Revisão de eletrotécnica e Conceitos de Cálculo de Hidrelétrica

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GERAÇÂO DE ENERGIA 
Prof. Dr. Thadeu Alfredo 
Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 
Dentre as diversas maneiras de se gerar energia elétrica 
as três formas mais comuns são por queda d’água 
(hidroelétrica), pela queima de carvão (termoelétrica) e 
por reação nuclear. A Ilustração representa o 
funcionamento de uma usina hidroelétrica. 
Observe que a água provém de um reservatório 
(admissão), segue por um duto e alcança a turbina, 
provocando o seu giro. Ao girar, a turbina provoca o giro 
solidário (conjunto) do gerador. Ao girar o gerador, 
obtém‐se a Diferença de Potencial (DDP) nos seus 
terminais, isto é, a energia elétrica. 
Antes de disponibilizar a energia elétrica na rede (linhas 
de energia) esta deve ser tratada, ou seja, colocada em 
níveis adequados de transmissão em termos de tensão e 
corrente. Isto é feito pelo transformador 
A segunda forma de se gerar energia elétrica é por meio 
da queima de combustível, no caso o carvão vegetal. 
Estas usinas são chamadas termoelétricas, pois 
convertem a energia calorífica proveniente da queima do 
combustível em energia elétrica. O princípio de 
funcionamento de uma usina termoelétrica está 
representado na figura abaixo. 
A fornalha é o centro do processo de conversão de 
energia, pois, é ali que a energia calorífica do carvão vai se 
transformar em energia em forma de vapor de água e este 
vapor irá por sua vez acionar uma turbina, que está ligada 
a um gerador, de forma semelhante à usina hidroelétrica. 
A energia ali gerada será transformada antes de ser 
disponibilizada aos consumidores residenciais, comerciais 
e industriais. 
O terceiro processo por meio do qual se gera energia 
elétrica é a conversão da energia nuclear em energia 
elétrica. 
O processo em si baseia‐se na conversão de toda a 
energia obtida através da reação nuclear em energia 
térmica, aquecendo a água e esta por sua vez gerará 
vapor para impulsionar uma turbina à qual está ligado um 
gerador elétrico. No edifício do reator fica além do reator 
propriamente dito, também o gerador de vapor. 
A geração de Energia Elétrica em três fases (Trifásica) 
 
Quando vamos elaborar um projeto de instalação elétrica 
industrial temos que avaliar qual é a disponibilidade de 
energia elétrica que abastece a região onde será instalada 
a empresa. Observe na figura abaixo que o gerador possui 
três enrolamentos ligados em forma de uma estrela. 
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Unidade de Medida 
A potência elétrica é uma grandeza e, como tal, pode ser medida. A 
unidade de medida da potência elétrica é o watt, simbolizado pela 
letra W. 
P = V. I 
Outras formas de representação: 
 
I = P / V 
 
V = P / I 
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 Se conhecermos a corrente I e a resistência R mas não a tensão V, 
pode-se determinar a potência P utilizando a lei de Ohm: 
IRV  RIIIRP 2. 
 Da mesma maneira se for conhecida a tensão V e a resistência R 
mas não a corrente I, pode-se determinar a potência P utilizando a 
lei de Ohm: 
R
V
I 
R
V
R
V
VP
2

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Exercícios: 
1) A corrente através de um resistor de 100 a ser usado num 
circuito é de 0,20A. Calcule a especificação de potência do resistor. 
 
2) Quantos quilowatts de potência são liberados a um circuito por 
um gerador de 240V que fornece 20A ao circuito? 
 
3) Se a tensão através de um resistor de 25k é de 500V, qual a 
potência dissipada no resistor? 
4W 
4,8kW 
10W 
• Determine a potência entregue ao motor de 
corrente contínua ilustrado abaixo. 
44 
• Qual a potência dissipada por um resistor 
de 5 Ω se a corrente nele for de 4 A ? 
16 
• Se a tensão nominal de operação da 
lâmpada é 120 V, determine a potência 
dissipada. Calcule também a resistência da 
lâmpada para essas condições de 
funcionamento. 
46 
Eficiência 
• Observe em particular que a quantidade de 
energia na saída é sempre menor do que a 
que entrou no sistema. 
18 
perdidaoe PPP 
entrada de potência
saída de potência
Eficiência
100% X
P
P
i
o 100% X
W
W
i
o
i
o
P
P

Eficiência 
48 
• Um motor de 2 hp opera com uma eficiência de 
75%. Qual a potência de entrada em watts ? Se 
a tensão aplicada é de 220 V, qual a corrente na 
entrada ? 
20 
• Qual a potência de saída, em hp, de um motor 
com eficiência de 80% e uma corrente de 
entrada de 8 A a uma tensão de 120 V ? 
21 
Eficiência 
51 
Eficiência 
52 
 
 Um motor pode ter de acionar uma grande 
quantidade de carga, porém, a menos que o 
motor seja usado ao longo do intervalo de 
tempo, não haverá conversão de energia. 
 
 Quanto mais tempo o motor for utilizado para 
acionar a carga, maior será a energia utilizada. 
Energia 
24 
Watts-segundos, Ws, ou Joules 
(h) tempoX (W) potência(Wh) Energia 
Energia 
54 
• Calcule a quantidade de energia (em 
quilowatts-horas) necessária para manter uma 
lâmpada de filamento (100W) acessa 
continuamente durante um ano. 
26 
• Durante quanto tempo um aparelho de 
televisão de 205 W deve ficar ligado para 
consumir 4 kWh ? 
56 
ELEMENTOS BÁSICOS EM CORRENTE ALTERNADA 
REATÂNCIA CAPACITIVA , INDUTIVA E IMPEDÂNCIA 
Este é um gerador a quatro fios, pois tem‐se três fases e um neutro. 
Observe ainda a distribuição das tensões pelas três fases do sistema. 
As três bobinas possuem um ponto comum de interligação com as 
demais fases. Dessa maneira, a soma das tensões em qualquer 
momento que se analise é igual a zero. Na figura a seguir 
apresenta‐se um gerador com três enrolamentos ligados em estrela. 
A tensão entre os terminais de uma única bobina é 
denominada tensão de fase (Ef) e a tensão entre os terminais 
de duas bobinas diferentes é denominada tensão de linha 
(EL). 
O cálculo do valor das tensões de fase e de linha é feito 
utilizando‐se a fórmula abaixo: 
Observar o cálculo da tensão 
de linha com base na tensão de 
fase. 
Observe que é daí que 
provém o valor mais 
comum das tensões 
residenciais e comerciais 
(127 e 220V). 
Observe na figura abaixo que temos três tensões de fase e 
três tensões de linha 
Outra forma de se interligar as bobinas de um gerador é denominada 
triângulo. Esta configuração possui algumas 
características importantes: 
• Cada condutor externo é comum a duas bobinas. 
• A cada instante um dos condutores é o de entrada e os outros dois de 
retorno. 
• Como as correntes estão defasadas 120°, a corrente de linha é igual à 
corrente de fase multiplicada por 1,73 
(√3) 
Tal como ocorre na 
configuração estrela, neste 
caso teremos também a 
presença de tensões de 
linha e de fase e os cálculos 
também seguirão a mesma 
lógica anterior. 
• A transmissão de energia elétrica é feita em diversas 
etapas e de diversas formas. 
• Pode ser feita em alta ou ultra alta tensão (AT ou UAT) e 
em CC ou CA, sendo esta a mais comum. 
• A razão de se transmitir em AT ou UAT é permitir que o 
valor da corrente seja baixo o suficiente par reduzir a 
dimensão dos cabos, proporcionando economia e 
significativa redução de peso. A figura abaixo apresenta o 
cálculo de corrente de transmissão em função da tensão. 
As linhas de transmissão conduzem a energia elétrica até os 
consumidores de todos os tipos. 
• Para determinar o valor da tensão de transmissão são considerados 
vários fatores como: 
– A distância entre a usina e os consumidores 
– A potência solicitada 
– O trajeto 
– A segurança 
Os sistemas de distribuição devem ser definidos em função 
da natureza dos consumidores, dos limites de utilização 
da fonte disponível, considerando ainda a tensão do 
sistema. Outro parâmetro de extrema importância é a 
potência em sistemas elétricos. O cálculo da potência 
disponível é feito com base nas seguintes fórmulas. 
Sempre que o valor realmente disponível de potência é a potência 
ativa, onde se utiliza o cosseno do ângulo formado pelo “triângulo das 
potências” que é simbolizado, segundo a norma NBR 5473, as tensões 
até 1000 V são consideradas baixas tensões.A NRB 5410 (item 4.2.2) 
considera três sistemas para distribuição de energia: 
Monofásico 
• Utiliza 2 ou 3 fios. 
• Caso seja de 3 fios, possuirá duas fases e um neutro 
Bifásico 
• Utiliza 3 condutores 
• É simétrico 
Trifásico 
• Utiliza 3 ou 4 fios. 
Podem ser fechados em estrela ou triângulo 
A energia elétrica é entregue em pontos próximos aos consumidores 
denominados subestações. Nestes locais, por meio de transformadores 
a tensão elétrica será tratada e rebaixada a valores que podem ser 
transmitidos até os consumidores finais. A figura abaixo apresenta o 
Sistema Edson de Distribuição final, que é o mais adotado no Brasil. 
As três fases do sistema de distribuição são denominadas R, 
S e T. Nestas três linhas teremos disponível a tensão 
necessária para alimentar todos os equipamentos e 
utilidades do estabelecimento industrial. 
Exercício 1 – Num sistema trifásico a quatro fios, ABC, trifásico a três condutores, 110 V, 
alimenta uma carga em triângulo, constituída por três impedâncias iguais de 5 Â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 45° . 
Determinar as correntes de linha Ia, Ib e Ic e traçar o diagrama de fasores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE AVALIATIVA: 
 
1) Encontra-se na Plataforma do Canvas uma Atividade 
Avaliativa para ser respondida durante durante o horário 
de aula. 
 
 2) Em função do tempo de aula, este horário poderá ser 
ampliado para até as 13:00 de hoje (dia da aula).