Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade - Poli - P1 - 2009

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PEA 2200 – Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade - 2009 Página 1 
 
PEA 2200 – ENERGIA, MEIO AMBIENTE E SUSTENTABILIDADE 
 
1ª Prova – 03.04.2009 - Profa. Eliane, Prof. Alberto e Prof. Saidel 
 
Instruções: 
• Identifique todas as folhas da prova. 
• Responda as questões nos espaços reservados para as respostas, caso necessário, utilize o verso da folha que contém a 
questão para complementar sua resposta. 
 
Nome:__________________________________Nº ________________Turma:______ 
 
Questão 1 
Hidrelétrica 
a) Aponte quais parâmetros definem a potência e a quantidade de energia gerada em um determinado 
período por uma Usina Hidrelétrica. Dê o significado de cada um deles. (0,5 ponto) 
Resposta: 
 
Sendo: 
 
H – altura da barragem (metros) 
Q – vazão (volume de água que escoa através da tubulação) – m3/s 
nH – rendimento hidráulico 
n T - rendimento da turbina 
ng - rendimento do gerador elétrico 
9,81 – fator que fornece a potência em kW ( função da aceleração da gravidade e densidade da água) 
24h/dia – período de geração de energia avaliado (neste caso) 
 
b) As hidrelétricas são classificadas quanto ao uso das vazões naturais em três tipos. Quais são estes tipos 
e aponte uma diferença básica entre eles? (0,5 ponto) 
1- Central a fio d´água – 
- Sem reservatório, ou com reservatório muito pequeno (regularização diária) 
- Vazão turbinada igual á natural do rio 
2- Central de acumulação – 
 
- Central com reservatório 
- Vazão firme (turbinada) substancialmente maior que à natural 
 
3- Central reversível – 
 
- dois reservatórios ( um à montante e outro à jusante da casa de máquinas) 
- dupla função: bombeamento de água e geração de energia 
- converte potência de baixo valor ( horário fora de pico) em potência de alto valor ( nas 
horas de pico)
 
 
 
 
 
diahQHEd gTH /2481,9 ××××××= ηηη
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Termelétrica 
a) Escolha um combustível, uma configuração de central termelétrica e faça um desenho esquemático 
indicando sua aplicação em um processo de cogeração de energia. Indique os nomes de todos os 
componentes da central, combustível e aplicação de cada tipo de energia a ser utilizada. (1,5 ponto) 
 
Ex: 
Combustível: ( Ex: )gás natural 
Configuração: (Ex) Central a vapor – Ciclo Rankine 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Solar e eólica 
a) Dê uma explicação sucinta da diferença entre os dois tipos de aproveitamento da radiação solar na 
geração de eletricidade. Aponte o tipo de tecnologia, principio de conversão e principais componentes do 
sistema. Qual deles pode ser utilizado em um processo de cogeração de energia? (1,0 ponto) 
 
- Sistemas fotovoltaicos 
Células fotovoltaicas são feitas de material semicondutor ( Ex: silício) que têm a propriedade de absorver 
a energia dos fótons de luz e convertê-la diretamente em eletricidade. Um sistema fotovoltaico é 
composto por: Módulos fotovoltaicos, controlador de carga, baterias e inversor (este último se a aplicação 
se der em corrente alternada) 
 
- Sistemas termosolares 
 
São sistemas que se utilizam de espelhos facetados para realizar a concentração da radiação solar direta. 
Existem algumas tecnologias tais como: Torre de potência, sistemas distribuídos (cilíndrico e parabólico). 
A radiação solar é refletida e concentrada em um absorvedor fazendo com que o mesmo atinja uma alta 
temperatura. No absorvedor um fluído de trabalho é vaporizado pela alta temperatura e em alta pressão é 
expandido em uma turbina a vapor gerando trabalho no eixo da mesma que é aproveitado em um gerador 
elétrico para produzir eletricidade. 
 
Principais componentes do sistema: Espelhos refletores, absorvedor, turbina a vapor, gerador elétrico, 
condensador. 
 
O sistema termosolar pode ser utilizado em um processo de cogeração se parte do vapor gerado for 
utilizado em alguma aplicação térmica. 
 
b) Aponte e defina os parâmetros que determinam a potência elétrica de um aproveitamento eólico para 
geração de eletricidade. Quais dos parâmetros apontados indica que este tipo de geração de energia é 
renovável? (0,5 ponto) 
 
Resposta: 
 
 
 
Onde: 
 
 
 Densidade do ar 
A – área formada pelo giro das pás da turbina eólica 
V – velocidade do vento ao cubo 
Cp – coeficiente de potência ou eficiência aerodinâmica 
n – rendimento dos diversos componentes mecânicos e elétricos da turbina 
 
Energia renovável - parâmetro : velocidade do vento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CpAvPm 3
2
1 ρ=
η×= mPPel
ρ
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Questão 2 
a) (1,5 pontos) Um prédio comercial possui um sistema de iluminação ineficiente (incluindo instalações 
elétricas com cerca de 30 anos) composto de 500 lâmpadas incandescentes de 100 W. Estuda-se a troca 
deste sistema por outro com lâmpadas PL (fluorescente compacta) de 25 W. 
Qual o tempo de retorno (payback) dessa ação de eficiência, considerando-se que a tarifa de consumo de 
energia elétrica (incluindo encargos) é de 0,50 R$/kWh; o custo unitário da lâmpada PL (incluindo a troca 
da instalação) é R$ 40,00; o sistema é utilizado 12 horas por dia, 30 dias por mês. 
Qual o fator de carga desta instalação antes da troca de sistemas? E depois? 
 
Resposta: 
 
mêsRCustoEnergiaEconomia energia /$00,750.65,0*30*12*)25100(*500* =−=∆= 
 
$000.2040*500* RCustompadasnúmerodelâtoInvestimen lâmpada === 
 
corretarespostaindicadosvaloresmesesmesesPBS _,_);3(96,2
750.6
000.20
== 
 
O fator de carga antes e depois é o mesmo pois não altera a forma de utilização da energia. Doze horas 
em cada 24h, na potência máxima. 
 
5,0
100*500*24
12*100*500
*24
===
máx
antes D
Energiafc 
 
5,0
25*500*24
12*25*500
*24
===
máx
depois D
Energiafc
 
 
 
b) (1,0 pontos) Explique o conceito de horário de ponta. Esboce uma curva de carga e indique na curva a 
demanda máxima, a média e o horário de ponta. Responda justificando: Para a expansão de um sistema 
elétrico é mais econômico agregar uma carga na ponta ou fora da ponta?
 
 
Resposta: 
 
Horário de Ponta: período de 3 horas consecutivas entre as 17h e 22h, definido pela concessionária de 
energia, quando o preço da energia é mais cara. 
 
Curva de carga � ver transparência da Aula 1 no moodle. 
 
A carga deve ser agregada no horário fora de ponta pois não há necessidade de investimentos adicionais 
para atender o acréscimo de carga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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c) (0,5 pontos) Elabore um diagrama de blocos (cadeia energética) de um processo de uso final de 
energia utilizando como “entrada de energia” a eletricidade e como “serviço energético” a iluminação 
pública de ruas e avenidas. Indique claramente a tecnologia de uso final e de serviço utilizada. 
 
Resposta: 
 
 
 
 
 
 
d) (1,0 pontos) O que se entende por etiquetagem de produtos? Como a etiquetagem de produtos interfere 
na eficiência energética? 
 
Resposta: 
 
Etiquetagem: forma de classificação e identificação de produtos que atestam sua qualidade em relação à 
eficiência energética. 
Interferência: em relação ao consumidor, permite identificar os equipamentos mais eficientes e, em 
relação ao fabricante, permite orientar para a produção de equipamentos mais eficientes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Eletricidade 
lâmpada 
(vapor de 
sódio ou 
de 
mercúrio) 
luz 
sistema 
iluminador 
(luminária
+reator)Iluminação 
Pública 
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Questão 3 
a) Estrutura (2,0) 
A figura 1, abaixo, ilustra a estrutura da indústria de energia elétrica. Identifique e aponte uma 
característica de cada setor ou sub-setor identificado através das letras indicadas na figura: 
A:___________________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________ 
B:___________________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________ 
C:___________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________ 
D:___________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________ 
E:___________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________ 
 
 
 
Figura 1 
 
 
C 
D 
E