Produção de Energia

Prévia do material em texto

Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Produção de Energia 
Geração de Energia 
 
Geração Termoelétrica 
Geração Hidroelétrica 
Geração Eólica; 
Geração de energia através de Sistemas Fotovoltaicas; 
Geração de Energia através de Células Combustíveis; 
Geração Nuclear 
Geração Marítimas) 
Armazenamento de Energia 
2 
Geração de Energia 
Matriz Energética Mundial 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Recursos Naturais Utilizados Para Geração de 
Energia Elétrica 
Geração Térmica: 
-Recursos fósseis: diesel, óleo combustível, biodiesel, gás, 
-Biomassa (carvão, resíduos florestais, lixo urbano, etc.), urano 
(nuclear); 
Geração Hidráulica: Recursos Hídricos (Água); 
Geração Eólica: Vento; 
Geração Solar (Sistemas Fotovoltaicos): Radiação Solar; 
Geração Nuclear: Urânio 
Outras Tecnologias: Calor no interior do Planeta e Oceanos 
 
 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina termoelétrica – Recursos 
Fósseis 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usinas Termelétricas 
 
O funcionamento das termelétricas se dá pela conversão de 
energia térmica em mecânica, e desta em energia elétrica. 
Dois tipos de combustão utilizados: o de combustão externa, 
(Ex.: termelétricas a vapor), e o de combustão interna, (Ex.: 
turbinas a gás, e máquinas térmicas a pistão). Cogeração 
 
Os combustíveis mais utilizados nas centrais a vapor são: óleo, 
carvão, biomassa e derivados do petróleo, já nas centrais a gás 
são:o gás natural e o óleo diesel. Nesta sessão trataremos 
apenas das centrais que utilizam combustíveis fosseis. 
 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 6 
Mais "adequadas" à operação na ponta. 
Faixa típica de Potências: 
 
Chega-se até: 334 MW, Heat Rate = 8360 BTU/kWh 
(Mitsubishi) 
Potências na faixa de 22 MW (a 380 US$/kW) a 271 MW 
(a 183 US$/kW) 
 Os custos ficam na faixa de 180 a 404 US$/kW 
 
 
Unidade de Médio Porte Unidade de Grande Porte
Potência 50 MW 150 MW
Custos de Investimento 651 US$/kW 441 US$/kW
Custos de O&M fixo 16,8 US$/kW.ano 10,71 US$/kW.ano
Custos de O&M variável 0,11 US$/MWh 0,11 US$/MWh
Heat Rate (à plena carga) 12550 kJ/kWh 11710 kJ/kWh
 Centrais Termelétricas 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 7 
Quadro Comparativo 
Fixando Energia Térmica (vapor)
Equipamento Energia
Elétrica kW
Energia
Térmica kW
Perdas
kW
INPUT
kW
Turbina a vapor 12,5 100 12,5 125
Turbina a gás 62 100 38 200
Motor a gás 93 100 40 233
Fixando Energia Elétrica
Equipamento Energia
Elétrica kW
Energia
Térmica kW
Perdas
kW
INPUT
kW
Turbina a vapor 100 800 100 1000
Turbina a gás 100 161 61 323
Motor a gás 100 102,5 42,5 250
 Centrais Termelétricas 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 8 
Primeiro na matriz energética mundial, baixo custo e 
uma ampla utilização. Oriente Médio possui mais 
de 60% da produção mundial, já no mercado 
importador se destaca os EUA – 50% do petróleo 
mundial. 
Consumo mundial: 42,6% (2015) 
Produção de energia elétrica: 6,9% do consumo 
de petróleo mundial 
Petróleo e seus Derivados 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 9 
Produção de combustíveis para o transporte: gasolina, querosene e óleo 
diesel 
O principal meio de produção destes combustíveis são as refinarias de 
petróleo, que sintetizam os diversos derivados, produzindo, assim, uma 
grande variedade de produtos, dentre eles a gasolina (além de querosene, 
óleo diesel, dentre muitos outros). No Brasil, a produção petrolífera vem 
crescendo muito nos últimos anos, existem estimativas da possibilidade do 
país se tornar auto suficiente na produção de petróleo por volta de 2007. 
O processo de refino de petróleo no Brasil é realizado em sua maior parte 
pela Petrobrás, sendo que ela possui quatorze grandes refinarias (11 
integrais no Brasil, 2 na Bolívia e 1 na Argentina). O rendimento médio das 
refinarias de petróleo brasileiras é de 1. 680 milhão de barris de 
petróleo bruto por dia. 
Petróleo e seus Derivados 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Plantas de Gás
Natural
Petroquímica
RefinariasProspecção
Produção
Perfuração
 GLP
 Gasolina Natural
 Solventes
 Combustível Industrial
Gás
(via gasodutos)
Injeção para recuperação
secundária
Óleo
Óleo + Gás
Transporte: oleodutos ou
petroleiros
Insumos p/
petroquímica
Insumos p/
petroquímica
 GLP
 Gasolina
 Querosene
 Óleo diesel
 Óleo Combustível
 Resíduos: asfalto, coque
 Plásticos
 Fibras
 Borracha Sintética
 Fertilizantes
 Detergentes
CADEIA PRODUTIVA DO SETOR PETROLÍFERO 
Petróleo e seus Derivados 
Geração de Energia 
UPSTREAM MIDDLESTREAM DOWNSTREAM
IMPORTAÇÃO
IMPORTAÇÃO EXPORTAÇÃO
 Gaseificação de GNL
 Formulação
 Blending
REFINO
REFINO
PERFURAÇÃO Terminal
Terminal
Terminal
 POSTOS DE VENDA
 INDÚSTRIAS
PETROQUÍMICAS
OLEODUTOS
GASODUTOS
PETROLEIROS
 Transporte
 Unidade de Processo
 Import/ Export
 Qualidade produtos
 Exploração
 Desenvolvimento
 Produção
CADEIA PRODUTIVA DO SETOR PETRÓLEO 
Petróleo e seus Derivados 
Geração de Energia 
Petróleo e seus Derivados 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Segundo lugar na matriz energética mundial, devido principalmente ao 
seu baixo custo. Os principais mercados exportadores são os USA (21%), 
a Austrália (37%) e a África do Sul (15%). Suas reservas são suficientes 
para suprir as necessidades atuais por centenas de anos. 
 
A metade da produção mundial de carvão tem como finalidade a 
produção de energia elétrica. No Brasil a participação do carvão na 
geração de energia elétrica é reduzida; isso se deve à pouca ocorrência 
desse insumo no território nacional e a “pobreza” do carvão disponível 
(baixo teor calórico). As usinas mais significativas encontram-se no Rio 
Grande do Sul e em Santa Catarina. 
 Carvão Mineral 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
É o terceiro lugar na matriz energética mundial. 
 
Aproximadamente 13% das termelétricas mundiais são abastecidas com 
gás natural, e essas são responsáveis por 3% da produção de energia 
primaria do mundo. Os USA, o Canadá e a ex-URSS são os maiores 
produtores de gás natural, sendo que os maiores mercados importadores 
são novamente os USA e a Europa Ocidental. 
 
No Brasil, o crescimento do uso do gás natural parece limitado a 
investimentos que aumentem a rede de distribuição pelo país, sua 
aplicação mais imediata se dá pelo uso do gasoduto Brasil-Bolívia, além 
do uso do gás da Argentina através de interconexão elétrica. 
 
Gás Natural 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Gás Natural 
 
Pode estar ou não associado ao petróleo. É predominantemente formado 
por metano; apresenta baixos teores de contaminantes, como o 
nitrogênio, o dióxido de carbono, a água e compostos de enxofre. 
A exploração, primeiro elo da indústria de petróleo e gás natural, está 
dividida basicamente em pesquisa e perfuração. Depois de confirmada a 
existência de petróleo e gás natural, inicia-se a fase de desenvolvimento 
e produção. 
Até este ponto as indústrias de petróleo e gás natural caminham juntas. 
Nas unidades de produção, parte do gás é utilizada como gás lift para 
reduzir a densidade do petróleo facilitando sua extração e parte é 
reinjetada com duas finalidades: recuperação secundária (que 
aumenta a pressão interna do reservatório) ou armazenamento em 
poços de gás nãoassociado. 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
O restante pode ser: consumido internamente na geração de 
eletricidade e vapor; queimado em flares, caso não haja infra-
estrutura suficiente que permita seu aproveitamento e; escoada 
para Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN) 
ou diretamente consumidas. 
 
Nas UPGN's, ocorre a separação das frações mais leves do gás 
natural e obtêm-se o gás natural seco (metano e etano), o Gás 
Liqüefeito de Petróleo - GLP (propano e butano) e a gasolina 
natural (pentano e superiores). 
 
Gás Natural 
Vantagens: 
• Pode ser construída próximo ou junto aos locais de consumo, 
implicando em economia nos custos de implantação; 
• O carvão mineral, usado como matéria-prima, tem fácil extração, 
custo moderado por ser cotado em moeda nacional e questões 
ambientais equacionadas. 
 
Desvantagens: 
• Elevados gastos com combustíveis e sua manutenção; 
• Dependendo do combustível, impactos ambientais como: poluição 
do ar, aquecimento das águas, o impacto da construção de estradas 
para o abastecimento de combustível da usina, agravamento do 
efeito estufa, chuva ácida, etc. 
Vantagens e Desvantagens 
Geração de Energia 
A implementação dos projetos de Termoelétricas - enfrentam 
problemas comuns aos grandes empreendimentos : 
• a demora de até três anos na obtenção das licenças ambientais que 
permitem o início da obra; 
 
As dificuldades nas emissões de Licenças para Termelétricas: 
• Falta de pessoal para análise de projetos; 
• Alta demanda para análise (vários projetos de diferentes 
empreendimentos); 
• No Brasil há 38 projetos de Termelétricas, no qual 12 são de 
grande porte. 
• As localizações geralmente são próximas as zonas urbanas, onde o 
limite de poluição de ar já esta próximo dos limites exigidos. 
 
Licenças Ambientais 
Geração de Energia 
Os principais problemas ambientais na implantação de UTE's estão 
relacionados ao uso da água e à deterioração da qualidade do ar devido 
à emissão de poluentes na atmosfera. 
 
A quantidade de água captada dos rios, lagos ou reservatórios para o 
sistema de resfriamento (necessário para a condensação do vapor de 
exaustão das turbinas); 
 
A qualidade do ar desses grandes centros industriais já estão 
comprometidas e a geração termelétrica utilizando combustíveis fósseis 
está associada a problemas de poluição local e regional como chuva 
ácida e a produção de "smog". 
ASPECTOS AMBIENTAIS 
Geração de Energia 
Imagens 
Usina Termoelétrica de Araucária Usina Termoelétrica de Uruguaiana 
Usina Termoelétrica CET2 
Companhia Siderúrgica Nacional 
Usina Termoelétrica de Santa Cruz 
Geração de Energia 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina termoelétrica - Biomassa 
Biomassa Caldeira Turbina Gerador 
Rede Elétrica 
Consumidor 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA 
Classificação de Combustíveis gerados a partir de biomassa: 
 
Combustíveis Produtos e 
Subprodutos 
Energéticos 
Derivados 
 
 
Combustíveis Sólidos 
Produtos Primários: 
 
 
Subprodutos 
(Resíduos): 
- Madeira e outros 
-Matérias ligno-celuloses 
 
-Resíduos da Agricultura 
-Resíduos da Silvicultura 
-Resíduos Atividades urbanas 
 
 
Combustíveis Líquidos 
Fermentação 
Pirólise 
Liquefação 
Etanol 
Metanol 
Etc. 
 
Combustíveis Gasosos 
Processo Biológico 
Anaeróbio-biogás 
Gaseificação 
Digestão 
Biogás 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Processo de Combustão ou Queima Direta 
Oxidante (ar ou O2)
Queima Direta
(Combustão)
Q
Gaseificação com 
ou sem catalizador
Gás combustível
(CO, H2, ...)
Transformação 
Catalítica
Metano 
(CH4)
Metanol 
(CH3OH)
Vapor de 
Água
Oxidante (ar)
Biomassa Pirólise
- Gases Quentes
- Vapor
Gases: H2, CO,CO2,CH4,C3H4
Liquidos (alcatrão, acido pirolenhoso, 
etc)
Carvão
Calor
Liquefação 
(Catalitica)
CO2
Combustivel Liquido
CO
Vapor de 
Água
Fermentação
Levedura
Etanol
CO2
Digestão 
Anaeróbica
Metano
CO2
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Processo de Combustão ou Queima Direta 
Combustão ou Queima Direta: Transformação da energia química do 
combustível em calor por meio das reações dos elementos constituintes do 
combustível com oxigênio do ar fornecido além da quantidade estequiométrica 
(quantidade mínima teórica para a combustão); 
 
Gaseificação: Aquecimento da biomassa em presença de oxidante (ar ou O2) 
em quantidade menores do que estequiométrica, obtendo-se um gás combustível 
composto de CO, H2, CH4 e outros. Deste gás, utilizando-se catalisadores, pode-se 
obter adicionalmente metano, hidrogênio e amônia; 
 
Pirólise:Aquecimento da biomassa em ausência de oxidante (oxigênio). Obtem-
se, como resultado, um gás combustível, produtos líquidos (alcatrão e ácido piro-
lenhoso) e uma substância carbonosa que pode ser convertida em carvão ativado. 
É o processo usado na fabricação do carvão vegetal; 
25 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
PROCESSO DE COMBUSTÃO 
26 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
GASEIFICADOR AUTOMATICO 
27 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Liquefação:Processo de produção de combustíveis líquidos por meio da 
reação da biomassa triturada em um meio liquido com monóxido de carbono 
(CO), em presença de um catalisador alcalino (em condições de P = 150 – 250 
atm, T = 300 -350 C, t = 10-30 minutos), obtem-se um liquido viscoso que pode 
ser utilizado como combustível em fornos; 
 
Fermentação: Conversão anaeróbica de compostos orgânicos pela ação de 
microorganismos, em grande dos casos da levedura Saccharomyces cerevisiae. 
No caso da fermentação alcoólica o substrato orgânico é a sacarose e os 
produtos são fundamentalmente o etanol e o gás carbônico; 
Processo de Combustão ou Queima Direta 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Processo de Combustão ou Queima Direta 
Biodigestão- Biogás: Conversão anaeróbica de compostos orgânicos 
pela ação de microorganismos. Para a produção de biogás (metano e 
gás carbônico) utiliza-se de microorganismos acidogênicos e 
metanogênicos. 
 
Tecnologia Utilizada: 
 
Biodigestor Anaeróbico: Equipamento usado para produção de biogás 
(metano); 
 
Matéria utilizada: resíduos de produção (vegetal), esterco, lixo 
domestico, etc. 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
ESQUEMA DO BIODIGESTOR TIPO CHINÊS 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
Participação pequena na matriz energética mundial. Pode ser produzida a 
partir do uso do etanol, do bagaço de cana, do carvão vegetal, do óleo 
vegetal, da lenha, da beterraba, do arroz, entre outros. 
 
Nos USA a biomassa representa 4% da energia primaria usada no país, 
enquanto no Zimbabue é de 40% . No Brasil o uso de biomassa é 
principalmente dado pelo álcool veicular. 
 
Atualmente, existem pouco mais de 300 centrais elétricas de biomassa 
no território brasileiro, a grande maioria pequenas. O bagaço de cana é o 
que apresenta maior potencial para geração de energia elétrica: o 
período de safra coincide com o período seco das centrais hidrelétricas. 
 
 
Centrais de Biomassa 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais de Biomassa 
 Briquetes de madeira 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 Grande safraagrícola permite o uso de 
resíduos para a geração distribuída. 
 A tecnologia já é matura, sendo boa parte 
nacionalizada. 
Centrais de Biomassa 
Geração de Energia 
34 
Área de plantio necessária p/ uma central térmica baseada em biomassa 
Centrais de Biomassa 
Geração de Energia 
Biodiesel 
Vegetable oils Recycled Greases 
Dilute Acid 
Esterification 
Transesterification 
Crude Glycerin 
Refining 
Crude biodiesel 
Biodiesel 
Sulfuric Acid 
 + 
methanol 
Methanol + KOH 
Glycerin 
refining 
Glycerin 
Methanol 
recovery 
Centrais de Biomassa 
36 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
PRODUTOS DERIVADOS DA 
BIOMASSA 
• BIO-ÓLEO 
• BIOGÁS 
• BIOMASS-TO-LIQUIDS 
• ETANOL CELULÓSICO 
• BIOETANOL 
• BIOGASOLINA 
• BIODIESEL 
• ÓLEO VEGETAL 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 VANTAGENS DA BIOMASSA 
• BAIXO CUSTO DE AQUISIÇÃO; 
• NÃO EMITE DIÓXIDO DE ENXOFRE; 
• AS CINZAS SÃO MENOS AGRESSIVAS AO MEIO 
AMBIENTE QUE AS PROVENIENTES DE COMBUSTÍVEIS 
FÓSSEIS; 
• MENOR CORROSÃO DOS EQUIPAMENTOS (CALDEIRAS, 
FORNOS); 
• MENOR RISCO AMBIENTAL; 
• RECURSO RENOVÁVEL; 
• EMISSÕES NÃO CONTRIBUEM PARA O EFEITO ESTUFA. 
 
 
 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
DESVANTAGENS DA BIOMASSA 
• MENOR PODER CALORÍFICO; 
 
• MAIOR POSSIBILIDADE DE GERAÇÃO DE MATERIAL 
 PARTICULADO PARA A ATMOSFERA. ISTO SIGNIFICA 
MAIOR CUSTO DE INVESTIMENTO PARA A CALDEIRA E 
OS EQUIPAMENTOS PARA REMOÇÃO DE MATERIAL 
PARTICULADO; 
• DIFICULDADES NO ESTOQUE E ARMAZENAMENTO. 
 
 
Geração de Energia 
IMPACTOS AMBIENTAIS 
A respeito das conveniências referidas, o uso da biomassa em 
larga escala também exige certos cuidados que devem ser 
lembrados, durante as décadas de 1980 e 1990 o 
desenvolvimento impetuoso da indústria do álcool no Brasil 
tornou isto evidente. Empreendimentos para a utilização de 
biomassa de forma ampla podem ter impactos ambientais 
inquietantes. O resultado pode ser destruição da fauna e da 
flora com extinção de certas espécies, contaminação do solo 
e mananciais de água por uso de adubos e outros meios de 
defesa manejados inadequadamente. Por isso, o respeito à 
biodiversidade e a preocupação ambiental devem reger todo 
e qualquer intento de utilização de biomassa, a biomassa 
pode ser utilizada tanto para energia quanto para outras 
utilidades.. 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina hidroelétrica 
41 
Geração de Energia 
Potencial Hidroelétrico Mundial 
Geração de Energia 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
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 em um rio. As partes principais de uma 
usina hidrelétrica são: a barragem, as comportas e o 
vertedouro, e a casa de máquinas, onde estão instalados os 
geradores acoplados às turbinas. Para transformar a força 
das águas em energia elétrica, a água represada passa por 
dutos forçados, gira a turbina que, por estar interligada ao 
eixo do gerador, faz com que este entre em movimento, 
gerando a eletricidade. 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
46 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 
1. Barragem 
2. Tomada d’água e 
condutos forçados 
3. Casa de força 
4. Vertedouro 
5. Subestação 
elevadora 
47 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
1. Barragem 
2. Tomada d’água e 
condutos forçados 
3. Casa de força 
4. Vertedouro 
5. Subestação 
elevadora 
Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Barragens 
São construídas, 
principalmente, para: 
represar a água para 
captação e desvios, elevar o 
nível da água para 
aproveitamento elétrico e 
navegação, e regularizar as 
vazões e amortecimento de 
ondas de enchentes. A 
solução técnica para a 
escolha do tipo de 
barragem depende do 
relevo, da geologia e do 
clima do local. 
 
 
49 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
1. Barragem 
– para criar diferença de níveis (montante >> jusante → maior potência) 
– para formar um reservatório 
• compensação – volume suficiente apenas para regularização das 
descargas semanais ou diárias (usinas fio d’água) 
• acumulação – maiores, com capacidade para regularizar vazões de 
um mês, ano ou mais 
– atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais: 
» armazenamento nos períodos úmidos 
» deplecionamento nos períodos secos 
– importante função no controle das cheias 
» durante período úmido, parte do reservatório fica vazia = 
volume de espera 
» conflito de objetivos com produção de energia, pois reduz a 
capacidade de armazenamento 
• usinas de bombeamento (reversíveis) – possuem 2 reservatórios em 
níveis diferentes – rendimento ~ 70% 
Centrais Hidrelétricas 
50 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 Barragem de concreto 
– de gravidade - constituídas por uma parede de concreto que resiste pelo próprio 
peso à impulsão da água e transmite as solicitações à fundação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– em arco ou em abóbada – construídas em vales apertados, podendo ter altura 
maior que largura. Podem apresentar dupla curvatura, vertical e horizontal. 
Curvatura horizontal permite transmitir a força da impulsão da água para as 
margens. 
Barragem de gravidade Barragem em arco ou abóbada 
Centrais Hidrelétricas 
51 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
 Barragem de aterro 
– de terra – constituídas de solos de jazidas ou obtidos das escavações obrigatórias, 
sendo compactados por equipamentos mecânicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– de enrocamento – constituídas por um maciço de blocos de rocha de todos os 
tamanhos cuja vedação é obtida através de uma membrana impermeável. A 
membrana pode ser colocada à montante ou no centro da barragem, verticalmente 
ou inclinada. Ela pode ser de solo impermeável, concreto armado, concreto 
asfáltico, aço e etc. 
Barragem de terra Barragem de enrocamento 
52 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
2. Tomada d’água e condutos forçados 
– para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de força 
– pode ser compreendido por: 
• câmara de carga – estrutura que interliga o sistema de baixa pressão 
em canal com o de alta pressão 
– na partida garante que não entre ar no conduto forçado 
– nas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do 
sistema de adução 
• chaminé de equilíbrio – estrutura que interliga o sistema de baixa 
pressão em encanamento com o de alta pressão 
– na partida garante que não entre ar no conduto forçado 
– nas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete 
• duto forçado – sistema de alta pressão que leva a água às turbinas 
hidráulicas 
53 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
 Tomada d’água 
 
 
 
 
 
 
54 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
 Conduto forçado 
 
 
 
 
 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
ComportasPermitem isolar a 
água do sistema final 
de produção da 
energia elétrica, 
tornando possíveis, 
por exemplo, 
trabalhos de 
manutenção. 
 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Vertedouro 
Em hidráulica, vertedouro é 
um canal artificial executado 
com a finalidade de conduzir 
seguramente a água através 
de uma barreira, que 
geralmente é uma barragem, 
ou ele é destinado a auxiliar 
na medição da vazão de um 
dado fluxo de água. 
O excesso de água 
acumulada em um 
reservatório de uma 
barragem, de uma usina 
hidrelétrica, água essa que 
não é aproveitada na geração 
de energia elétrica, deve ser 
drenada pelo vertedouro. 
 
Vertedouro da UHE Coaracy Nunes 
Vazão por Comporta 1200m3/seg 
57 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
4. Vertedouro 
– para liberação da água sem passagem pela casa de força 
– dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com 
60 a 80% de sua capacidade. 
– inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga 
58 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
3. Casa de força 
– local onde estão instalados 
• grupos turbina-gerador 
• equipamentos auxiliares 
• canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a água para o rio) 
– deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e desmontagem dos 
equipamentos instalados) 
– tipos de turbinas 
• ação: Pelton – transforma energia cinética d’água em trabalho 
– construídas com eixo vertical ou horizontal 
– rotor da turbina gira no ar 
• reação: Francis, hélice pás fixas ou móveis (Kaplan) – transforma energia 
cinética e de pressão d’água em trabalho 
– rotor gira dentro da corrente d’água 
– fluxo d’água orientado e distribuído igualmente pela região periférica 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Casa de máquinas 
Prédio onde estar instado os geradores de 
energia elétrica e suas respectivas turbinas, 
bem como os seus auxiliares como bomba de 
óleo, compressor, e etc. 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Tipos de turbinas hidráulicas 
A turbina hidráulica possui uma grande variedade 
de formas e tamanhos, efetua a transformação da 
energia hidráulica em energia mecânica. E dividem-
se entre quatro tipos principais: Pelton, Francis, 
Kaplan, Bulbo. Cada um destes tipos é adaptado 
para funcionar em usinas, como uma determinada 
faixa de altura de queda. As vazões volumétricas 
podem ser igualmente grandes em qualquer uma 
delas, mas a potência será proporcional ao produto 
da queda (H) e da vazão volumétrica (Q). 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas Tipos de turbinas hidráulicas. 
Em todos os tipos há alguns princípios de 
funcionamento comuns. A água entra pela tomada 
d´àgua, a montante da usina que está numa nível 
maior, e é levada através de um conduto forçado até a 
entrada da turbina. Lá a agua passa por um sistema de 
palhetas guias móveis, que controlam a vazão 
volumétrica fornecida à turbina. Para se aumentar a 
potência as palhetas se abrem, para diminuir a 
potência elas se fecham. Após passar por este 
mecanismo a água chega ao rotor da turbina. Nas 
turbinas Pelton, não há um sistema de palhetas 
móveis, e sim um bocal com uma agulha móvel, 
semelhante a uma válvula. O controle da vazão é feito 
por este dispositivo. 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Classificação dos Tipos de turbinas hidráulicas. 
De acordo com a queda dágua os principais tipos 
de turbina hidráulica são respectivamente: 
Pelton 
Francis 
Kaplan 
Bulbo 
63 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
 Turbinas – indicação em função da altura da queda H 
 
 
 
 
> 600 m → Pelton 
 
 
 
 
100 a 600 m → Francis e Pelton 
 
 
 
 
 
 
 
15 a 80 m → Kaplan e Francis 
 
 
 
5 a 20 m → Kaplan 
 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Pelton. 
Essa turbina foi idealizada cerca de 1880 pelo americano Pelton de onde se originou o 
nome. São adequadas para operar entre quedas de 350 m até 1100 m, sendo por isto 
muito mais comuns em países montanhosos. 
 
Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores que os outros, e 
tem o rotor de característica bastante distintas. O que se vê é o rotor ao centro, 
cercado por bocais. Cada um bocal é controlado por um servo motor e tem uma 
válvula na forma de agulha para o controle da vazão. Os jatos de água ao se chocarem 
com as "conchas" do rotor geram o impulso. 
 
Dependendo da potência que se queira gerar podem ser acionados os 6 bocais 
simultaneamente, ou apenas cinco, quatro, etc... O número normal de bocais varia de 
dois a seis, igualmente espeçados angularmente para garantir um balanceamento 
dinâmico do rotor. 
 
Um dos maiores problemas destas turbinas, devido à alta velocidade com que a água 
se choca com o rotor, é a erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada 
com a água, comum em rios de montanhas. As turbinas pelton, devido a possibilidade 
de acionamento independente nos diferentes bocais, tem uma curva geral de 
eficiência plana, que lhe garante boa performance em diversas condições de 
operação. 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Pelton. 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Francis. 
A turbina Francis foi idealizada em 1849, tendo o nome do seu inventor, sendo que a 
primeira turbina foi construída pela firma J.M. Voith em 1873, passando desde então 
por aperfeiçoamentos constantes. 
 
Tem sido aplicada largamente, pelo fato das suas características cobrirem um grande 
campo de rotação específica. Atualmente se constroem para grandes aproveitamentos, 
podendo ultrapassar a potência unitária de 750 MW. 
 
É uma típica turbina de reação, pois recebe água sob pressão na direção radial e 
descarrega numa direção axial, havendo transformação tanto de energia cinética como 
de energia de pressão em trabalho. 
 
A vazão trazida até a turbina pelo conduto forçado é dirigida em direção radial para a 
roda e, ao sair, ganha uma direção axial indo para o canal de fuga através do tubo de 
sucção. 
 
A roda Francis apresenta um íntimo contato com a água que percorre os seus canais, 
não sendo, por isto, recomendável o seu emprego em usinas cuja água possua alto 
teor de sólidos em suspensão, que acarretam excessivo desgaste da roda por erosão. 
As turbinas Francis podem ser instaladas de eixo horizontal ou vertical, sendo este 
ultimo mais comum nas usinas de grande potencia. 
 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Francis. 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Kaplan. 
A tendência e também a necessidade de se obter rotores mais velozes levou a 
construção, por Victor Kaplan, das turbinas hélices. 
 
A seguir, decorrente de pesquisas e experiências que mostravam haver uma estreita 
relação entre as potencias das hélices das roda, a abertura das aletas e o rendimento, 
construiu-se uma turbina dotada de um dispositivo de regulagem que possibilitasse as 
hélices acompanharem a variação das aletas. Assim as turbinas deste tipo, com pás 
móveis no rotor, passaram a ser chamadas de turbinas Kaplan, enquanto as pás fixas 
receberam o nome de turbinas Hélice. 
 
Cada pá está individualmentepresa à ogiva, possuindo movimento de rotação em 
torno de seus próprio eixo, mudando de ângulo. Este movimento é simultâneo para 
todas as pás. Essas turbinas são comuns em baixas quedas; pensa-se atualmente, 
estender seu campo de aplicação para saltos médios, em consideração a sua grande 
flexibilidade de ação frente às variações de capacidade e também às variações de 
velocidade e queda, graças às regulação das pás motrizes. 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Kaplan. 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Bulbo. 
A turbina bulbo apresenta-se como uma solução compacta da 
turbina Kaplan, podendo ser utilizada tanto para pequenos quanto 
para grandes aproveitamentos. Se caracteriza por ter o gerador 
montado na mesma linha da turbina em posição quase horizontal e 
envolto por um casulo que o protege do fluxo normal da água. 
 
É empregada na maioria das vezes para aproveitamentos de baixa 
queda e quase sempre a fio d’água. Sua concepção compacta de 
uma turbina Kaplan reduz consideravelmente o volume das obras 
civis, tornando a mesma de menor custo. Em compensação, o custo 
do equipamento eletromecânico, turbina e gerador é maior que os 
das turbinas convencionais, pela tecnologia e processos de 
fabricação aplicáveis em termos de ajustes e vedações. 
 
Geração de Energia 
Centrais Hidrelétricas 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Turbina Bulbo. 
72 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
 Geradores 
– síncrono 
– pólos salientes 
– geralmente múltiplos de 4 pólos 
– necessita de alimentação CC (capacidade de black-start) 
• gerador auxiliar para produção de CC 
• excitatriz estática 
– em função das perdas, máquinas de grande porte necessitam 
sistema de refrigeração (em circuito fechado, para evitar 
entrada de corpos estranhos) 
73 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
 Geradores 
 
 
 
 
p
f120
rpm 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Centrais Hidrelétricas 
As centrais hidrelétricas podem ser classificadas em: 
 
Centrais a fio d’água: capacidade de armazenamento 
pequena e, em geral, dispõem somente da vazão natural 
do curso de água para gerarem energia; 
 
Centrais de acumulação: reservatórios de água são 
plurianuais; 
 
Centrais com armazenamento por bombeamento ou 
com reversão. 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
Além disso se dividem em três grupos: as Grandes Centrais 
Hidrelétricas, as Médias Centrais e as Pequenas Centrais 
Hidrelétricas (PCH’s). 
As centrais hidrelétricas correspondem a cerca de 75% da produção de 
energia elétrica brasileira. Somente Itaipu, que tem capacidade para 
gerar 12,6 GW, perfaz 17% da capacidade nacional. 
Essa dependência das usinas hidrelétricas causou grandes problemas 
no ano de 2001 no setor elétrico brasileiro, devido a um período com 
menos chuvas e face ao aumento do consumo (além de outros 
fatores). 
 
Centrais Hidrelétricas 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina eólica 
77 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
CONCEITO- ENERGIA EÓLICA 
 
• Basicamente, a energia eólica se dá pela conversão 
da energia mecânica que é formada pela passagem 
do vento nas pás(hélices), que é o rotor, a partir dai 
essa energia é mandada pra os ditos geradores e 
transformada em energia elétrica, assim distribuída 
para o consumidor. 
78 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
CONCEITO- ENERGIA EÓLICA 
onde: 
P – Potência em watts; 
ρ – densidade do ar (1.225 kg/m3 no nível do mar e a 15oC); 
Ar – área varrida pelo rotor (Ar = πD
2/4, D=2R é o diâmetro do rotor e R é o comprimento 
da pá); 
Cp – coeficiente aerodinâmico de potência do rotor (valor máximo teórico = 0.593, na 
prática atinge 0.45 e é variável com o vento, rotação, e parâmetros de controle da 
turbina); 
v -velocidade do vento, em m/s; 
η - eficiência do conjunto gerador/transmissões mecânicas e elétricas (~0.93-0.98). 
79 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de 
ar em movimento (vento). 
 
 
80 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 Acredita-se que foram os egípcios os primeiros a fazer uso 
prático do vento em torno do ano 2800 AC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
81 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 Logo após vieram os persas, que começaram a utilizar a força 
dos ventos a partir de 700 d.C.. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Moinho de Vento Persa 
82 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
A força do vento e da água logo tornaram-se a fonte primária 
da energia mecânica medieval inglesa. 
A geração de eletricidade pelo vento começou em torno do 
início do século XX. 
Moinho de Vento de Blyth 
83 
Geração de Energia 
Turbina Eólica de Brush Turbina Eólica atual 
84 
Geração de Energia 
O princípio de funcionamento baseia-se na conversão de energia 
cinética em energia elétrica, através de um aerogerador. 
85 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
86 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Globalização da micro geração 
 
• Segundo especialistas da área, uma alternativa 
para reduzir o risco de apagões e o custo 
econômico e ambiental da produção de energia 
no país revela-se a microgeração. Com o avanço 
das energias renováveis, grandes parques eólicos 
começam a surgir em diferentes pontos do 
mundo. E o desenvolvimento dessa tecnologia 
tem avançado consideravelmente. 
87 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
• Apesar dos potenciais benefícios da 
geração distribuída, como reduzir a carga 
na rede, a dependência de térmicas e os 
gastos com a conta de luz, a micro geração 
ainda engatinha no Brasil. 
 
Globalização da micro geração 
88 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
MICRO GERADORES EÓLICOS 
• Os micro ou mini geradores, usa do principio 
de geração de energia eólica, tendo 
capacidade para fornecer energia para 
pequenos consumidores(casas, comércio, 
galpões de indústrias), os micro gera 
potências igual ou a partir de 75 kW, mini 
geradores gera acima de 75 KW a 5 MW. 
89 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
INSTALAÇÃO 
• Os micro geradores, são instalados mais 
próximos do solo, em função de seu tamanho, 
a geração é proporcional a velocidade do 
vento, assim na sua instalação deve ser 
analisados: solo e edificações ao redor- 
visando melhor aproveitamento, lugares sem 
obstáculos para circulação do vento. 
90 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
TIPOS 
• Existem os geradores de eixo horizontal e 
geradores de eixo vertical. Os geradores de eixo 
horizontal são bem mais comuns no mercado, e 
possuem eficiência mais elevada, no entanto, 
uma das vantagens do eixo vertical é que são 
bem menos barulhentos e tem uma integração 
melhor á edificação. 
91 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
EIXO HORIZONTAL 
 
• Possuem três ou mais pás; 
• Apresenta melhor eficientes que todos os 
tipos de geradores, mas operando com 
ventos sem muitas mudanças de direção; 
• Mais barulhentos; 
• Inadequado para locais de ventos com 
turbulencias 
 
92 
Geração de EnergiaProf. Dr. José Bione de Melo Filho 
1. pás 
2. Rotor. 
3. Eixo do rotor (eixo de baixa velocidade) 
4. Caixa multiplicadora de velocidades. 
5. Serie de engrenagens dentro da caixa 
multiplicadora de velocidades. 
6. Freno. 
7. Eixo do gerador de eletricidade (eixo de 
alta velocidade) 
8. Gerador (alternador ou dínamo) de 
eletricidade. 
9. Cabos que transportam a energia 
produzida às linhas de distribuição de 
eletricidade 
93 
Geração de Energia 
EIXO HORIZONTAL EIXO VERTICAL 
94 
Geração de Energia 
ROTOR SAVONIUS 
• Não necessita de muito vento para iniciar geração; 
• Suporta melhor ventos mais turbulentos; 
• É muito silencioso – quase inaudível; 
• Ideal para áreas urbanas; 
• Contudo, gera potências mais baixas; 
95 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
ROTOR DARRIEUS 
 
• Níveis de potência maiores; 
• Pode ser instalados em área urbana; 
• Alguns modelos são ruidosos; 
• Precisa de um sistema de aceleração 
para iniciar; 
• Desvantagem no preço, geralmente 
mais caros que os demais 
96 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Rotor H-Darrieus 
 
 
• As pás são postas em paralelo 
• Mais eficiente que o tipo Darrieus. 
• esse modelo não necessita de um sistema 
de aceleração para iniciar geração; 
• Bastante silencioso 
 
97 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Complementos 
• Para a escolha do tipo do micro gerador, deve-se observar a 
incidência de ventos, velocidade e a característica dele no 
local. 
• A nova regulamentação da ANAEEL, permite a injeção de 
energia na rede em troca de créditos em kWh na conta de 
luz. 
• Deve-se contratar empresas sérias, para a segurança 
de todos. A instalação e manutenção é feita pela 
distribuidora de energia local, assim o consumidor 
desejar uma geração eólica, deve-se contata-la. 
98 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Complementos 
• Além das contribuições na economia da casa, apresenta um 
elevada contribuição para sustentabilidade do planeta, 
alcançando os critérios de escolha de geradores de energia, 
sendo eles ecológica,social e economicamente eficientes. 
99 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Dentro dessa abordagem sobre energia eólica, encontram-se 
alguns sistemas eólicos que são o Sistema Eólico Isolado, o 
Sistema Eólico Hibrido e o Sistema Eólico de Injeção na Rede. 
 
Sistema Eólico Isolado 
100 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Sistema Eólico Hibrido 
101 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Sistema Eólico de Injeção na Rede 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
O conhecimento da velocidade média do vento é de 
fundamental importância para a estimativa de energia a ser 
gerada em uma região (potência é função do cubo da 
velocidade) 
 
A eletricidade gerada pela força dos ventos pode ser estimada 
em 24 Terawatts-hora. 
 
Maior obstáculo é conjugar a inconstância dos ventos com a 
necessidade de produção energética. 
 
No Brasil a produção de energia eólica encontra-se em fase de 
expansão, a produção total de energia eólica no país 
ultrapassa os 10 GW. 
 
 
 Centrais Eólicas 
103 
Geração de Energia 
 O fato de que energia eólica seja uma fonte de energia 
higiênica, limpa, renovável e ecológica não significa que seu 
impacto ambiental seja nulo. 
 Existem as vantagens e Desvantagens. 
 VANTAGENS: 
1- Tecnologia Inesgotável; 
2- Não emite gases poluentes e não gera resíduos; 
3- Não requer uma manutenção frequente, uma vez que sua 
revisão é semestral; 
 DESVANTAGENS: 
1- Os parques eólicos geram um grande impacto visual devido 
aos aerogeradores; 
2- Causa impacto sonoro; 
 
 
 
3- Pode afetar o comportamento habitual de migração das aves. 
104 
Geração de Energia 
 A maioria das formas de geração de eletricidade requerem 
altíssimos investimentos de capital e baixos custos de manutenção. 
É o que acontece com a energia eólica onde os custos podem 
alcançar milhões de reais, os custos com manutenção são baixos e 
o custo com combustível é zero. 
 O custo de instalação de um aerogerador de grande porte gira em 
torno de US$1.500.000,00 por cada MW, já o valor médio em 
investimento inicial para usinas de médio e grande porte (acima de 
30MW) é de R$4.200.000,00 por MW instalado. 
 
105 
Geração de Energia 
 Investimento 
inicial 
Custo 
operacional 
Impacto 
ambiental 
Contribuição para 
o efeito estufa 
Energia eólica Elevado baixo baixo nenhuma 
Carvão mineral baixo a médio elevado elevado elevado 
Petróleo baixo a médio elevado elevado elevado 
Energia nuclear Elevado Elevado Elevado Elevado 
Energia 
hidroelétrica 
baixo a médio elevado 
 
baixo a médio baixa 
Gás natural baixo a médio elevado baixo a médio baixo a médio 
Energia solar médio a alto baixo baixo a 
nenhum 
nenhuma 
biomassa médio a alto médio médio média a 
nenhuma 
 obs.; Eólica: Alto investimento e baixo custo de manutenção; A instalação de uma usina 
eólica demanda cerca de 18 meses enquanto as outras demandam 24 meses. 
106 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Exemplos de Utilização da Energia Eólica 
 Centrais Eólicas 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Energia solar 
12vcc/220ca 
Sol 
Gerador 
Fotovoltaico Acumulador Inversor Consumidor 
ENERGIA SOLAR 
109 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
O Sol: fonte de energia 
• O Sol sempre foi, desde que a humanidade existe, 
nossa mais importante fonte de energia. O sol é fonte 
de vida. 
• Se não existisse o sol, a temperatura na terra seria 
inferior a duzentos graus abaixo de zero. 
• A ENERGIA DO SOL É UMA DAS MAIS IMPORTANTES 
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEL, CERTAMENTE É A 
QUE APRESENTA MAIOR POTENCIAL. 
 
 
110 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
O Sol: fonte de energia 
 
• O Sol é a fonte de energia com maior potencial para 
suprir a crescente demanda energética em todo o 
mundo. Podemos aproveitar diretamente a sua oferta, o 
que ajuda, inclusive, a enfrentarmos os efeitos adversos 
causados pelas mudanças climáticas – um fenômeno 
acelerado pela queima de combustíveis fósseis, como o 
carvão e o petróleo. 
 
 
111 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
O Sol: fonte de energia 
• Energia Fotovoltaica 
• Aquecimento Solar 
• Energia Heliotérmica 
112 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Irradiação Solar 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
A produção de energia elétrica a partir da energia solar pode ser dividida 
em dois tipos principais: 
Sistemas fotovoltaicos autônomos; 
Sistemas heliotermicos: utilizada para produzir convecção (vapor ou ar). 
O Brasil possui um ótimo índice de radiação solar, principalmente no 
Nordeste. 
Alguns países têm programas para aumentar a produção de energia solar, 
tais como Japão, USA, Alemanha, Itália, Indonésia, Índia, África do Sul, 
entre outros 
No Brasil, o aproveitamento da energia solar é pequeno. O principal 
motivo é o alto custo inicial para a implantação, além do alto custo da 
manutenção. 
Centrais a Energia Solar 
114 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
• O que é a energia solar; 
• Placas fotovoltaicas; 
• Funcionamento; 
• Instalação e manutenção; 
• Aplicações dos painéis; 
• UsinaSolar; 
• Vantagens e desvantagens da energia 
solar. 
 
Tecnologia Solar Fotovoltaica 
115 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Energia solar fotovoltaica é a 
energia elétrica produzida a partir 
de luz solar, e pode ser produzida 
mesmo em dias nublados ou 
chuvosos. Quanto maior for a 
radiação solar maior será a 
quantidade de eletricidade 
produzida. 
Tecnologia Solar Fotovoltaica 
116 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Placas Fotovoltaicas 
• Captação os Raios o Sol 
• O silício cristalino e 
o arsenieto de gálio. 
117 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Funcionamento 
• Captação da luz solar; 
• Células fotovoltaicas; 
• Corrente elétrica; 
• Armazenamento e distribuição. 
 
 
118 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
COMO FUNCIONA UMA CÉLULA FOTOVOLTAICA 
A célula fotovoltaica reage com a incidência dos raios do 
Sol e libera elétrons que, então, são transferidos para um 
circuito dentro de um painel solar, gerando assim energia 
elétrica 
 
Como funciona o painel solar fotovoltaico: 
1 – Célula de silício 
2 – A construção do Painel Solar Fotovoltaico 
3 – O Processo que gera eletricidade (efeito fotovoltaico) 
Todos nós sabemos que a luz do sol atinge o painel solar 
fotovoltaico e de alguma forma ele gera energia elétrica. 
Qual é a explicação cientifica por traz deste efeito 
fotovoltaico? 
 
119 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
1 – Célula Fotovoltaica de Silício 
A parte mais importante de um painel solar fotovoltaico (placa fotovoltaica) são as 
células fotovoltaicas de silício (Si). O silício é composto de átomos minúsculos que são 
A concepção mais comum de painéis fotovoltaicos (placas fotovoltaicas) utiliza dois 
tipos diferentes de silício. Isto é para criar cargas negativas e positivas. Para criar uma 
carga negativa, o silício é combinado com boro, e para criar uma carga positiva, o silício 
é combinado com o fósforo. 
 
Esta combinação cria mais elétrons no silício carregado positivamente e menos elétrons 
no silício carregado negativamente. 
 
O silício carregado positivamente é “sanduichado” com o silício carregado 
negativamente, isso permite a célula de silício reagir com o sol produzindo energia 
elétrica. 
 
120 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
2 – A construção do Painel Solar Fotovoltaico 
Cada célula fotovoltaica é cuidadosamente colocada, 
plana, em série, uma após a outra. 
As células individuais são conectadas usando uma faixa 
condutora extremamente fina. Esta tira é tecida de cima 
para baixo de cada célula, de modo que todas as células 
fotovoltaicas do painel solar estejam ligadas, assim 
criando um circuito. 
Essa série de células fotovoltaicas é então coberta com 
uma lamina de vidro temperado, tratado com uma 
substancia antiaderente e antirreflexo, emoldurado 
usando um quaro de alumínio. 
Na parte de trás do painel, há dois condutores 
provenientes de uma pequena caixa preta. Esses cabos 
são usados para ligar os painéis solares fotovoltaicos em 
conjunto, formando uma série de painéis fotovoltaicos. 
Esse conjunto de painéis é então conectado através de 
cabos de corrente continua ao inversor solar. 
121 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
3 – Efeito Fotovoltaico (o processo que gera eletricidade) 
As partículas de luz que viajam do Sol à Terra a cada dia são chamadas de fótons. Os 
fótons levam cerca de 8 minutos e 20 segundos para percorrer a trajetória do Sol até a 
Terra. Abaixo, uma explicação básica do que acontece quando os fótons atingem as 
células solares: 
 
a) Quando os fótons atingem as células fotovoltaicas, eles fazem com que alguns dos 
elétrons que circundam os átomos se desprendam. 
b)Estes elétrons livres vão migrar, através da corrente eléctrica, para a parte da célula de 
silício que está com ausência de elétrons. 
122 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
c) Durante o dia todo, os elétrons irão fluir em uma direção constantemente, deixando átomos e preenchendo lacunas 
em átomos diferentes. Este fluxo de elétrons cria uma corrente elétrica, ou o que nós chamamos de casualmente 
de Energia Solar Fotovoltaica.
 
Durante o dia todo, os elétrons irão fluir em uma direção 
constantemente, deixando átomos e preechendo lacunas em 
átomos diferentes. 
Este fluxo de elétrons cria uma corrente elétrica, ou o que nós 
chamamos de casualmente de Energia Solar Fotovoltaica. 
123 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
Passo a passo de como funciona o sistema de 
energia solar fotovoltaica: 
124 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
O Painel Solar gera a energia solar fotovoltaica 
O Painel Solar reage com a luz do sol e produz energia elétrica (energia 
fotovoltaica). Os painéis solares, instalados sobre o seu telhado, são 
conectados uns aos outros e então conectados no seu Inversor Solar: 
 
O Inversor Solar converte a energia solar para a sua casa ou empresa 
Um inversor solar converte a energia solar dos seus painéis fotovoltaicos 
(Corrente Continua - CC) em energia elétrica que pode ser usada em sua 
Casa ou Empresa para a TV, Computador, Máquinas, Equipamentos, e 
qualquer equipamento elétrico (Corrente Alternada - AC) que você precise 
usar : 
 
A Energia Solar é distribuída para sua casa ou empresa 
A energia que sai do inversor solar vai para o seu "quadro de luz" e é 
distribuída para sua casa ou empresa, e assim reduz a quantidade de 
energia que você compra da distribuidora 
 
125 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
A Energia Solar é usada por utensílios e equipamentos elétricos. A 
energia solar pode ser usada para TVs, Aparelhos de Som, 
Computadores, Lâmpadas, Motores Elétricos, ou seja, tudo aquilo 
que usa energia elétrica e estiver conectado na tomada 
 
O excesso de energia vai para a rede da distribuidora gerando 
créditos! 
O excesso de eletricidade volta para a rede elétrica através do relógio 
de luz (relógio de luz bi-direcional). Esse relógio de luz mede a energia 
da rua que é consumida quando não tem sol e, a energia solar gerada 
em excesso quando tem muito sol e é injetada na rede da 
distribuidora 
 
126 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Instalação 
SISTEMA DE GERAÇÃO OFF-GRID 
 
127 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
POSICIONAMENTO DOS MÓDULOS 
FOTOVOLTAICOS 
 
O correto 
posicionamento 
angular evita 
sombras, que 
causam perdas de 
energia. 
 
128 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
EQUIPAMENTOS PARA INSTALAÇÃO 
DA ENERGIA SOLAR 
 Placa Solar 
 Inversor Solar 
 Estrutura de 
fixação 
 Cabeamentos 
 Conectores 
específicos 
 Outros 
materiais 
elétricos como 
disjuntores 
etc. 
 
129 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
EQUIPAMENTOS PARA INSTALAÇÃO DA 
ENERGIA SOLAR 
O tipo estrutura de fixação dos painéis solar 
depende do local onde será instalado. 
 
130 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
EQUIPAMENTOS PARA INSTALAÇÃO DA 
ENERGIA SOLAR 
 
131 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Bateria 
EQUIPAMENTOS PARA INSTALAÇÃO DA 
ENERGIA SOLAR 
 
132 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
EQUIPAMENTOS PARA INSTALAÇÃO DA 
ENERGIA SOLAR 
 
FIAÇÃO ELÉTRICA E CONEXÕES 
 
133 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
CONTROLADOR DE CARGA E INVERSOR134 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
PROTEÇÃO E ATERRAMENTO 
135 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Manutenção 
136 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina Solar 
• O que é? 
• Como funciona? 
• Onde estão? 
 
137 
Geração de Energia 
O que é? 
Antes de conceituarmos usina solar fotovoltaica iremos 
entender primeiro a etimologia das palavras: 
Do francês,, “usine” (1732) loja, ateliê, oficina. 
Atualmente, designa estabelecimento industrial 
equipado com máquinas e/ou dispositivos, onde se 
processa a transformação de matéria-prima em 
produtos finais ou semiacabados. 
O termo "fotovoltaica" vem do grego (Phos), que 
significa "luz", e em "volt", a unidade de força 
eletromotriz, o volt, que por sua vez vem do 
sobrenome do físico italiano Alessandro Volta, inventor 
da pilha. O termo "fotovoltaica" tem sido usado em 
Inglês desde 1849. 
Obs: Usina Solar Heliotérmica. 
 
138 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Como Funciona? 
O módulo fotovoltaico está para usina de geração fotovoltaica assim como a turbina de acionamento do 
gerador elétrico está para a usina de geração hidroelétrica. Os sistemas fotovoltaicos são capazes de 
gerar energia elétrica através das chamadas células fotovoltaicas. As células fotovoltaicas são feitas de 
materiais capazes de transformar a radiação solar diretamente em energia elétrica através do chamado 
“efeito fotovoltaico” pode ser produzida mesmo em dias nublados ou chuvosos; este fenômeno foi 
descrito pela primeira vez em 1839, pelo físico francês Edmund Bequerel. Hoje, o material mais 
difundido para este uso é o silício. O efeito fotovoltaico acontece quando a luz solar, através de seus 
fótons (partícula elementar mediadora da força eletromagnética), é absorvida pela célula fotovoltaica. A 
energia dos fótons da luz é transferida para os elétrons que então ganham a capacidade de movimentar-
se. O movimento dos elétrons, por sua vez, gera a corrente elétrica. As células fotovoltaicas podem ser 
dispostas de diversas formas, sendo a mais utilizada a montagem de painéis ou módulos. Além dos 
painéis fotovoltaicos, também se utilizam filmes flexíveis, com as mesmas características, ou até 
mesmo a incorporação das células em outros materiais, como o vidro. As diferentes formas com que são 
montadas as células se prestam à adequação do uso, por um lado maximizando a eficiência e por outro 
se adequando às possibilidades ou necessidades arquitetônicas. 
139 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
140 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
A maior usina solar do mundo. 
 A maior usina solar do mundo ficou pronta em Junho de 2015 
e encontra-se nos Estados Unidos. É um projeto de 
579.000kWp (579MWp) instalado perto de Rosamond na 
Califórnia. Ela na verdade consiste em 2 usinas juntas e 
utilizam 1.700.000 painéis fotovoltaicos, ocupando uma área 
no deserto de aproximadamente 13km². 
 
141 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina Solar no Brasil. 
 
São poucas as usinas de energia solar no Brasil já em funcionamento 
comercial, porém o crescimento esperado para os próximos anos é muito 
grande. A escassez de chuvas e o aumento do uso das usinas 
termoelétricas caras e poluentes está servindo como “driver” para o 
desenvolvimento do setor de energia solar no país. 
 
A primeira usina de energia solar do Brasil. 
A usina solar de Tauá, construída em 2011, está localizada no município 
de Tauá, no sertão do Ceará, e tem capacidade inicial de geração de 
1000kWp (1MWp). Ela produz energia suficiente para 650 casas populares 
e foi a primeira usina solar no Brasil a gerar eletricidade em escala 
comercial. 
Geração de Energia 
142 
Exemplos de Utilização da Energia Solar Fotovoltaica 
Centrais a Energia Solar 
143 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Energia Solar Heliotérmica 
• Energia Heliotérmica, também conhecida como 
Concentrating Solar Power (CSP), é o processo de uso e 
acúmulo do calor proveniente dos raios solares. 
• Regiões com baixa presença de nuvens, altos níveis de 
radiação solar e terrenos planos caracterizam o cenário ideal 
para a implantação de um projeto heliotérmico. 
• O Brasil é, portanto, um país com rico potencial, 
principalmente na região Nordeste e em parte das regiões 
Centro-Oeste e Sudeste. 
 
144 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Energia Solar Heliotérmica 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Geração Heliostática 
146 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Funcionamento 
1) Concentração de raios solares e transmissão de calor para o 
fluido térmico. 
2) Energia térmica é convertida em elétrica. 
3) A água é aquecida pelo calor do fluido. 
4) É transformada em vapor devido as altas temperaturas. 
5) A turbina (conectada ao gerador) entra em movimento. 
6) Conversão da energia mecânica em energia elétrica. 
7) Vapor entra em condensação e volta ao estoque de água. 
147 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Funcionamento 
148 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Mecanismos de Concentração Solar 
149 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
 
Calha Parabólica ou Coletores cilíndricos-parabólicos 
 
• Presente desde a década de 80 
• Espelhos cilíndricos-parabólicos postos 
linearmente 
• Temperatura de operação no foco chega a 
400 graus, variando até 450 graus. 
 
150 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
 
Calha Parabólica ou Coletores cilíndricos-parabólicos 
 
151 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Coletor Linear Fresnel 
• Desenvolvido para cortar os custos de 
produção 
 
• Não se faz necessário o uso do fluido de 
transferência 
 
• Fresnel é mais indicada para aplicações 
não-elétricas da tecnologia heliotérmica, 
usadas para gerar calor de processos na 
industria e agricultura. 
 
 
152 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
153 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Torre Solar 
• Os espelhos planos são chamados de 
Heliostatos. 
• A mais eficiente na geração de energia elétrica. 
• Não há um sistema de tubos no campo solar. 
154 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Disco Parabólico 
• Foco em um único ponto 
• Dois modos de utilização: O sistema 
central e o sistema individual 
• Este método é pouco utilizado pois ainda 
é difícil para armazenar energia, sendo 
concorrente da fotovoltaica, mais simples 
e barata. 
 
155 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
• Sistema Central • Sistema Individual 
156 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
157 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Armazenamento 
• As usinas heliotérmicas são capazes de 
incorporar um armazenamento térmico. 
 
• O armazenamento é realizado através de 
um método de retenção de calor. 
 
• Funciona como reservatório de água de 
uma usina hidrelétrica. 
158 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Armazenamento 
159 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Outras utilizações 
• A tecnologia heliotérmica não serve somente para gerar 
eletricidade. 
• É também aplicada em processos não elétricos, como: 
 → Produção de calor para processos industriais(calcinação, secagem de gesso, secagem de pintura de 
carros) 
 → Refrigeração (ar-condicionado, produção de água 
gelada, congelamento de produtos agropecuários) 
 → Dessalinização de água do mar. 
 
160 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Condições para construir uma 
Usina Heliotérmica 
• Os índices mínimos de irradiação direta normal (DNI) devem 
está entre 1.800 e 2.000 kWh/m²·ano 
• Baixa probabilidade de sombreamentos e perturbações do ar 
• Usinas que visam à geração de calor de processo para 
indústria podem tem áreas com DNI a partir de 
1.600 kWh/m²·ano 
• A irradiação é estimada entre 2.000 a 2.300 kWh/m²·ano em 
muitas regiões do Brasil 
• Aspectos físicos do local e transporte da energia elétrica. 
 
161 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Vantagens da Energia Heliotérmica 
• Possibilidade de armazenamento de energia, trazendo mais 
estabilidade para o sistema integrado de energia elétrica 
• Co-geração com outras fontes de energia elétrica 
• Energia limpa e inesgotável 
• Aquece a economia do país 
• É capaz de estabilizar a rede fazendo co-geração com eólica 
• Estabilidade para lidar com as variações na produção e 
demanda de energia 
• Sistemas isolados. 
 
162 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Desvantagens da Energia Heliotérmica 
• Alto custo, pois a tecnologia ainda um 
pouco nova e não se fabrica células 
voltaicas no Brasil 
• Escassez de mão de obra qualificada 
• Fazer uso de baterias para armazenar 
energia 
• Altas temperaturas em lugares com clima 
muito quente. 
163 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
Avanços da Energia Heliotérmica no Brasil 
• Suprindo o “buraco” deixado pelas 
hidrelétricas 
• Potencial da região Nordeste, como 
exemplo: Petrolina 
• Construção de uma usina de painéis 
fotovoltaicos em Petrolina. 
 
164 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Conclusão 
• A heliotermia é uma tecnologia inovadora e já está consolidada, apesar 
de ainda ser pouco explorada nos países com maior potencial. Algumas 
experiências na Espanha e nos Estados Unidos já comprovam sua 
eficiência e rentabilidade. 
 
• O Brasil ainda não é atuante no setor, mas é um dos países com mais 
potencial para o desenvolvimento da energia heliotérmica. Regiões 
secas com poucas nuvens são ideais para empreendimentos 
heliotérmicos, fazendo da região Nordeste ideal para a implementação 
da tecnologia. 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Usina nuclear 
Biomassa Caldeira Turbina Gerador 
Rede Elétrica 
Consumidor 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
166 
 
Corresponde a cerca de 16% da energia elétrica mundial sendo os 
principais produtores: USA, Russia e os países Europeus (França). 
 
No Brasil Angra I (1982) - 657 MW, e Angra II (2000)-1300 MW, 
possibilidade de Angra III 
 
A contribuição total da energia nuclear no sistema energético brasileiro 
totaliza 1,3% do total, pouco se se observado o fato de que o Brasil 
possui a sexta maior reserva de urânio do mundo. 
 
Impactos dificílimos de serem mitigados (resíduos radioativos), mas 
possíveis de evitar. 
 
Alguns especialistas preconizam que é a única fonte capaz de substituir os 
combustíveis fósseis nas próximas décadas. 
 Centrais Nucleares 
Geração de Energia 
FUNCIONAMENTO DE UMA USINA NUCLEAR 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 
 
 
 
 
 
Absorção dos produtos de fissão 
pelo próprio combustível 
Vaso do reator e 
circuito primário 
Revestimento da 
vareta de combustível 
Vaso (edifício) de contenção 
Contenção de aço 
 
BARREIRAS FÍSICAS MÚLTIPLAS 
CONTRA A LIBERAÇÃO 
DE PRODUTOS RADIOATIVOS 
Geração de Energia 
169 
PRÉDIO DA CONTENÇÃO DE ANGRA 2 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
ESTRUTURA DO SETOR NUCLEOELÉTRICO NO BRASIL 
 
Usinas Angra 1 e 2 
EMPRESAS BRASILEIRAS 
 DE ENGENHARIA 
Engenharia 
INB 
Fornecimento 
de Combustível 
CNEN 
Licenciamento Coordenação do Programa 
Elétrico / Financiamento 
 
ELETROBRÁS 
ELETRONUCLEAR 
INDÚSTRIA BRASILEIRA 
Equipamento 
Eletromecânico 
NUCLEP 
Equipamentos Pesados 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Localização Belo Horizonte 
Angra dos 
Reis 
Parati 
Ilha Grande 
Angra 1 Angra 2 Angra 3 
130 Km 
350 Km 
220 Km 
Rio de Janeiro 
São Paulo 
Localização de ANGLA I, II e II na PRAIA DE ITAORNA 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
172 
 
USINAS NUCLEARES 
- COMPETITIVAS 
USINA
TIPO DE 
COMBUSTÍVEL
SUBSISTEMA CUSTO (R$/MWh)
CUIABA G CC GAS SE 6,40
ANGRA 2 NUCLEAR SE 9,23
ANGRA 1 NUCLEAR SE 10,50
CELPAV GAS SE 35,91
PARACAMBI GAS SE 35,91
TERMOCORUMBA GAS SE 35,91
TERMOPE GAS NE 40,00
ARGENTINA I GAS S 46,18
ARGENTINA 2A GAS S 48,24
ARGENTINA 2B GAS S 48,24
ST.CRUZ NOVA GAS SE 54,36
FORTALEZA GAS NE 58,24
TERMOACU GAS NE 60,00
ARGENTINA 2C GAS S 65,82
FAFEN GAS NE 71,26
IBIRITERMO GAS SE 77,46
NORTEFLU GAS SE 78,00
P.MEDICI A CARVAO S 78,08
P.MEDICI B CARVAO S 78,08
TERMOCEARA GAS NE 82,72
J.LACERDA C CARVAO S 88,63
MACAE MERCHA GAS SE 97,15
URUGUAIANA G GAS S 97,46
ELETROBOLT GAS SE 100,40
ARGENTINA 2D GAS S 101,69
JUIZ DE FORA GAS SE 102,00
ARGENTINA IB GAS S 102,27
TERMO BA GAS NE 139,32
Fonte: ONS - Programa Mensal de 
Operação 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
RESERVAS DE URÂNIO 
RESERVAS MUNDIAIS RECUPERÁVEIS 
Canadá 
10,9% 
100% = 3.256.000 tU308 
Brasil = 6ª reserva mundial 
suficiente para o atendimento de 
todo o Sistema Interligado 
Brasileiro por 17 anos. Adicionando 
as reservas de Pitinga e Cristalino 
teremos 3a 
Austrália 
28,5% 
Resto 
11,2% 
Nigéria 
2,3% EUA 
4,1% 
Brasil 
6,7% 
Namïbía 
8,5% 
África do Sul 
9,4% 
Cazaquistão 
18,4% 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 174 
Combustível 
Quantidade necessária para operar uma usina de 
1.000 MWe por ano 
3 caminhões 
de 10 t 
5,5 metaneiros de 
200.000 t 
7 petroleiros 
de 200.000 t 
11 cargueiros 
de 200.000 t 
2.200.000 t 
Carvão 
1.400.000 t 
Óleo 
1.100.000 t 
Gás Natural 
(GNL) 
30 t 
Nuclear 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
RESERVA(Ton de Urânio) 400.000
PRODUÇÃO(ton/ano) 400
TEMPO DE CONSUMO(anos) 1000
RESERVAS BRASILEIRAS DE 
URÂNIO 
PARA 1,8 % DA MALHA ENERGÉTICA CONSIDERANDO U235 
PARA 18 % DA MALHA ENERGÉTICA CONSIDERANDO U235– 100 ANOS 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
CAETITÉ 
 
 
CICLO DO COMBUSTÍVEL 
Usina de Conversão 
(em construção) 
UF6 - CANADÁ 
INB 
INDÚSTRIAS 
NUCLEARES 
DO BRASIL 
Mineração de Urânio 
e Produção de 
concentrados 
 
ELETRONUCLEAR 
 
Fábrica de Elementos 
Combustíveis (RESENDE) 
Usina de 
enriquecimento 
(comissionamento) 
 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
POLÍTICA DE REJEITOS/SITUAÇÃO ATUAL (I) 
 APÓS 12 ANOS DE TRAMITAÇÃO, APROVAÇÃO DA LEI N.º 10.308, EM 
 20.11.01, QUE REGULAMENTA O DESTINO FINAL DOS REJEITOS 
 RADIOATIVOS NO BRASIL 
 DISPÕE SOBRE: 
 TIPOS DE DEPÓSITO (BAIXA E MÉDIA ATIVIDADE) 
 SELEÇÃO DE LOCAIS 
 CONSTRUÇÃO, LICENCIAMENTO, OPERAÇÃO E ADMINISTRAÇÃO DAS 
 INSTALAÇÕES 
 REMOÇÃO E FISCALIZAÇÃO DOS REJEITOS 
 CUSTOS E INDENIZAÇÕES 
 RESPONSABILIDADE CIVIL E GARANTIASGeração de Energia 
A ENERGIA NUCLEAR NO MUNDO 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Geração de Energia 
USINAS NUCLEARES EM OPERAÇÃO 
104
59
53
35
29
19
16
14
14
11
11
0 20 40 60 80 100 120
USA
FRANCE
JAPAN
UK
RUSSIA
GERMANY
KOREA, REP
UKRAINE
CANADA
INDIA
SWEDEN
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
PWR X USINA A CARVÃO 
Consumo anual de combustível e produção de rejeitos 
 de uma usina de 1300 MW operando com fator de utilização de 6500 horas 
equivalentes a plena carga. 
R= 1,3µSv 
170t urânio 
natural 
Com 
radioatividade 
média 42 m3 
REATOR A ÁGUA LEVE 
DE 1300 MW 
Efluentes radioativos 
(quantidades desprezíveis) 
USINA DE CARVÃO 
DE 2* 650 MW 
M = metais 
R= radioatividade 
 9µSv 
32t 
urânio 
enriquecido 
Altamente 
radioativo 
4,8 m3 
C/ baixa 
radioatividade 
531 m3 
REJEITOS 
COM REPROCESSAMENTO 
220.000 t 
cinzas 
130.000 t 
gesso do sistema 
de dessulfurização 
2.8 milhões de t 
antracita (1,8% de S) 
2.000 t 
material 
particulado 
(50mg/m) 
12.000 t SO2 
(400mg/m3) 
6.000 t NOx 
(200mg/m3) 
8.500.000 t CO2 
R 
M M 
R R 
IMPACTO AMBIENTAL DA TÉRMICA A CARVÃO 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
Consumo de Gás
1,9 bilhões de m /ano
3
(5,2 milhões de m /dia)
3
1300 MWe
30t 12.700t 410t 2.200t 5.000.000t
SO2 NOX CH4 CO CO2Poluentes
Fonte: IEA/OECD
 Natural Gás Prospects
 and Policies. Paris 1991
IMPACTOS AMBIENTAIS DE USINAS A GÁS 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
ENERGIA NUCLEAR NO MUNDO 
• 31 PAÍSES COM CENTRAIS EM OPERAÇÃO 
• EXPERIÊNCIA OPERATIVA: 9.820 REATORES ANO 
CENTRAIS EM CONSTRUÇÃO: 
• UNIDADES: 31 
• CAPACIDADE LÍQUIDA: 28.656 MWe 
• UNIDADES: 441 
• CAPACIDADE LÍQUIDA: 351.327 MWe ( 5 VEZES A CAPACIDADE BRUTA 
 INSTALADA BRASILEIRA) 
• ENERGIA LÍQUIDA PRODUZIDA: 2.448,4 TWh ( 8 VEZES A GERAÇÃO BRUTA 
 BRASILEIRA) 
CENTRAIS EM OPERAÇÃO: 
Fonte: IAEA Status: 31/12/2004 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 Centrais Nucleares 
Energia nuclear é ambientalmente segura 
 
• Um dos fundadores do Greenpeace afirmou perante a Comissão de Energia e 
Recursos Naturais do Senado americano, na quinta-feira, 28/04, que há 
evidência científica abun dante demonstrando que a energia nuclear é uma 
opção ambientalmente segura. Patrick Moore, presidente e cientista-chefe da 
companhia de consultoria ambiental Greenspirit Strategies, com sede no 
Canadá, ressaltou que seus colegas ambientalistas estão fora da realidade ao 
defender seu abandono. 
• “Tendo que escolher entre energia nuclear de um lado e carvão, óleo e gás 
natural do outro, a energia nuclear é de longe a melhor opção, já que não emite 
CO2 ou qualquer outro poluente do ar”, comentou. 
• Ele ressaltou ao comitê – que se reunia para discutir a iniciativa Energia Nuclear 
2010 do Governo, que prevê a construção de uma nova usina até o fim da 
década – que, praticamente, não existem outros usos benéficos do urânio além 
da produção de energia elétrica. Já os combustíveis fósseis são um recurso não-
renovável valioso e têm uma variedade de usos construtivos, incluindo a 
produção de bens duráveis, como o plástico. 
• Fonte: Nucnet 
Geração de Energia 
Prof. Dr. José Bione de Melo Filho 
 Centrais Nucleares 
Energia das Ondas 
e das Marés 
Geração de Energia 
Energia das Marés 
 A energia das marés, também conhecida 
como energia mare motriz, é obtida por meio 
do aproveitamento da energia proveniente do 
desnível das marés. Para que essa energia 
seja revertida em eletricidade é necessária a 
construção de barragens, eclusas (permitindo 
a entrada e saída de água) e unidades 
geradoras de energia. 
O sistema utilizado é semelhante ao de 
uma usina hidrelétrica. As barragens são 
construídas próximas ao mar, e os diques são 
responsáveis pela captação de água durante 
a alta da maré. A água é armazenada e, em 
seguida, é liberada durante a baixa da maré, 
passando por uma turbina que gera energia 
elétrica. 
A força das marés tem sido aproveitada 
desde o século XI, quando franceses e 
ingleses utilizavam esse artifício para a 
movimentação de pequenos moinhos. Porém, 
o primeiro grande projeto para a geração de 
eletricidade através das marés foi realizado 
em 1967. Nesse ano, franceses construíram 
uma barragem de 710 metros no Rio Rance, 
aproveitando o potencial energético das 
marés. 
 
 Essa é uma boa alternativa para a 
produção de eletricidade, visto que a 
energia das marés é uma fonte limpa e 
renovável. No entanto, é importante 
destacar que poucas localidades 
apresentam características propícias para 
a obtenção desse tipo de energia, visto 
que o desnível das marés deve ser 
superior a 7 metros. Outros fatores 
agravantes são os altos investimentos e o 
baixo aproveitamento energético. 
Entre os locais com potencial para a 
produção de energia das marés estão a 
baía de Fundy (Canadá) e a baía Mont-
Saint-Michel (França), ambas com mais de 
15 metros de desnível. No Brasil, podemos 
destacar o estuário do Rio Bacanga, em 
São Luís (MA), com marés de até 7 
metros, e, principalmente, a ilha de 
Macapá (AP), com marés que atingem até 
11 metros. 
 
Geração de Energia 
Energia das Marés 
Geração de Energia 
 Essa obra da França está em funcionamento até os dias de hoje, ela 
funciona como uma barragem de uma hidroelétrica convencional, com a 
seguinte diferença quando a maré está subindo abre-se uma comporta 
quando o reservatório está cheio, abre-se a segunda comporta que está 
atrás do rotor da turbina com a água saindo move-se as hélices do rotor. 
Geração de Energia 
 Energia das marés no BrasilCom operações 
iniciadas em 2012, a usina de ondas do Pecém, 
pioneira do tipo na América Latina, já está 
abandonada há cerca de três anos. O Instituto 
Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa 
de Engenharia (Coppe), da Universidade Federal do 
Rio de Janeiro (UFRJ), que era responsável pelo 
projeto, atualmente trabalha com um novo protótipo, 
só que este está em terras fluminenses. 
Conforme informações publicadas no jornal O Globo, 
o projeto do Pecém foi abandonado pela Coppe pelo 
fim do contrato de pesquisa com a Tractebel 
Energia. A empresa privada investiu R$ 15 milhões 
no empreendimento. Além disso, o protótipo do 
Ceará necessitava de melhorias tecnológicas. 
Procurada pelo Diário do Nordeste, a Coppe, por 
meio de sua assessoria de imprensa, confirmou as 
informações, mas não conseguiu contactar, para 
entrevista sobre o assunto, o porta-voz do instituto, o 
professor Segen Estefen, o qual exercia a função de 
coordenador da usina. 
Geração de Energia 
 Retomada em 2017 
Em entrevista ao periódico carioca, contudo, o professor chegou a afirmar que a 
Coppe pretende, a partir de 2017, retomar os experimentos no Ceará - e chegou 
a considerar a planta "um sucesso". As obras de expansão, hoje em execução 
no Porto do Pecém, também teriam contribuído para o abandono do projeto. 
Desta forma, caso venha a ser retomado, o projeto de geração de energia 
usando as ondas do mar deverá ser instalado em um outro lugar, e não mais no 
terminal portuário cearense. 
Capacidade instalada 
O empreendimento energético instalado no Pecém tem capacidade de gerar 50 
quilowatts (kW). Ainda em 2012, o projeto obteve Licença de 
Operação do Ibama (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos 
Naturais Renováveis) para funcionar até o ano de 2020. 
O Ceará foi escolhido para abrigar o mecanismo,