ATIVIDADE PRATICA RODRIGO 1329431

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
SISTEMAS DE POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DA USINA DE ITAIPÚ 
 
 
 
RODRIGO RAMOS PEREIRA 
PROFESSOR LUCIANO CARSTENS 
 
 
 
 
 
JANDIRA - SP 
2020
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO ....................................................................................... I 
1 INTRODUCAO ...................................................................... 1 
1.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UMA USINA 
HIDRELÉTRICA ............................................................................. 2 
1.1.1 Uma breve história da eletricidade ................................ 2 
1.1.2 Água, principal recurso de uma usina hidrelétrica........ 2 
1.1.3 A hidrelétrica .................................................................. 4 
1.2 FUNCIONAMENTO DA ITAIPU ................................................ 6 
1.3 SISTEMA DE GERAÇÃO DA ITAIPU ......................................... 6 
1.4 SISTEMA DE TRANSMISSÃO DA ITAIPU .................................. 7 
2 A ENERGIA EM JANDIRA ................................................ 9 
3 CONCLUSÕES .................................................................... 10 
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................... 11 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
O intuito desta pesquisa é aprofundarmos nosso conhecimento na grandiosa binacional 
Itaipu. São apresentados inicialmente uma breve introdução da energia elétrica e seu surgi-
mento, traremos também algo breve sobre a geração de energia através das hidrelétricas, mos-
trando o princípio de funcionamento, passando pelas devidas transformações. Traremos no 
tema Itaipu uma breve história de sua grandiosidade, mostrando seu funcionamento gerando e 
transmitindo energia elétrica. Mostrarei o funcionamento do sistema de distribuição de minha 
cidade Jandira e encerraremos com observações a respeito dos tópicos apresentados. 
 
Palavras-chave: Hidrelétricas, energia elétrica, transmissão de energia, agua. 
 
 
 
 
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1 INTRODUCAO 
Iluminar o mundo por 40 dias, esta é a incrível marca que foi atingida por Itaipu em no-
vembro de 2016, isso se a energia gerada pela gigante “pedra que canta” (em tupi-guarani) 
pudesse ser acumulada, ainda assim um enorme feito para as áreas de engenharia. Apresenta-
remos aqui um estudo sobre essa gigante que, mesmo sendo uma empresa binacional traz orgu-
lho para nós brasileiros. Como empresa jurídica de direito privado binacional se deve às ordens 
jurídicas de Brasil e Paraguai, países às quais está submetida. Dessa forma 50% dela é admi-
nistrada pela Eletrobrás representando o Brasil e 50% comandados pela Administração Nacio-
nal de Eletricidade (Administración Nacional de Eletricidad, ANDE) representando nosso vi-
zinho Paraguai. Com 14000MW instalados e 20 unidades geradoras, Itaipu é a segunda maior 
usina hidrelétrica em funcionamento, ficando atrás somente da usina chinesa de Três Gargantas 
que possui 22400MW instalados. Orgulho nacional e principalmente daqueles que são das áreas 
de engenharia pois sua obra é um conjunto de grandes feitos de todas elas. Um monumento da 
engenharia civil que consumiu 12,7 milhões de m³ de concreto, volume este que daria para 
construir 210 estádios de futebol como o nosso outro orgulho, o Maracanã. Com eixos e rotores 
que giram a velocidades próximas a 700 rpm e possuem diâmetros de até 20m, a engenharia 
mecânica aplicada na construção, não só de Itaipu, mas de usinas hidrelétricas em geral é de 
uma magnitude incrível. E por fim mas não menos importante, a parte elétrica da usina faz com 
que ela seja vista não só por nós mas pelo mundo todo como um grande feito nas áreas de 
engenharias e objeto de estudo e investimentos. 
Traremos nesta pesquisa uma breve história da eletricidade mostrando alguns nomes de 
extrema importância para nós ainda hoje, depois traremos a introdução do funcionamento de 
uma usina hidrelétrica, com os principais pontos de seu funcionamento, porém sem nos apro-
fundar em termos mais técnicos pois nossa pesquisa será focado na gigante binacional. Em 
seguida analisaremos o funcionamento da Itaipu, procurando incluir pontos da literatura que 
existe dela com outra visão. Continuando este raciocínio analisaremos também o sistema de 
geração da Itaipu, passando também pelo sistema de transmissão da Itaipu. No final da parte de 
desenvolvimento mostrarei aqui com é o sistema de distribuição da minha cidade. Na conclusão 
trarei observações do que foi desenvolvido e aprendido. 
 
 
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1.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UMA USINA HIDRELÉTRICA 
1.1.1 Uma breve história da eletricidade 
Muito da tecnologia hoje em uso deve-se a grandes pioneiros e empreendedores da eletri-
cidade. Nomes como o do escocês James Watt (1736 – 1819), mecânico que concebeu o prin-
cípio da máquina a vapor, ou o físico italiano Alessandro Volta (1745 - 1827), que em 1800 
anunciou a invenção da bateria, constituída por chapas de cobre e zinco separadas por discos 
de feltro embebidos em água salgada. Outro grande nome é o do inglês Michael Faraday (1791-
1867) físico e químico que em 1831 descobriu a indução eletromagnética, ele constatou que o 
movimento de um imã através de uma bobina de fio de cobre causava fluxo de corrente no 
condutor. O grande inventor americano Thomas Alva Edison (1847-1931) em 1879 inventou a 
lâmpada elétrica, patenteou 1100 invenções, entre elas o cinema, gerador elétrico, máquina de 
escrever, entre outras. Instalou em 1882 a primeira usina de geração de energia elétrica do 
mundo com fins comerciais, na área de Wall Street, distrito financeiro da cidade de New York. 
A Central gerava em corrente contínua, com seis unidades geradoras com potência total de 700 
kW, para alimentar 7200 lâmpadas em 110 V. O primeiro projeto de êxito de central elétrica 
havia sido instalado no mesmo ano em Londres, com capacidade de geração de 1000 lâmpadas. 
Não podemos deixar de citar dois grandes nomes aqui, o croata-americano Nikola Tesla (1856-
1943) que em 1888 inventou os motores de indução e síncrono, inventor do sistema polifásico 
e foi responsável pela definição de 60 Hz como frequência padrão nos EUA, e o americano 
George Westinghouse (1846-1914) que inventou o disjuntor a ar, comprou a patente do recém 
inventado transformador de corrente alternada e a patente do motor elétrico de Tesla. Em 1886 
organizou a Westinghouse Electric Company, e “venceu” a batalha das correntes contra Edison. 
1.1.2 Água, principal recurso de uma usina hidrelétrica 
O bem mais precioso da humanidade e fundamental para a vida no planeta, a agua é utili-
zada para irrigação, transporte, lazer, saneamento, indústria e produção de energia. Pela difícil 
convivência do homem com a natureza, pelo paradigma do desenvolvimento, a agua é um item 
que vem sofrendo pelas ações do homem. Uma utilização dimensionada de maneira individual 
e desintegrada traz a degradação dos usos e do sentido do relacionamento humano com a agua. 
Segundo alguns estudiosos pode ser motivo de guerras no futuro, assim como já ocorreu no 
 
 
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passado. Por se tratar de algo tão delicado e vital para nossa sobrevivência, cada vez mais estu-
dos são realizadas antes da utilização deste recurso em grande escala, como na construção de 
usina hidrelétrica. 
Considerada uma fonte de energia renovável, a geração de energia através de usina hidre-
létrica ainda é ponto de fortes discussões pelas comunidades e ong’s de preservação ambiental. 
Isso acontece pois para a construção de uma usina hidrelétrica uma grande área é alagada para 
a construção da barragem. Assim, animais são retirados ou “expulsos” de seus habitats, vege-
tação nativa é perdida e a população deslocada em alguns casos para regiões completamente 
diferente de seu local de origem, tendo que aprender outras profissões alguns e até mesmo per-
demgrande parte do que construíram. Mas quando um projeto de grande porte, como a cons-
trução de Itaipu, é elaborado leva-se em conta a legislação existente, o chamado Código das 
Aguas (1934) que estabelece a harmonia dos aproveitamentos hidráulicos para a geração de 
energia com os outros recursos. O artigo 143 prevê que: 
 “Em todos os aproveitamentos de energia hidráulica serão satisfeitas as exigências acau-
teladoras dos interesses gerais: 
a) Da alimentação e das necessidades das populações ribeirinhas. 
b) Da salubridade pública. 
c) Da navegação. 
d) Da irrigação. 
e) Da proteção contra inundações. 
f) Da conservação e livre circulação do peixe. 
g) Do escoamento e rejeição das aguas.” 
Vemos no mesmo texto um limite para a retirada de agua destinada a outros usos ao longo 
da bacia hidrográfica aproveitada para a produção de energia elétrica. Em 1988 a constituição 
federal estabeleceu alguns princípios quanto a administração das águas, agregando valor eco-
nômico a água. Mas foi em 1977 que foi sancionada a Lei Das Águas, um dos principais marcos 
da gestão dos recursos hídricos do Brasil. 
É fundamental que todos os profissionais que atuam em áreas envolvidas no uso de nossos 
recursos hídricos tenham consciência que este recurso vai além de sua profissão, se importando 
sempre com os efeitos causados aos demais usuários de nossa água doce. 
 
 
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1.1.3 A hidrelétrica 
Para a construção de uma usina hidrelétrica, como vimos, é fundamental conhecermos a 
área da bacia hidrográfica. Em uma visão mais simples, a bacia hidrográfica de um rio (em 
geral um rio principal) é formada por toda a área de terra que conduz as precipitações ao mesmo 
rio e a seus afluentes (BELICO, 2011). Devemos considerar ainda suas vazões que pode ser 
obtida através de uma calha medidora ou dispositivos calibrados em laboratório para grandes 
cursos d’água. Com esses dados em mãos obtêm-se a curva-chave, que é a representação geo-
métrica que indica o comportamento do rio em um trecho. Esta representação relaciona um 
componente complexo, vazão, com um de mais fácil observação, um nível. Cada curva chave 
possui uma abrangência restrita representando apenas parte do trecho do rio em que os dados 
são observados. A figura 1-1 apresenta o esquema simplificado de uma central hidrelétrica. 
 
 
Numa central hidrelétrica a turbina efetua a transformação da energia hidráulica em energia 
mecânica, para produção de energia elétrica, por isso um fator fundamental é a vazão da agua, 
pois é com ela que será produzida a energia mecânica que irá acionar o gerador elétrico, esta 
vazão é chamada de turbinável ou turbinada. O rotor do gerador elétrico é acionado por um 
acoplamento mecânico com a turbina, e devido às interações eletromagnéticas transforma esta 
energia mecânica em elétrica. Geralmente são adotados geradores síncronos para operar com 
frequência fixa e para este controle usam-se reguladores de tensão, que controlam a tensão dos 
enrolamentos do rotor e reguladores de velocidades que controlam a vazão de agua que passa 
através da turbina, ajustando assim a frequência. 
A escolha da turbina no projeto de uma hidrelétrica é muito importante para seu desenvol-
vimento. Para cada tipo de vazão e queda d’água há um tipo específico de turbina, que pode ser 
Figura 1-1: Central hidrelétrica em desvio 
 
 
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uma turbina do tipo Pelton, Francis ou Kaplan. Cada uma tem uma relação direta entre altura 
da usina ou queda d’água. A rotação específica da turbina é dada por: 
𝑛𝑞 = 103 × 𝑁 ×
𝑄
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(𝑔𝐻)
3
4
 
Onde N é a rotação da turbina dada em rps (rotação por segundo), Q a vazão em m³/s, H é a 
altura em metros e g a aceleração da gravidade. A figura 1-2 nos mostra os tipos de turbina e a 
sua faixa de operação. 
 
As centrais hidrelétricas são classificadas pela sua vazão natural, por sua potência, pela 
forma de captação de agua e sua função no sistema. Quanto a classificação das usina hidrelétri-
cas (UHEs), elas podem ser grandes UHEs, médias UHEs ou pequenas centrais hidrelétricas 
(PCHs). 
Como visto, as principais variáveis de uma hidrelétrica atuante sobre a potência são altura 
da queda d’água e a vazão desta água passando pela turbina. A potência elétrica está diretamente 
relacionada com a energia potencial e pode ser obtida por: 
𝑃 = 𝜂𝑇𝑂𝑇 × 𝑔 × 𝑄 × 𝐻 
Em que TOT é o rendimento total do conjunto. 
Até aqui vimos o quão complexo é a implementação de uma usina hidrelétrica, vimos que 
esta é um conjunto de grandes feitos de várias áreas da engenharia. Vamos nos aprofundar agora 
em uma gigante adimirada no mundo todo. 
Figura 1-2: Tipo de turbina por faixa de operação 
 
 
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1.2 FUNCIONAMENTO DA ITAIPU 
Conforme a apostila disponibilizada pelo site de Itaipu, chamada de “Be-a-ba de Itaipu” 
a supervisão e a operação da usina são executadas pelo sistema SCADA/EMS - Sistema Digital 
de Aquisição de Dados e Supervisão e Gerenciamento de Energia. Sua função é controlar e 
supervisionar, digitalmente, o funcionamento dos equipamentos principais e auxiliares da usina, 
inclusive as unidades geradoras. Teve um custo de aquisição e implantação de aproximada-
mente US$ 10 milhões. 
Para controlar a vazão de agua nas turbinas existem 20 comportas movimentadas por 
servomotores. Cada comporta é para cada uma das turbinas, essas comporta possuem 18 metros 
de altura e 1 metro de diâmetro e possuem capacidade para movimentar 650 toneladas. 
Um fato interessante é o tipo de isolamento elétrico da usina que é feito por meio de gás 
SF6 (hexafluoreto de enxofre). Isso se faz necessário devido ao pouco espaço na usina, pois o 
isolamento elétrico a SF6 permite que os condutores sejam instalados a 1 metro de distância 
um do outro. Na região metropolitana de São Paulo temos vários exemplos de subestações de 
transmissão de energia que utilizam o sistema de isolamento a gás SF6, como a “SE Miguel 
Reale”, posta em operação oficial em 2005. 
Um fator importante das barragens de usinas hidrelétricas é o vertedouro, e o de Itaipu 
tem uma largura de 362 metros e um comprimento de 483 metros com 14 comportas no tamanho 
de 20 x 21,34 m cada e uma capacidade de descarga de 62.200 m3/s. 
1.3 SISTEMA DE GERAÇÃO DA ITAIPU 
Base de muitos estudos e pesquisas, as centrais geradoras de Itaipu impressionam por seu 
tamanho e ritmo de funcionamento. Com 20 unidades geradoras de 18kV, com turbinas do tipo 
Francis (ultima instalada em 2007), possui uma potência total de 14GW e cada unidade gera-
dora é capaz de gerar uma potência nominal de 700MW. Como ela é binacional e nosso vizinho 
Paraguai utiliza em seu sistema uma frequência de 50Hz e a nossa frequência é de 60Hz, metade 
desses geradores geram frequências de 50Hz com velocidades de 90,9rpm, enquanto os gera-
dores que geram nosso 60Hz giram a uma velocidade de 92,3rpm. Outros dados importantes 
para engenheiros conhecerem a respeito do sistema de geração de Itaipu é o número de polos 
dos geradores, que vemos aqui os geradores de 50Hz possuem 66 polos, enquanto os de 60Hz 
possuem 78 polos, e os fatores de potência, é claro, também diferem para cada frequência. Para 
 
 
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50Hz temos um fator de potência de 0,85 e para 60Hz um fator de potência de 0,95. As potên-
cias nominais também mudam frente a frequência, pois os geradores de 50Hz possuem potência 
nominal de 823,6MVA e os geradores de 60Hz potência de 737,0MVA. Uma curiosidade que 
vemos no site da Itaipu binacional a respeito dos geradores é que a peça mais pesada é o rotor 
com 1760 toneladas e cada unidade pesa 3343 toneladas os geradores de 50Hz e 3342 toneladas 
os geradores de 60Hz. Na figura 1-3 vemos o modelo do gerador de Itaipu. 
 
 Salientamos o fato de metade dos geradores produzirem energia elétrica a uma frequên-
cia de 50Hz para o vizinho Paraguai, o que não impede de utilizarmos essa energia mesmo 
gerada a 50Hz. Nas subestações da usina existe alguns retificadoresque convertem a energia 
gerada de forma alternada em continua, em extra alta tensão (700kV), para ser transformada 
para corrente alternada já a uma frequência de 60Hz. 
1.4 SISTEMA DE TRANSMISSÃO DA ITAIPU 
As tensões geradas por Itaipu são de 18kV (CA) e transformadas para tensões de 
500kV(CA). Essa transformação ocorre para que essa energia percorra grandes distancias. Para 
cada unidade geradora existem três transformadores, um para cada fase. As SE’s transforma-
doras de encontram ainda dentro da usina e, como visto anteriormente, possuem duas SE’s com 
Figura 1-3: gerador - fonte:itaipu.gov 
 
 
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equipamentos isolados eletricamente a gás SF6 (uma de 50Hz e outra de 60Hz) devido ao pouco 
espaço que ocupam. 
Nos últimos anos o setor de 50 Hz teve um aumento para oito linhas de transmissão em 
500 kV, sendo quatro entre a Casa de Máquinas e a Subestação Margem Direita, com cerca de 
dois km de extensão, e quatro entre as Subestações Margem Direita e Foz do Iguaçu, com cerca 
de 9 km. No setor de 60 Hz são quatro linhas de transmissão de 500 kV, cada uma com cerca 
de 10 km, que conectam a Planta com a Subestação Foz do Iguaçu (ITAIPU,2019). 
 Apesar da geração em corrente alternada, existe uma dessas linhas de transmissão que 
transporta corrente contínua. É uma linha de 600kV que sai de Foz do Iguaçu e vai até Ibiúna 
(SP) Essa linha é projetada com bipolos de ±600 kV e possuem uma capacidade de transmissão 
de 3,1 GW, como pode ser encontrado em (DOYLE, et al.,2012) e (ITAIPU, 2014). O sistema 
em CC é empregado devido a algumas vantagens que este apresenta, como no caso particular 
de Itaipu, podemos utilizar a frequência de 50Hz produzida para nosso vizinho Paraguai. O 
sistema mais largamente utilizado para tal é baseado em tiristores, com os conversores LCC 
(Line Commutated Converter, traduzido livremente como Conversor comutado por linha), que 
tem esse nome pela característica das chaves utilizadas, que disparam com um sinal quando a 
polaridade da tensão entre anodo e catodo é positiva, ao passo que corta quando a corrente passa 
por zero. Portanto, o disparo do tiristor depende da tensão da rede. Isso faz com esse tipo de 
conversor seja dependente também de redes “fortes” (KIM, et al., 2009). A Figura 1 mostra um 
diagrama bem simples de um sistema baseado em um conversor comutado por linha. 
 
Figura 1-4:Sistema CCAT com conversores baseados em tiristores 
 
 
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2 A ENERGIA EM JANDIRA 
Apesar de pequena, o município de Jandira possui mais de 120 mil habitantes e encon-
tra-se na região metropolitana de São Paulo. Já foi chamada de cidade dormitório a alguns 
anos, mas hoje existem dois polos industriais que abrigam várias indústrias de pequeno e 
médio porte. Por isso, e pelo consequentemente aumento populacional, a demanda de ener-
gia vem crescendo, tornando o estudo energético ainda mais importante para a região. 
Vamos tomar como exemplo o Polo Industrial I, onde uma indústria de cosmético recebe 
1,5MVA para atender sua produção. A potência citada foi solicitada à concessionaria de 
energia após o crescimento da empresa e consequente aumento do consumo. A tensão que 
chega à empresa é de 13,8kV trifasicos e transformada para 220V. A seguir, temos a ima-
gem da entrada de energia da concessionaria protegida por um disjuntor a óleo de aciona-
mento manual e ao lado as chaves seccionadoras da entrada do disjuntor. 
 
Este polo industrial se encontra em uma area residencial da cidade, por isso a 
concessionaria vem melhorando cada vez mais o fornecimento de energia, e isso é 
facilmente percebido devido ao numero de vezes que ocoreram quedas de energia. Nos 
bairros vemos transformadores a óleo, que nos fornece tensões bases de 220V tensão fase-
fase e 127V tensão fase terra. A imagem a seguir tras um transformador e um capacitor. 
Nota-se na mesma imagem as chaves de proteção conhecidas como “Chave Matheus”. E a 
imagem também trás o detalhe das bitolas dos fios que entram no transformador, que são 
Imagem 2-2:entrada da concessionária Imagem 2-1:entrada do transformador 
 
 
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nitidamente mais finos do que os de saída, isso é devido às tensões que na entrada do 
transfaormador são de 13,8kV e na saida de 220V. 
3 CONCLUSÕES 
Vimos aqui uma pequena parte da tão grandiosa e complexa obra que é nosso sistema ener-
gético. Algo tão fundamental para a vida e o desenvolvimento humano. Um aprendizado mais 
claro do que é Itaipu e nosso sistema de transmissão e distribuição não é possível apenas por 
imagens e rápidas pesquisas, mas sim exigem muito mais do que apenas internet. Por isso é 
fundamental para o engenheiro eletricista uma visita em alguma subestação ou usina de geração 
de energia para poder sentir de fato a grandiosidade e importância de todo o sistema elétrico, e 
principalmente agregar conhecimento. 
Nessa pesquisa vimos como são complexos os métodos e estudos realizados para a ampli-
ação ou instalação de novos sistemas de energia. Ficamos familiarizado também com o sistema 
de distribuição de nossas cidades, algo que pouco se percebe enquanto o têm. 
Imagem 2-3: transformador 13.8kV para 220V 
 
 
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4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Capítulos de livros: 
REIS, LINEU B. – Geração de energia elétrica – 2º ed. rev. e atual. – Barueri SP: Manole 
2011 – cap. 2 
Tese/Dissertação/Monografia: 
TRANSMISSÃO EM CORRENTE CONTÍNUA COM CONVERSOR MULTINÍVEL 
MODULAR EM PONTE SEMICOMPLETA - José Rafael Batista Lebre Ferreira – abril 
2014 
Internet 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3113126/mod_resource/content/1/Aula%20-
%20usinas%20hidreletricas%202017%20-%20new.pdf 
http://www.polojandira2.com.br/ 
Periódicos disponíveis por meio eletrônico 
https://www.itaipu.gov.br/sites/default/files/BX_beaba_OK.pdf 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3113126/mod_resource/content/1/Aula%20-%20usinas%20hidreletricas%202017%20-%20new.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3113126/mod_resource/content/1/Aula%20-%20usinas%20hidreletricas%202017%20-%20new.pdf
http://www.polojandira2.com.br/
https://www.itaipu.gov.br/sites/default/files/BX_beaba_OK.pdf