Unidade 01 - Introdução à Proteção dos Sistemas Elétricos (1)

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SISTEMAS DE PROTEÇÃO E 
MEDIÇÃO
1
PROFª. MSC. KÉSIA ALVES COELHO LOUBACK
kes ia. louback@professoes.estacio.br
Unidade 1 – Introdução à Proteção dos Sistemas Elétricos
Apresentação
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• Professora: Me. Késia Alves Coelho Louback
• Formação:
• Mestra em Engenharia Elétrica – UFES/Campus Vitória
• Sistemas Elétricos de Potência (Eletrônica de potência)
• Engenheira Eletricista – UFES/Campus Vitória
• Sistemas Elétricos de Potência e Telecomunicações
Objetivos do curso
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→ Dimensionar um diagrama de proteção elétrica para subestações, geração de
energia e redes de transmissão e distribuição.
→ Conhecer a tabela ANSI de proteção.
→ Calcular ajustes das funções básicas dos equipamentos de proteção.
→ Ajustar e coordenar a seletividade das proteções do sistema elétrico.
Ementa
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→ Filosofia e metodologia da proteção.
→ Coordenação e seletividade da proteção
→ Relés para monitoramento da corrente, tensão, frequência e outras
grandezas elétricas.
→ Proteção de transformadores, geradores e redes de energia.
→ Qualidade de energia elétrica.
Procedimentos de avaliação
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→ O processo de avaliação será composto de três etapas, Avaliação 1 (AV1),
Avaliação 2 (AV2) e Avaliação 3 (AV3).
Para aprovação na disciplina, o aluno deverá:
→ Atingir resultado igual ou superior a 6,0 (Seis), calculado a partir da média
aritmética entre os graus das avaliações, sendo consideradas apenas as duas
maiores notas, obtidas dentre as três etapas de avaliação (AV1, AV2 e AV3). A
média aritmética obtida será o grau final do aluno na disciplina.
→ Obter grau igual ou superior a 4,0 (Quatro) em, pelo menos, duas das três
avaliações.
→ Frequentar, no mínimo, 75% das aulas ministradas.
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▪ CAMINHA, Amadeu C. Introdução À Proteção De Sistemas Elétricos,
Editora Edgard Bluche 1ª Edição, 2000.
▪ Kagan, Nelson. Oliveira, Carlos Cesar Barione De. Robba, Ernesto João.
Introdução Aos Sistemas De Distribuição De Energia Elétrica – 1ªed
.Ed. Edgard Blucher.São Paulo, 2005.
▪ Pinto, Milton De Oliveira. Energia Elétrica: Geração, Transmissão E
Sistemas Interligados. 1.Ed. Rio De Janeiro: Ltc, 2018.
Referências bibliográficas
1.1 – Introdução
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1.1 – INTRODUÇÃO
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Sistema elétrico de Potência
▪ O Sistema Elétrico de Potência (SEP) é constituído por subsistemas de Geração,
Transmissão e Distribuição, que são responsáveis pela Transmissão de energia da
geração até os centros de carga, através de uma grande área geográfica, e pela
distribuição da mesma aos consumidores.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Diagrama unifilar do sistema elétrico de potência
Sistema elétrico de Potência
1.1 – INTRODUÇÃO
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Sistema elétrico de Potência
1.1 – INTRODUÇÃO
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Geração de energia
▪ O sistema de geração compreende o subsistema no qual são encontradas as unidades
geradoras de grande porte, normalmente em tensões da faixa de 30 kV ou inferiores.
▪ O Sistema de geração tem por principal função transformar algum tipo de energia
primária em energia elétrica.
Note que a 
energia nunca é 
criada, ela é 
sempre 
convertida!
1.1 – INTRODUÇÃO
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Geração de energia
▪ Matriz elétrica mundial e brasileira (2016)
1.1 – INTRODUÇÃO
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Geração de energia
▪ Matriz elétrica mundial e brasileira (2016)
1.1 – INTRODUÇÃO
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Hidrelétrica de Itaipu: binacional Brasil e Paraguai
1.1 – INTRODUÇÃO
15
Hidrelétrica das três Gargantas: a maior do mundo
1.1 – INTRODUÇÃO
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Maior parque solar do Brasil: Bahia
1.1 – INTRODUÇÃO
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Exemplo de parque de geração de energia eólica
1.1 – INTRODUÇÃO
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Transmissão de energia
▪ A função primária do sistema de transmissão é transportar a energia elétrica, com o
mínimo de perdas, do centro de geração aos centros de carga, geralmente separados
por distâncias elevadas.
▪ Uma linha de transmissão é formada, basicamente, por condutores, torres, cabos
para-raios e isoladores.
1.1 – INTRODUÇÃO
19
1.1 – INTRODUÇÃO
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Transmissão de energia
Sistema interligado nacional (SIN)
• O sistema de transmissão, [...], deve operar interligado. Tal interligação é exigida por
várias razões, dentre elas destacando-se a confiabilidade e a possibilidade de
intercambio entre áreas.
• O Sistema Interligado Nacional (SIN) é formado pelas empresas das regiões Sul,
Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte. Apenas 3,4% da capacidade
de produção de eletricidade do país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas
isolados localizados principalmente na região amazônica.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1 – INTRODUÇÃO
22
Diagrama unifilar do sistema elétrico de potência
Distribuição de energia
▪ O sistema de distribuição de energia elétrica é parte do sistema elétrico situado entre
o sistema de transmissão e a entrada de energia dos consumidores.
Alimentam consumidores industriais
de médio e pequeno porte,
consumidores comerciais e de serviços
e consumidores residenciais.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Distribuição de energia
❖ Classificação dos níveis de tensão (Prodist)
▪ Baixa tensão de distribuição (BT): tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou
inferior a 1kV.
▪ Média tensão de distribuição (MT): tensão entre fases cujo valor eficaz é superior a
1kV e inferior a 69kV;
▪ Alta tensão de distribuição (AT): tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou
superior a 69kV e inferior a 230kV.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Distribuição de energia
❖ Estrutura / construções
Em termos construtivos, as redes de distribuição podem ser:
▪ Aérea nua
▪ Aérea compacta
▪ Aérea isolada (pré-reunida)
▪ Subterrânea
1.1 – INTRODUÇÃO
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Distribuição de energia
❖ Estrutura / construções
1.1 – INTRODUÇÃO
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Distribuição de energia
1.1 – INTRODUÇÃO
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28
Subestação
1.1 – INTRODUÇÃO
1.1 – INTRODUÇÃO
29
O que é uma subestação?
• De acordo com o PRODIST:
“Conjunto de instalações elétricas em média ou alta tensão que 
agrupa equipamentos condutores e acessórios, destinados à proteção, 
medição, manobra e transformação de grandezas elétricas.”
1.1 – INTRODUÇÃO
30
O que é uma subestação?
• Uma outra definição:
“Conjunto de equipamentos destinados à transformar e regular as 
tensões geradas ou transportadas e permitir segurança na operação 
do sistema, eliminando faltas, manutenção da continuidade do 
suprimento de energia, entre outros.”
1.1 – INTRODUÇÃO
31
Basicamente, as principais funções de uma subestação são:
• Transformação: alteração dos níveis de tensão;
• Regulação: ajuste dos níveis de tensão;
• Chaveamento: comutação (liga-desliga).
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1 – INTRODUÇÃO
33
As subestações podem ser classificadas quanto:
• ao nível de tensão;
• à relação entre a tensão de entrada e saída
• à função no sistema elétrico
• ao tipo de instalação
• à modalidade de comando
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.1 – Classificação quanto ao ao nível de tensão das SE’s
Podem ser classificadas em:
• Baixa tensão (BT)
• Média tensão (MT)
• Alta tensão (AT)
• Extra alta tensão (EA)
1.1 – INTRODUÇÃO
35
1.1.1 – Classificação quanto ao ao nível de tensão das SE’s
1.1.1.1 - SE de Baixa tensão (BT)
• Utilizada para SE’s com níveis de tensão abaixo de 1 kV;
Subestação de Baixa Tensão
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.1 – Classificação quanto ao ao nível de tensão das SE’s
1.1.1.1 - SE de média tensão (MT)
• Utilizada para SE’s com níveis de tensão acima de 1 kV até 34,5 kV.
Subestação de Média Tensão (13,8 kV)
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.1 – Classificação quanto ao ao nível de tensão das SE’s
1.1.1.3 - SE de alta tensão (AT)
• Utilizado para níveis entre 34,5 kV e 230 kV. 
Subestação de Alta Tensão (138 kV)
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.1 – Classificação quanto ao ao nível de tensão das SE’s
1.1.1.4 - SE de extra alta tensão (EAT)
• Utilizada para SE’s com níveis de tensão acima de 230 kV.
Subestação de Extra-Alta Tensão (345 kV)
1.1 – INTRODUÇÃO
39
1.1.2 – Relação entre a tensão de entrada e saída
Podem ser classificadas em:
• De manobra
• Elevadora
• Abaixadora
1.1 – INTRODUÇÃO
401.1.2 – Relação entre a tensão de entrada e saída
1.1.2.1 - SE de manobra
A subestação de manobra auxilia o operador na manobra de partes do
sistema para fins de isolação, manutenção, seccionamento de circuitos
e chaveamento de linhas de transmissão.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.2 – Relação entre a tensão de entrada e saída
1.1.2.2 - SE elevadora
As subestações elevadoras localizam-se na saída das usinas geradoras
de energia elétrica. A sua função é elevar a tensão gerada para
transmissão de energia para fins de redução de perdas.
1.1 – INTRODUÇÃO
42
1.1.2 – Relação entre a tensão de entrada e saída
1.1.2.3 - SE abaixadora
As subestações abaixadoras localizam-se próximas dos municípios.
Basicamente, a sua função é reduzir os níveis de tensão de
transmissão para níveis aceitáveis de distribuição de energia.
1.1 – INTRODUÇÃO
43
1.1.3 – Classificação quanto à função no sistema elétrico
Podem ser classificadas em:
• SE de transmissão
• SE de subtransmissão
• SE de distribuição
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.3 – Classificação quanto à função no sistema elétrico
1.1.3.1 - SE de transmissão
• É a principal (tronco), a energia sai do gerador e segue para a
subestação de transmissão ou usina elétrica;
• Utiliza grandes transformadores para elevar a tensão do gerador
até tensões extremamente altas, para transmissão de longa
distância através de rede de transmissão.
1.1 – INTRODUÇÃO
45
1.1.3 – Classificação quanto à função no sistema elétrico
1.1.3.2 - SE de subtransmissão
• Há derivações, anéis, diversas linhas e circuitos.
• Estão ligadas as linhas de subtransmissão, destinada a transporte
de energia elétrica das subestações de transmissão para as
subestações de ramificações.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.3 – Classificação quanto à função no sistema elétrico
1.1.3.3 - SE de distribuição
• A potência é levada diretamente ao consumidor (cargas);
• Recebe energia das linhas de subtransmissão e as transporta para
as rede de distribuição, geralmente com abaixamento de tensão.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.4 – Classificação quanto à instalação
As subestações quanto à instalação são classificadas como:
desabrigada, abrigada, blindada e móvel.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.4 – Classificação quanto à instalação
1.1.4.1 - SE desabrigada
• É construída em locais amplos e ao ar livre.
1.1 – INTRODUÇÃO
49
1.1.4 – Classificação quanto à instalação
1.1.4.2 - SE abrigada
• Esse tipo de subestação é construído em locais cobertos.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.4 – Classificação quanto à instalação
1.1.4.3 - SE blindada
• Subestações blindadas são construídas em locais abrigados nos quais os
equipamentos são protegidos e isolados em óleo ou em gás (SF6).
1.1 – INTRODUÇÃO
51
1.1.4 – Classificação quanto à instalação
1.1.4.4 - SE móvel
• As subestações móveis são dispostas sobre veículos (caminhões, por
exemplo) para atendimentos emergenciais, como shows, feiras e
manutenção de outra subestação.
1.1 – INTRODUÇÃO
52
1.1.5 – Classificação quanto à forma de comando
As subestações podem ser operadas de acordo com a forma de
comando. Ou seja, apenas com o operador, quando este tem alguma
atuação no sistema (semiautomática), e por meio de equipamentos
(automatizada).
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.5 – Classificação quanto à forma de comando
1.1.5.1 - SE com operador
• Esse tipo de subestação exige muito conhecimento do operador.
• Existem computadores para auxiliar na supervisão, porém o operador é
essencial para anotar e interpretar os dados coletados.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.5 – Classificação quanto à forma de comando
1.1.5.2 - SE semiautomática
• Esse tipo de subestação tem computadores ou sistemas de
segurança eletromecânicos que impedem operações indevidas por
parte do operador.
1.1 – INTRODUÇÃO
55
1.1.5 – Classificação quanto à forma de comando
1.1.5.3 - SE automatizada
• Na subestação automatizada, o controle do sistema é realizado por
meio de computadores e softwares, como sistemas supervisórios do
tipo SCADA (Supervisory Control and Data Acquisiton).
1.1 – INTRODUÇÃO
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Equipamentos utilizados em subestações
São vários os equipamentos existentes em uma SE, tais como:
▪ Barramentos
▪ Linhas e alimentadores
▪ Equipamentos de manobras
▪ Equipamentos de transformação
▪ Equipamentos de proteção
▪ Equipamentos de compensação
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.1 - Barramentos
A função do barramento é interligar os circuitos e os equipamentos
existentes na subestação.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.2 - Disjuntores
• Dispositivo de manobra e proteção que permite a abertura ou
fechamento de circuitos de potência em quaisquer condições de
operação, normal e anormal, manual ou automática. Os equipamentos
de manobra são dimensionados para suportar correntes de carga e de
curto-circuito nominais.
• Os principais tipos de disjuntores são: disjuntores a óleo, disjuntores a
vácuo, disjuntores a ar comprimido e disjuntores a SF6.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.2 - Disjuntores
A ilustração abaixo apresenta um disjuntor a óleo.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.3 - Religador
• É um dispositivo sensor que restabelece a distribuição de energia em
caso de falta momentânea. Suas principais funções são detectar e
interromper condições de sobrecorrente, bem como restaurar as
condições operacionais da linha.
1.1 – INTRODUÇÃO
61
1.1.4 – Chave fusível
• É um dispositivo eletromecânico utilizado para proteção de
transformadores, bancos de capacitores e ramais de alimentadores.
• A função principal dos fusíveis é operar mediante faltas permanentes e
isolar (seccionar) a seção faltosa da porção sem defeito.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.5 – Chave seccionadora
• Serve para realizar manobras de seccionamento e isolação entre
circuitos. Basicamente, a seccionadora é uma extensão do circuito de
potência que, quando acionada, abre e fecha os contatos fixo e móvel.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.6 – Muflas
• São utilizadas para manter as condições de isolamento elétrico nas
conexões entre cabos, condutores e barramentos. Esse item é essencial
nas instalações de uma subestação devido à complexidade da isolação
em um SEP.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.7 – Transformador de potencial
• É muito utilizado em subestações. Os TPs reduzem a tensão do sistema
para níveis de tensões compatíveis de medida do circuito. Ou seja,
fornecem tensões proporcionais aos circuitos de alta tensão que estão
sendo medidas.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.8 – Transformador de corrente
• São utilizados em aplicações de alta tensão, fornecendo correntes
suficientemente reduzidas para possibilitar o seu uso por equipamentos
de medição, controle e proteção.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.9 – Transformador de força
• Operam em níveis de potência da ordem de MVA e tensões superiores
a 69 kV. Dessa forma, são utilizados em subestações e em sistemas de
geração e transmissão.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.10 – Relé de proteção
• Em sistemas elétricos de potência, o relé de proteção executa ações de
controle sobre os disjuntores, tendo em vista que o sistema de proteção
não é composto apenas do próprio relé, mas de um conjunto de
subsistemas integrados para melhor atuação sobre o SEP.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.11 – Isoladores
• Os isoladores fornecerem isolamento às diversas partes do SEP e
auxiliam na suspensão de cabos e de barramentos.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.12 – Para-raios
• Em geral, estão localizados nas entradas e nas saídas de linha e nas
extremidades dos barramentos para proteção contra sobretensões e
contracorrentes promovidas por chaveamentos e descargas
atmosféricas.
1.1 – INTRODUÇÃO
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1.1.13 – Resistor de aterramento
• São utilizados em subestações para limitar a corrente de falta de fase a
um valor que não danifique os equipamentos, permitindo, ainda,
proteger a integridade física das pessoas.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Identificação dos equipamentos
• Em uma subestação cada equipamento é identificado por um código
que identifica o tipode equipamento, faixa de tensão, e a posição
dentro da subestação.
• A nomenclatura mais usual utilizada nos diagramas unifilares, em geral
é constituída de quatro dígitos XYZW.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Identificação dos equipamentos
• O primeiro dígito X indica o tipo de equipamento como descrito na
Tabela abaixo.
Código para Tipo de Equipamento
1.1 – INTRODUÇÃO
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Identificação dos equipamentos
• O segundo dígito Y, apresentado na Tabela abaixo, define a tensão de
operação do equipamento, sendo que no caso de transformadores será
considerada a maior tensão de operação. Abaixo as faixas mais usuais e
as cores utilizadas nos diagramas unifilares.
Código de Tensão de Operação do Equipamento
1.1 – INTRODUÇÃO
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Identificação dos equipamentos
• O terceiro dígito Z, Tabela abaixo, indica o tipo de equipamento,
enquanto o quarto dígito W indica a sequência ou posição do
equipamento.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Identificação dos equipamentos
• O quinto caractere é um traço de união (-).
Quando existirem dois equipamentos
similares na mesma tensão de operação
conectados a um terceiro equipamento
estes serão identificados através do 6°
caractere.
1.1 – INTRODUÇÃO
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Identificação dos equipamentos
Código de equipamento para o diagrama unifilar
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PROFª. MSC. KÉSIA ALVES COELHO LOUBACK
kes ia . louback@professores.estac io.br