Geração de Energia

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ENERGIA ELÉTRICA:
GERAÇÃO, 
TRANSMISSÃO E 
DISTRIBUIÇÃO
Tensão Contínua
Tensão continua ou constante pois o seu
valor não se altera com o tempo.
comportamento da tensão nos terminais da bateria
ao longo do tempo: A tensão não muda, permanece
constante.
Tensão Alternada
O seu valor e polaridade se modificam ao
longo do tempo.
Conforme o comportamento da tensão então
temos os diferentes tipos de tensão alternada:
senoidal, quadrada, triangular, pulsante,
etc.
De todas essas a senoidal é a que tem um
maior interesse pois é a senoidal a tensão
que é gerada nas usinas e que alimenta as
industrias e residências.
Tensão Alternada
Varia de polaridade e valor ao longo do tempo e, 
dependendo de como essa variação ocorre, há diversas 
formas de sinais alternados:
• Senoidal
• Quadrada
• Triangular
• Etc.
Representação gráfica
Tensão Senoidal
A grande vantagem da alimentação em AC,
comparativamente à DC onde as grandezas têm uma
evolução constante no tempo, verifica-se na eficiência do
transporte de energia por esta se poder fazer a muito alta
tensão; a tensão alternada produzida numa central é
elevada por um transformador que, conseqüentemente
diminui, aproximadamente, na mesma proporção a
corrente; as perdas são assim menores em alta tensão, do
que seriam se a energia fosse transportada ao nível de
tensão a que é produzida. Esta foi a principal razão porque
os sistemas AC se impuseram face aos sistemas DC.
O primeiro passo para produzir energia elétrica 
é obter a força necessária para girar as 
turbinas das usinas de eletricidade. 
Gigantescos sistemas de hélices, elas movem 
geradores que transformam a energia 
mecânica (movimento) em energia elétrica.
Essa força pode ser obtida de diversas fontes 
de energia primária. No Brasil, a energia 
elétrica vem, em primeiro lugar, de usinas 
hidrelétricas; depois, de termelétricas; e, por 
último, de usinas nucleares.
Pequena central hidrelétrica (PCH), segundo definição da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 
é uma usina de pequeno porte com capacidade instalada maior do que 3 MW e no máximo 30 MW. Outro 
limite da PCH é o tamanho de seu reservatório, que para ser classificada desta forma, não pode 
ultrapassar os 3 km².
A energia elétrica que alimenta as 
indústrias, comércio e nossos lares é 
gerada principalmente em usinas 
hidrelétricas, onde a passagem da água por 
turbinas geradoras transformam a energia 
mecânica, originada pela queda d’agua, em 
energia elétrica.
� A partir da usina a energia é transformada, 
em subestações elétricas, e elevada a níveis 
de tensão (69/88/138/240/440 kV) e 
transportada em corrente alternada (60 
Hertz) através de cabos elétricos, até as 
subestações rebaixadoras, delimitando a 
fase de Transmissão.
� Já na fase de Distribuição (11,9 / 13,8 / 23 kV), 
nas proximidades dos centros de consumo, a 
energia elétrica é tratada nas subestações, com 
seu nível de tensão rebaixado e sua qualidade 
controlada, sendo transportada por redes 
elétricas aéreas ou subterrâneas, constituídas 
por estruturas (postes, torres, dutos 
subterrâneos e seus acessórios), cabos 
elétricos e transformadores para novos 
rebaixamentos (110 / 127 / 220 / 380 V), e 
finalmente entregue aos clientes industriais, 
comerciais, de serviços e residenciais em níveis 
de tensão variáveis, de acordo com a 
capacidade de consumo instalada de cada 
cliente.
� Energia hidrelétrica 
� Em países como o Brasil, que possui muitos 
rios com grandes desníveis, uma das 
soluções mais econômicas para fazer girar 
turbinas é aproveitar a força das águas, 
construindo usinas hidrelétricas. Em uma 
usina desse tipo, uma barragem, também 
conhecida como represa, controla as águas 
do rio.
� No interior da barragem, são instalados 
grandes tubos inclinados, geralmente 
chamados de aquedutos, que abrigam as 
turbinas. A água desce pelos tubos e faz 
girar o sistema de hélices, movimentando o 
eixo dos geradores que produzem a energia 
elétrica. Perto dos geradores são instalados 
os transformadores, equipamentos que 
acumulam e enviam a energia elétrica para 
os cabos das linhas de transmissão.
� Depois de movimentar as turbinas, as 
águas voltam para o leito do rio sem 
sofrer nenhum tipo de degeneração. É 
por isso que a energia hidrelétrica é 
considerada uma fonte limpa, além de 
ser renovável. No Brasil, a maior 
quantidade de energia elétrica 
produzida provém de usinas 
hidrelétricas.
� HIDRELÉTRICAS
� HIDRELÉTRICAS
O aproveitamento de uma queda d’água para fornecer energia mecânica a 
um dínamo é feito do seguinte modo: armazena-se a água de um ou de 
vários rios numa região muito vasta, chamada represa. A água dessa 
represa cai, pelo interior de tubos, de uma altura H , e vai acionar uma 
roda que possui na periferia certo número de pás como na figura (fig.). 
A energia com que a água chega às pás faz com que a roda execute 
movimento de rotação. A roda com as pás é chamada turbina. Ao eixo 
da turbina são ligados os condutores do dínamo, de maneira que, 
quando a roda gira, eles também giram. Ao conjunto do dínamo 
com turbina se chama usina hidrelétrica
� HIDRELÉTRICA - ITAIPÚ
� HIDRELÉTRICA - ITAIPÚ
� GERAÇÃO, TRANSMISSÃO, DISTRIBUIÇÃO
GERADOR ELEMENTAR
É um tipo de fonte de fem que gera a tensão 
alternada;
Seu funcionamento é o mesmo que os geradores 
encontrados nas usinas.
Os geradores são máquinas destinadas a converter 
energia mecânica em energia elétrica. 
Dínamos ou geradores mecânicos de eletricidade
Chamam-se geradores mecânicos de corrente 
elétrica, ou dínamos, aos dispositivos que 
transformam energia mecânica em energia 
elétrica.Os dínamos se dividem em dois grandes 
grupos:
GERADOR ELEMENTAR
1º - Dínamo com corrente contínua 
É aquele que fornece corrente contínua, isto é, corrente que 
circula num único sentido. 2º - Dínamo com corrente 
alternada 
Também chamado alternador – é aquele que fornece corrente 
alternada, isto é, corrente que circula num sentido e noutro 
alternadamente.Princípio de funcionamento
Os dínamos funcionam por meio de indução eletromagnética. 
E esta é sem dúvida a mais importante aplicação do 
fenômeno de indução. Isso porque esse fenômeno é o único 
que fornece corrente elétrica com grande energia, como por 
exemplo, essa corrente que é fornecida para iluminação das 
cidades e para as indústrias.O princípio de funcionamento 
dos dínamos em geral, tanto de corrente contínua como de 
corrente alternada, é a indução eletromagnética num quadro 
plano que gira num campo magnético uniforme.
GERADOR ELEMENTAR
Tanto no dínamo de corrente alternada como no de 
corrente contínua o quadro é percorrido por corrente 
alternada. A diferença entre eles está na maneira de 
colher essa corrente para fora do quadro. Essa captação 
da corrente para fora do quadro é feita por um 
dispositivo chamado coletor. Coletor de corrente 
alternada 
Suponhamos que o quadro seja aberto em A e D, e daí 
sejam tirados dois condutores AB e CD que são ligados 
a dois anéis, B e D. Encostados a esses anéis existem 
dois pedaços de carvão (que é condutor), m e n (fig.). O 
circuito externo, R, onde vai ser utilizada a corrente, é 
ligado a esses pedaços de carvão. À medida que o 
quadro gira dentro do campo magnético, os anéis giram 
juntos com ele.
Coletor é o nome que se dá ao conjunto dos anéis e 
pedaços de carvão (fig.). Os pedaços de carvão são 
chamados escovas.
GERADOR ELEMENTAR
Os pedaços de carvão m e n ficam fixos e os anéis 
ficam raspando neles. A corrente que se produz no 
quadro passa para os anéis, deste para o carvão e 
do carvão vai para o circuito externo. É fácil ver que, 
com esse dispositivo, quando a corrente elétrica 
muda de sentido no quadro, também mudade 
sentido no circuito externo, isto é, no circuito externo 
ela é captada também como alternada. A figura 
mostra o quadro entre os pólos do ímã que produz o 
campo magnético.
GERADOR ELEMENTAR
Gerador de corrente alternada elementar
Os geradores de corrente alternada, também denominados 
alternadores, são máquinas destinadas a converter energia 
mecânica em energia elétrica. A transformação de energia 
nos geradores fundamenta-se nas Leis de Faraday e Lenz.
O gerador elementar monofásico de CA foi concebido por 
Michael Faraday em 1831, na Inglaterra. Aproximadamente 
na mesma época também foi concebido por Joseph Henry, 
nos Estados Unidos. Ele era constituído por uma espira que 
girava entre os polos de um ímã, de acordo com a Figura
GERADOR ELEMENTAR
GERADOR ELEMENTAR
No gerador monofásico elementar, uma espira de fio girando 
em um campo magnético produz uma força eletromotriz 
induzida (fem). Os terminais da bobina são ligados ao circuito 
externo por meio dos anéis coletores e escovas. 
As escovas são pequenos blocos de grafite (material 
condutor). Sem elas não seria possível estabelecer a força 
eletromotriz alternada (ou tensão alternada) de saída do 
gerador. A força eletromotriz e a corrente de um gerador 
elementar mudam de direção cada vez que a espira gira 
180°. A tensão de saída deste gerador é alternada do tipo 
senoidal, de acordo a Figura, para uma volta completa da 
espira
Corrente alternada – CA GERADOR
ELEMENTAR
Em um gerador AC o fluxo de elétrons varia em
função do tempo. É a corrente utilizadas nas
residências “tomadas”, que são fornecidas
pelas usinas hidrelétricas.
Corrente alternada – CA GERADOR
ELEMENTAR
Uma espira de fio girando em um campo magnético 
forma um gerador elementar, que é ligado ao 
circuito externo por meio dos anéis coletores. 
SAÍDA DO GERADOR ELEMENTAR 
A força eletromotriz e a corrente de um gerador 
elementar mudam de direção cada vez que a 
espira gira 180°. A tensão de saída deste gerador 
é alternada. É um ALTERNADOR.
Corrente alternada – CA GERADOR
ELEMENTAR
Tensão e corrente instantânea
A tensão alternada varia em função do tempo de um 
valor mínimo “zero” a um valor máximo chamado de 
tensão de pico “VP”. 
As tensões entre esse intervalos é o que chamamos 
de tensão instantânea. 
v instantâneo = VP . sen θ
i instantâneo = IP . sen θ
Onde: θ = ângulo percorrido pode ser em graus ou 
radianos. Notem que a tensão alternada foi 
associada a uma senoide, que é a única forma de 
onda que não se altera ao ser aplicado a um circuito 
contendo resistores, capacitores e indutores.
Ilustrando:
GRAUS RADIANOS PERÍODO
PERÍODO E FREQÜÊNCIA
REPRESENTAÇÃO MATEMÁTICA
FREQÜÊNCIA ANGULAR
VALOR EFICAZ - RMS
Valor Eficaz
�O conceito de valor eficaz de uma tensão ou corrente 
alternada senoidal está diretamente ligado à potência 
transferida por esse par de grandezas; é através do 
valor eficaz que se pode comparar a potência 
associada a grandezas AC com potências associadas 
a grandezas DC. 
�Fisicamente , o valor eficaz de uma corrente 
alternada é o valor da intensidade de uma corrente 
contínua que produziria, numa resistência, o mesmo 
efeito calorífico que a corrente alternada em questão. 
�Matematicamente, o valor eficaz, Xef, de uma 
grandeza periódica x(t) é determinado através de: 
Valor Eficaz
�O caso particular de uma grandeza alternada senoidal 
expressa por , que conduz a:
�Poder-se-á assim escrever: 
�Graficamente, o valor eficaz está relacionado com a 
área sob a curva que representa a evolução temporal do 
quadrado da grandeza, tal como se representa na figura 
seguinte.
�O valor eficaz de uma grandeza altera-se com a 
amplitude, com perturbações na forma da onda, mas 
não é afetado por variação da freqüência, nem da fase 
inicial 
Valor Eficaz
P. ex. uma tensão senoidal de 155V de pico é
aplicada a uma resistência de 100 Ohms. Se ao
mesmo resistor for aplicado uma tensão de 110V
contínuos, a dissipação de potência será a mesma.
Circuitos Resistivos em CA
Em um circuito puramente resistivo alimentado por
uma tensão alternada (CA), a tensão e a corrente
estão em fase, sendo a relação entre elas dada
pela lei de ohm, isto é : V =R.I ou I = V/R,
sendo que usamos valores eficazes para I e V. Em
termos de diagrama fasorial significa que os
fasores representativos da tensão e da corrente
estão em fase
Referências
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20011/Vasco/
http://www.lei.ucl.ac.be/multimedia/eLEE/PO/realisations/CircuitsElectriques/in
dex.htm
http://www.dt.fee.unicamp.br/~www/ea513/ea513.html
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/inducao/dinamos/
https://www.google.com.br/search?q=matriz+energ%C3%A9tica+brasileira+20
17+grafico&sa=X&tbm=isch&tbo=u&source=univ&ved=2ahUKEwjwwZv3vaTdA
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20M. Acesso em 30/08/2018