ATIVIDADE PRÁTICA ITAIPU

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA – SISTEMAS DE POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DA USINA DE ITAIPÚ 
 
 
 
 
 
 
SÓSTENES NOGUEIRA DA LUZ 
PROFESSOR: LUCIANO CARSTENS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PETROLINA - PE 
2020 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO ................................................................................................................................................................ I 
1 INTRODUCAO ............................................................................................................................................ 1 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................................................ 1 
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................. 1 
1.2.1 Objetivo geral .................................................................................................................................. 1 
1.2.2 Objetivos específicos ....................................................................................................................... 2 
2 DESENVOLVIMENTO .............................................................................................................................. 3 
2.1 USINAS HIDRELÉTRICAS ............................................................................................................................. 3 
3 USINA HIDRELÉTRICA DE ITAIPU ..................................................................................................... 5 
3.1.1 Turbinas da usina de Itaipu ............................................................................................................. 6 
3.1.2 Geradores da Usina de Itaipu ......................................................................................................... 7 
3.1.3 Sistema de transmissão da Usina de Itaipu ..................................................................................... 7 
4 CONCLUSÕES ............................................................................................................................................ 8 
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 10 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
Itaipu, que tem seu nome derivado do idioma Tupi Guarani significando “a pedra que canta”, 
é a usina hidrelétrica com maior geração de energia em todo o mundo. 
Itaipu é uma Usina Binacional, pois está na divisa do Brasil com o Paraguai, no qual os dois 
países se construíram a usina a partir dos recursos hidráulicos presente entre os dois países, no 
rio Paraná principal formador da Bacia do Prata. 
 
Palavras-chave: Itaipu, Hidrelétrica 
 
 
 
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1 INTRODUCAO 
A usina de Itaipu fica localizada no Rio Paraná na Bacia hídrica da Prata próximo a cida-
de de Foz do Iguaçu-PR pelo lado brasileiro e Ciudade del Este pelo lado paraguaio, é a líder 
mundial em produção de energia limpa tendo gerado mais de dois bilhões de megawatt-hora 
desde a sua inauguração 1984, tem 20 unidades geradoras instaladas possuindo uma potência 
instalada de 14000MV. (BINACIONAL, 2010) 
Podemos verificar a grandiosidade que é a geração de Itaipu do ponto de vista da eficiên-
cia versus impacto ambiental quando comparamos com outra usina bastante conhecida como 
a de Sobradinho localizada no sub-médio São Francisco nas proximidades das cidades de Pe-
trolina-PE e Juazeiro-BA, em que essa usina tem potência instalada de 1050MW com 6 uni-
dades geradoras. (CHESF, 2016) 
 
 
 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
As condições naturais da bacia hidrológica e do ambiente circundante restringem o 
desenvolvimento de pesquisas e projetos para utilizar os recursos hídricos disponíveis. Histo-
ricamente, no Brasil, a primeira etapa da pesquisa em bacias hidrográficas, o chamado estudo 
de inventário hidrelétrico (EIH), sempre foi realizado pelo MME, Eletrobras (ELB) até 1994 e 
depois pela EPE. Esses estudos consideram obrigatoriamente o uso de vários usos da água, 
que foi considerada na primeira avaliação ambiental abrangente (AAI) da bacia. (PEREIRA, 
2015) 
1.2 OBJETIVOS 
Principio do funcionamento de uma usina hidrelétrica sendo a de grande destaque a de 
Itaipu analisando seu funcionamento incluindo sistema de geração sistema de transmissão. 
1.2.1 Objetivo geral 
Analise do sistema de geração e transmissão do sistema elétrico de potência. 
 
 
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1.2.2 Objetivos específicos 
 Analisar o princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica. 
 Estudar o funcionamento de UHE Itaipu. 
 Verificar como funciona a geração de energia da UHE Itaipu. 
 Analisar a transmissão de energia a partir da usina de Itaipu. 
 
 
 
 
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2 DESENVOLVIMENTO 
A estrutura da usina é composta basicamente por barragens, sistemas de entrada e 
abastecimento de água, subestações de elevação e vertedouros, eles trabalham de maneira 
integrada. O objetivo da barragem é interromper o funcionamento normal dos rios e permitir a 
formação de reservatórios. Além de acumular água, esses reservatórios também têm outras 
funções: permitem a formação de desnível para geração energia potencial hidráulica, coleta de 
água suficiente para abastecimento e ajuste do fluxo do rio durante chuva ou seca. Algumas 
usinas hidrelétricas são chamadas de fio d’agua, essa utilizam turbinas que tiram energia da 
correnteza do rio e não possuem reservatório. (PEREIRA, 2015) 
 
2.1 USINAS HIDRELÉTRICAS 
A construção de uma usina hidrelétrica Para converter o potencial hidráulico em 
energia elétrica. É um desafio para a engenharia, pois cada projeto tem suas particularidades, 
não existe um padrão, e uma usina hidrelétrica deve atender não só a geração de energia mas 
deve atender a critérios econômicos e ser ambientalmente viável e sustentável. (PEREIRA, 
2015) 
 
2.1.1 Turbinas 
 
 
A geração em uma usina hidrelétrica começa na captação de água através desse siste-
ma que pode ser feito com túneis, condutos metálicos ou canais, estes levam a agua até a casa 
de força onde se encontra as turbinas que vão transformar a energia cinética dos giros da suas 
pás em energia elétrica por meio de geradores conectados a elas, as podem ser de vários tipos 
 
 
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as mais conhecidas são: Pelton, Kaplan, Francis e Bulbo. (PEREIRA, 2015)
 
Figura 1 - Esquematico de uma turbina tipo Kaplan(Voith Hydro Power Generation - Voith, Germany) 
 
 
2.1.2 Geradores 
 
 
A máquina elétrica rotativa usada para geração em hidrelétricas geralmente é um 
gerador síncrono, porque esta máquina pode converter energia mecânica em elétrica de ma-
neira eficiente, é uma das principais partes de uma usina. É responsável pela transformação da 
energia mecânica produzida nas turbinas em energia elétrica. Geradores síncronos são máqui-
nas que tem a mesma velocidade de rotação do campo magnético e do rotor. (SOUSA et al., 
2016) 
Maquinas síncronas tem a sua velocidade determinada pela quantidade de polos 
eletromagnéticos existentes e tem que ser levado em consideração para determinar a melhor 
opção para geração pretendida. Geradores que possuem baixa rotação, tem um maior número 
de polos (Eq 1) , tem um porte maior e são mais caros, que um gerador que fornece a mesma 
potência, mas com rotação maior. Quanto mais baixa é queda d’água menor será a rotação, 
Por esse motivo utilizar-se multiplicadores de rotação, integrados ao eixo da turbina, para 
adquirir uma velocidade maior no eixo do gerador, e ter-se uma máquina menor e mais barata, 
para aplicações em quedas d’aguas baixas. (SOUSA et al., 2016) 
 
 
 
 
 (1) 
Rpm= Rotações por minuto 
F= frequência em HzN=Nº de polos 
Eq 1 -(SOUSA et al., 2016) 
 
 
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Figura 2 - Rotor de um gerador sincrono (Alvaro Augusto W. de Almeida, 2015) 
 
 
 
2.1.3 Subestação Elevadora 
 
 
Subestações elevadoras ficam na saída da geradora ou próximo a ela tem a função de 
elevar a tensão para níveis de transmissão ou subtransmissão dependendo da potência da ge-
ração, isso se faz necessário para facilitar o transporte da energia, diminuição das perdas do 
sistema por efeito joule, as tensões mais usuais para transmissão são 138 kV, 230 kV, 345 kV, 
440 kV, 500 kV, 600 kV (em CC), 750 kV. (MUZY,2012) 
 
 
3 USINA HIDRELÉTRICA DE ITAIPU 
A construção da hidrelétrica de Itaipu começou em 1975 e em maio de 1984 foi colo-
cado o primeiro gerador de energia em funcionamento. Sete anos depois, em abril de 1991, foi 
concluída a instalação de 18 unidades geradoras, com isso a usina atingiu 12.600 MW, com 
nove geradores em cada frequência, 50 Hz e 60 Hz. Em 2000, devido à necessidade de aten-
der à demanda diária máxima de sistemas elétricos no Brasil e no Paraguai, com um aumento 
estimado de aproximadamente 3.600 GW / h na capacidade anual de produção da hidrelétri-
ca, assim foi decidido instalar mais duas unidades geradoras adicionais de 700 MW. Essas 
novas unidades iniciaram suas operações comerciais no final de 2006 e início de 2007, au-
mentando a potência instalada em Itaipu para 14.000 MW. (, 2017) 
 
 
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3.1.1 Turbinas da usina de Itaipu 
Na hidrelétrica de Itaipu são utilizadas em todas as 20 unidades de geração 
a turbina tipo Francis, esta utilizada para queda d’água de até 700 metros 
Este tipo de turbina foi construída pelo engenheiro britânico-americano James 
Bicheno Francis. As turbinas Francis possuem uma alta capacidade de eficiência, 
de mais de 90%, e uma ampla funcionalidade em comparação com a altura (queda 
de construção) da água que passa através da turbina alcança um ótimo desempe-
nho em uma queda d’água de 20 metros a 700 metros e a potência que pode gerar 
varia de alguns KW a 750 MW. O diâmetro do rotor pode atingir o tamanho de 1 
a 10 metros a velocidade de rotação é de 83 a 1000 rpm. (PLANAS, 2018) 
A água é levada do reservatório até as turbinas por meio de 20 condutos forçados ex-
postos cada conduto pesa 883 toneladas tem diâmetro de 10,5 metros e descarregam 690m³/s 
de água dentro das turbinas. (BINACIONAL, 2010) 
 
 Figura 3 - Barragem de Itaipu, vista dos condutos forçados - Lucas Martins / InfoEscola.com 
 
 
 
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3.1.2 Geradores da Usina de Itaipu 
A hidrelétrica de Itaipu possui 20 unidades geradoras, A última unidade foi colocada 
em 2007, cada gerador tem a potência de 700 megawatts(MW). As 20 unidades geradoras tem 
potencia total de 14 mil MW. (, 2017) 
Os geradores são máquinas síncronas, como Itaipu é binacional e a energia gerada é 
divida igualmente entre Brasil e Paraguai, e frequência da rede elétrica do Paraguai funciona a 
50Hz, 10 geradores operam na frequência de 60Hz e 10 operam a 50Hz , a tensão de geração 
de todos é 18kV, os geradores a 60Hz possuem 78 polos eletromagnéticos e os de 50Hz tem 
66 polos, o fator de potência também diferem, os de 50Hz tem 0,85 de fator de potência e os 
de 60Hz tem fator de potência de 0,95. (BINACIONAL, 2010) 
 
Figura 4 - Um dos geradores de Itaipu - Voith 1978 
3.1.3 Sistema de transmissão da Usina de Itaipu 
O sistema de transmissão da usina de Itaipu começa a partir de três subestações, duas 
dentro da casa de força, uma elevando a tensão de 18kV para 500kV a 60Hz, e a outra tam-
bém elevando para 500 kV mas a 50Hz, e uma terceira subestação na margem direita, do lado 
paraguaio, que distribui a partir dai em variadas tensões para o Paraguai. As duas que ficam 
na casa de força são isoladas a gás, e a da margem direta é convencional. (BINACIONAL, 
2010) 
 
 
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Ainda faz parte da transmissão de Itaipu uma subestação conversora de AC/CC, que 
recebe quatro linhas de transmissão a 500kV em 50Hz vindas da subestação da margem direi-
ta do Paraguai, converte para corrente continua e transmite essa energia em ±600kV por 
810km até a cidade de Ibiuna-SP onde ele é novamente convertida em corrente alternada des-
ta feita em 60Hz, esse sistema se faz necessário para que o Brasil compre a energia do Para-
guai que é gerada em 50Hz. Ao lado da conversora temos outra subestação elevadora que 
recebe em 500kV e 60Hz da subestação que fica na casa de força e transforma a tensão em 
750kV em 60Hz e transmite por 900km até a cidade de Tijuco Preto-SP, na região metropoli-
tana de São Paulo. (BINACIONAL, 2010) 
 
Figura 4 - Esquema de Distribuição Itaipu - Itaipu Binacional 2010 
 
 
4 CONCLUSÕES 
 
Podemos observar que a energia elétrica vinda das usinas hidrelétricas envolve uma 
grande esquema para que seja efetivada, pois todas as hidrelétricas demanda um grande proje-
to envolvendo várias áreas das engenharias, pois é necessária uma estrutura colossal para que 
produção seja feita, uma vez que a hidrelétrica esteja pronta se torna uma produção barata e 
renovável. 
 
 
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A usina de Itaipu sendo a que mais gera energia no mundo prova que é um grande 
investimento inicial, também requer uma manutenção atenta, mas tudo isso compensa em 
geração de energia. 
 
 
 
 
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5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 BINACIONAL, Itaipu. Geração. 2010. Disponível em: 
https://www.itaipu.gov.br/energia/geracao. Acesso em: 20 maio 2020. 
 
CHESF. Sobradinho. 2016. Disponível em: 
https://www.chesf.gov.br/SistemaChesf/Pages/SistemaGeracao/Sobradinho.aspx. Acesso em: 
20 maio 2020. 
 
MUZY, Gustavo Luiz Castro de Oliveira. Subestações Elétricas. 2012. 122 f. - Curso 
de Engenharia Elétrica, Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de 
Janeiro, 2012. 
Itaipu Binacional. Usina hidrelétrica de Itaipu principais características técnicas. 
Foz do Iguaçu: Acessória de Comunicação, 2017. 
 
 PEREIRA, Geraldo Magela. Projeto de USINAS HIDRELÉTRICAS passo a pas-
so. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. 
PLANAS, Oriol. Turbina Francis. 2018. Disponível em: https://pt.solar-
energia.net/energia-renovavel/energia-hidraulica/turbinas-hidraulicas/turbina-francis. Acesso 
em: 22 maio 2020. 
 
SOUSA, Humberto Herculano Neves de et al. GERADORES SÍNCRONOS NA 
GERAÇÃO DE ENERGIA EM PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS. Uberlân-
dia: Faculdade de Engenharia Carlos Drummond de Andrade, 2016.