HIDRO_NUCLEAR

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Energia Hidrelétrica e Nucelar
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Energia Hidrelétrica e Nucelar
Autoria: Vagner Vasconcellos
Como citar este documento: VASCONCELLOS, Vagner. Energia hidrelétrica e nuclear. Valinhos, 2017.
Sumário
Apresentação da Disciplina 04
Unidade 1: Usinas hidrelétricas – características 06
Assista a suas aulas 23
Unidade 2: Geradores: características e funcionamento 30
Assista a suas aulas 45
Unidade 3: Turbinas hidráulicas: características e operação 52
Assista a suas aulas 74
Unidade 4: Subestações e linhas de transmissão 81
Assista a suas aulas 107
2/201
3/2013
Unidade 5: Usinas nucleares – características, operação e manutenção 115
Assista a suas aulas 130
Unidade 6: Reatores nucleares – funcionamento, combustíveis utilizados 
e critérios de segurança
137
Assista a suas aulas 149
Unidade 7: Usinas hidrelétricas e nucleares – vantagens e desvantagens, custos e impactos am-
bientais
157
Assista a suas aulas 171
Unidade 8: Centrais elétricas nucleares: futuro dessa fonte de energia em nível mundial 179
Assista a suas aulas 194
Sumário
Energia Hidrelétrica e Nucelar
Autoria: Vagner Vasconcellos
Como citar este documento: VASCONCELLOS, Vagner. Energia hidrelétrica e nuclear. Valinhos, 2017.
/201
4/201
Apresentação da Disciplina
Na disciplina Energia hidrelétrica e nuclear 
serão apresentados os conceitos e as prin-
cipais características dessas fontes de ener-
gia elétrica no Brasil e no mundo. Na usina 
hidrelétrica há o represamento das águas 
de um rio por meio de uma barragem para 
a formação do reservatório, umas das par-
tes componentes da usina. A água repre-
sada pelo reservatório será conduzida por 
uma turbina que está acoplada ao gerador 
através de um eixo que o movimenta, trans-
formando a energia potencial da água em 
energia cinética, movimentando o gerador 
de energia elétrica.
No geral, as turbinas utilizadas são do tipo 
Pelton, Francis e Kaplan, cuja escolha de-
pende das características da barragem, 
cota da queda d’água, regime de operação 
e porte da usina. O gerador (síncrono ou as-
síncrono) é composto por um rotor (eletro-
ímã) que se movimenta no interior de um 
conjunto de bobinas (estator), que gera cor-
rente elétrica a partir do efeito da indução 
eletromagnética. A energia elétrica produ-
zida é encaminhada para uma subestação 
em que estão os transformadores elevado-
res, equipamentos utilizados para elevar a 
tensão, a fim de viabilizar a transmissão da 
energia gerada para os centros de consumo. 
As usinas nucleares, também chamadas de 
centrais nucelares, são usinas termoelétri-
cas em que a produção de vapor e ou calor 
é obtida a partir da reação de fissão nucelar. 
Nessas usinas, a parte mais importante são 
os reatores nucleares, responsáveis pela 
fissão do urânio, principal combustível nes-
5/201
se tipo de instalação. A reação do material 
radioativo nos reatores gera uma grande 
quantidade de calor, que em contato com 
a água produz vapor para movimentar as 
turbinas. Assim como nas usinas hidrelétri-
cas, essas turbinas estão acopladas a gera-
dores que irão “produzir” energia elétrica 
que, posteriormente, alimentarão as su-
bestações em que se encontram os trans-
formadores. Como toda fonte de energia, as 
centrais nucleares apresentam vantagens 
e desvantagens em relação a outras fontes 
que serão discutidas ao longo desta disci-
plina.
6/201
Unidade 1
Usinas hidrelétricas – características
Objetivos
Apresentar e discutir os seguintes tópicos 
referentes às usinas hidrelétricas:
1. Definições e tipos construtivos.
2. Usinas de médio e grande porte. 
3. Usinas PCH e CGH.
4. Barragens das usinas hidrelétricas.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características7/201
Introdução
Segundo dados da Aneel (2016), a energia 
elétrica atende à aproximadamente 92% 
dos domicílios no Brasil. Atualmente, as usi-
nas hidrelétricas respondem por 62% dessa 
energia gerada no país, esse montante já 
chegou a 92% na década passada. Apesar 
de apresentar o terceiro maior potencial hi-
dráulico do mundo (atrás apenas da Rússia 
e da China), o Brasil importa parte da ener-
gia hidrelétrica, já que a Usina de Itaipu, se-
gunda maior do mundo em tamanho, não é 
totalmente brasileira e está situada na divi-
sa com o Paraguai e por essa razão, 50% da 
produção da usina pertence ao país vizinho 
que, por não consumir esse montante, ven-
de o excedente para os brasileiros. 
Link
Como toda fonte energética, as usinas hidrelé-
tricas apresentam vantagens e desvantagens 
que precisam ser mensuradas e avaliadas caso a 
caso. O Brasil é um dos poucos países do mundo 
que ainda apresenta potencial de aumento dessa 
fonte. O link a seguir apresenta uma interessante 
reflexão a respeito dessa importante fonte ener-
gética brasileira e mundial. Disponível em: <ht-
tps://meioambienterio.com/7270/2015/08/
energia-hidreletrica-vantagens-e-desvan-
tagens/>. Acesso em: 17 nov. 2017.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características8/201
1. Definições e tipos construti-
vos
As usinas hidrelétricas são as instalações 
que transformam a energia potencial da 
água, armazenada nos reservatórios por 
meio das barragens, em energia mecânica 
que impulsiona as turbinas hidráulicas. Essa 
energia mecânica gerada pelas turbinas 
aciona os geradores, convertendo a energia 
mecânica em energia elétrica. 
Quantos aos tipos básicos, as usinas hi-
drelétricas estão divididas da seguinte for-
ma, segundo Camargo Corrêa Engenharia 
(2006) e Reis e Silveira (2001): usinas a fio 
d´água; usinas com reservatórios; usinas 
reversíveis ou de bombeamento.
As usinas a fio d’água são consideradas 
usinas hidrelétricas de porte pequeno, nas 
quais não há a presença de grandes reser-
vatórios e operam com queda constante 
sem controle de vazão. As usinas com re-
servatório são instalações que contam com 
a possibilidade de acumulação de água. De 
acordo com a função da operação e tama-
nho do reservatório, essas usinas são clas-
sificadas em: 
• Nível constante: são usinas com re-
servatório que, por questões opera-
cionais e ou ambientais, obrigatoria-
mente mantêm o nível constante. As-
sim sendo, operam de maneira similar 
às usinas a fio d´água. 
• Regulação anual: são usinas com re-
servatório cuja capacidade de arma-
zenamento atinge até 60% da vazão 
do ano. 
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características9/201
• Regulação plurianual: são usinas cujo reservatório tem a capacidade de armazenamento 
superior a 60% da vazão do ano. 
As usinas reversíveis ou de bombeamento são aquelas que além de gerar energia, também po-
dem fazer o trabalho de bombeamento de água entre reservatórios para fins diversos. Nas Figu-
ras 1 a 3 são apresentadas as principais partes que compõem uma usina hidrelétrica:
Figura 1 | Visão geral da UHE vista 1
Fonte: <http://www.ceee.com.br/pportal/ceee/Component/Controller.aspx?CC=1876>. Acesso em: 14 jan. 2018.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características10/201
Figura 2 | Visão geral da UHE vista 2
Fonte: <http://www.ceee.com.br/pportal/ceee/Component/Controller.aspx?CC=1876>. Acesso em: 14 jan. 2018.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características11/201
• 1. Reservatório: volume de água obti-
do a partir do represamento do rio.
• 2. Barragem: é uma estrutura cons-
truída no leito do rio que acumulará a 
água para a formação do reservatório.
• 3. Vertedouro: responsável pelo con-
trole do nível da água do reservatório, 
principalmente em períodos de cheias. 
• 4. Tomada d’água: responsável pela 
condução da água do reservatório 
para adução das turbinas. Equipada 
com comportas de fechamento e gra-
des de proteção.
• 5. Conduto forçado: são os canais que 
conduzemágua, sob pressão, para as 
turbinas. Podem ser externos ou sub-
terrâneos.
• 6. Casa de força: local de onde se ope-
ra a usina e estão localizados os gera-
dores e equipamentos auxiliares.
• 7. Canal de fuga: ponto de saída da 
água após movimentar as turbinas.
• 8. Subestação: instalação que rece-
be a energia elétrica gerada na usina, 
elevando-a para alta tensão, para que 
possa ser transportada pelas linhas de 
transmissão aos centros de consumo.
• 9. Turbina: dispositivo de acionamen-
to do gerador. A água faz a turbina gi-
rar ao atingi-la, transformando ener-
gia hidráulica em energia mecânica.
• 10. Gerador: equipamento acoplado 
mecanicamente à turbina. A energia 
mecânica disponível no eixo da turbi-
na é transformada em energia elétrica 
pelo gerador. 
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características12/201
Figura 3 | Visão geral da turbina
Fonte: <http://www.ceee.com.br/pportal/ceee/Component/Controller.aspx?CC=1876>. Acesso em: 14 jan. 2018.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características13/201
2. PCH e CGH 
A legislação vigente (Resolução Normativa 
ANEEL 395/1998) define como PCH (Peque-
na Central Hidrelétrica) as usinas que pos-
suem reservatório de até 3 Km² e potência 
instalada entre 1 e 30 e CGH (Centrais Ge-
radoras Hidráulicas), como usinas com po-
tência máxima de até 1 MW. Essas usinas 
apresentam um processo de licenciamento 
muito mais simples e prazo de implantação 
reduzido, sendo em média de cinco anos 
para uma PCH e dois anos e meio para uma 
CGH. Atualmente, no Brasil, há 463 PCHs, 
resultando em uma potência instalada de 
aproximadamente 4.700 MW, além de 446 
CGHs com uma potência no total cerca de 
273 MW.
Para saber mais
A usina hidrelétrica de Itaipu no estado do Para-
ná é a segunda maior em tamanho, perdendo so-
mente para a usina de Três Gargantas na China. 
Porém, em função de sua eficiência operacional, é 
a maior do mundo em produção de energia atra-
vés da hidroeletricidade. 
Link
Você pode conferir as dez maiores usinas hidrelé-
tricas do mundo visitando: <http://top10mais.
org/top-10-maiores-hidreletricas-mun-
do/>. Acesso em: 17 nov. 2017.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características14/201
3. Tipos de barragens 
As barragens apresentam diversos fins, 
servindo para navegação, turismo, usinas 
hidrelétricas, retenção de águas e contro-
le de cheias. No caso das usinas hidrelétri-
cas, as barragens têm papel fundamental já 
que são as responsáveis pelo represamento 
da água, armazenando a energia potencial 
que futuramente se transforma em energia 
cinética ao movimentar os geradores que 
produzirão a energia elétrica. 
Para saber mais
Convencionalmente, faz-se a classificação de 
barragens em rígidas (gravidade ou arco) e não rí-
gidas (terra ou enrocamento). No caso de: i) rígida 
– gravidade: tem-se um paredão que resiste pelo 
próprio peso à impulsão da água e transmite as 
forças sentidas ao solo; ii) rígida – arco: constru-
ída em valões mais estreitos, apresentando uma 
altura superior à largura; iii) não rígida – terra: são 
formadas pela deposição de terra sobre os cursos 
de água; iv) não rígida – enrocamento: formadas 
pela deposição de blocos de rocha de diversos ta-
manhos.
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características15/201
Quanto aos tipos as barragens estão dividi-
das em:
• Barragens de concreto: construídas 
em geral com materiais granulados 
produzidos de forma artificial com 
adição de cimento e produtos quími-
cos. São basicamente divididas em:
• Gravidade: barragens providas de 
pouca armação e geralmente maci-
ças.
• Gravidade aliviada: apresentam es-
trutura mais leve, exercem menores 
pressões nas fundações e propiciam 
redução no consumo de concreto.
• Abóbada ou arco: são barragens que 
apresentam curvaturas, ocorrem em 
duplo sentido, na horizontal e na ver-
tical. Uma parte das pressões hidráu-
licas é transmitida por meio dos arcos.
A Figura 4 mostra a Usina de Itaipu, que é 
um exemplo de instalação que contempla 
uma barragem de concreto.
Figura 4 | Barragem de concreto – Usina de Itaipu – PR
Fonte: https://www.google.com.br/search?rlz=1C1GGRV_
pt=-BRB751RB751Rbbiw2240=bbih1258=btbm=ischbsa1=bei-
P4dXWoSNEsOQwgSJzZ6oCgbq=barragem+de+concre-
to+itaipuboq=barragem+de+concreto+itaipubgs
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características16/201
• Barragens de terra: apresentam es-
trutura essencialmente formada pelo 
solo. Estão divididas em homogênea, 
quando se predomina um único ma-
terial ou ainda zonadas, em que há 
zoneamentos dos materiais devido às 
características permeáveis do solo. 
Conforme podemos observar na Figura 5, a 
UHE Três Marias – MG conta com uma bar-
ragem de terra. 
Figura 5 | Barragem de terra – UHE Três Marias MG
 
Fonte:https://www.google.com.br/search?rlz=1C1GGRV_
pt=-BRB751RB751Rbbiw2240=bbih1258=btbm=ischbsa1=bei-
g4ZXWsb-DsGswgTitL6gAQbq=barragem+de+-
terra+uhe+tr%C3%AAs+mariasboq=barragem+-
de+terra+uhe+tr%C3%AAs+mariasbgs_l=psy
ab.3...181525.186295.0.186975.21.19.0.2.2.0.151.1733.
15j4.19.0....0...1c.1.64.psyab..0.6.438...0j0i67k1j0i30k-
1j0i24k1.0.HKTgehZtzsg#imgrc=2aQejzUjWDmrMM:
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características17/201
• Barragens de enrocamento: forma-
das por pedaços de  rocha montados 
sob compactação cujo peso e sobre-
posição geram a  estabilidade  da pa-
rede da barragem. Podem ter o núcleo 
ou face impermeável, a fim de garantir 
a vedação da água e garantir a segu-
rança desse tipo de barragem.
A Figura 6 ilustra um exemplo de barragem 
de enrocamento situada na usina de Itaipu. 
Figura 6 | Barragem de enrocamento em usina de Itaipu 
Fonte: https://www.google.com.br/search?q=barra-
gem+de+enrocamento+itaipubrlz=1C1GGRV_ptBR-
BR751BR751bsource=lnmsbtbm=ischbsa=Xbve-
d=0ahUKEwimnN6oNDYAhWJIZAKHSa0D6EQ_AUICigBb-
biw=2240bbih=1258#imgrc=R4HeMbZpNdEbCM: 
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características18/201
Para saber mais
A usina hidrelétrica de Itaipu, localizada no esta-
do do Paraná, é uma das poucas usinas de grande 
porte que apresenta em sua construção dois tipos 
distintos de barragens, enrocamento e concreto.
Link
Você pode conferir as dez barragens mais altas 
construídas no mundo no link: <http://gigan-
tesdomundo.blogspot.com.br/2013/07/
as-10-barragens-mais-altas-do-mundo.
html>. Acesso em: 17 nov. 2017
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características19/201
Glossário
ANEEL: Agência Nacional de Energia Elétrica.
CGH: central geradora hidráulica.
PCH: pequena central hidrelétrica.
UHE: usina hidrelétrica.
Questão
reflexão
?
para
20/201
Para a fixação dos conceitos e aumento da compreen-
são do tema, faça uma pesquisa a respeito da hidroele-
tricidade no Brasil, contemplando as principais usinas e 
abordando suas características construtivas, barragens 
empregadas, importância no cenário energético nacio-
nal atual e futuro.
21/201
Considerações Finais
• A energia gerada por hidrelétricas é uma fonte renovável e limpa que atualmente repre-
senta aproximadamente 62% da energia elétrica gerada no Brasil, segundo dados do Atlas 
Energético – Aneel 2016.
• As usinas hidrelétricas, além da geração de energia elétrica, têm a função de regular o nível 
de vazão das bacias, armazenamento de água, viabilizar a navegabilidade de alguns rios, 
entre outras.
• As usinas hidrelétricas estão classificadas em usinas a fio d’água, as PCHs e CGHs, usinas 
com reservatório, que são as usinas de grande porte e as usinas de bombeamento ou rever-
síveis, que além de gerar energia também fazem o bombeamento de água entre reservató-
rios.
• As principais partes constituintes de uma usinahidrelétrica são a barragem, o vertedouro, e 
a casa de força onde se encontram os geradores e a subestação elevadora de transmissão. 
• As barragens são parte fundamental das usinas hidrelétricas e podem ser de terra, concreto 
ou de enrocamento. Cada barragem tem sua característica e é escolhida em função do tipo 
e porte da usina, além das condições do solo em que será construída
Unidade 1 • Usinas hidrelétricas – características22/201
Referências
ANEEL. Atlas energético. 2016. Disponível em: <www.aneel.gov.br/revistas/-/asset_publisher/.../
atlas-de-energia-eletrica.../656835?...>. Acesso em: 17 nov. 2017.
CAMARGO CORRÊA ENGENHARIA. Manual de montagem de usinas hidrelétricas. s.l. 2006. 
REIS, L. B; SILVEIRA, S. Energia elétrica para o desenvolvimento sustentável. São Paulo: EDUSP, 
2001.
Resolução Normativa ANEEL 395/1998. PCH e CGH – Definições e Critérios de Acesso. 
23/201
Assista a suas aulas
Aula 1 - Tema: Usinas Hidrelétricas – Caracte-
rísticas. Bloco I
Disponível em: <https://fast.player.liquidplatform.com/
pApiv2/embed/dbd3957c747affd3be431606233e0f1d/
c86251681cdb49af24412b2e5024ed28>.
Aula 1 - Tema: Usinas Hidrelétricas – Caracterís-
ticas. Bloco II
Disponível em: <https://fast.player.liquidplatform.com/pA-
piv2/embed/dbd3957c747affd3be431606233e0f1d/3ce-
c43e18719668f44fe0d5e5710c4f2>.
24/201
1. Em relação à geração hidrelétrica no Brasil, é correto afirmar:
a) Fonte de energia pouco relevante no cenário energético nacional.
b) Matriz energética de origem limpa, mas sem expressão no cenário nacional e mundial.
c) Responsável por mais de 60% da matriz energética brasileira, sendo que no passado repre-
sentou quase 95% da energia gerada no país.
d) Principal fonte de energia no Brasil, sendo que o país é o maior produtor mundial de energia 
elétrica a partir dessa fonte.
e) Não há impactos ambientais na construção desse tipo de usina.
Questão 1
25/201
2. Em relação às usinas hidrelétricas, é correto afirmar:
a) São instalações que convertem a energia potencial da água armazenada nos reservatórios 
em energia cinética que movimenta os geradores de energia elétrica.
b) Só existem usinas hidrelétricas de grande porte no Brasil.
c) Todas as usinas hidrelétricas devem ter grandes reservatórios.
d) As usinas hidrelétricas servem somente para a geração de energia.
e) A usina de Itaipu é a maior usina hidrelétrica do mundo em operação.
Questão 2
26/201
3. Considerando as características construtivas das usinas hidrelétricas é 
correto afirmar que:
a) Usinas de bombeamento ou reversíveis servem somente para bombear águas entre reserva-
tórios.
b) Usinas a fio d’água são aquelas que apesar do pequeno porte possuem reservatórios signi-
ficativos.
c) Usinas de regulação anual são aquelas com reservatório cuja capacidade de armazenamen-
to atinge até valores superiores a 60% de sua vazão anual. 
d) Usinas de regulação plurianual são aquelas com reservatório cuja capacidade de armazena-
mento atinge até valores inferiores a 60% de sua vazão anual.
e) As usinas a fio d’água são aquelas em que não há a presença de grandes reservatórios e ope-
ram com queda constante sem controle de vazão.
Questão 3
27/201
4. Considerando as PCHs e CGHs, é correto afirmar:
a) As PCHs são usinas hidrelétricas de com potência superior a 30 MW e as CGHs com potência 
até 30 MW.
b) São usinas que apresentam a mesma complexidade de obtenção de licença se comparadas 
às hidrelétricas de grande porte.
c) As PCHs e CGHs têm prazo de implantação médio de cinco e dois anos e meio, respectiva-
mente.
d) Na matriz energética brasileira quase não há esse tipo de usina.
e) As PCHs apresentam reservatório com área superior a 3 Km², caso contrário são considera-
das CGHs.
Questão 4
28/201
5. Em relação às barragens das usinas hidrelétricas, é correto afirmar:
a) Nas barragens de enrocamento há a necessidade de uso de grandes quantidades de concre-
to.
b) As barragens de concreto são as únicas que podem ser utilizadas nas usinas hidrelétricas.
c) No Brasil não há a utilização de barragens de terra em suas usinas hidrelétricas.
d) As barragens de enrocamento são aquelas que são construídas a partir de fragmentos de 
rochas compactadas.
e) Todas as barragens de concreto são construídas na forma de arco para minimizar os efeitos 
da pressão da água do reservatório.
Questão 5
29/201
Gabarito
1. Resposta: C.
A participação das usinas hidrelétricas na 
matriz energética brasileira é de aproxima-
damente 62%, sendo que em 1985 chegou 
a valores superiores a 95%.
2. Resposta: A.
A alternativa “a” é a definição clássica de 
geração hidrelétrica.
3. Resposta: E.
As usinas a fio d’água são aquelas que não 
apresentam reservatório e não operam com 
vazões controladas. São exemplos des-
se tipo de usinas as PCHs e grandes usinas 
como Itaipu e Belo Monte.
4. Resposta: C.
Segundo a Resolução Aneel nº 394 (ANE-
EL, 1998), o empreendedor tem até cinco 
anos para implantar uma PCH e dois anos 
em meio para uma CGH, valores utilizados 
como referência nos estudos de viabilidade.
5. Resposta: D.
Nesse tipo de barragem são utilizados so-
mente fragmentos de rochas que são sobre-
postas, sendo que o peso e entrelaçamento 
do material garantem a vedação da água. A 
maior barragem desse tipo no Brasil fica na 
usina de Itaipu em Foz do Iguaçu.
30/201
Unidade 2
Geradores: características e funcionamento
Objetivos
Apresentar e discutir os seguintes tópicos 
referentes aos geradores elétricos:
1. Princípio de funcionamento.
2. Geradores síncronos e assíncronos.
3. Operação e manutenção dos gera-
dores.
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento31/201
Introdução
O gerador de energia nas usinas é o equi-
pamento responsável pela transformação 
da energia de entrada (mecânica, química, 
térmica, entre outras) em energia elétrica e, 
por isso, merece um tema para apresentá-
-lo. Em relação à sua classificação, o gera-
dor elétrico pode ser síncrono ou assíncro-
no. O gerador síncrono é um equipamento 
cuja velocidade de rotação está em sincro-
nismo com a frequência da rede e opera em 
corrente alternada. Por outro lado, o gera-
dor assíncrono opera em qualquer tipo de 
corrente e não apresenta sincronismo entre 
a rotação e a frequência da rede (FITZGE-
RALD, 2006). 
Não é adequado classificar os geradores 
síncronos ou assíncronos em melhor ou pior 
e sim em mais ou menos vantajoso para 
cada aplicação. Dessa forma, ao final desse 
capítulo será possível compreender as prin-
cipais características e importância dos ge-
radores para as usinas hidrelétricas. 
1. Princípio de funcionamento
Um gerador elétrico elementar é formado 
por uma espira plana capaz de se mover sob 
a ação de um campo magnético uniforme. 
Tal espira, por sua vez, gira em torno de um 
eixo perpendicular à direção das linhas de 
força do campo magnético aplicado (HAYT, 
2017). A variação do valor do fluxo magné-
tico que atravessa a espira móvel induz nela 
uma f.e.m que dará origem a uma corrente 
alternada. 
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento32/201
Os geradores de energia fundamentam-se 
no princípio empregado por Faraday e Hen-
ry relacionado à indução magnética (HAYT, 
2017). O gerador de energia criado por Fa-
raday foi concebido a partir de um disco de 
cobre que girava no campo magnético for-
mado pelos polos de um ímã de ferradura e 
produzia corrente contínua. 
Em seguida, Henry obteve corrente alter-
nada, valendo-se de um gerador com ímãs 
e enrolamento de fio numa armadura de 
ferro. A Figura 1 ilustra o princípio de fun-
cionamento do gerador elétrico de corrente 
alternada.
Para saber mais
Para facilitar o entendimento dos geradores, uti-
lizamos oconceito de “espira plana”. Uma única 
espira é introduzida e movimentada de forma 
circular em um campo magnético CC constante. 
Esse movimento da espira no campo magnético 
gera uma tensão CA nos terminais do gerador, se-
gundo a Lei de Faraday. 
Link
O prof. Luiz Ferraz Netto disponibilizou um arqui-
vo com conceitos básicos acerca dos geradores 
de energia elétrica, tais como: finalidade, princí-
pios de funcionamento, equações envolvidas, en-
tre outros aspectos. Confira em: <http://www.
ceee.com.br/pportal/ceee/Component/
Controller.aspx?CC=3332>. Acesso em: 17 
nov. 2017.
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento33/201
Figura 1 | Gerador de corrente alternada
Fonte: Fitzgerald (2006).
A partir da Figura 1, observa-se que as duas 
extremidades da armadura de um gerador 
de corrente alternada ligam-se a anéis con-
dutores, a que se apoiam escovas de carvão. 
Por outro lado, a armadura gira e a corren-
te flui no sentido anti-horário. A escova do 
anel “A” conduz a corrente para fora da ar-
madura, permitindo que uma lâmpada se 
acenda; o anel “B” devolve a corrente à ar-
madura.
Observa-se que no momento que a arma-
dura gira paralelamente ao campo magné-
tico, não há geração de corrente (posição 3 
da Figura 1). Porém, no instante posterior, 
a armadura volta a girar paralelamente ao 
campo magnético, e a corrente inverte seu 
sentido: a escova do anel coletor “B” a con-
duz para fora da armadura e a do anel “A” 
faz a devolução à armadura (posição 4 da 
Figura 1).  
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento34/201
2. Geradores síncronos e assín-
cronos 
Os geradores de energia utilizados nas usi-
nas são classificados basicamente como 
síncronos e assíncronos, conforme já men-
cionamos na introdução deste capitulo. A 
partir de agora serão apresentadas as ca-
racterísticas principais de cada um desses 
equipamentos.
2.1 Geradores síncronos 
O gerador síncrono é uma máquina elétri-
ca que faz a conversão da energia mecânica 
em energia elétrica, se operada como gera-
dor, e energia elétrica em energia mecânica, 
se operada como motor.
O termo síncrono vem do fato da máquina 
operar na velocidade de rotação constante 
e em sincronia com a frequência da tensão 
elétrica alternada aplicada aos seus termi-
nais. O gerador síncrono é composto pelas 
seguintes partes:
Rotor: parte dinâmica do gerador, usual-
mente construído por lâminas de material 
ferromagnético envolvido por um enrola-
mento de cobre, podendo ser em barras ou 
condutores. Funciona com tensão contínua, 
pode conter dois ou mais enrolamentos, 
sempre aos pares, conectados em série e 
responsáveis pelo aparecimento dos polos 
do eletroímã. 
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento35/201
Estator: parte estática do gerador, monta-
da ao redor do rotor, possibilitando o giro 
deste em seu interior. Também construído 
por lâminas de material ferromagnético en-
volvido por enrolamentos distribuídos em 
ranhuras por sua circunferência e alimen-
tados por um sistema trifásico em corrente 
alternada. 
Na operação com o gerador, a energia me-
cânica é obtida a partir de turbinas, acopla-
das aos geradores. Para que ocorra a con-
versão da energia mecânica em elétrica, é 
necessário que as bobinas de campo situa-
das no rotor da máquina sejam alimentadas 
por uma fonte de tensão contínua. 
O campo magnético gerado pelos polos do 
rotor imprime um movimento relativo aos 
enrolamentos localizados no estator, dando 
origem à tensão alternada em seus termi-
nais. Essa tensão depende da frequência de 
rotação do número de polos do gerador. 
Assim, pela Lei de Faraday teremos uma 
tensão induzida gerada pelo movimento 
relativo do campo magnético dos polos do 
rotor no campo magnético gerado pelo es-
tator. Devido às características construtivas 
Link
Detalhamentos sobre o fluxo de potência, perdas, 
operação, estabilidade e diagramas fasoriais são 
apresentados no vídeo. Disponível em: <https://
www.youtube.com/watch?v=eyRbYm-of-
FY>. Acesso em: 17 nov. 2017.
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento36/201
do gerador e distribuição dos enrolamen-
tos no estator e rotor, teremos a geração de 
corrente alternada trifásica.
2.2 Geradores assíncronos 
O gerador assíncrono ou de indução é uma 
alternativa viável para geração de energia 
elétrica, principalmente devido ao seu bai-
xo custo, tanto de aquisição como de ma-
nutenção, sua simplicidade construtiva e 
robustez, quando comparado ao gerador 
síncrono. 
Estudos de viabilidade de usinas mostram 
que seu custo é aproximadamente 40% in-
ferior em relação ao gerador síncrono (REIS; 
SILVEIRA, 2001), mas devido à sua capaci-
dade reduzida de geração de potência, sua 
aplicação fica restrita a micro e mini gera-
ção como as PCHs e CGHs (ANEEL, 1998). 
Com relação ao gerador síncrono utilizado 
em centrais hidrelétricas, o gerador de in-
dução possui várias vantagens, tais como: 
• Custo reduzido até a potência de 100 
kVA.
• Robustez devido à estrutura mais sim-
ples, devido à ausência de polos sa-
lientes.
Para saber mais
Os geradores síncronos, também chamados de 
máquinas síncronas, são equipamentos que po-
dem operar na condição de motor ou gerador so-
mente através da sua forma de excitação. 
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento37/201
• Simplicidade em função da ausência 
de bobinas, anéis coletores no rotor e 
escovas, reduzindo significativamente 
os custos de manutenção.
• Sincronismo já que o gerador de indu-
ção dispensa a utilização de colunas 
de sincronismo, reduzindo o custo de 
aquisição.
• Não necessidade de sistema de exci-
tação, simplificando muito a operação 
e manutenção.
O fato do gerador de indução ser um motor 
assíncrono operando como gerador faz com 
que esse tipo de máquina seja aplicado em 
pequenas centrais geradoras ou ainda em 
caso de usinas de porte maior, como as usi-
nas eólicas. 
Link
Na dissertação de Júlio Vítor Kunzler Júnior, Análises 
teórica e experimental do gerador assíncrono de 
dupla alimentação – o GEADA, e contribuição à sua 
operação, é possível verificar os principais concei-
tos e cálculos envolvendo geradores assíncronos. 
Disponível em: <http://www.lume.ufrgs.br/
bitstream/handle/10183/8686/000586441.
pdf?sequence=1>. Acesso em: 17 nov. 2017.
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento38/201
3. Operação e manutenção dos 
geradores 
Por se tratar da parte mais importante das 
usinas, os geradores são projetados e con-
struídos para operar dentro de certas faixas 
de tensão e frequência, sendo que operan-
do fora desses parâmetros podem apresen-
tar funcionamento inadequado ou até mes-
mo avarias (REIS; SILVEIRA, 2001).
Além de variações de carga previstas, ex-
istem outras de natureza aleatória, por ex-
emplo, rejeições de carga, energização de 
bancos de capacitores e ou reatores, des-
cargas atmosféricas etc. Todas essas causas 
podem comprometer a vida útil do gerador 
ou da usina e, portanto, há a necessidade 
de elaboração de planos de operação e ma-
nutenção desses equipamentos visando à 
confiabilidade e segurança operacional das 
instalações. 
Para se evitar ou mitigar tais variações, as 
usinas contam com dispositivos de controle 
de tensão e frequência, visando minimizar 
os efeitos desses fenômenos para proteger 
o gerador e demais equipamentos associa-
dos. 
Para saber mais
Os geradores assíncronos são máquinas elétricas 
de constituição mais simples se comparadas aos 
síncronos e têm utilização frequente em usinas 
de pequeno porte e usinas eólicas. 
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento39/201
O quesito mais importante para a corrente 
alternada é a frequência, no caso do Bra-sil 60 Hz, tendo controle automático nos 
próprios geradores com o uso dos regula-
dores de velocidade. 
Os reguladores de velocidades são equipa-
mentos que dosam o combustível nas turbi-
nas acopladas aos geradores, dependendo 
da variação da carga. O controle de tensão 
geralmente é feito de forma automática 
através de transformadores dotados de co-
mutadores de tensão sob carga, bancos de 
capacitores, reatores e compensadores sín-
cronos ou estáticos. 
Fundamental para garantir a vida útil do 
gerador de energia, o plano de manuten-
ção preventiva tem como objetivo garantir 
a qualidade e o funcionamento correto do 
equipamento ao longo do tempo. É impor-
tante lembrar que o plano de manutenção 
preventiva do gerador deve ser realizado 
somente por equipes especializadas e qua-
lificadas, respeitando as instruções do fa-
bricante. 
Como já citado, gerador de energia é o equi-
pamento mais importante da usina, de alta 
complexidade, demandando elevado grau 
de conhecimento. Um plano de manuten-
ção preventiva mal executado pode ocasio-
nar problemas mais graves no equipamen-
to ou na usina. Por questões de garantia do 
equipamento, lembramos que o não cum-
primento das normas estabelecidas pelo 
fabricante pode anular a cobertura de ga-
rantia do gerador de energia. 
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento40/201
Na sequência, apresentamos algumas van-
tagens de se ter um do plano estruturado de 
manutenção preventiva de geradores:
• Aumento da confiabilidade e segu-
rança operacional.
• Melhoria da qualidade no fornecimen-
to de energia.
• Aumento da vida útil do gerador de 
uma maneira geral.
• Redução de custos devido à mitigação 
dos riscos de manutenção corretiva.
• Otimização dos custos de operação 
da usina.
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento41/201
Glossário
f.e.m: força eletromotriz induzida.
CA: corrente alternada.
CC: corrente contínua.
Questão
reflexão
?
para
42/201
Para a fixação dos conceitos e aumento da compreensão 
do tema, realize uma pesquisa a respeito de geradores 
elétricos utilizados nas usinas em geral, contemplando 
as suas características construtivas, vantagens, desvan-
tagens e um panorama atual desses equipamentos em 
usinas brasileiras.
43/201
Considerações Finais 
• O gerador de energia é o equipamento mais importante de uma usina e está classificado 
como síncrono, que opera em sincronismo com a frequência da rede, e assíncrono, quando 
isto não ocorre.
• As usinas hidrelétricas contam com geradores síncronos, em sua maioria, que operam a par-
tir da teoria da indução eletromagnética estudada e desenvolvida por Faraday e Henry.
• Os geradores assíncronos são equipamentos que não operam em sincronismo com a fre-
quência da rede e geralmente são utilizados em usinas de pequeno porte como as PCHs e 
CGHs.
• Por se tratar do equipamento mais importante da usina, os geradores devem operar dentro 
de certas faixas de tensão e frequência, a fim de se manter sua confiabilidade e segurança 
operativa.
• Tão importante quanto os geradores, os reguladores de velocidade têm importância fun-
damental na operação dos geradores, uma vez que controlam a entrada de combustível na 
turbina (água, vapor etc.), para a manutenção dos níveis de tensão e frequência do gerador.
Unidade 2 • Geradores: características e funcionamento44/201
Referências 
ANEEL. Resolução nº 394, de 1998. Critérios de enquadramento de centrais hidrelétricas bra-
sileiras. 1998. Disponível em: <http://www2.aneel.gov.br/cedoc/res1998394.pdf>. Acesso em: 5 
dez. 2017.
FITZGERALD, A. E. Máquinas elétricas. 6. ed. São Paulo: Mc Graw Hill, 2006.
HAYT, W. H. Eletromagnetismo. 8. ed. São Paulo: Mc Graw Hill, 2017.
REIS, L. B.; SILVEIRA, S. Energia elétrica para o desenvolvimento sustentável. São Paulo: EDUSP, 
2001.
45/201
Assista a suas aulas
Aula 2 - Tema: Geradores – Características e 
Funcionamento. Bloco I
Disponível em: <https://fast.player.liquidplatform.com/
pApiv2/embed/dbd3957c747affd3be431606233e0f1d/
ef8ca7ec8919d1d3548cd9ad27c8248a>.
Aula 2 - Tema: Geradores – Características e 
Funcionamento. Bloco II
Disponível em: <https://fast.player.liquidplatform.com/
pApiv2/embed/dbd3957c747affd3be431606233e0f1d/
6753d2d787e07708bf26653b2bff7235>.
46/201
1. Em relação aos geradores elétricos, assinale a alternativa correta.
a) Corresponde a uma parte pouco relevante da usina.
b) Todos os geradores de energia são considerados máquinas síncronas.
c) São os equipamentos mais importantes da usina e podem ser síncronos ou assíncronos.
d) Possuem manutenção simples e não necessitam de planos especiais.
e) Podem operar em qualquer faixa de tensão e frequência sem comprometimento de sua vida 
útil.
Questão 1
47/201
2. Em relação aos geradores síncronos, é correto afirmar:
Questão 2
a) São equipamentos utilizados nas usinas para geração de energia e não operam em sincro-
nismo com a frequência da rede.
b) São utilizados somente em usinas de pequeno porte.
c) As usinas hidrelétricas utilizam somente geradores síncronos.
d) Operam em sincronismo com a frequência da rede.
e) São equipamentos de manutenção simples.
48/201
3. Em relação à operação dos geradores, é correto afirmar:
Questão 3
a) São equipamentos que devem operar dentro de certos limites de tensão e frequência.
b) Os reguladores de velocidade não têm muita importância na manutenção dos geradores.
c) Rejeições de carga, variações de tensão e demais fenômenos do sistema elétrico não com-
prometem a vida útil dos geradores. 
d) A frequência de operação dos geradores aqui no Brasil é 50 Hz.
e) Os reguladores de velocidade são equipamentos destinados a regular a tensão nas linhas de 
transmissão.
49/201
4. Em relação à manutenção dos geradores, é correto afirmar:
Questão 4
a) Os geradores são equipamentos complexos e necessitam de planos especiais de manuten-
ção e devem ser executados por profissionais capacitados.
b) Os geradores das usinas não necessitam de planos de manutenção específicos.
c) Apesar da complexidade de operação, a manutenção de geradores é simples.
d) As informações do fabricante têm pouca relevância no plano de manutenção dos geradores.
e) Caso se tenha um plano de manutenção de geradores bem estruturado, não há a necessida-
de de mão de obra capacitada para a realização dos serviços.
50/201
5. Em relação ao funcionamento do gerador síncrono, julgue os seguintes 
itens:
Questão 5
I. São máquinas elétricas que podem gerar em CA e CC.
II. O gerador síncrono é um tipo de máquina elétrica que pode operar tanto como motor quan-
to como gerador.
III. O gerador síncrono é o equipamento utilizado somente em usinas hidrelétricas.
IV. No Brasil não há a utilização de geradores síncronos nas usinas hidrelétricas.
Baseado nas informações anteriores, assinale a alternativa correta.
a) Apenas o item I está correto.
b) Apenas o item II está correto.
c) Apenas o item III está correto.
d) Apenas os itens I e II estão corretos.
e) Apenas os itens II e III estão corretos.
51/201
Gabarito
1. Resposta: C.
De acordo com Fitzgerald (2006) e Reis e Sil-
veira (2001), as usinas contam com gerado-
res síncronos e assíncronos e estes consti-
tuem a parte mais importante da usina.
2. Resposta: D.
De acordo com Fitzgerald (2006), o gerador 
síncrono é aquele que opera em sincronis-
mo com a frequência da rede.
3. Resposta: A.
Por se tratarem de máquinas elétricas de 
operação complexa, os geradores devem 
operar dentro de certos limites de tensão e 
frequência, a fim de se manter sua confiabi-
lidade operativa.
4. Resposta: A.
Por se tratarem de máquinas elétricas de 
construção complexa, a manutenção dos 
geradoresdeve ser feita por profissionais 
capacitados e seguindo as instruções do fa-
bricante do equipamento, a fim de se man-
ter sua confiabilidade operativa.
5. Resposta: B.
De acordo com Fitzgerald (2006), o gerador 
síncrono é um tipo de máquina elétrica que 
opera como motor ou gerador, dependendo 
da forma de excitação das bobinas do rotor 
e estator.
52/201
Unidade 3
Turbinas hidráulicas: características e operação
Objetivos
Apresentar e discutir os seguintes tópicos refe-
rentes às turbinas:
1. Tipos de turbinas hidráulicas.
2. Turbinas nas usinas hidrelétricas brasilei-
ras.
3. Operação e manutenção das turbinas hi-
dráulicas.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação53/201
Introdução
Assim como o gerador, as turbinas são parte 
fundamental nas usinas hidrelétricas, haja 
vista que são os equipamentos responsá-
veis pelo acionamento dos geradores elétri-
cos, transformando a energia mecânica em 
elétrica. Em relação aos tipos, as principais 
turbinas hidráulicas utilizadas nas usinas 
hidrelétricas brasileiras são do tipo Pelton, 
Francis, Kaplan e Bulbo. 
Para cada aplicação ou usina hidrelétrica, 
há a indicação de uma turbina a ser utiliza-
da, não sendo, então, adequado classificar 
os tipos de turbinas em melhores ou piores. 
Assim, ao final desse capítulo será possível 
entender as características e importância 
das turbinas hidráulicas para as usinas hi-
drelétricas. 
1. Tipos de turbinas hidráulicas
Em relação aos tipos, as turbinas são classi-
ficadas como de impulso e de reação. O tipo 
mais encontrado de turbina de impulso é a 
Pelton, enquanto que as turbinas de reação 
são classificadas em relação ao seu esco-
amento, podendo ser escoamento radial/
misto e escoamento axial.
Link
O princípio de funcionamento e explicações so-
bre turbinas hidráulicas aplicadas para geração 
de hidrelétrica são discutidas no vídeo a seguir. 
Disponível em: <https://www.youtube.com/
watch?v=7R3m-zL5d_E>. Acesso em: 17 nov. 
2017.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação54/201
Para as turbinas de escoamentos radiais, encontramos com mais frequência a Francis, enquanto 
que o tipo mais encontrado de turbinas de escoamento axial nas usinas hidrelétrica é a Kaplan. 
Além das anteriormente citadas, também são exemplos de turbinas de escoamento axial as tur-
binas tubulares e bulbo. A Figura 1 ilustra a classificação das turbinas hidráulicas utilizadas nas 
usinas de geração de energia. 
Figura 1 | Classificação das turbinas hidráulicas
Fonte: adaptado de: <http://rivers.bee.oregonstate.edu/book/export/html/35>. Acesso em: 28 dez. 2017.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação55/201
1.1 Turbinas tipo Pelton
A turbina do tipo Pelton foi criada pelo en-
genheiro americano Lester Allen Pelton em 
1880. Similar a uma roda d’água, tem um 
bocal como distribuidor que guia a água até 
as pás do rotor. O rotor é formado por uma 
série de pás em forma de conchas situadas 
em periferia, responsáveis pelo giro do rotor 
(REIS; SILVEIRA, 2001).
O controle de vazão e velocidade da turbina 
é feito a partir de um defletor de jato, que 
intercepta a água, desviando-a das pás do 
rotor, em caso de redução significativa da 
potência demandada pela rede de energia. 
Esse tipo de atuação do defletor é o mais 
utilizado nas usinas hidrelétricas, pois evita 
elevada pressão no bocal, na tubulação for-
çada e válvulas em geral. Algumas turbinas 
Pelton de elevada potência podem ter um 
bocal direcionado para a parte traseira das 
pás do rotor para atuação em sua frenagem. 
A Figura 2 mostra uma turbina do tipo Pel-
ton com quatro jatos, utilizada em uma usi-
na hidrelétrica. 
Para saber mais
As turbinas hidráulicas utilizadas nas usinas hi-
drelétricas no Brasil e no mundo são escolhidas 
em função das características de cada usina, 
buscando, sempre, a otimização da produção de 
energia e mitigação dos impactos ambientais. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação56/201
Figura 2 | Turbina tipo Pelton 
Fonte: <https://i.pinimg.com/236x/c2/d6/82/c2d6826dd-
2f72840bb680b478ad3935c--hydroelectric-power-mechanical-
-engineering.jpg>. Acesso em: 28 dez. 2017.
1.2 Turbina tipo Francis
Criada pelo engenheiro inglês James Biche-
no Francis, em 1848, resultou do aperfei-
çoamento da turbina tipo Dowd, inventa-
da em 1838 por Samuel Dowd. Trata-se de 
uma turbina de reação, cuja eficiência é da 
ordem de 90% e pode ser utilizada para uma 
variação de altura entre 20 a 700 m. Devido 
à elevada faixa de aplicação, esse tipo de 
turbina é o mais utilizado no mundo (REIS; 
SILVEIRA, 2001).
Nesse tipo de turbina, o rotor fica interno 
ao distribuidor, fazendo com que a água se 
aproxime do eixo ao atravessar o rotor. A 
turbina tipo Francis apresenta vários for-
matos de rotores que variam de acordo com 
a velocidade específica da turbina, classifi-
cadas em lenta, normal, rápida ou extra rá-
pida (REIS; SILVEIRA, 2001).
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação57/201
Na turbina tipo Francis, o distribuidor conta com uma série de pás localizadas em torno do rotor. 
Essas pás são orientadas durante a operação da turbina de modo a assumir ângulos adequados 
às descargas para mitigação das perdas hidráulicas. O eixo de rotação das pás fica paralelo ao 
eixo da turbina que ao ser girado pode maximizar a seção do escoamento ou fechar totalmente 
a turbina. 
A Figura 3 mostra uma turbina do tipo Francis utilizada em uma usina hidrelétrica. 
Figura 3 | Turbina tipo Francis
Fonte: <http://www.alterima.com.br/wa_upload/images/mini_usinas_2.png>. Acesso em: 28 dez. 2017.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação58/201
1.3 Turbina Tipo Kaplan
Criada pelo engenheiro austríaco Victor 
Kaplan, em 1912, a partir do aperfeiçoa-
mento da turbina do tipo Hélice, introdu-
zindo a orientação e inclinação das pás em 
substituição ao conceito de pás fixas utili-
zado anteriormente. Essa turbina é do tipo 
axial, de reação e ação total, utilizada para 
rotações acima de 350 RPM, pode operar 
em uma ampla faixa de variação de descar-
ga e potência sem variações significativas 
em seu rendimento. O número de pás desse 
tipo de turbina varia em função da altura da 
coluna d’água, cujo resumo encontra-se a 
seguir:
• 10 < H < 20m – 4 Pás;
• 12 < H < 23m) – 5 Pás;
• 15 < H < 35m) – 6 Pás; 
• H > 35m) – 8 Pás. 
A turbina do tipo Kaplan tem larga aplicação 
nas usinas hidrelétricas e, segundo Camar-
go Corrêa Engenharia (2006), é composta 
pelos seguintes componentes:
• Distribuidor: similar aos apresenta-
dos nas turbinas do tipo Francis, tendo 
as mesmas finalidades. Suas pás têm 
variação de inclinação comandada 
por um sistema externo e se localizam 
consideravelmente longe das pás do 
rotor. Nesse tipo de sistema é obriga-
tória a sincronização entre os ângulos 
das pás do distribuidor e rotor.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação59/201
• Rotor: parte da turbina em que es-
tão localizadas as pás ajustáveis, res-
ponsáveis pela variação do ângulo de 
acordo com a demanda de potência 
requerida pela usina. 
• Tubo de sucção: trata-se da entrada 
de água da turbina e apresenta fina-
lidades e formas similares aos utiliza-
dos nas turbinas do tipo Francis.
• Caracol: tubulação destinada ao 
transporte da água, podendo ser 
construído de transversal circular, re-
tangular ou trapezoidal, dependendo 
da capacidade da turbina, condições 
de descarga e altura da queda d’água. 
1.4 Turbinas tipo Bulbo
Quando se tem desníveis hidráulicos muito 
reduzidos, a utilização de turbinas com eixo 
vertical, tipo Kaplan, pode não ser possível. 
Para o aproveitamento desses potenciais 
hidrelétricos foramdesenvolvidas turbinas 
com eixo horizontal para a utilização em 
usinas hidrelétricas do tipo fio d’água. 
Uma dessas turbinas é a do tipo Bulbo. Nes-
se tipo de dispositivo o rotor é composto de 
pás dotadas de orientação além de uma es-
pécie de bulbo inserido dentro do tubo adu-
tor de água. No interior desse bulbo, geral-
mente existe um sistema de engrenagens 
que transmite o movimento do eixo gerador. 
Há casos nesse tipo de turbina que o próprio 
gerador elétrico se localiza dentro do bulbo. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação60/201
A principal vantagem desse tipo de turbina 
é o menor espaço utilizado, se comparado 
a uma do tipo Kaplan, já que se dispensa o 
caracol e o tubo de sucção. Outra vantagem 
é que para um mesmo diâmetro de rotor, 
esse tipo de turbina absorve uma descarga 
maior, se comparado a uma turbina Kaplan, 
resultando em maiores potências da usina 
para um mesmo volume de água.
As turbinas do tipo Bulbo podem operar 
como turbinas ou até mesmo como bombas 
e são empregadas em usinas maré motrizes 
ou usinas a fio d’água.
Para saber mais
As turbinas do tipo tubulares são consideradas 
precursoras das turbinas tipo Bulbo, utilizadas 
em locais em que os desníveis hidráulicos são re-
duzidos ou a utilização de reservatórios traz ele-
vados impactos ambientais. No Brasil, as turbinas 
do tipo Bulbo são utilizadas nas usinas Santo An-
tônio e Jirau, situadas no estado de Rondônia. 
Link
Maiores informações acerca das turbinas do tipo 
bulbo podem ser obtidas assistindo ao vídeo, dis-
ponível em: <https://www.youtube.com/wat-
ch?v=Sb8TLo3igxw>. Acesso em: 5 dez. 2017. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação61/201
2. Turbinas nas usinas hidrelé-
tricas brasileiras
Conforme já apresentado anteriormente, a 
escolha da turbina a ser utilizada na usina 
hidrelétrica depende de uma série de fato-
res, como altura da queda d’água, potên-
cia da usina, tipo dos geradores, custos de 
operação e manutenção etc. No Brasil, as 
usinas hidrelétricas utilizam vários tipos de 
turbinas hidráulicas, sendo que as dos tipos 
Francis e Bulbo são as mais utilizadas, en-
quanto as do tipo Pelton são as menos uti-
lizadas. 
De utilização mais recente, as turbinas do 
tipo Bulbo fazem parte dos geradores das 
usinas Santo Antônio e Jirau, pertencen-
tes ao complexo hidrelétrico do Madeira 
em Rondônia, projeto de suma importância 
para segurança energética nacional. A se-
guir, apresentaremos os principais tipos de 
turbinas hidráulicas utilizadas nas usinas 
hidrelétricas brasileiras. 
2.1 Turbinas tipo Francis 
Os dados do Quadro 1 mostram as princi-
pais usinas pertencentes ao Sistema Inter-
ligado Nacional (SIN), supervisionadas pelo 
Operador Nacional do Sistema (ONS), em 
que há a utilização de turbinas hidráulicas 
do tipo Francis, o segundo tipo mais utiliza-
do nas usinas hidrelétricas brasileiras.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação62/201
Quadro 1 | Usinas hidrelétricas que utilizam turbinas do tipo Francis
Usina Localização Quantidade Total
UHE Itaipu Paraná - PR 20
78
UHE Tucuruí Pará – PA 12
UHE Ilha 
Solteira
Ilha Solteira – SP 20
UHE Itá Itá – SC 5
UHE Itaúba Estrela Velha – RS 4
UHE Castro 
Alves
Nova Roma do Sul 
– RS 
3
UHE Foz da 
Areia
Pinhão – PR 6
UHE Furnas 
São José da Barra – 
MG 
8
Fonte: Atlas da Energia Aneel Parte II Energias Renováveis (2016) 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação63/201
2.2 Turbinas tipo Pelton 
Utilizadas quando se tem grandes desníveis e vazão reduzida, os dados do Quadro 2 mostram 
as principais usinas pertencentes ao SIN, supervisionadas pelo ONS, nas quais há a utilização de 
turbinas hidráulicas do tipo Pelton. 
Quadro 2 | Usinas hidrelétricas que utilizam turbinas do tipo Pelton
Usina Localização Quantidade Total
UHE Henry 
Borden
Cubatão – SP 14
18UHE Pedro 
Viriato
Antonina – PR 4
Fonte: Atlas da Energia Aneel Parte II Energias Renováveis (2016) 
2.3 Turbinas tipo Kaplan
Caracterizada por sua grande flexibilidade de operação em relação a variações de vazão e desní-
veis hidrológicos, o Quadro 3 mostra as principais usinas pertencentes ao SIN, supervisionadas 
pelo ONS, em que há a utilização de turbinas hidráulicas do tipo Kaplan. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação64/201
Quadro 3 | Usinas hidrelétricas que utilizam turbinas do tipo Kaplan
Usina Localização Quantidade Total
UHE Ferreira 
Gomes
Ferreira Gomes – 
AP 
3
42
UHE Estreito Pedregulho – SP 8
UHE Aimorés Aimorés – MG 3
UHE Porto Estrela Joanésia – MG 2
UHE Lajeado Lajeado – TO 5
UHE Eng. Souza 
Dias
Três Lagoas – MS 14
UHE Promissão Promissão – SP 3
UHE Monte Claro Veranópolis – RS 2
UHE 14 de Julho
Bento Gonçalves – 
RS 
2
Fonte: Atlas da Energia Aneel Parte II Energias Renováveis (2016) 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação65/201
2.4 Turbinas tipo Bulbo
Utilizada em pequenos desníveis com médias e grandes vazões, o Quadro 4 mostra as principais 
usinas pertencentes ao SIN, supervisionadas pelo ONS, nas quais há a utilização de turbinas hi-
dráulicas do tipo Bulbo. 
Tabela 4 | Usinas hidrelétricas que utilizam turbinas do tipo Bulbo
Usina Localização Quantidade Total
UHE Santo Antônio Porto Velho – RO 50
124
UHE Jirau Porto Velho – RO 50
UHE Canoas I Cândido Mota – SP 3
UHE Canoas II Cândido Mota – SP 3
UHE Igarapava Igarapava – SP 5
UHE Ourinhos Ourinhos – SP 3
UHE Baguari Governador Valadares – MG 4
UHE Belo Monte Altamira – SP 6
Fonte: Atlas da Energia Aneel Parte II Energias Renováveis (2016) 
 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação66/201
3. Operação das turbinas hidráu-
licas
Nas usinas hidrelétricas, a geração de ener-
gia deve ser realizada em rotação constan-
te, a fim de se fixar o valor da frequência em 
60 Hz, que é o valor utilizado no Brasil. 
Para o fornecimento de energia a uma rota-
ção constante, as turbinas hidráulicas, atra-
vés do controle de vazão, variam a sua po-
tência no eixo. Operando em rotação cons-
tante e isenta de cavitação, a turbina opera 
em seu máximo rendimento desde que haja 
pouca variação da vazão e queda líquida. Em 
caso de grandes variações dos parâmetros 
anteriormente citados, a turbina irá operar 
com baixos rendimentos, podendo levá-la 
à cavitação, vibração e demais problemas, 
acarretando em desgaste das máquinas 
(BORTONI, 2010).
A correta operação das usinas hidrelétricas, 
sobretudo de suas turbinas, faz com que se 
reduzam significativamente os custos de 
manutenção, além do aumento do tempo 
Para saber mais
Um dos maiores problemas das turbinas hidráuli-
cas é o fenômeno da cavitação. Isso ocorre quan-
do se formam bolhas de vapor no material da tur-
bina, acarretando sérios problemas. A cavitação 
traz efeitos agressivos como a erosões, vibrações 
e ruídos, redução da eficiência das turbinas e di-
minuição de produção de energia. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação67/201
de disponibilidade da instalação como um 
todo. Assim sendo, o planejamento ade-
quado de operação das turbinas hidráulicas 
contribui de forma significativa para a re-
dução dos custos de manutenção. 
4. Manutenção das turbinas hi-
dráulicas
A definição de manutenção, segundo a 
ABNT (1994, s.p.), é a “Combinação de to-
das as ações técnicas e administrativas, in-
cluindo as de supervisão, destinadas a reco-
locar um item em um estado no qual possa 
desempenhar uma função requerida”.
Nas usinas hidrelétricas isso não é diferen-
te e em especial nas turbinas, parte funda-
mental da instalação. A manutenção das 
turbinas e demais equipamentos estápre-
sente em todas as usinas independente-
mente de seu porte. A função da manuten-
ção é manter o funcionamento dos equipa-
mentos pelo maior tempo possível de forma 
segura e confiável. 
A manutenção, bem como seus planos, são 
partes essenciais para se agregar valor aos 
ativos da usina. Assim, a manutenção repre-
senta um papel estratégico e não somente 
operacional, contribuindo para a otimiza-
ção de sua operação. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação68/201
4.1 Tipos de manutenção das 
turbinas hidráulicas
As manutenções nas usinas hidrelétricas e 
demais instalações são classificadas basi-
camente em preventiva e corretiva (ABNT, 
1994). A manutenção preventiva atua na 
prevenção prévia de defeitos, a fim de que o 
funcionamento do equipamento, por exem-
plo, das turbinas, não seja afetado. As ati-
vidades são geralmente executadas através 
da detecção de falhas incipientes e peque-
nas correções (ABNT, 1994). As manuten-
ções preventivas costumam ocorrer em in-
tervalos previamente definidos, dando ori-
gem ao que chamamos de plano de manu-
tenção, cujo objetivo é evitar que as taxas 
de falha ultrapassem os níveis adequados à 
manutenção da confiabilidade. A manuten-
ção corretiva, que deve ser reduzida pelos 
planos de manutenção preventiva, ocorre 
quando há uma falha ou quebra do equipa-
mento (ABNT, 1994).
Todo tipo de manutenção, preventiva ou 
corretiva, causa indisponibilidade no equi-
pamento, porém nem sempre há a paralisa-
ção da usina. No caso de uma usina hidrelé-
trica, por exemplo, a utilização de técnicas 
de detecção sistemática e monitoramento 
da turbina e demais equipamentos contri-
bui para redução da indisponibilidade e au-
mento de sua eficiência operacional (ÁLVA-
RES, 2007).
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação69/201
Link
É importante que você conheça as formas de ma-
nutenção de turbinas hidráulicas existentes. Por 
isso, recomendamos que faça a leitura do arti-
go disponível em: <http://www.alvarestech.
com/temp/simprebal/Relatorios_Tecnicos-
-Publicacoes-Dissertacoes/docs/artigos/
CAIP2007_A76.pdf>. Acesso em: 5 dez. 2017.
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação70/201
Glossário
ONS: Operador Nacional do Sistema.
SIN: Sistema Interligado Nacional.
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.
Questão
reflexão
?
para
71/201
Para a fixação dos conceitos e aumento da compreen-
são do tema, realize uma pesquisa a respeito de turbinas 
hidráulicas utilizadas nas usinas em geral, contemplan-
do as suas características construtivas, vantagens, des-
vantagens e um panorama atual desses equipamentos 
em usinas hidrelétricas ao redor do mundo.
72/201
Considerações Finais
• Assim como o gerador de energia, as turbinas são equipamentos essenciais para o funciona-
mento de uma usina e os principais tipos são Francis, Pelton, Kaplan e Bulbo.
• A maior parte das usinas hidrelétricas brasileiras utiliza turbinas do tipo Francis e Bulbo, sen-
do que os maiores projetos atuais, Complexo do Madeira em Rondônia e Belo Monte no Pará, 
utilizam turbinas do tipo Bulbo. 
• Cada usina apresenta uma turbina em função de suas características, mas vale ressaltar que 
as turbinas do tipo Bulbo têm sido utilizadas com frequência no Brasil por dispensar o uso de 
grandes reservatórios.
• Por se tratar de um dos equipamentos mais importante da usina, as turbinas hidráulicas de-
vem operar dentro de certos limites, a fim de se manter sua confiabilidade e segurança ope-
racional.
• Um plano de manutenção preventiva adequado reduz a necessidade de manutenção correti-
va nas turbinas hidráulicas, aumentando a sua vida útil e contribuindo para elevar os níveis de 
disponibilidade e confiabilidade das usinas. 
Unidade 3 • Turbinas hidráulicas: características e operação73/201
Referências 
ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR-5462: confiabilidade e mantenabilidade, 
1994.
ÁLVARES, A. J. Sistema de Manutenção baseada em condição para usina hidrelétrica de Balbina. 
UNB Congresso de Manutenção Aplicada, Brasília – DF. 2007.
ALVES, G. M. Avaliação da viabilidade de aplicação de uma micro central hidrelétrica, para 
atender aos consumidores localizados em regiões isoladas. 2007. 156 f. Tese (Doutorado) – 
Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2007. 
ANEEL. Atlas da Energia. Parte II Energias Renováveis. 2016. Disponível em: <www.aneel.gov.br>. 
Acesso em: 14 jan. 2018, 
BORTONI, V. Operação de turbinas hidráulicas e reguladores de velocidade. Itajubá: Editora 
FUPAI, 2010. 
CAMARGO CORRÊA ENGENHARIA. Manual de montagem de usinas hidrelétricas. s.l. 2006.
REIS, L. B.; SILVEIRA, S. Energia elétrica para o desenvolvimento sustentável. São Paulo: EDUSP. 
2001.
74/201
Assista a suas aulas
Aula 3 - Tema: Turbinas Hidráulicas: Caracterís-
ticas e Operação. Bloco I
Disponível em: <https://fast.player.liquidplatform.com/
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a0bad87d6fc56752714f69cb6ffd7136>.
Aula 3 - Tema: Turbinas Hidráulicas: Caracterís-
ticas e Operação. Bloco II
Disponível em: <https://fast.player.liquidplatform.com/
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e9e7942d0d5f6c77b18ba8f91b79db6a>.
75/201
1. Em relação às características das turbinas, julgue os seguintes itens:
I. São equipamentos classificados em dois tipos, impulso e reação.
II. A turbina do tipo Bulbo é um exemplo de turbina de ação. 
III. A turbina do tipo Francis é a mais utilizada nas usinas hidrelétricas brasileiras.
IV. Para a utilização das turbinas tipo Pelton, há a necessidade de grandes desníveis hidroló-
gicos.
Baseado nas informações, assinale a alternativa correta.
a) Apenas o item I está correto.
b) Apenas o item II está correto.
c) Apenas o item III está correto.
d) Apenas os itens I e II estão corretos.
e) Apenas os itens I e IV estão corretos.
Questão 1
76/201
2. Em relação às turbinas do tipo Francis, é correto afirmar.
a) Tipo de turbina mais utilizada no mundo devido ao seu menor custo em comparação com as 
demais.
b) Apresenta uma elevada faixa de aplicação em relação a desníveis hidrológicos. 
c) A utilização desse tipo de turbina permite a compactação da usina, se comparada com as 
turbinas do tipo Bulbo.
d) Tipo de turbina utilizada somente para desníveis hidrológicos elevados.
e) Esse tipo de turbina é pouco utilizado nas usinas hidrelétricas brasileiras.
Questão 2
77/201
3. Em relação à utilização de turbinas hidráulicas nas usinas hidrelétricas 
brasileiras, julgue os seguintes itens:
I. A turbina do tipo Pelton é utilizada no Brasil nas usinas em que há grandes desníveis hidro-
lógicos.
II. A turbina do tipo Bulbo é a menos utilizada no Brasil. 
III. A turbina do tipo Francis é uma das mais utilizadas nas usinas hidrelétricas brasileiras.
IV. Não há utilização de turbinas do tipo Kaplan nas usinas hidrelétricas brasileiras. 
Baseado nas informações anteriores, assinale a alternativa correta.
a) Apenas o item I está correto.
b) Apenas o item II está correto.
c) Apenas o item III está correto.
d) Apenas os itens I e III estão corretos.
e) Apenas os itens I e IV estão corretos.
Questão 3
78/201
4. Em relação à operação das turbinas, é correto afirmar:
a) São equipamentos que não necessitam operar dentro de limites de vazão e pressão.
b) Equipamentos de fundamental importância e devem operar dentro de limites de vazão e 
pressão, a fim de não comprometer sua vida útil. 
c) As turbinas hidráulicas não têm muita importância nas usinas hidrelétricas.
d) A frequência de 60 Hz nos geradores elétricos das usinas independe da velocidade das tur-
binas hidráulicas.
e) A variação do rendimentode uma turbina hidráulica não tem relação com os níveis de vazão 
a qual ela é submetida.
Questão 4
79/201
5. Em relação à manutenção das turbinas hidráulicas, é correto afirmar:
a) Trata-se de equipamentos de pouca importância e manutenção simples.
b) Não necessitam de planos de manutenção específicos.
c) A correta manutenção desses equipamentos contribui para o aumento de disponibilidade 
da usina e redução do seu custo operacional.
d) O problema de cavitação das turbinas já foi totalmente sanado no passado e hoje não se 
observa mais devido às modernas técnicas de manutenção.
e) Caso se tenha um plano de manutenção bem estruturado, não há a necessidade de mão de 
obra capacitada para a realização dos serviços.
Questão 5
80/201
Gabarito
1. Resposta: E.
As turbinas de ação são do tipo Pelton. A 
turbina tipo Francis não é a mais utilizada.
2. Resposta: B. 
De acordo com Reis e Silveira (2001), esse 
tipo de turbina pode ser aplicado em desní-
veis hidrológicos que variam de 20 a 700 m. 
3. Resposta: C.
De acordo com dados do ONS (s.d.), a tur-
bina tipo Francis é a segunda mais utilizada 
nas usinas hidrelétricas brasileiras, ficando 
atrás somente das turbinas do tipo Bulbo.
4. Resposta: B.
De acordo com Bortoni (2010), por se tra-
tarem de equipamentos de operação com-
plexa, as turbinas hidráulicas devem operar 
dentro de certos limites de variação de va-
zão, a fim de se manter sua confiabilidade 
operativa e manutenção de sua vida útil.
5. Resposta: C.
A manutenção das turbinas hidráulicas nas 
usinas hidrelétricas, executada a partir de 
um plano de manutenção estruturado e 
com mão de obra especializada, contribui 
fortemente para a redução dos custos ope-
racionais e redução da disponibilidade da 
instalação.
81/201
Unidade 4
Subestações e linhas de transmissão
Objetivos
Apresentar e discutir os seguintes tópicos 
referentes às subestações e linhas de trans-
missão:
1. Características e arranjos típicos.
2. Equipamentos da subestação.
3. Operação e manutenção das subesta-
ções e linhas de transmissão.
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão82/201
Introdução
Nas subestações das usinas estão os equi-
pamentos responsáveis pela distribuição da 
energia elétrica gerada. Parte fundamental 
das subestações, os transformadores são 
os equipamentos utilizados para elevar ou 
reduzir a tensão em níveis que viabilizem a 
transmissão e distribuição da energia gera-
da. 
As linhas de transmissão, que têm como 
origem as subestações elevadoras das usi-
nas, são as responsáveis pelo transporte da 
energia gerada até o consumidor final, que 
por sua vez são alimentados pelas subesta-
ções rebaixadoras. 
Ao se elevar a tensão elétrica, os transfor-
madores reduzem as perdas de energia ao 
longo do transporte da energia gerada pelo 
sistema elétrico. Ao rebaixar a tensão, já nas 
áreas urbanas, viabilizam a distribuição da 
energia nas cidades. 
A energia gerada nas usinas é transmitida e 
distribuída através de um grande e comple-
xo sistema de subestações, linhas de trans-
missão e usinas, denominado Sistema Elé-
trico Nacional, operado sob supervisão do 
Operador Nacional do Sistema. 
1. Características e arranjos típi-
cos
Segundo a definição de Mamede (2016), 
subestações são instalações elétricas que 
compreendem máquinas ou aparelhos, ins-
talados em ambiente fechado ou ao ar li-
vre, destinadas à transformação da tensão, 
distribuição da energia, seccionamento de 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão83/201
linhas de transmissão e, em alguns casos, 
à conversão de frequência e conversão de 
corrente alternada em contínua.
As subestações apresentam diferentes ar-
ranjos típicos que variam de acordo com sua 
importância ao SIN. Cada arranjo tem suas 
características operativas e de confiabili-
dade, sendo que para uma maior confiabi-
lidade, necessariamente o investimento de 
construção, operação e manutenção será 
maior.
Os principais arranjos de subestação utili-
zados nas usinas e demais instalações elé-
tricas são:
• Subestação em barra simples.
• Subestação em barra simples seccio-
nada.
• Subestação em anel.
• Subestação em barra principal e trans-
ferência.
• Subestação em barra dupla (4 ou 5 
chaves). 
• Subestação em disjuntor e meio.
Na sequência, abordaremos as caracterís-
ticas principais, vantagens e desvantagens 
de cada arranjo apresentado anteriormen-
te.
1.1 Subestação em barra sim-
ples
Esse tipo de arranjo é utilizado em subesta-
ções rebaixadoras nos centros urbanos, ge-
ralmente na tensão máxima de 138 kV. De 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão84/201
menor custo, apresenta flexibilidade limitada e confiabilidade reduzida, uma vez que o desliga-
mento do barramento da subestação leva à perda total da carga atendida. A Figura 1 apresenta 
um esboço de uma subestação em arranjo de barra simples.
Figura 1 | Subestação em arranjo de barra simples
Fonte: ONS Procedimentos de Rede Módulo 2.3 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão85/201
1.2 Subestação em barra simples seccionada
Também típico de subestações rebaixadoras dos centros urbanos, é um arranjo derivado do tipo 
barra simples, porém com maior confiabilidade e custo ligeiramente maior, já que o secciona-
mento da barra não leva ao corte total da carga em caso de falha do dispositivo. A Figura 2 ilustra 
esse tipo de subestação.
Figura 2 | Subestação em arranjo de barra simples seccionada
Fonte: ONS Procedimentos de Rede Módulo 2.3 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão86/201
1.3 Subestação em arranjo anel
Utilizadas em subestações em que se re-
quer maior confiabilidade, esse arranjo uti-
liza somente um disjuntor por circuito que 
conta sempre com dois caminhos de ali-
mentação da carga, aumentando sua con-
fiabilidade. Seu custo é maior se comparado 
às soluções em barra simples, devido a uma 
maior necessidade de área e quantidade de 
equipamentos. Observe o esboço dessa su-
bestação na figura que se segue.
Figura 3 | Subestação em arranjo anel
Fonte: ONS Procedimentos de Rede Módulo 2.3 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão87/201
1.4 Subestação em barra princi-
pal e transferência
Esse tipo de arranjo apresenta maior con-
fiabilidade e viabilidade de manutenção em 
função da existência de chaves que permi-
tem o contorno dos disjuntores em carga, 
permitindo a intervenção no equipamento. 
Esse tipo de arranjo é exigido pelo ONS para 
conexão no SIN, para tensões entre 138 kV 
e 230 kV. A Figura 4 ilustra a subestação em 
barra principal e transferência.
Figura 4 | Subestação em barra principal e transferência
Fonte: ONS Procedimentos de Rede Módulo 2.3 
1.5 Subestação em barra dupla 
(4 ou 5 chaves)
As subestações de configuração em bar-
ra dupla geralmente são utilizadas para a 
conexão entre sistemas de suprimentos, o 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão88/201
que demanda alta flexibilidade e confiabi-
lidade, características desse tipo arranjo. 
Esse arranjo pode ser construído com qua-
tro ou cinco chaves, dependendo do nível de 
confiabilidade e flexibilidade que se deseja. 
Além disso, permite que a seleção de barra 
seja feita sob carga, aumentando a confia-
bilidade e flexibilidade da subestação. No 
caso de perda de uma das barras, os circui-
tos da barra de carga podem ser facilmen-
te transferidos para a barra remanescente. 
Na Figura 5 é apresentada a configuração 
com quatro chaves em que apenas a barra 
B pode ser utilizada para transferência de 
cargas. Por outro lado, na Figura 6, observa-
mos o arranjo com cinco chaves em que as 
duas barras podem ser utilizadas. 
Figura 5 | Subestação em barra dupla (arranjo com quatro chaves)
Fonte: ONS Procedimentos de RedeMódulo 2.3 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão89/201
Figura 6 | Subestação em barra dupla (arranjo com cinco chaves)
Fonte: ONS Procedimentos de Rede Módulo 2.3 
1.6 Subestação em arranjo 
disjuntor e meio
As subestações concebidas no arranjo 
disjuntor e meio são utilizadas quando se 
opera uma grande concentração de cargas, 
por exemplo, as subestações de rede básica 
do SIN (345 kV, 440 kV, 500 kV e 765 kV). 
Essa configuração é exigida pelo ONS para 
os níveis de tensão anteriores devido ao 
elevado nível de segurança em relação a 
cortes de carga. Nesse arranjo, cada dois 
circuitos estão localizados em uma seção 
de barra separada em que há três conjuntos 
de disjuntores e chaves seccionadoras para 
cada par de circuitos. 
Para garantia dos altos níveis de confiabili-
dade e flexibilidade, todos os disjuntores e 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão90/201
chaves seccionadoras são capazes de ope-
rar com corrente de carga de dois circuitos. 
Esse arranjo apresenta a desvantagem de 
contar com um disjuntor e meio por circuito, 
além de um elevado número de manobras 
para a recomposição do sistema em caso de 
desligamentos. 
A construção da subestação nesse arranjo 
exige elevado investimento que só se jus-
tifica em casos em que a confiabilidade é o 
fator maios importante. A Figura 7 ilustra 
as situações relatadas anteriormente para 
esse arranjo.
Figura 7 | Subestação em arranjo disjuntor e meio
Fonte: ONS Procedimentos de Rede Módulo 2.3 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão91/201
2. Equipamentos das subesta-
ções
Após a escolha do arranjo adequado, outro 
ponto importante das subestações são os 
equipamentos a serem utilizados. As subes-
tações, basicamente, são compostas pelos 
equipamentos de transformação, opera-
ção/manobra e proteção.
Classificados como equipamentos de trans-
formação, os transformadores são utiliza-
dos para a elevação ou redução dos níveis 
de tensão, a fim de viabilizar a transmissão 
e distribuição da energia gerada nas usinas. 
Equipamentos de custo elevado e funda-
mental para a subestação, os transforma-
dores utilizam isolação a óleo mineral ou 
vegetal e devem contar com planos de ma-
Para saber mais
Um tipo de instalação de uso restrito aqui no Bra-
sil são as subestações HVDC (High-Voltage Direct 
Current), que contam com módulos de conversão 
CA-CC e CC-CA. No Brasil, as usinas hidrelétricas 
que contam com esse tipo de instalação são UHE 
Itaipu, UHE Jirau, UHE Santo Antônio e UHE Belo 
Monte.
Link
Mais informações sobre as subestações HVDC 
estão disponíveis em: <https://www.youtube.
com/watch?v=GWyMDhs8x4o>. Acesso em: 
5 dez. 2017.
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão92/201
nutenção preventiva, a fim de se garantir a 
sua confiabilidade.
Para a operação e manobra das subesta-
ções são utilizados disjuntores e chaves 
seccionadoras, equipamentos de operação 
sob carga e sem carga respectivamente. Os 
disjuntores são dispositivos que operam sob 
corrente de carga e por essa razão necessi-
tam de meios de extinção do arco voltaico, 
como óleo, gás SF
6
, vácuo etc. 
A fim de se proteger os equipamentos da 
subestação e ou sistema elétrico, são uti-
lizados os dispositivos de proteção. A pro-
teção dos sistemas e ou equipamentos das 
subestações usualmente é feita por meio 
de relés ou proteção intrínseca dos equipa-
mentos como os transformadores (relé Bu-
chholz, válvula de alívio etc.).
Na sequência, serão apresentados mais 
detalhes a respeito dos assuntos citados 
anteriormente, fazendo com que ao final 
desse módulo você conheça as principais 
características dos equipamentos das 
subestações. 
2.1 Equipamentos de transfor-
mação – transformadores 
Os equipamentos de transformação, ou 
simplesmente transformadores, são dis-
positivos que operam através da indução 
eletromagnética e dessa forma elevam ou 
reduzem os valores de tensão. Geralmente 
são dotados de dois enrolamentos, primá-
rio e secundário, em que a variação de ten-
são é diretamente proporcional ao número 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão93/201
de espiras, conforme a equação a seguir. 
Na equação anterior os valores de tensão v
1
 
variam diretamente com a quantidade de 
espiras N
1
, enquanto que os valores de ten-
são v
2
 variam diretamente com a quantida-
de de espiras N
2
. Dessa forma, quanto maior 
o número de espiras, maior será o valor de 
tensão e vice-versa. 
Nas subestações das usinas hidrelétricas há 
a utilização de transformadores elevado-
res, utilizados para a elevação dos níveis de 
tensão dos geradores (geralmente 13,8 kV) 
para valores de transmissão (69, 138, 230, 
345, 500 kV).
Essa elevação de tensão é fundamental 
para a redução das perdas elétricas e des-
sa forma viabilizar a transmissão da energia 
gerada nas usinas para a utilização nos cen-
tros de carga. A Figura 8 ilustra um transfor-
mador de potência destacando suas partes 
principais. 
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão94/201
Figura 8 | Transformador de potência utilizado em subestações
BUCHAS AT e MT
SISTEMAS DE PROTEÇÃO 
E MEDIÇÃO DE 
TEMPERATURA
COMUTADOR SOB CARGA
PAINEL DE
CONTROLE
CARACTERÍSTICAS 
BÁSICAS
PROJETO ELÉTRICO
PROJETO MECÂNICO
TIPOS DE 
RESFRIAMENTO
Fonte: Vasconcellos (2007) Adaptado pelo autor.
Além dos transformadores elevadores, nas subestações das usinas ainda há os transformadores 
de serviço auxiliar e transformadores de instrumentos, TP (transformadores de potencial) e TC 
(transformadores de corrente). Os transformadores de serviço auxiliar são equipamentos de me-
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão95/201
nor porte, responsáveis pelo fornecimen-
to de energia para a operação, comando e 
controle das subestações. Já os transforma-
dores de instrumentos TP e TC são os equi-
pamentos responsáveis por reduzir os níveis 
de tensão da subestação a valores compa-
tíveis para a utilização em relés, medidores 
etc.
2.1 Equipamentos de operação 
e manobra 
Os disjuntores e chaves seccionadoras são 
os equipamentos destinados à operação e 
ou manobra das subestações de energia. 
Destacaremos os principais aspectos des-
tes instrumentos.
2.1.1 Disjuntores 
Os disjuntores são os equipamentos utili-
zados nas subestações para a realização de 
manobras sob carga nas subestações, uma 
vez que são dotados de meios de extinção 
do arco voltaico. Eles devem ter capacida-
de de fechamento e abertura sob carga em 
condições normais e anormais de operação, 
além de poder operar em alta tensão (AT) e 
média tensão (MT).
Na condição normal de operação, o disjun-
tor fechado deve suportar a corrente nomi-
nal da linha dentro dos limites de tempe-
ratura permitidos. Na condição desligado, 
a distância de isolamento deve suportar a 
tensão de operação e sobre tensões inter-
nas geradas por surtos de manobra ou des-
cargas atmosféricas.
Unidade 4 • Subestações e linhas de transmissão96/201
A utilização de disjuntores nas subestações 
garante a integridade dos equipamentos e, 
sobretudo, das pessoas responsáveis pela 
operação nas usinas. Cada tipo de disjuntor 
demanda um tipo de manutenção e cuida-
dos.
Por se tratar de um equipamento tão impor-
tante, a confiabilidade é fator fundamental 
para os disjuntores de potência e sua esco-
lha deve ser resultado de um projeto e aná-
lise rigorosos, de forma a definir o tipo de 
equipamento mais adequado para a subes-
tação. 
2.1.2 Chaves seccionadoras 
Chaves seccionadoras são dispositivos uti-
lizados para a realização de manobras, sec-
cionamento ou isolamento de um circuito 
elétrico (MAMEDE, 2016). 
Elas são dispositivos que não podem operar 
sob carga e, em condições