Eletricidade Aplicada Aula 1

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Prof. Julio Boarati
Eletricidade Aplicada
Bibliografia Básica			
GUSSOW, MILTON; Eletricidade Básica; São Paulo: McGraw-Hill, 2004. 566 p. 	
EDMINISTER, JOSEPH A; Circuitos Elétricos.; Rio de Janeiro: McGraw-Hill do Brasil, 1971. 447 p.			
			
Bibliografia complementar			
ALBUQUERQUE, O. R. Circuitos em corrente alternada. 8 ed. São Paulo: Érica, 2005.
BOYLESTAD, R. Análise de Circuitos. 12ª Ed. São Paulo. Ed. Pearson. 2011.			
Bibliografia da disciplina
Critério de avaliação
AV1 – Avaliação do Professor
Lista 1 – Atividade em sala de aula (até 4,0 pontos);
AV1 – Avalição presencial (até 6,0 pontos);
AV2 Integrada (toda a matéria dada);
AV Substituta: somente para alunos com atestado
aceito pela secretaria da Uninove.
Haverá controle de presença: Limite = 20 faltas 
Energia Elétrica: Forma de energia baseada na geração de diferenças de potencial entre dois pontos que permite estabelecer uma corrente elétrica entre ambos.
Transporte por longas distâncias com baixo índice de perdas (China/2000 km/800 kV);
Pode ser convertida em outras formas de energia com rendimento elevado;
Energia limpa (no consumo / produção?)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica
Comportamento de um circuito elétrico
+
-
R
E
I
E: Diferença de potencial (d.d.p) = volts = V
I: Corrente Elétrica = ampères = A
R: Resistência Elétrica = ohms = Ω
O que produz a diferença de potencial E?
Como a energia elétrica é produzida?
A energia elétrica é obtida a partir de outras formas de energia;
 A conversão de energia é um processo no qual um tipo de energia se transforma em outra (ocorrem perdas). 
A energia elétrica é Nobre: Pode ser convertida em outras formas de energia com rendimento elevado (perdas baixas)
Conversão de Energia
Exemplo: Aquecimento de água. Devemos utilizar o gás natural ou energia elétrica (supondo que ele foi produzida com gás natural)?
1) Aquecimento com gás natural
Rendimento = gás natural => Calor = 90% (1 conversão = perda de 10% da energia do gás natural)
2) Aquecimento com energia elétrica (produzida com gás natural)
Rendimento = gás natural => calor => energia mecânica => energia elétrica => calor 
Rendimento = 90% x 40% x 90% x 90% = 30% (4 conversões = perda de 70% da energia do gás natural)
Conclusão: Devemos usar o gás natural (menos nobre) para aquecimento e deixar a energia elétrica para aplicações mais nobres (iluminação, eletrônicos, motores). Os prédios novos não possuem chuveiros elétricos (são mais eficientes energeticamente).
Eficiência energética: melhor uso de um recurso
Produção de energia elétrica
Usinas geradoras de energia podem ser definidas como um conjunto industrial de obras e equipamentos que têm por finalidade a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencial energético de qualquer fonte energética. São também chamadas de estações geradoras.
http://www.alterima.com.br/index.asp?InCdSecao=20&InCdMateria=219&Defini%E7%E3o+usinas+geradoras
ENERGÉTICO
QUALQUER
ENERGIA
ELÉTRICA
Tipos de Fontes
FONTES CONVENCIONAIS
Hidrelétrica de grande porte;
Termelétrica (carvão mineral, gás natural, óleo combustível)
Nuclear (termelétrica)
FONTES ALTERNATIVAS
Hidrelétrica de pequeno porte;
Termelétrica (biomassa)
Eólica;
Solar fotovoltaica;
Maremotriz.
Convencionais ou Alternativas?
Convencionais
Tecnologia consolidada
Custo da energia é menor
Elevado impacto ambiental
Não renovável (exceto hidrelétricas)
Alternativas
Tecnologia em desenvolvimento
Custo da energia é maior
Vantagens ambientais
Renovável 
Energia renovável é aquela que vem de recursos naturais que são naturalmente reabastecidos, como sol, vento, chuva, marés e energia geotérmica.
É importante notar que nem todo recurso natural é renovável, por exemplo, o urânio, carvão e petróleo são retirados da natureza, porém existem em quantidade limitada (finita).
Não confundir renovável com reciclável. Renovável está relacionado com o tempo de reposição compatível com as atividades humanas (anos). Reciclável é a reutilização de uma material (lata de alumínio).
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_renov%C3%A1vel
O que é energia renovável?
Tempo de reposição
Renováveis
Plantio do eucalipto: 6 a 8 anos (indústria da celulose);
Cana de açúcar: 12 a 18 meses;
Capim elefante: 90 a 110 dias;
Chuvas: ciclos anuais 7 meses (seco) / 5 meses (úmido);
Luz solar (Brasil): 300 dias/ano.
Não renováveis
Petróleo: 10 a 400 milhões de anos;
Carvão mineral: 300 milhões de anos;
Urânio: anterior à formação da Terra (4,6 bi).
Energia elétrica no Brasil e no Mundo
https://brasilnosso.wordpress.com/matrizes-energeticas-do-brasil/
http://pt.slideshare.net/Cursinhodovicente/matriz-energtica-brasileira
Hidrelétricas: 81,7%
Termelétricas: 17,7%
Termelétricas : 82%
Hidrelétricas : 16%
https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.com/custo/
O custo da eletricidade por fonte
O que influencia o custo da energia?
Usina Hidrelétrica
http://www.riosvivos.org.br/Canal/O+que+sao+hidreletricas+/576
Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencial hidráulico existente num rio (queda). Quanto maior essa queda e o volume de água envolvido, maior será a quantidade de energia produzida.
A queda depende do relevo da região e o volume de água depende da vazão natural do rio. O Brasil é Hidrelétrico, pois cerca de 80% da eletricidade produzida provem de hidrelétricas (2011). A água é o combustível da Hidrelétrica? Como podemos obter a queda?
https://brasilnosso.wordpress.com/matrizes-energeticas-do-brasil/
Usina Hidrelétrica
Vantagens:
Energia limpa e renovável;
Energia de menor custo (em relação a outras opções)
Permitem regularizar a vazão do rio (controle de
secas e cheias), além de tornar o mesmo navegável. 
Desvantagens:
Impacto ambiental. Alagamento de áreas extensas.
(florestas, plantações, pastagens, belezas naturais, aldeias,
moradias). UHE Sobradinho/BA = 4.214 km²
Alto custo do sistema de transporte de energia. São
construídas distantes dos grandes centros consumidores;
Risco de racionamento (depende das chuvas).
São construídas considerando um risco de déficit de 5%;
Tempo de construção elevado (> 5 anos).
http://www.moodle.ufba.br/mod/book/view.php?id=29662&chapterid=13480
Construção da Hidrelétrica
Por onde começamos? A partir da análise do relevo.
Ferramenta = Curvas de nível. 
FONTE: http://www.atlasdasaguas.ufv.br/exemplos_aplicativos/roteiro_dimensionamento_barragens.html
Curvas de Nível => Reservatório
FONTE: http://geografiaeletrica.blogspot.com.br/2011/10/funcionamento-geracao-e-distribuicao-de.html
Funcionamento de uma hidrelétrica
http://www.designpage.org/itaipu-wonder-of-modern-world.html
UHE Itaipu (pedra na qual a agua faz barulho)
http://www.alstom.com/pt/press-centre/2015/5/rotortelespires2/
http://natanielsouza.blogspot.com.br/2012/06/por-dentro-da-usina-de-itaipu.html
Conduto forçado / Transporte de turbina
http://www.learnengineering.org/2014/06/Hydroelectric-power-Turbines.html
Tipos de turbinas para hidrelétricas
Pelton: 350 a 1100 m (países montanhosos). Quedas elevadas e baixa vazão;
Francis: 40 a 400 m. Queda e vazão intermediários; 
 Kaplan (Bulbo): Abaixo de 60 m. Baixa queda e alta vazão.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina_hidr%C3%A1ulica
http://www.learnengineering.org/2014/06/Hydroelectric-power-Turbines.html
Tipos de turbinas para hidrelétricas
Usina Termelétrica
É uma instalação industrial usada para geração de energia elétrica/eletricidade a partir da energia liberada em forma de calor, normalmente por meio da combustão de algum tipo de combustível renovável ou não .
O mundo é termelétrico, pois cerca de 80% da eletricidade é produzida por usinas termelétricas (2009).
O urânio é o combustível da usina nuclear?
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Ar/termeletrica.php
http://pt.slideshare.net/Cursinhodovicente/matriz-energtica-brasileira
Usina Termelétrica
Vantagens:
Ocupam espaços reduzidos (até no subsolo);
 Podem ser construídas próximas dos centros consumidores. Menor custo do transporte de energia;
Maior confiabilidade. Não dependem de fatores climáticos como chuvas, ventos, radiação solar;
Tempo de construção menor que das Hidrelétricas.
Desvantagens:
Energia mais cara que nas hidrelétricas;
Fonte não renovável (exceto biomassa);
Poluentes (CO2, SO2, Cinzas, lixo nuclear).
Ciclos termodinâmicos
Ciclo Rankine – Turbina a Vapor (TV):
Carvão mineral, óleo combustível, resíduo asfáltico. (mais pesados);
 Biomassa: bagaço de cana, serragem, resíduos de
Madeira, palha de arroz, capim elefante,
Ciclo Brayton – Turbina a Gás (TG)
Gás Natural, Diesel, álcool (mais limpos);
Ciclo Combinado – TV + TG
Requer uma caldeira de recuperação;
Melhora o rendimento global do combustível.
http://energiasalternativa-celpc.blogspot.com.br/2008/09/energia-termoeltrica.html
https://www.aprovaconcursos.com.br/questoes-de-concurso/questao/228618
Usina termelétricas – Turbina a vapor 
Usina termelétricas – Turbina a gás 
http://www.mspc.eng.br/termo/termod0530.shtml
Usina termelétricas – Ciclo combinado
http://www.gasnet.com.br/gasnet_br/termeletricas/fig002a.gif
Usinas termelétricas – Turbina por dentro
http://dim.usal.es/eps/mmt/wp-content/uploads/2012/11/TurbinaDeVapor1.jpg
Usinas termelétricas – Turbina por dentro
http://www.sicelub.com/por/ind_app.php?industria=9
http://admiradoresdafisica.blogspot.com.br/2012/08/energia-nuclear_7.html
Energia Nuclear
http://papofisico.tumblr.com/post/6002698259/energia-nuclear
Energia Nuclear: Reação em cadeia
http://www.apolo11.com/energias_alternativas.php?posic=dat_20110412-092735.inc
Energia Nuclear: controle
Usina Eólica
Energia eólica é a produção de energia elétrica a partir
da força dos ventos.
Possui uma série de vantagens ambientais.
É a fonte de energia alternativa com custo mais próximo
das convencionais e com altas taxas de investimento no
Brasil e no Mundo.
Usina Eólica (Éolo: Deus dos ventos)
Vantagens:
Energia limpa e renovável;
Baixo impacto ambiental;
Uso múltiplo do espaço: não afeta áreas agrícolas e
pecuária. Pode ser instalada sobre o mar.
Desvantagens:
Energia cara;
Alto custo do sistema de transporte de energia;
Fator de capacidade baixo, o que onera o seu custo;
Impacto visual (afeta regiões turísticas);
Morte de pássaros (rotas migratórias).
http://www.coladaweb.com/geografia/fontes-de-energia/energia-eolica
Usinas eólicas
Usinas eólicas 
http://juliano.loureiro.zip.net/images/eolica.jpg
http://revistagloborural.globo.com/Revista/Common/0,,EMI318551-18531,00-ENERGIA+EOLICA+TRAZ+LUCRO+A+PRODUTORES+RURAIS.html
Usinas eólicas 
A renda do produtor cresceu cerca de 50%.
http://www.pensamentoverde.com.br/dicas/ecoturismo-mundo-conheca-o-parque-kruger-na-africa/
Usinas eólicas 
http://www.savethelammermuirs.com/
Usinas eólicas - grupos contrários
Usinas eólicas - grupos contrários
https://savetheeagles.wordpress.com/birdkill-pictures/
Produzem energia elétrica a partir da luz solar (não confundir com sistemas de aquecimento de água). 
Praticamente toda a energia de que dispomos provem do
Sol, seja pela ação atual ou ocorrida há milhões de anos. (petróleo, biomassa, evaporação, ventos)
Possui uma série de vantagens ambientais.
É a fonte de energia alternativa com custo mais elevado.
Usina solar fotovoltaica
Usina solar fotovoltaica
Vantagens:
Energia limpa e renovável;
Baixo impacto ambiental;
Melhor opção para atendimentos de pequenas cargas distantes da rede elétrica (comunidades isoladas, radares fotográficos, telefones de emergência, satélites, estações de pesquisa).
Desvantagens:
Energia muito cara;
Processo de produção das placas gera lixo tóxico;
Fator de capacidade muito baixo (noite, dia nublado, variações da radiação solar no mesmo dia).
http://www.ufjf.br/labsolar/2011/05/26/condicionamento/
Usina solar fotovoltaica
http://www.sunedison.com.br/info/noticias/
Usina solar fotovoltaica
Usina solar fotovoltaica
http://www.americadosol.org/eletrificacao-rural-solar/
http://www.canstockphoto.com.br/solar-acionou-radar-velocidade-4066282.html
http://www.eusoucurioso.com/como-e-preparado-o-satelite-artificial-de-tv/
http://canaltech.com.br/noticia/empresas-tech/Projeto-propoe-painel-solar-na-Lua-para-abastecimento-energetico-da-Terra/
Usina solar da Lua?
Energia elétrica produzida a partir do calor contido no interior da terra (não depende do sol).
Vantagens:
Energia renovável;
Baixo impacto ambiental;
Desvantagens:
Energia cara;
Gases poluentes (CO2 e H2S) e minerais nocivos são trazidos com a água;
Poluição sonora;
A retirada de água faz o solo ceder (usina na Nova Zelândia afundou 14 m em 47 anos).
Energia geotérmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_geot%C3%A9rmica
https://sites.google.com/site/correiamiguel25/vulcanismo
Energia geotérmica
Geração de energia por meio do movimento das marés. (correntes marítimas, impacto das ondas, diferença entre maré baixa e alta, diferença de temperatura entre a superfície e regiões profundas). 
Vantagens:
Energia limpa e renovável;
Desvantagens:
Energia cara;
Impactos ambientais decorrentes de grandes obras de infraestrutura;
Energia maremotriz
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_maremotriz
http://jornalggn.com.br/noticia/a-exploracao-da-energia-das-mares-com-turbinas-flutuantes
Energia maremotriz (nível da maré)
http://jornalggn.com.br/noticia/a-exploracao-da-energia-das-mares-com-turbinas-flutuantes
Energia maremotriz (correntes oceânicas)
http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/energia/e-possivel-extrair-energia-mar-767135.shtml
Energia maremotriz (ondas)
http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/energia/e-possivel-extrair-energia-mar-767135.shtml
Energia maremotriz
Energia maremotriz (ondulação)
http://meioambiente.culturamix.com/blog/wp-content/gallery/energia-maremotriz/energia-maremotriz-3.jpg
Energia maremotriz (Difer Temp) 
http://www.marcusoliveira.yolasite.com/resources/Publica%C3%A7%C3%B5es/Textos/Geracao_Energia_Oceanosl.pdf
Energia maremotriz
http://fisica.cdcc.sc.usp.br/olimpiadas/01/Gabarito2_arquivos/fig_q7.gif
Transporte da Energia
Sistemas de Transmissão
Transportam energia elétrica por longas
 distâncias;
Operam em alta tensão (230 kV a 750 kV);
As tensões elevadas são necessárias para
minimizar as perdas de energia durante o
Transporte (P = V x I P = R x I²);
Os sistemas de transmissão são operados por Empresas Transmissoras de Energia;
Essas empresas possuem contato técnico
e comercial com Distribuidoras e grandes clientes.
Transporte da Energia
Sistemas de Distribuição
Distribuem energia elétrica por áreas limitadas (área de concessão da empresa);
 geográficas limitadasdistâncias;
Operam com tensão mais baixa (<= 138 kV);
Os sistemas de distribuição são operadas por Distribuidoras de Energia (Eletropaulo, CPFL, Bandeirante, Cemig, Copel, Celesc);
Essas empresas possuem contato técnico
e comercial com todas as categorias de clientes, desde grandes empresas até consumidores residenciais.
~
13,8 kV
230 kV
A1 – Nível de tensão (ANEEL)
Fábrica
Grande porte
230 kV
380 V
Usina
Sistema de Transmissão (Rede Básica)
SE Elevadora
de tensão
SE Abaixadora
de tensão (cliente investe)
SE = Subestação
Transformadores
Medição
Proteção
Sistema de Distribuição
230 kV
138 kV
A2 – Nível de tensão (ANEEL)
Fábrica de Grande / Médio porte
138 kV
220 V
SE abaixadora
de tensão
SE abaixadora
de tensão (cliente investe)
Sistema de Distribuição
138 kV
13,8 kV
A4 – Nível de tensão (ANEEL)
Fábrica de Pequeno porte / Shopping center
13,8 kV
220 V
SE abaixadora
de tensão
SE abaixadora
de tensão / Cabine primária
Sistema de Distribuição
13,8 kV
127/220 V
BT – Nível de tensão (ANEEL)
Comércio / Igrejas / Consumidores residenciais
Transformador
do poste