervisionada, o número de Reynolds é calculado da seguinte forma: 
 
Onde: 
ρ: Massa específica do fluido; 
V: Velocidade de escoamento do fluido; 
D: Diâmetro interno do tubo; 
μ: Viscosidade dinâmica. 
 
E para determinarmos o tipo de escoamento, os seguintes critérios são 
seguidos: 
22 
 
Re < 2000 = Escoamento Laminar 
2000 < Re < 4000 = Escoamento Transitório 
Re > 4000 = Escoamento Turbulento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
Bombas 
 
Bombas são dispositivos que aplicam a energia de uma fonte motora a 
um fluido, com o objetivo de transportá-lo de um ponto para outro. Essa energia 
é fornecida através do aumento de pressão, velocidade, aumento de elevação 
ou os três. A fonte motora pode ser um eixo, haste ou até mesmo outro fluido. 
É de conhecimento que o fluido pode ser uma mistura de fluidos e sólidos, 
com predominância da fase líquida/gasosa. As bombas hidráulicas são usadas 
há muito tempo, para mover cata-ventos ou rodas d’água com o intuito de 
bombear o líquido para o consumo das cidades, na irrigação e para o consumo 
animal, além da drenagem, como no caso da Holanda. Atualmente, suas 
aplicações são as mais diversas, como bombas para abastecimento de água, de 
gasolina e outros combustíveis, além desistemas de condicionamento de ar, 
deslocamento de produtos químicos e refrigeração. 
Tipos de Bomba 
 
As bombas são divididas em dois grupos, as Dinâmicas e as 
Volumétricas: 
Bombas dinâmicas são aquelas que movimentam o fluido por forças 
aplicadas em sua própria massa. Existem quatro tipos: fluxo misto, fluxo axial, 
regenerativas e centrífugas, onde a última é a mais utilizada. O princípio de 
funcionamento se dá pelo aumento de energia cinética do fluido pelo propulsor, 
que posteriormente é convertida na maior parte em pressão. Segue abaixo um 
quadro comparativo: 
 
24 
 
 
 
 
Fonte: https://edisciplinas.usp.br 
 
 
Fonte: https://sistemas.eel.usp.br/ 
 
 
https://edisciplinas.usp.br/
https://sistemas.eel.usp.br/
25 
 
Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo são aquelas em que a 
energia transferida ao fluido já é em forma de pressão, dada diretamente pela 
movimentação de um componente mecânico da bomba, que obriga o líquido 
(devido ser praticamente incompressível) a exercer o mesmo movimento ao qual 
está sendo transferido a ele. Existem dois tipos principais: rotativas e 
alternativas. 
 
Bomba de Pistão 
 
 
Fonte: www.solucoesindustriais.com.br 
 
 
 
http://www.solucoesindustriais.com.br/
26 
 
Em resumo, a principal diferença entre as bombas dinâmicas e as 
volumétricas é devido ao tipo de energia transmitida ao fluido, sendo energia 
cinética posteriormente convertida em pressão na primeira, e na segunda a 
energia fornecida já está sob a forma de pressão. Além disso, existem outras 
diferenças como: 
- As bombas dinâmicas fornecem menores pressões, maiores vazões e 
maior confiabilidade. 
 - As bombas volumétricas funcionam com a presença de ar (gás), já nas 
dinâmicas o funcionamento só pode ocorrer com a mesma preenchida pelo 
líquido a ser bombeado. 
Perda de Carga 
 
Perda de carga refere-se à energia perdida pelo fluido no seu 
deslocamento ao longo de uma tubulação. Essa perda de energia é provocada 
por atritos entre o fluido e as paredes da tubulação, devido à rugosidade da 
mesma. Portanto, ao projetar uma instalação hidráulica, deve-se considerar essa 
perda de energia. 
São classificadas em dois tipos: Perdas de carga contínuas e perdas de 
carga acidentais. O primeiro tipo é relativo às perdas ao longo de uma tubulação, 
sendo em relação ao comprimento, material e diâmetro. Já o segundo são as 
perdas proporcionadas por elementos que compõem a tubulação, exceto a 
tubulação em si (canos). São perdas de energia causadas por peças como, 
cotovelos de 45º ou 90º, válvulas, registros, reduções e ampliações. 
Altura Manométrica 
 
A altura manométrica da instalação é definida como sendo a altura 
geométrica da instalação em relação ao nível da bomba mais as perdas de carga 
na trajetória do fluido. Altura geométrica é a soma das alturas de sucção e 
recalque. Por tanto, é a quantidade de energia que a bomba deverá fornecer ao 
fluido para que ele seja elevado a determinada altura, vencendo juntamente as 
perdas de carga. 
27 
 
Curvas Características 
 
As curvas características são gráficos usados para selecionar a bomba de 
acordo com a necessidade, utilizando parâmetros como vazão, rotação e 
potência a partir do qual o usuário tem uma ideia de utilizar, locando um ponto 
de trabalho neste gráfico e determinando qual a "família" ideal de bombas. 
Exemplo de uma Curva Característica de uma bomba: 
 
Fonte: https://ehbombas.com.br/bomba-modelo-ehf.php 
Dimensionamento da bomba 
 
 Para escolhermos a bomba ideal para o projeto, define-se primeiro o 
diâmetro da tubulação que será usada, que nunca pode ser menor do que o 
diâmetro de sucção ou recalque da bomba, sempre igual ou maior, e devem ser 
compatíveis com a vazão desejada, conforme tabela abaixo: 
https://ehbombas.com.br/bomba-modelo-ehf.php
28 
 
 
Após isso, para encontramos a vazão necessária de que a bomba deva 
fornecer, define-se a altura que o reservatório superior estará do chão, 
respeitando os limites de construção do projeto. 
 
Definida a altura, utilizamos a equação de Bernoulli para encontrarmos a 
velocidade de queda da água que movimentara a turbina de geração de energia. 
 
Onde: 
 Z1= Altura do Reservatório Superior (m); 
 P1= Pressão no Reservatório Superior (Pa); 
 γ= Peso específico do Fluido (N/m^3); 
 V1= Velocidade do Fluido no Reservatório Superior (m/s); 
 Z2= Altura do Reservatório Inferior (m); 
 P2= Pressão no Reservatório Inferior (Pa); 
 V2= Velocidade do Fluido na turbina (m/s); 
 
Como o sistema não é fechado, a pressão é equivalente à zero 
(atmosfera). Tendo a velocidade, podemos chegar à vazão necessária usando a 
área da tubulação na seguinte fórmula: Q=V*A. 
 Encontrada a vazão de saída do reservatório superior (que chegará na 
Turbina), é possível definir a vazão que a bomba deva fornecer para que o 
reservatório superior não fique sem água e pare de movimentar a Turbina. 
 
29 
 
Materiais utilizado e valores 
 
Lista de matérias 
Quant. Material utilizado Valor Unit. Valor total 
1 Placa de madeirite plastificado 14 mm (110 cm x 220 cm) R$ 89,90 R$ 89,90 
2 Caibros de madeira 5 x 5 cm com 3 m R$ 23,90 R$ 47,80 
1 Barra cano PVC marrom 3/4" R$ 15,00 R$ 15,00 
2 Cano PVC marrom 1" x 1 m R$ 7,50 R$ 15,00 
12 Cotovelos PVC marrom 3/4" x 45° R$ 1,50 R$ 18,00 
3 Flanges PVC marrom 3/4" R$ 8,90 R$ 26,70 
1 Flanges PVC marrom 1" R$ 15,00 R$ 15,00 
3 Registros PVC marrom esfera 3/4" R$ 8,90 R$ 26,70 
1 Registros PVC marrom esfera 1" R$ 11,00 R$ 11,00 
1 Adaptador cano 1" para cano quadrado (artesanal) R$ 0,00 R$ 0,00 
2 Bombas centrifugas (1 das bombas foi doada) R$ 35,00 R$ 70,00 
50 Parafusos 40 x 45 zincado sextavado R$ 0,30 R$ 15,00 
20 Parafusos 60 x 50 zincado sextavado R$ 0,50 R$ 10,00 
1 Placa de acrílico 1,5 x 1,5 m (doação) R$ 0,00 R$ 0,00 
1 Buchas de nylon usinadas Ø 60 x 150 mm R$ 20,00 R$ 20,00 
2 Placas de compensado 2mm (30 x 30 cm) R$ 5,00 R$ 10,00 
5 Rolamentos Ø25 mm (reaproveitado) R$ 0,00 R$ 0,00 
10 Fio de cobre Ø 1,5 𝑚𝑚2 x 1m R$ 1,50 R$ 15,00 
4 Imãs Ø 15 mm R$ 5,00 R$ 20,00 
1 Polia R$ 5,00 R$ 5,00 
1 Cola adesiva PVC R$ 7,00 R$ 7,00 
10 Lixas madeira 100 R$ 1,00 R$ 10,00 
2 Sprays preto R$ 15,00 R$ 30,00 
1 Cano cobre Ø80 x 100 mm (doação) R$ 0,00 R$ 0,00 
1 Eixo usinado Ø10 x 400 mm R$ 10,00 R$ 10,00 
6 Terminais de encaixe fêmea R$ 0,25 R$ 1,50 
1 Tubo de silicone transparente 280 g R$ 15,00 R$ 15,00 
1 Plugue macho 10A R$ 4,00 R$ 4,00 
1 Fita isolante 18 mm x 5 m R$ 3,50 R$ 3,50 
30 
 
4 Sacos de lixo de 100L R$ 2,00 R$ 8,00 
4 Lâmpadas Led R$ 0,25 R$ 1,00 
4 Resistores R$ 0,25 R$ 1,00 
 
Total R$ 521,10 
 
 
31 
 
Desenhos 
 
A seguir temos os desenhos realizados através do software SolidWorks, 
nele foram efetuados o esboço de como seria executada a APS na prática. 
Primeiramente temos vistas de toda a montagem. 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
Logo em seguida temos duas imagens com ênfase no sistema de polia e 
na turbina. 
Podemos ver na primeira imagem principalmente a relação entre as 
polias com o intuito de aumentar a rotação como já explicado anteriormente, é 
capaz visualizar os fios que saem do gerador e se ligam diretamente na caixa 
onde se encontram o resistor e as lâmpadas de LED. 
 
 
A imagem a seguir é sobre a construção da turbina, onde pode ser 
observado a construção do rotor e suas angulações para poder ter um 
rendimento melhor da queda de água. 
34 
 
 
35 
 
Conclusão 
 
 Devido à pandemia de Covid-19 mundial que estamos vivendo em 2020, 
ficamos impossibilitados de realizar o projeto fisicamente já que o isolamento 
social é imprescindível para o bem estar de todos. Sendo assim, coube a nós 
alunos elaborar somente um projeto teórico com os conceitos e de como seria 
realizada a APS, utilizando o conhecimento que nos foi ensinado até então no 
curso de Engenharia Mecânica pela UNIP,como Fenômeno de Transportes, 
Mecânica dos Fluidos, Fundamentos de Circuitos Elétricos, etc. Através dessa 
atividade estamos sendo preparados para nos formarmos como engenheiros de 
boa qualidade e com criatividade, mesmo não podendo colocar em prática esse 
semestre. 
 Por fim, foi de grande importância desenvolver a APS teórica “Gerador de 
Energia”, pois cada integrante do grupo teve oportunidade de compartilhar seus 
conhecimentos e experiências que puderam agregar ao seu desenvolvimento. 
 
36 
 
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