EMPRESA_SUSTENTÁVEL_20161215 - AGORA SIM O FINAL

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NOSSA SENHORA DO PATROCÍNIO 
FACULDADE DE ENGENHARIA E URBANISMO 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
ANDERSON AP. DOS SANTOS SILVA 
GIULIANA SENA ROQUE 
MARCOS LUÍS SILVA 
RICARDO CONSORTE 
 
 
 
 
 
 
SUSTENTABILIDADE EMPRESARIAL: 
FONTES RENOVÁVEIS E CONTROLE DE ENERGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SALTO – SP 
2016 
 
 
ANDERSON AP. DOS SANTOS SILVA – RGM 089108 
GIULIANA SENA ROQUE – RGM 089335 
MARCOS LUÍS SILVA – RGM 065902 
RICARDO CONSORTE – RGM 082611 
 
 
 
SUSTENTABILIDADE EMPRESARIAL: 
FONTES RENOVÁVEIS E CONTROLE DE ENERGIA 
 
 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Centro Universitário Nossa 
Senhora do Patrocínio como parte dos requisitos para obtenção do grau de 
Bacharel em Engenharia Elétrica. 
 
 
 
 
Orientador Profª: Scheila G. Garcez 
 
 
 
 
 
 
SALTO - SP 
2016 
 
 
TERMO DE RESPONSABILIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O Centro Universitário Nossa Senhora do Patrocínio não se responsabiliza pelas 
informações contidas nesse Trabalho de Conclusão de Curso. Essas informações são de 
responsabilidade exclusiva dos autores 
 
 
 
 
ANDERSON AP. DOS SANTOS SILVA 
GIULIANA SENA ROQUE 
MARCOS LUÍS SILVA 
RICARDO CONSORTE 
 
 
SUSTENTABILIDADE EMPRESARIAL: 
FONTES RENOVÁVEIS E CONTROLE DE ENERGIA 
 
 
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao 
Centro Universitário Nossa Senhora do 
Patrocínio como parte dos requisitos para a 
conclusão de curso de Engenharia Elétrica. 
 
Orientador Profª Scheila G. Garcez 
 
 
 
1) Orientador (ª): ____________________________ 
2) Examinador (ª): ___________________________ 
3) Examinador (ª): ___________________________ 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
Somos gratos por Deus ter permitido que tudo que conquistamos tenha se tornado 
realidade até o momento ao longo de nossas vidas como amizades, trabalho, ter a 
oportunidade de cursar em uma universidade e também agradecemos a mesma por 
disponibilizar seu corpo docente, direção e administração, para evoluirmos em todo o decorrer 
do curso. 
Em especial a professora Scheila G. Garcez, por ter paciência e dedicação na 
orientação de nosso trabalho de conclusão, ao professor José Francisco Resende Silva por 
lecionar e conseguir compartilhar as informações do material Geração, transmissão e 
distribuição, onde ocasionou o interesse pelo tema abordado no trabalho. 
E todos os professores que proporcionaram o conhecimento racional e preparação na 
formação profissional, pelo tempo disponibilizado, para ensinar e fazer aos alunos 
compreender a matéria que abordaram. 
Principalmente a nossas famílias, que nos ajudaram, incentivaram e apoiaram em 
todos os momentos que precisamos, pois, sem esse estímulo familiar importantíssimo não 
seria possível conquistar esse título de bacharel. Aos amigos que sempre estiveram 
encorajando durante esses cinco anos e isso se tornou algo respeitável porque sempre que 
algum de nós deparava com dificuldades tínhamos um ao outro para apoiar e mantermos a 
todos motivados. 
Sem esquecer a todos que indiretamente ou diretamente, estiveram presente em nossa 
formação acadêmica. 
É uma dor muito forte causada por um adeus repentino, jamais esperamos que as 
pessoas próximas com as quais convivemos partam dessa maneira, sem uma despedida 
adequada. Receber a notícia do seu falecimento foi um choque para todos da faculdade e com 
certeza seus familiares, ainda não conseguimos acreditar que isso aconteceu. 
Você deixará muitas saudades por todas as pessoas que conquistou e seu exemplo de vida 
jamais será esquecido. Descanse em paz, Matheus Bette!!! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 “A vida só pode ser compreendida olhando – se para trás, mas só pode ser 
vivida olhando – se para à frente” (Soren Kierkegaard – Escritor dinamarquês, 
1813 - 1855). 
 
 
RESUMO 
Utilizando fontes de energias renováveis disponíveis nos diversos tipos de 
seguimentos industriais, buscando o reaproveitamento da mesma desperdiçada, para o seu 
próprio consumo ou de terceiros, em princípios de geração eólica, pressão, solar, térmica, para 
conquistar economia de energia e preservação do meio ambiente, evitando o máximo possível 
de desperdício de energia, com utilização de fontes continuo imortal e evitar o consumo 
desnecessário de energia por fontes fósseis, demonstrando que uma empresa pode ser 
sustentável com energias renováveis. Apresentando seus diversos tipos, funções e princípios. 
Tendo como alvo o mercado tanto residencial como comercial, implementação dos 
equipamentos, seu investimento e o seu payback. 
Palavras-chaves: Energia solar; Sistema Fotovoltaico; Radiação solar; Piezoelétrico; 
Cristal Quartiso; Energia eólica; Turbina eólica; Gerador termoelétrico; Energia termoelétrica; 
Controlador de fator de potência; Controlador de demanda; 
ABSTRACT 
Using renewable energy sources available in various types of industrial segments, 
seeking the reuse of it wasted, for their own consumption or third parties on principles of 
wind power, solar, thermal, pressure, to achieve energy saving and preservation of the 
environment, avoiding as much as possible waste of energy, using sources remain immortal 
and avoid unnecessary consumption of energy from fossil sources, demonstrating that a 
company can be sustainable with renewable energy. Featuring its various types, functions and 
principles. Targeting both the residential market and commercial implementations, 
equipment, your investment and your payback. 
Keywords: Solar Energy; Photovoltaic system; Solar radiation; piezoelectric; Quartz 
crystal; wind power; Wind turbine; thermoelectric generator; thermal energy; power factor 
controller; demand controller; 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
FIGURA 1 - STC CONDIÇÕES NORMAIS DE ENSAIO PARA PAINEL FOTOVOLTAICO ..................................................... 4 
FIGURA 2 - PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO MONOCRISTALINO ................................................................ 6 
FIGURA 3 - PAINEL DE SILICIO POLICRISTALINO ......................................................................................................... 7 
FIGURA 4 - PAINEL DE FILME FINO ............................................................................................................................. 8 
FIGURA 5 - PAINEL DE SILÍCIO AMORFO ..................................................................................................................... 9 
FIGURA 6 - PAINEL DE TELURETO DE CÁDMIO ......................................................................................................... 10 
FIGURA 7 - PAINEL SELENETO DE COBRE, ÍNDIO E GÁLIO ......................................................................................... 11 
FIGURA 8 - PAINEL ORGÂNICO ................................................................................................................................. 12 
FIGURA 9 - PAINEL HÍBRIDO ..................................................................................................................................... 13 
FIGURA 10 - ILUSTRAÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO INSTALADO EM RESIDÊNCIA ...................................... 14 
FIGURA 11 - SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL ............................................................................................... 15 
FIGURA 12 - SISTEMA FOTOVOLTAICO COMERCIAL CONECTADO A REDE ............................................................... 15 
FIGURA 13 - SISTEMA FOTOVOLTAICO INDUSTRIAL CONECTADO A REDE ............................................................... 16 
FIGURA 14 - SISTEMA FOTOVOLTAICO ISOLADO ..................................................................................................... 17 
FIGURA 15 – COORDENADAS GEOGRÁFICAS DE SÃO PAULO ...................................................................................20 
FIGURA 16 – FERRAMENTA LOCALIZADORA ÍNDICE SALORÍMÉTRICO ..................................................................... 21 
FIGURA 17 - DESLOCAMENTO DA TERRA ................................................................................................................. 23 
FIGURA 18 - MÉDIA ANUAL DE INSOLAÇÃO DIÁRIA NO BRASIL (HORAS) ................................................................. 24 
FIGURA 19 - RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL DIÁRIA - MÉDIA ANUAL TÍPICA (MJ/M².DIA) ............................................... 25 
FIGURA 20 - RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL DIÁRIA - MÉDIA ANUAL TÍPICA (WH/M².DIA) .............................................. 26 
FIGURA 21: TENSÃO MECÂNICA TRANSFORMADA EM ELÉTRICA ............................................................................ 28 
FIGURA 22: FREQUÊNCIA TRANSFORMADA EM RESSONÂNCIA EM MECÂNICA ...................................................... 29 
FIGURA 23: POLARIZAÇÃO CRISTALINA ................................................................................................................... 30 
FIGURA 24: FREQUÊNCIA TRANSFORMADA EM RESSONÂNCIA EM MECÂNICA ...................................................... 31 
FIGURA 25: BALANÇA DE QUANTZO ........................................................................................................................ 32 
FIGURA 26: ESTRUTURA DE CRISTALINA DE UM CRISTAL DE QUANTZO .................................................................. 34 
FIGURA 27: CORTES USUAIS EM CRISTAIS QUARTZO ............................................................................................... 35 
FIGURA 28: DIAGRAMA DE ÂNGULOS RELATIVOS ................................................................................................... 35 
FIGURA 29: PREVISÕES PARA O FUTURO ................................................................................................................. 38 
FIGURA 30: PLACA DE ECOPISO ................................................................................................................................ 39 
FIGURA 31: CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA EPOLICO ISOLADO ........................................................................... 40 
FIGURA 32: CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA HIBRIDO SOLAR-EOLICO-DIESEL ...................................................... 41 
FIGURA 33: PARQUE EÓLICO CONECTADO À REDE– PARQUE EÓLICO DA PRAINHA - CE ......................................... 42 
FIGURA 34: COMPONENTES DO SISTEMA ................................................................................................................ 43 
FIGURA 35: TAXONOMIA DE TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL ................................................................. 44 
FIGURA 36: ESQUEMA DE AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL FRONTAL ........................................................... 45 
FIGURA 37: ESQUEMA DE AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL FRONTAL DE TETAGUARDA ............................... 45 
 
 
FIGURA 38: TAXONOMIA DE TURBINAS EÓLICAS COM EIXO VERTICAL ................................................................... 46 
FIGURA 39: TURBINA VERTICAL DO TIPO DARRIEUS ................................................................................................ 47 
FIGURA 40: TURBINA SAVONIUS .............................................................................................................................. 47 
FIGURA 41: TURBINA DARRIEUS-SAVONIUS ............................................................................................................ 48 
FIGURA 42: REGIMES TÍPICOS DO CONTROLE DE VELOCIDADE DA TURBINA........................................................... 49 
FIGURA 43: FLUXO DE POTÊNCIA EÓLICA ................................................................................................................. 50 
FIGURA 44: DIREÇÕES PREDOMINANTES DE VENTO ............................................................................................... 50 
FIGURA 45: VELOCIDADE MÉDIA DO VENTO SUDESTE............................................................................................. 51 
FIGURA 46: ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UMA USINA TERMOELÉTRICA .................................................... 55 
FIGURA 47: CALDEIRA AQUOTUBULAR .................................................................................................................... 56 
FIGURA 48: CALDEIRA AQUOTUBULAR .................................................................................................................... 56 
FIGURA 49: TUBINA LAVAL ....................................................................................................................................... 57 
FIGURA 50: TURBINA CURTIS ................................................................................................................................... 57 
FIGURA 51: TURBINA RATEAUL ................................................................................................................................ 58 
FIGURA 52: TURBINA CURTIS/RATUAEL ................................................................................................................... 58 
FIGURA 53: TURBINAS PARSONS.............................................................................................................................. 58 
FIGURA 54: CONDENSADOR .................................................................................................................................... 59 
FIGURA 55: TORRE DE RESFRIAMENTO .................................................................................................................... 60 
FIGURA 56: TURBOGERADOR .................................................................................................................................. 61 
FIGURA 57: MEDIDOR DE FATOR DE POTÊNCIA ....................................................................................................... 69 
FIGURA 58: TRIÂNGULO DE POTÊNCIA .................................................................................................................... 69 
FIGURA 59: GRUPO DE CAPACITORES ...................................................................................................................... 71 
FIGURA 60: ORÇAMENTO CONTROLADOR DE FATOR DE POTÊNCIA ....................................................................... 72 
FIGURA 61: CONTA ANTIGA 09/2013 ....................................................................................................................... 73 
FIGURA 62: CONTA ATUAL 09/2016 ......................................................................................................................... 73 
FIGURA 63: CONTROLADOR DE DEMANDA .............................................................................................................. 81 
FIGURA 64: PLANTA BAIXA ....................................................................................................................................... 82 
FIGURA 65: RELÓGIO MEDIDOR BIDIRECIONAL ....................................................................................................... 88 
FIGURA 66: MÉTODO DAS INSTALAÇÕES DE CADA SISTEMA ................................................................................... 94 
 
 
 
 
LISTA DE TABELA 
TABELA 1 - QUALIDADE ESTIMADA PARA EFICIÊNCIA PAINEL SOLAR ........................................................................ 5 
TABELA 2 - EXEMPLO DE CONSUMO MENSAL RESIDENCIAL DURANTE ANO ........................................................... 18 
TABELA 3 - RESULTADO ÍNDICE SOLARIMETRICO DO SOFTWARE CRESESB ............................................................................. 21 
TABELA 4 – RESULTADO DO PLANO DE INCLINAÇÃO DO SOFTWARE CRESESB ........................................................ 22 
TABELA 5: MÉDIA DOS VENTOS EM PIRACICABA .....................................................................................................52 
TABELA 6: DADOS DE EQUIPAMENTO DE FABRICANTE ............................................................................................ 52 
TABELA 7: DADOS DE EQUIPAMENTO DE FABRICANTE ............................................................................................ 53 
TABELA 8: DADOS DE EQUIPAMENTO DE FABRICANTE ............................................................................................ 53 
TABELA 9: DADOS TÉCNICOS DA TURBINA UTILIZADA ............................................................................................. 54 
TABELA 10: CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS SEGUNDO O ESTADO FÍSICO ....................................................... 61 
TABELA 11: CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS SEGUNDO A ORIGEM .................................................................. 62 
TABELA 12: CLASSIFICAÇÃO DOS BIOCOMBUSTÍVEIS (NOGUEIRA ET AL.,1998) ........................................................... 63 
TABELA 13: PODER CALORÍFICO INFERIOR DE DIFERENTES TIPOS DE BIOMASSA (NOGUEIRA ET AL., 1998) ................ 63 
TABELA 14: TABELA CONVERSÃO KW PARA KVAR ..................................................................................................... 70 
TABELA 15: GRUPOS 2 POLOS .................................................................................................................................. 71 
TABELA 16: GRUPOS 4 POLOS .................................................................................................................................. 71 
TABELA 17: LEGENDA DA POSIÇÃO E ÁREA USADA PARA CADA SISTEMA RENOVÁVEL ........................................... 82 
TABELA 18: ATIVOS NA EMPRESA ............................................................................................................................ 83 
TABELA 19: DADOS TÉCNICOS DA TURBINA UTILIZADA ........................................................................................... 86 
TABELA 20: GERAL DOS INVESTIMENTOS COM SEUS PAYBACK ............................................................................... 88 
TABELA 21: DESCRIÇÃO DE CADA TIPO DE INSTALAÇÃO .......................................................................................... 89 
TABELA 22: TIPOS DE APLICAÇÃO (A/B/C/D) E CORRENTE DE CABO ........................................................................ 90 
TABELA 23: TIPOS DE APLICAÇÃO (E/F/G) E CORRENTE DE CABO ............................................................................ 91 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 1 
2 INTRODUÇÃO AO SISTEMA FOTOVOLTAICO .............................................................................. 2 
2.1 TIPOS DE SISTEMA DE ENERGIA SOLAR ....................................................................................... 3 
2.2 EFICIÊNCIA PARA PAINEL FOTOVOLTAICO/SOLAR ...................................................................... 3 
2.3 CALCULAR A EFICÊNCIA DE UM PAINEL SOLAR............................................................................ 4 
3 TIPOS DE PAINEL SOLAR ............................................................................................................ 5 
3.1 PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO MONOCRISTALINO ................................................... 5 
3.1.1 VANTAGENS....................................................................................................................... 6 
3.1.2 DESVANTAGENS ................................................................................................................ 6 
3.2 PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILICIO POLICRISTALINO ....................................................... 6 
3.2.1 VANTAGENS....................................................................................................................... 7 
3.2.2 DESVANTAGENS ................................................................................................................ 7 
3.3 PAINEL SOLAR DE FILME FINO (PELÍCULA FINA – THIN-FILM - TFSC) .................................................. 8 
3.3.1 VANTAGENS....................................................................................................................... 8 
3.3.2 DESVANTAGENS ................................................................................................................ 9 
3.4 PAINEL SOLAR DE SILÍCIO AMORFO (A-SI) .................................................................................... 9 
3.4.1 VANTAGENS....................................................................................................................... 9 
3.4.2 DESVANTAGENS .............................................................................................................. 10 
3.5 PAINEL SOLAR DE TELURETO DE CÁDMIO (CDTE) ...................................................................... 10 
3.5.1 VANTAGENS..................................................................................................................... 10 
3.5.2 DESVANTAGENS .............................................................................................................. 10 
3.6 PAINEL SOLAR SELENETO DE COBRE, ÍNDIO E GÁLIO (CIS / CIGS) .............................................. 11 
3.6.1 VANTAGENS..................................................................................................................... 11 
3.6.2 DESVANTAGENS .............................................................................................................. 11 
3.7 PAINEL FOTOVOLTAICO ORGÂNICO (OPV) ................................................................................ 12 
3.7.1 VANTAGENS..................................................................................................................... 12 
3.7.2 DESVANTAGENS .............................................................................................................. 13 
3.8 PAINEL SOLAR HÍBRIDO - HJT .................................................................................................... 13 
4 SISTEMA DE ENERGIA FOTOVOLTAICO APLICADO ....................................................................14 
4.1 TIPOS DE SISTEMA FOTOVOLTAICO .......................................................................................... 15 
4.1.1 SISTEMA RESIDENCIAL (1 kWp a 10 kWp) ....................................................................... 15 
4.1.2 SISTEMA COMERCIAL CONECTADO A REDE (10 kWp a 100 kWp) ................................... 15 
4.1.3 SISTEMA INDUSTRIAL CONECTADO A REDE (100 kWp a 1000 kWp) .............................. 16 
4.1.4 SISTEMA ISOLADOS/AUTÔNOMOS (OFF GRID / STAND ALONE) ..................................... 17 
4.1.5 SISTEMA FOTOVOLTAICO HÍBRIDO.................................................................................. 17 
 
 
4.2 COMO PROJETAR SISTEMA FOTOVOLTAICO ............................................................................. 18 
4.3 COMO ENCONTRAR ÍNDICE SOLARIMETRICO ........................................................................... 20 
5 RADIAÇÃO SOLAR ....................................................................................................................22 
6 PROPOSTA DE SISTEMA DE ENERGIA FOTOVOLTAICO ..............................................................26 
7 INTRODUÇÃO A PIEZOELÉTRICO ...............................................................................................27 
8 PRINCÍPIO DA PIEZOELETRICIDADE ..........................................................................................29 
8.1 CRISTAIS (PIEZOELÉTRICIDADE) ................................................................................................. 31 
9 ENERGIA EÓLICA ......................................................................................................................3910 APLICAÇÕES DO SISTEMA EOLICO ............................................................................................40 
10.1 SISTEMA ISOLADO ................................................................................................................ 40 
10.2 SISTEMA HÍBRIDO ................................................................................................................. 41 
10.3 SISTEMA INTERLIGADO A REDE ............................................................................................ 41 
11 IMPACTOS ................................................................................................................................42 
12 COMPONENTE DO SISTEMA EOLICO.........................................................................................43 
13 TIPOS DE TURBINAS .................................................................................................................43 
13.1 TURBINAS EOLICAS DE EIXO HORIZONTAL ........................................................................... 44 
13.2 TURBINAS EOLICAS VERTICAIS.............................................................................................. 46 
13.2.1 TURBINAS EÓLICAS VERTICAIS DO TIPO DARRIEUS ......................................................... 46 
13.2.2 TURBINAS EÓLICAS VERTICAIS DO TIPO SAVONIUES....................................................... 47 
13.2.3 TURBINAS EÓLICAS VERTICAIS TIPO DARRIEUS - SAVONIUS ........................................... 47 
14 OPERAÇÃO DA TURBINA EÓLICA ..............................................................................................48 
15 POTÊNCIA EXTRAÍDA ................................................................................................................49 
16 ATLAS DO POTENCIAL EÓLICO BRASILEIRO ...............................................................................49 
17 COMERCIALIZAÇÃO ..................................................................................................................52 
18 PROPOSTA DO SISTEMA EÓLICO ..............................................................................................53 
19 GERAÇÃO TERMOELÉTRICA ......................................................................................................55 
19.1 CALDEIRAS DE VAPOR .......................................................................................................... 55 
19.2 TURBINA A VAPOR ................................................................................................................ 56 
19.3 CONDENSADORES ................................................................................................................ 58 
19.4 TORRE DE RESFRIAMENTO ................................................................................................... 59 
19.5 GERADOR ELÉTRICO ............................................................................................................. 60 
20 ABASTECIMENTO ENERGÉTICO PARA TERMELÉTRICA ..............................................................61 
 
 
21 BIOMASSA ...............................................................................................................................62 
22 PROPOSTA DO SISTEMA TERMOEÉTRICO .................................................................................63 
23 CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA ........................................................................................64 
23.1 CONCEITOS BÁSICOS ............................................................................................................ 64 
23.2 CONSEQUÊNCIAS E CAUSAS DE UM BAIXO FATOR DE POTÊNCIA ......................................... 64 
23.2.1 PERDAS NA INSTALAÇÃO ................................................................................................. 64 
23.2.2 QUEDAS DE TENSÃO ........................................................................................................ 65 
23.2.3 SUBUTILIZAÇÃO DA CAPACIDADE INSTALADA ................................................................ 65 
23.3 VANTAGENS DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA ......................................................... 65 
23.3.1 MELHORIA DA TENSÃO ................................................................................................... 65 
23.4 REDUÇÃO DAS PEDRAS ......................................................................................................... 66 
23.5 VANTAGENS DA EMPRESA ................................................................................................... 66 
23.6 VANTAGENS DA CONCESSIONÁRIA ...................................................................................... 66 
23.7 DEFINIÇÕES .......................................................................................................................... 67 
23.8 TIPOS DE CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA .................................................................... 67 
23.9 CALCULO DO FATOR DE POTÊNCIA ....................................................................................... 68 
24 CONTROLE DE DEMANDA.........................................................................................................75 
24.1 ESTRUTURA TARIFARIA EM VIGOR ....................................................................................... 75 
24.1.1 HORÁRIO DE PONTA ........................................................................................................ 76 
24.1.2 HORÁRIO FORA DE PONTA .............................................................................................. 76 
24.1.3 DEMANDA MEDIDA ......................................................................................................... 76 
24.1.4 DEMANDA CONTRATADA ................................................................................................ 76 
24.1.5 PERÍODO SECO ................................................................................................................. 76 
24.1.6 PERÍODO ÚMIDO ............................................................................................................. 77 
25 CONTROLADORES DE DEMANDA .............................................................................................77 
26 MÉTODOS DE CONTROLE .........................................................................................................78 
26.1 ULTRAPASSAGEM DE DEMANDA.......................................................................................... 80 
27 CONTROLADOR DE DEMANDA .................................................................................................81 
28 APLICAÇÃO PRÁTICA ................................................................................................................81 
28.1 MÉTODO DE ALIMENTAÇÃO DO SISTEMA ............................................................................ 88 
29 CONCLUSÃO .............................................................................................................................94 
30 REFERÊNCIAS ...........................................................................................................................96 
 
1 
 
1 INTRODUÇÃO 
Com base nas novas tecnologias sustentáveis e com o objetivo de reduzir o consumo 
de fontes tradicionais de energia, demonstraremos as possibilidades de algumas aplicações 
das fontes renováveis, tais como: energia fotovoltaica, piezoelétrico, eólico e termelétrico, 
princípios de controle e qualidade da energia interna. 
Como exemplo explicativo: 
Utilizamos uma empresa de médio porte com um contrato de 580 kVa de demanda. 
Com as aplicações das fontes renováveis disponíveis no mercado e seguindo a correta 
aplicação de cada segmento empresarial determinamos baseando-se na área disponível a 
quantidade de cada tecnologia. 
Junto a isso podemos calcular de forma clara o investimento inicial e estimar a 
produção de energiade cada seguimento, apresentando assim o seu payback. 
Pesquisa de campo bibliográfica, expressada no “capítulo 2” fenômeno fotovoltaico 
com seus tipos de sistema, sua variedade de tipos de placas solares, suas possíveis aplicações 
e produção de energia disponíveis no território nacional, “capítulo 3” demonstra o fenômeno 
piezoeléctrico em geração de energia elétrica por tensão mecânica, seguindo o “capítulo 4” o 
sistemas de energia eólica refere-se em tipos de turbina, calculo de potência gerada, sistemas 
de aplicações, continuando entre os capítulos o “capítulo 5” refere-se a especificação dos 
tipos de aplicações sobre geradores térmicos e suas diversas alimentações e o “capitulo 6” 
aplicação de cada seguimento citado individualmente no texto na forma pratica simulando 
uma empresa real com custo de aplicação e retornos financeiros. 
 
 
2 
 
2 INTRODUÇÃO AO SISTEMA FOTOVOLTAICO 
Com o possível esgotamento das energias fósseis que movimenta o mundo, fez com 
que o homem em meados dos anos 70 mudasse significativamente sua opinião a respeito dos 
recursos de energia, nessa geração não havia preservação dos recursos e com o resultado 
tomando a consciência da necessidade para encontrar novas formas de energia. 
Conforme orientado em (1) o interesse na conversão fotovoltaica tendo como 
consequência dessa preocupação de identificar possíveis fontes de energia sujeita as 
características de serem necessariamente inesgotável e de baixa renda, relevando a 
manutenção e segurança do ambiente. As fontes tradicionais de energia, combustíveis fósseis 
como carvão, petróleo e gás natural estão se esgotando, como mostram atualmente as taxas 
previsíveis de uso. 
Mudança fotovoltaica de energia solar demonstra ao passar dos anos uma das formas 
mais auspiciosa de satisfazer as crescentes necessidades de energia do futuro, dito em (1) há 
um momento em que as fontes existentes de energia estão chegando ao fim. No conhecimento 
da história humana, a vida do sol é realmente infinita, a sua energia é emitida para o planeta 
terra sendo continuamente utilizada ou não, sua capitação de energia solar não demostra 
absolutamente algum risco para o ao meio ambiente. 
Com a referência dita em (2) efeito fotovoltaico foi observado em 1839, pelo físico 
francês, Alexandre Edmond Becquerel, que deparou pela primeira vez, com a geração de 
tensão ou corrente elétrica em determinado material, após, sua exposição há luz ou raio solar. 
Esse efeito consiste essencialmente conforme expressado (3) na conversão de energia 
solar incidente sobre células solares, um dispositivo elétrico de estado sólido capaz de captar a 
luz continuamente em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. Com base nele que se 
produzem os painéis solares, formados por células fotovoltaicas, que são dispositivos 
semicondutores com essa propriedade de consumir a luz do Sol e transformá-la em energia, 
gerando uma corrente elétrica capaz de circular em um circuito externo. 
“Aparência externa é a de uma lâmina circular ou quadrada, com tonalidade 
entre o azul-escuro e o preto. A parte superior da célula apresenta raias de 
coloração cinza, constituídas de um material condutor, com a finalidade é extrair 
a corrente elétrica gerada quando as células são expostas à luz solar. O conjunto 
de células fotovoltaicas é encapsulado, utilizando materiais especiais que 
protegem contra possíveis danos externos. Assim são produzidos os módulos 
fotovoltaicos, que podem apresentar diferentes tamanhos e potências. O módulo 
http://scienceworld.wolfram.com/biography/BecquerelEdmond.html
3 
 
fotovoltaico é o elemento básico que os fabricantes fornecem ao mercado, e é a 
partir deste elemento que um projetista dimensiona o gerador fotovoltaico para 
produzir a eletricidade necessária a um sistema, utilizando a luz do Sol”. (3) 
2.1 TIPOS DE SISTEMA DE ENERGIA SOLAR 
De acordo, lido em (4) existe três tipos principais referentes ao sistema de energia 
solar, são eles: 
 Energia solar térmica: Desta maneira, a energia é captada através de painéis solares 
térmicos ou de coletores solares, o equipamento em si é simples, econômicos e 
reconhecidos no aproveitamento do sol, utilizados em casas, hotéis e empresas para o 
aquecimento de água de chuveiros ou piscinas, aquecimentos de ambientes ou até em 
processos industriais. Contendo a função de transferir o calor da radiação solar para a 
água ou óleo que passa no seu interior para então ser utilizado como fonte de calor. 
 Energia solar fotovoltaica: Nessa aplicação é possível gerar energia elétrica através 
das chamadas células fotovoltaicas, onde geralmente é instalada em módulos ou 
painéis solares fotovoltaicos e podem captar a radiação solar diretamente em energia 
elétrica através efeito fotovoltaico. 
 Energia termossolar ou energia solar concentrada: Propósito do sistema é produzir 
inicialmente calor, através de um sistema de espelhos (ou concentradores) que retém a 
radiação solar, sendo então lógico transformar este calor em energia elétrica. Não 
deixam de ser um tipo de energia solar térmica, porém o seu propósito final é gerar 
energia elétrica. Este tipo não é muito utilizado devido ao alto custo e complexidade. 
2.2 EFICIÊNCIA PARA PAINEL FOTOVOLTAICO/SOLAR 
De acordo com (5), eficiência de um painel solar é basicamente quanto de 
porcentagem (%) de energia da luz do sol o painel solar consegue capturar e converte por m² 
em energia elétrica, tendo como base da eficiência a partir da medida em condições de 
laboratório, STC (Standard Testing Conditions). 
STC significa "condições normais de ensaio" e são os padrões tomados por indústria 
solar para as condições em que um painel solar é testado. Dessa forma é possível, determinar 
conjunto fixo de condições, sendo assim todos os painéis solares podem ser comparados e 
avaliados contra o outro de forma mais precisa, dito (5) 
4 
 
Conforme representante e se relato dito (5) as formas de condições padrão de teste são 
as seguintes: 
1. Temperatura da Célula = 25°C – Obrigatoriamente o equipamento testado 
necessita estar na condição exigida, ou seja, a célula solar deverá estar em 
25°C no decorrer do teste. 
2. Irradiação solar = 1000 W/m² - Valor que indica à quantidade de energia que 
submetida sobre uma determinada área em um determinado momento. 
Levando em consideração que essa quantidade de energia é uma média da luz 
solar que incide na superfície da Terra. 
3. Massa de Ar = 1.5 – Existe uma dificuldade em medir esse valor, uma vez que 
responde, a quantidade de luz que tem que passar pela atmosfera planeta antes 
que possa colidir com superfície terrestre, está relacionado ao ângulo do sol em 
relação a um ponto de referência sobre plante Terra. 
Figura 1 - STC CONDIÇÕES NORMAIS DE ENSAIO PARA PAINEL FOTOVOLTAICO 
 
FONTE: MEYER BURGER TECHNOLOGIES AG 
2.3 CALCULAR A EFICÊNCIA DE UM PAINEL SOLAR 
Segundo referência (5) é necessário os seguintes dados do painel solar, para 
conseguirmos calcular essa característica importante, são eles a altura, largura e potência. 
Exemplo: Painel Solar de 270 Watts, com altura de 1,658m e largura de 0,99m 
1. Passo: É preciso calcular, área do Painel Solar onde A= 1.658 x 0,99m = 1,64142m² 
2. Passo: Com a área calculada será necessário, divida a potência do Painel Solar por sua 
área, ou seja, 𝑃 =
270
1,64142
 = 164.49 Watts/m². 
5 
 
3. Passo: Contendo a potência, divida por 10 para chegar em sua eficiência em 
porcentagem (%), logo, 𝐸 =
164.49
10
 = 16.44 % 
Sendo assim, obtemos o painel solar calculado no exemplo acima uma eficiência de 
16.44% nas condições padrão de teste. 
Tabela 1 - QUALIDADE ESTIMADA PARA EFICIÊNCIA PAINEL SOLAR 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3 TIPOS DE PAINEL SOLAR 
3.1 PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO MONOCRISTALINO 
De acordo com (6) a tecnologia monocristalina é a mais antiga e também com custo 
elevado, porém, possuem a eficiência superioras demais. Comercialmente falando, a 
eficiência dos painéis está na faixa de 14 e 21%. 
Os painéis solares de silício monocristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis quando 
observador de uma curta distância, sua cor uniforme indica silício de alta pureza com seus 
cantos tipicamente arredondados. 
Confeccionados a partir de um único cristal de silício ultrapuro, (lingotes de silício de 
forma cilíndrica), este é fatiado como um "salame" fazendo assim lâminas de silício 
individuais, que são então tratadas e transformadas em células fotovoltaicas. Cada célula 
fotovoltaica circular tem seus quatros lados cortados fora, para otimiza o espaço disponível no 
painel sendo composto por uma matriz de células fotovoltaicas em formações de série e 
paralelo, dito por (6). 
Características apresentadas por (6): 
Eficiência média do painel solar monocristalino: 14 – 21%. 
Técnica para produção: Czochralski. 
Forma: Arredondada. 
http://www.portalsolar.com.br/celula-fotovoltaica.html
http://www.portalsolar.com.br/celula-fotovoltaica.html
6 
 
Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5x12,5cm; 15x15cm. 
Cor: azul escuro ou quase preto (com antirreflexo), 
cinza ou azul acinzentado (sem antirreflexo). 
Figura 2 - PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO MONOCRISTALINO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.1.1 VANTAGENS 
Citado por (6): 
 Eficiência mais alta dentre as tecnologias comercialmente viáveis atualmente, está 
hoje entre 14% e 21%. 
 Ocupam menor espaço. 
 A vida útil é maior que 30 anos tendo como garantia de 25 anos. 
 Tendem a funcionar melhor do que painéis solares policristalinos em condições de 
pouca luz. 
3.1.2 DESVANTAGENS 
Citado por (6) 
 Custo alto. 
 Em sua fabricação existe desperdício, pois, no processo usado para produzir silícios 
cilíndricos, quatros lados são cortados para fazer as lâminas de silício cilíndricas sendo 
preciso ser reciclado. 
3.2 PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILICIO POLICRISTALINO 
Referente por (6) tanto mono como poli cristalino tem o silício como matéria prima, a 
principal diferença entre as tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais. No 
7 
 
policristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, preservando a formação de 
múltiplos cristais (dai o nome poli cristalino), quando este bloco é cortado e fatiado, é 
possível observar esta formação múltipla de cristais. 
Para entender melhor, como explica em (6), depois de fundido, eles são serrados em 
aglomerados quadrados e, em seguida, fatiados em células, parecido com monocristalino, com 
certa facilidade em sua produção. Semelhantes aos de um único cristal “monocristalino” tanto 
no desempenho como na degradação, exceto sua eficiência inferior. 
 Afirma (6) que primeiros painéis solares à base de silício ou polisilício (p-Si) e silício 
multi-cristalino (mc-Si), apresentado para o mercado em 1981. 
Características apresentadas por (6): 
Eficiência média do painel solar policristalino: 13 – 16.5% 
Técnica na produção: Fundição de polisilício, Aquecimento em forma. 
Forma: Quadrada 
Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5x12,5cm; 15x15. 
Cor: azul (com antirreflexo), cinza prateado (sem antirreflexo). 
Figura 3 - PAINEL DE SILICIO POLICRISTALINO 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.2.1 VANTAGENS 
Citado por (6): 
 Em sua fabricação o desperdício é menor em comparação com monocristalino. 
 Tendem a ser um pouco mais baratos que os painéis solares monocristalino. 
 A vida útil é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos. 
3.2.2 DESVANTAGENS 
Citado por (6): 
8 
 
 Eficiência está em torno de 13 e 16.5%, devido, principalmente, a menor pureza do 
polisilício. 
 Precisa de uma área maior de painéis para gerar a mesma quantidade de Watts/m² que 
o paineís monocristalinos. 
3.3 PAINEL SOLAR DE FILME FINO (Película Fina – Thin-film - TFSC) 
Conforme orientado no portal (6), Adicionar mais que uma camada fina de material 
fotovoltaico sobre um substrato é a fundamento básico de como são construídos, definidos 
também como película fina (TFPV). 
Existem diversos tipos de matérias que podem ser indicador como fotovoltaicos, para 
ser usado sobre o substrato, como descrevido por (6): 
 Silício amorfo (a-Si) 
 Telureto de cádmio (CdTe) 
 Cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS) 
 Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV) 
Na referência (6), a eficiência média entre 7-13% provém do tipo de material abordado 
em sua elaboração, certos materiais usados aproxima – se de 16% aproximado há eficiência 
do painel policristalino. No ano 2015 os painéis fotovoltaicos usufruem de sistema filme fino 
representam cerca de 20% do mercado mundial, sendo a maioria de silício cristalino. 
Figura 4 - PAINEL DE FILME FINO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.3.1 VANTAGENS 
Comentado por (7): 
 Tende a ter um desempenho melhor em condições de pouca luz. 
 Possuem menor perda de eficiência em temperaturas mais elevadas. 
9 
 
3.3.2 DESVANTAGENS 
Comentado por (7): 
 Eficiência baixa, em torno de 7 – 13% 
 Vida útil de 10-15 anos, mesmo que em avaliações em laboratório afirma que pode ser 
maior ou igual à 25 anos. 
 Produção e extremamente suja, pois, utiliza materiais muitos mais tóxicos, 
comparados com os outros de tipos de painéis fabricados. 
 Custo alto na instalação, pois para ter um rendimento maior é preciso de muitos 
painéis em seu telhado, gerando maior mão de obra. 
3.4 PAINEL SOLAR DE SILÍCIO AMORFO (a-Si) 
Apresentado por (6) este tipo de sistema fotovoltaico produz uma quantidade 
insignificativa de energia elétrica, por esse motivo a tecnologia só foi aplicada como por 
exemplo, calculadoras de bolso. 
Figura 5 - PAINEL DE SILÍCIO AMORFO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.4.1 VANTAGENS 
Expressado em (8): 
 Baixo custo dos materiais utilizados na fabricação. 
 Células leves e flexíveis. 
 Tecnologia amadurecida e difundida. 
 Possibilitam diversidade de usos da tecnologia, por sua flexibilidade. 
10 
 
3.4.2 DESVANTAGENS 
 Staebler-Wronski (degradação da eficiência). 
 Degradação de eficiência quando em situações críticas de clima, temperatura, etc. 
 Lenta taxa de deposição dos materiais no substrato durante a fabricação da célula. 
 Baixa eficiência se comparada a outras tecnologias. 
3.5 PAINEL SOLAR DE TELURETO DE CÁDMIO (CdTe) 
Conforme (6) Telureto de cádmio, são painéis cuja alcançaram custo/eficiência de 
painéis solares de silício cristalino para o mercado mundial de forma significativa, eficiência 
com base na tecnologia abordada trabalha no range de 9-11%. Afirma também, da existência 
de uma usina chamada First Solar, onde instalou aproximadamente 5 gigawatts (GW) com 
eficiência 14,4% de painéis CdTE PV. 
Figura 6 - PAINEL DE TELURETO DE CÁDMIO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.5.1 VANTAGENS 
 Material próximo das condições ideais para utilização em energia solar. 
 Tecnologia com boas expectativas. 
 Flexível e características estéticas. 
3.5.2 DESVANTAGENS 
 Técnica de produção com custo maior e investimento inicial alto; 
 Materiais utilizados na célula são de alto custo, tóxicos e raros na natureza; 
11 
 
 Degradação de eficiência quando em situações extremas de clima, temperatura, etc, 
ainda não totalmente compreendidas podendo atingir 10% após um ano e meio de 
degradação em teste. 
 Pouco difundida e em fase de amadurecimento. 
3.6 PAINEL SOLAR SELENETO DE COBRE, ÍNDIO E GÁLIO (CIS / CIGS) 
Citado em (6) na comparação com os sistemas de filme-fino acima, as células solares 
CIGS mostraram o maior potencial em termos de eficiência, contêm uma quantidade inferior 
de cádmio material tóxico, tendo origem na Alemanha em 2011, eficiência aproximasse de 
10-12% e sendo possível encontrar no mercado com 13%, porém essa tecnologia está em 
pesquisa. 
Figura 7 - PAINEL SELENETO DE COBRE, ÍNDIO E GÁLIO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.6.1 VANTAGENS 
 Alta eficiência das células19,2% em laboratório e alta eficiência de módulos 13,4%. 
 Flexíveis e características estéticas. 
 Alta vida útil. 
 Expectativas promissoras para o decorrer do ano devido às características dos 
materiais empregados. 
3.6.2 DESVANTAGENS 
 Raridade e toxidade dos materiais utilizados na célula. 
 Complexidade e alto custo na sua fabricação. 
12 
 
 Degradação de eficiência quando em situações mais elevadas do clima, temperatura, 
etc. 
3.7 PAINEL FOTOVOLTAICO ORGÂNICO (OPV) 
 Dito por (6) célula solar orgânica tem como composição polímero que usa a 
eletrônica orgânica, ou seja, um sistema que utiliza polímeros orgânicos condutores ou 
pequenas moléculas orgânicas, para absorção de luz e transporte de carga para a produção de 
eletricidade a partir da irradiação solar pelo efeito fotovoltaico, tendo como características 
tecnologia fotovoltaica flexível, de baixo custo, fabricada utilizando processos de impressão, 
máquinas simples e materiais abundantes. Atualmente algumas empresas conseguiram levar a 
produção de células fotovoltaicas (OPV) para uma escala industrial. No Brasil existe a CSEM 
Brasil, em Belo Horizonte, que está desenvolvendo esta produção com tecnologia 
principalmente suíça, utilizam método industrial (roll to roll) de impressão de células 
fotovoltaicas orgânicas em substrato leve, flexível e transparente, não existe um valor 
conhecido aproximado de sua eficiência, a mesma alterna. 
Figura 8 - PAINEL ORGÂNICO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
3.7.1 VANTAGENS 
Conforme orientação em (6): 
 A produção em massa é simples, tornando mais barato sua fabricação. 
 Flexível. 
 Altas temperaturas e outras obstruções tem um menor efeito em seu desempenho. 
13 
 
3.7.2 DESVANTAGENS 
Conforme orientação em (6): 
 Exigem uma grande quantidade de espaço. 
 Menor eficiência por m², aumentado o custo com estrutura de instalação, mão-de-obra 
e cabeamento tende a aumentar. 
 Tendem a degradar mais rapidamente. 
3.8 PAINEL SOLAR HÍBRIDO - HJT 
Tendo como referencia em (6) surgiu no mercado um novo sistema conhecido por 
Heterojunção, tendo a eficiência dos painéis que utilizam esta tecnologia na faixa de 20%. 
Fabricação deste módulo é parecida, ao painel solar monocristalino, porém, possuem 
uma modificação com camada de Silício Amorfo (a-Si), entre outras diferenças. 
Esse sistema produz mais energia elétrica em m², tem a vantagem de suportar 
temperaturas elevadas, sendo propício seu uso no Brasil, mas, não é comercializado no 
momento. 
Eficiência comercial da célula fotovoltaica: aproximadamente 23% 
Técnica: Czochralski / n-type c-Si 
Forma: Arredondada 
Tamanho padrão das células fotovoltaica: 156mm x 156mm. 
Cor: quase preto (com antirreflexo). 
Figura 9 - PAINEL HÍBRIDO 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
14 
 
4 SISTEMA DE ENERGIA FOTOVOLTAICO APLICADO 
Figura 10 - ILUSTRAÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO INSTALADO EM RESIDÊNCIA 
 
FONTE: PORTAL SOLAR 
Como mencionado em (9), painel gera a energia solar fotovoltaica, ou seja, painel 
solar absorve constantemente a luz do sol e produz energia elétrica ou energia fotovoltaica, 
para o aproveitamento dessa energia capturada, os painéis solares, instalados na sua 
residência, que por sua vez estão conectados uns aos outros e ao inversor solar, que tem a 
função de converter a energia solar dos seus painéis fotovoltaicos em energia elétrica, o 
resultado é direcionada para o quadro de luz e distribuída pela residência ou empresa, 
podendo alimentar alguns equipamentos como TV, computador, máquinas e outros que você 
precise usar, diminuindo o seu consumo. 
Dito em (9) e (10) como vantagem o excesso de eletricidade gerada pelo sistema 
fotovoltaico, volta para a rede elétrica através do relógio de luz bidirecional, este mede a 
energia em kWh, da rua que é consumida quando não tem sol e a energia solar gerada, quando 
detectado acumulo de energia a mesma é injetada na rede da distribuidora. A energia solar 
que vai para a rede vira "créditos de energias" para serem utilizado de noite ou para os 
próximos meses. 
Os créditos de energia são regulamentados pela ANEEL (Agência Nacional de 
Energia Elétrica) possuindo regras específicas que variam de acordo com a sua localização e 
sua classe de consumo (residência, comercial ou industrial), de acordo (9) e (10). 
15 
 
4.1 TIPOS DE SISTEMA FOTOVOLTAICO 
4.1.1 SISTEMA RESIDENCIAL (1 kWp a 10 kWp) 
Figura 11 - SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL 
 
FONTE: REVISTA GALILEU 
Usado como referência em (9) energia solar residencial ou sistema fotovoltaico 
residencial permite que você produza parte ou toda a energia que você consome na sua casa, 
assim, se livrando de boa parte da sua conta de luz para sempre. 
Sistema fotovoltaicos residencial geralmente tem uma potência instalada entre 1kwp e 
10Kwp, ocupando uma área entre 63m² e 625m². 
4.1.2 SISTEMA COMERCIAL CONECTADO A REDE (10 kWp a 100 kWp) 
Figura 12 - SISTEMA FOTOVOLTAICO COMERCIAL CONECTADO A REDE 
 
FONTE: REDUZ CONTA ENERGIA 
16 
 
Como relatado em (9) sistema fotovoltaico para empresas ou sistema fotovoltaico 
comercial, funciona exatamente como o sistema fotovoltaico residencial, ele permite você 
gerar parte ou toda a energia que você consome em seu comércio, assim, reduzindo a sua 
conta de luz para sempre. A diferença entre um sistema solar fotovoltaico comercial e um 
sistema solar fotovoltaico residencial é a potência, os sistemas fotovoltaicos comerciais 
geralmente tem uma potência instalada entre 10kwp e 100Kwp, ocupando uma área entre 
65m² e 700m². 
4.1.3 SISTEMA INDUSTRIAL CONECTADO A REDE (100 kWp a 1000 kWp) 
Figura 13 - SISTEMA FOTOVOLTAICO INDUSTRIAL CONECTADO A REDE 
 
FONTE: KOHLS SAN BERNARDINO, CA 
Tendo como explicação em (9) sistemas fotovoltaicos industriais, não é diferente de 
sistema residencial e/ou comercial, sendo possível ser produzida parte ou toda energia que se 
consome, porém, sua potência instalada dentre 100 kWp e 1000 kWp, ocupando uma área 
entre 650 m² e 7000 m². 
17 
 
4.1.4 SISTEMA ISOLADOS/AUTÔNOMOS (OFF GRID / STAND ALONE) 
Figura 14 - SISTEMA FOTOVOLTAICO ISOLADO 
 
FONTE: LSF.IEE INSTALADO EM MONITORADO PELO LSF-IEE/USP 
De acordo com (9) sistemas de energia solar fotovoltaica que não estão conectados a 
rede elétrica, sustentabilidade diretamente com as cargas que vão absorver a energia gerada, 
esse tipo de sistema independente são muito utilizados em lugares remotos, deve-se ser 
projetado com cautela, tendo como fator importante o que será alimentado com a energia 
gerada, incluindo a menor faixa de radiação sola da área específica, em média esse sistema 
fotovoltaico é dimensionado para autonomia de três dias. 
Exemplos: 
Sistemas Fotovoltaicos de energia solar para bombeamento 
Sistemas Fotovoltaicos de energia solar para eletrificação de cercas 
Postes de Iluminação Solar 
Estações replicadoras de sinal 
Casas isoladas da rede elétrica 
4.1.5 SISTEMA FOTOVOLTAICO HÍBRIDO 
 Em base com (9) sistemas híbridos de energia solar fotovoltaica, é exatamente o 
trabalho conjunto de dois sistemas ISOLADOS e CONECTADOR A REDE, ou seja, além do 
sistema convencional possuem também um banco de baterias para armazenar a energia, 
18 
 
também se tornam mais caros, pelo fato de precisar de mais recursos para auxílio de 
“operação”, banco de baterias, sistema de segurança e equipamentos específicos. 
4.2 COMO PROJETAR SISTEMA FOTOVOLTAICO 
Conforme orientado por (11) primeiramente vale ressaltar a unidade de medida kWh, 
o que significa e como funciona: 
 Quilowatt-hora (kWh) equivale a 1.000 Wh ou 3,6𝑥106 joules. 
 O watt-hora (Wh) é a medida de energia usualmente utilizada em eletrotécnica, 
equivalente a quantidade de energia utilizada para alimentar uma carga com potência 
de 1 watt durante uma hora. 1 Wh é equivalente a 3.600 joules. 
Exemplo: 
Uma lâmpada incandescente cuja potência é 100 W consome energia a uma taxa de 
100 joules por segundo.Em uma hora consome 360.000 joules ou, equivalentemente, 100 
Wh. Se ficar acesa durante 10 horas, consumirá 1000 Wh ou 1 kWh. 
100 W * 10 h = 1000 Wh 
A unidade watt por hora (W/h) usada para indicar “consumo por unidade de tempo”. 
Processo para projetar seu sistema é importante ter o conhecimento do seu consumo 
anual de energia elétrica se possível ou pelo menos últimos três meses para realizar o cálculo 
do necessário, caso ocorra a utilização de apenas três meses de seu consumo, pode haver 
variações ao longo do ano. Tendo as informações necessárias é possível encontrar a média do 
seu consumo mensal, como exemplo da Tabela 2. 
Tabela 2 - EXEMPLO DE CONSUMO MENSAL RESIDENCIAL DURANTE ANO 
 
FONTE: ATOMRA (11) 
19 
 
Contendo informações por (11) para equação do dimensionamento é preciso que 
considere local do projeto (cidade ou região onde será instalado), média do consumo mensal e 
eficiência do projeto fotovoltaico (inferências padrão 83% que inclui perdas na geração e 
transmissão de potência), com todo facilitando o dimensionamento, aplicando o exemplo: 
Considerando um projeto na cidade de São Paulo, teremos um índice solarimetrico 
local de: 4,15 kWh/m²/dia. 
 Consumo médio do cliente (referências dos últimos 12 meses): 827 kWh/mês 
(k=1000, W= watts, h=hora e mês=30 dias) 
 Dias mês considerados: 30 dias 
Primeiro passo: 
 Transformar o dimensional (kWh/mês) para (Wh.mês), basta multiplicarmos 
por 1000 (k=1000) 
 827 kWh/mês = 827.000 Wh/mês 
Segundo passo: 
 Calcular o consumo que está medido em um mês, para o consumo médio de 
um dia. Para isto basta substituir a grandeza “mês” por 30, e teremos o 
consumo em “dia”. 
 𝑥 = 
827.000
30
 = 27.567 Wh/dia 
Terceiro passo: 
 Calcular quantidades de placas necessárias para geral consumo médio 27.567 
Wh/dia no local escolhido. 
 Encontre a potência, 𝑃 =
27.567
4,15
= 6.642 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠. 
 Com eficiência de 83%, 𝑥 = 
6.642
0,83
= 8.000 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠. 
 Adotando uma placa fotovoltaica de 240 watts 
 𝑥 =
8.000
240
 = 34 placas 
Para provar que o sistema instalado funciona podemos, aplicar as seguintes equações: 
Primeiro passo: 
 Potência gerada diária, x = 8.000 x 4.15 = 33.200 Wh/dia. 
Segundo passo: 
 Aplicasse a eficiência de 83%, x = 0,83 x 33.200 = 27.556 Wh/dia. 
Terceiro passo: 
20 
 
 Descobrir o consumo o mês, 27.556 x 30 = 826.680 Wh/mês ou 
826,7kWh/mês 
Aproximadamente o consumo da média mostrado na Tabela 2. 
4.3 COMO ENCONTRAR ÍNDICE SOLARIMETRICO 
Seguindo orientação de (12) existe uma ferramenta muito utilizada mundialmente, 
porém, nem todos conhecem todas suas funções e uma delas é fornecer longitudes e latitudes 
de onde for necessário, ferramenta é o site https://www.google.com.br/maps (Google Maps), 
localize a cidade que deseja identificar suas coordenadas, então, clicando com o botão direito 
sobre a cidade que escolheu e escolha a opção “O que há aqui”, pronto o servido te fornecerá 
as informações que você procura para dar continuidade ao seu projeto, demostrado na Figura 
15. 
Figura 15 – COORDENADAS GEOGRÁFICAS DE SÃO PAULO 
 
FONTE: ATOMRA (12) 
Com o conhecimento da coordenada geográfica, temos que acessar 
http://www.cresesb.cepel.br/sundata/index.php#sundata, com isso adicionamos a coordenada 
fornecida pelo Google Maps e confirmamos como feito na Figura 16. 
https://www.google.com.br/maps
http://www.cresesb.cepel.br/sundata/index.php#sundata
21 
 
Figura 16 – FERRAMENTA LOCALIZADORA ÍNDICE SALORÍMÉTRICO 
 
FONTE: ATOMRA (12) 
Software como programado demonstrará a localidade local escolhido e como padrão 
mais duas localidades próximas, como na Tabela 3. 
Tabela 3 - Resultado índice solarimetrico do software CRESESB 
 
FONTE: ATOMRA (12) 
O índice solarimetrico é representado por kWh/m².dia, ou seja, será a quantidade de 
watts que incidem em uma área de 1 metro quadrado durante um dia. Este resultado 
representa uma estimativa média anual do índice solarimetrico local. 
Com os dados fornecidos pelo software, assumimos a cidade de São Paulo, o Índice 
solarimetrico de 3,96 kWh/m².dia. 
22 
 
Em seguida podemos observar pelo resultado do software a media anual e o plano 
inclinado da placa fotovoltaica, como na Tabela 4. 
Tabela 4 – RESULTADO DO PLANO DE INCLINAÇÃO DO SOFTWARE CRESESB 
 
FONTE: ATOMRA (12) 
Dadas essas afirmações via software, escolha a posição de maior média anual, ou seja, 
4,15 kWh/m².dia com ângulo de inclinação em 21º, não esquecendo em sempre voltar o painel 
para norte geográfico. 
Assim entendemos, porque da utilização do índice solarimetrico local de: 4,15 
kWh/m²/dia, para o cálculo e como melhor posicionar o sistema fotovoltaico para uma 
captação máxima da radiação solar. 
5 RADIAÇÃO SOLAR 
Radiação é a energia imitida circunstancialmente pelo sol. Dado por (13) além das 
condições atmosféricas como nebulosidade, umidade relativa do ar, etc., também depende da 
latitude local e da posição no tempo, hora do dia e dia do ano. Deve-se isso a fatores como ao 
movimento de rotação, a inclinação do eixo imaginário em torno do qual a terra gira 
diariamente e a trajetória elíptica, translação ou revolução, que o planeta Terra descreve ao 
redor do sol, demonstrado na Figura 17. 
23 
 
Figura 17 - DESLOCAMENTO DA TERRA 
 
FONTE: MAGNOLI, D.; SCALZARETTO. R. GEOGRAFIA, ESPAÇO, CULTURA E CIDADANIA. SÃO PAULO: MODERNA, 1998. V. 1. 
(ADAPTADO) 
Ainda em (13) afirma que período de visibilidade do sol alterna de região para região e 
período do ano, de 0 hora a 24 horas, que seria o período que compreende a posição do sol 
abaixo da linha do horizonte até a linha acima do horizonte. Essa variação é mais intensa nas 
regiões polares e nos períodos de solstício, ocorrendo o inverso próximo à linha do equador 
durante os equinócios. O mapa da Figura 18 apresenta a média anual de insolação diária, 
segundo Atlas Solari métrico do Brasil (2000). 
Grande parte do território brasileiro está localizada, relativamente próximo à linha do 
Equador, dessa maneira dificulta se observar variações na duração solar do dia. Com tudo a 
maior parte concentrada da população e atividade socioeconômica do Brasil se concentra em 
regiões distantes da linha do equador. Andamento com (13) e (14), Porto Alegre, capital 
brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10 horas e 13 
minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e 22 de dezembro, 
respectivamente. 
Com finalidade de maximizar o aproveitamento da radiação solar pode-se, portanto, 
ajustar a posição dos painéis ou dos coletores de acordo com a latitude e o período do ano em 
que se é necessário um consumo maior de energia. No caso do Hemisfério Sul, por exemplo, 
o indicado é que um sistema fotovoltaico fixo seja deslocado para o Norte, com ângulo de 
inclinação similar ao da latitude local. 
24 
 
Figura 18 - MÉDIA ANUAL DE INSOLAÇÃO DIÁRIA NO BRASIL (HORAS) 
 
FONTE: ATLAS SOLARÍMETRICO DO BRASIL. RECIFE : EDITORA UNIVERSITÁRIA DA UFPE, 2000. (ADAPTADO) 
Devido à reflexão e absorção dos raios solares pelo ambiente. Conta-se por (15) (16) 
energia emitida pelo sol que incide sobre o planeta Terra tende a dez mil (10.000) vezes o 
consumo energético mundial. 
As seguintes companhias dedicam-se para avaliar a presença da radiação solar: 
A. Atlas Solari métrico do Brasil, iniciativa da Universidade Federal de Pernambuco 
(UFPE) e da Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF), em parceria 
com o Centro de referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito (13) 
(15) representado a estimativa da radiação solar incidente no Brasil, que resultam 
da interpolação e extrapolação de dados coletados nas estações Solari métricas 
distribuídas em vários pontos do território brasileiro. Atlas de Irradiação Solar no 
Brasil faz aproximação da radiação solar a partir imagens de satélites devido ao 
número relativamente reduzido de estaçõesexperimentais e às variações 
climáticas. 
B. Atlas de Irradiação Solar no Brasil, elaborado pelo Instituto Nacional de 
Meteorologia (INMET) e pelo Laboratório de Energia Solar (LABSOLAR), da 
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). 
Como lembra CEPEL (13) (15), ambos os modelos estão sujeitos a erros e metas e não 
devem ser comparados como concorrentes. Pois este e aquele coletam o máximo de 
25 
 
informação possível, devem ser complementares, para requintar as estimativas e avaliações da 
disponibilidade de radiação solar no Brasil. 
Representadas nas próximas figuras 19 e 20, respectivamente, apresentam o índice 
médio anual de radiação solar no País em MJ/m².dia e Wh/m².dia, segundo o Atlas 
Solarimetrico do Brasil (2000). Como pode ser compreender, os maiores índices de radiação é 
observado, na região Nordeste, com destaque para o Vale do São Francisco. 
Percebe-se nas regiões com menores índices de radiação ainda assim existe grande 
potencial de energia solar. 
Figura 19 - RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL DIÁRIA - MÉDIA ANUAL TÍPICA (MJ/m².dia) 
 
FONTE: ATLAS SOLARIMETRICO DO BRASIL. RECIFE: EDITORA UNIVERSITÁRIA DA UFPE, 2000. (ADAPTADO) 
26 
 
Figura 20 - RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL DIÁRIA - MÉDIA ANUAL TÍPICA (Wh/m².dia) 
 
FONTE: ATLAS SOLARIMETRICO DO BRASIL. RECIFE: EDITORA UNIVERSITÁRIA DA UFPE, 2000. (ADAPTADO) 
6 PROPOSTA DE SISTEMA DE ENERGIA FOTOVOLTAICO 
Sistema estará conectado à rede da concessionaria que atende a região, portanto, não 
será ligado em um banco de baterias para armazenamento de energia, logo tendera à gerar 
créditos quando a energia acumulada é maior que a utilizada afirmado (10), créditos estes que 
são utilizados quando a demanda de energia é maior que a energia gerada pelo sistema ou em 
caso de haver excedente durante o mês, com a não utilização, gerando um crédito que pode 
ser utilizado em até 36 meses na empresa ou em outras instalações pertencentes ao mesmo 
CNPJ ou CPF. O sistema já interligado à rede será instalado pelo fornecedor de energia 
relógio bidirecional, onde o mesmo fará a medição do consumo de energia tanto do sistema 
quanto da rede, como colocado em (17). 
Devido a outras utilizações de fontes renováveis instaladas na empresa, instalamos 
uma potência referente a 33% da carga total da empresa de 128600 kWh/mês, ou seja, 344,18 
kWp (Potência Instalada) referente a uma área de ocupação próximo de 2753,43 m², para 
colocação de aproximadamente 1377 placas solares, peso médio de 15 kg/m² e uma produção 
de 509,256 kWh/ano aproximadamente, sendo um investimento que varia no mercado entre 
R$2.065.080,00 à R$2.753.440,00, conforme dados gerados por (18). 
O sistema instalado irá gerar energia solar conforme gráfico a seguir, demonstrado por 
(18), onde utiliza a região da aplicação para estipular as seguintes informações: 
27 
 
 
Observação os valores aqui citados vão variar, para mais ou menos, de acordo com a 
complexidade da sua instalação. (por exemplo: altura do telhado, distância, rede local, etc). O 
cálculo de produção de energia baseia-se na radiação solar da região de Piracicaba – SP. 
Diversos fatores como inclinação dos painéis fotovoltaicos, sombras ou outro tipo de 
interferência podem influenciar na produção de energia do seu sistema. 
Determinado pelo software que identificou o índice solarimetrico e também a posição 
para uma melhor captação de energia solar, os módulos fotovoltaicos serão instalados para 
Norte em uma angulação de 22º, a qual corresponde à latitude e longitude da localização 
escolhida, Piracicaba – SP, segundo (12). 
Abordando a ênfase de qualquer irregularidade como sombras geradas por edifícios, 
árvores e similares próximas à empresa tenderão prejudicar a geração de energia elétrica, 
devido sombras sobre as placas fotovoltaicas. 
Lembrando, à fatura de energia nunca irá igualar à zero, pois os consumidores devem 
pagar, mensalmente, o custo mínimo de disponibilidade da rede contratada, mesmo que a 
energia fornecida pela concessionária não tenha sido utilizada, isso se aplica pelo fato do 
dever comprido de fornecer serviço básico de energia. No caso da empresa fictícia temos a 
rede trifásica, logo o custo neste caso em reais correspondente a 100 kWh, como mostrado em 
(10). 
7 INTRODUÇÃO A PIEZOELÉTRICO 
Com o crescimento populacional, avanço tecnológico e aumento da produção 
industrial, torna-se necessário uma maior demanda de fontes de energia, mas a problemática é 
obter uma energia limpa e renovável. Atualmente discute-se muito a respeito de 
sustentabilidade. 
0
20
40
60 40,931 42,689 44,363 43,694 43,694 37,332 42,605 
45,535 40,931 42,187 46,288 39,425 
kWh
28 
 
 Quando se fala em fontes limpas e renováveis de energia, é normal lembrar, de 
grandes cata-ventos eólicos, de grandes hidrelétricas de concreto ou de painéis solares 
reluzentes. Quase ninguém sabe que outro manancial energético repousa debaixo dos nossos 
pés. 
Quando pisamos no chão a cada passo, ou passamos com o carro sobre o asfalto indo e 
vindo de tantos lugares durante o cotidiano, estamos gerando energia mecânica, resultado da 
pressão do peso sobre a superfície. O desenvolvimento de materiais eficientes e baratos que 
possam transformá-la em eletricidade – chamados piezoelétricos – faz parte de uma corrida 
tecnológica na qual os países ricos vêm investindo pesado nos últimos anos. Agora, o Brasil 
entra na briga. Antes de qualquer coisa vamos entender o princípio de funcionamento e ideia 
geral do mecanismo estudado nesse projeto. 
Em 1880 Pierre e o seu irmão mais velho, Jacques Curie, demonstraram com muito 
entusiasmo que se gerava um potencial elétrico quando se comprimiam cristais, a 
piezoeletricidade, essa descoberta foi utilizada mais tarde em toca disco (gira-discos) e alto 
falante. Pouco tempo depois, em 1881, eles demonstraram a existência do efeito inverso que 
os cristais podiam ser deformados quando submetidos a um campo elétrico. 
Quase todos os mais modernos circuitos eletrônicos digitais recorrem a este fenômeno. 
 A descoberta da propriedade de alguns cristais produzirem energia elétrica através de 
impulsos mecânicos e uma nova opção e conceito futuro para a conservação 
ambiental e produção inesgotável de energia. 
Figura 21: TENSÃO MECÂNICA TRANSFORMADA EM ELÉTRICA 
 
FONTE: HTTP://WWW.CURSOSONLINEMTE.COM.BR/LICAO/AULA-2-SENSOR-DE-DETONACAO/ 
29 
 
Figura 22: FREQUÊNCIA TRANSFORMADA EM RESSONÂNCIA EM MECÂNICA 
 
FONTE: HTTP://BLOG.BCEND.COM.BR/O-QUE-E-EFEITO-PIEZOELETRICO/ 
8 PRINCÍPIO DA PIEZOELETRICIDADE 
Uma das condições de funcionamento básico para que um cristal seja piezoelétrico é 
que ele não tenha centro de simetria, uma vez que se assim for propriedade física tem sua 
origem justamente isotropia do cristal, ou seja, no fato da resposta do cristal l a um estímulo 
mecânico externo não ser a mesma em todas os sentidos. 
Ao sofrer uma tensão, um material piezoelétrico passará a apresentar uma polarização 
elétrica ou uma alteração de polarização se o material tiver uma polarização espontânea não 
nula. 
Vamos analisar este efeito em uma molécula neutra; antes mesmo de submeter o 
material a um tipo de força externa, centros gravitacionais de cargas positivas e negativas 
coincidem. Então os efeitos externos de todas cargas positivas e negativas são anulados, 
resultando em moléculas sem carga (neutras). 
Ao exercer uma força externa no material sua estrutura reticular será de alguma 
maneira deformada, levando a uma separação dos centros gravitacionais de cargas positivas 
e cargas negativas das moléculas gerando pequenos dipolos . As cargas internas do polo são 
mutuamente canceladas e as distribuições das cargas ligadas aparecem na superfície do 
material, ou seja, o material está polarizado. Esta ação de polarização gera um campo elétrico 
utilizando esse efeito para transformar a energia mecânica (deformação do material)em 
energia elétrica. 
30 
 
Figura 23: POLARIZAÇÃO CRISTALINA 
 
FONTE: HTTPS://DDPIZO.WORDPRESS.COM/2016/04/25/EFEITO-PIEZOELETRICO/ 
Podemos entender que quando um cristal sofre a influência de um estímulo externo, 
como uma pressão ou uma fração uniforme, ou um campo elétrico estático de baixa 
frequência, por exemplo, o cristal se deforma. Essas deformações dependem da simetria do 
cristal e também da direção na qual o estímulo e aplicado no cristal, enquanto que a 
magnitude dessas deformações exclusivamente depende do material (do valor da constante 
piezoelétrica correspondente). 
Piezoelétricidade é a capacidade de alguns tipos de cristais gerarem tensão elétrica por 
resposta a uma tensão mecânica. O termo piezoelétricidade origina se do grego (piezein), que 
significa apertar/pressionar. Referente à geração de corrente elétrica, juntou-se a designação 
eletricidade, dessa maneira que piezoelétricidade é interpretado como a capacidade da 
produção de energia elétrica devido à pressão sobre determinados materiais cristalinos. 
Um disco piezoelétrico gera uma diferença de potencial quando e submetido a uma 
deformação. O efeito piezoelétrico é compreendido como a interação eletromecânica linear 
que age entre a força mecânica e o estado elétrico (forças de Coulomb) em materiais 
cristalinos (cerâmicos e polímericos). 
O efeito piezoelétrico é um processo reversível em que os materiais demonstram o 
efeito piezoelétrico direto (a geração interna de carga elétrica resultante de uma força 
mecânica aplicada) também demonstram o efeito piezoeléctrico inverso (a geração interna de 
uma tensão mecânica, resultante de um campo elétrico aplicado). Por exemplo, os cristais de 
titanato zirconato de chumbo geraram piezoeletricidade mensurável assim que a sua estrutura 
estática e deformada por cerca de 0,1% da dimensão inicial. Em outro caso, esses mesmos 
31 
 
cristais mudam cerca de 0,1% da sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é 
aplicado ao material. 
Como exemplo, o efeito piezoelétrico inverso é usado na produção de ondas de 
ultrassom. 
Figura 24: FREQUÊNCIA TRANSFORMADA EM RESSONÂNCIA EM MECÂNICA 
 
FONTE: HTTP://BLOG.BCEND.COM.BR/O-QUE-E-EFEITO-PIEZOELETRICO/ 
8.1 CRISTAIS (PIEZOELÉTRICIDADE) 
No final da década de 1870, o físico francês Paul Jacques Curie (1855-1941 ), sob a 
supervisão do químico francês Charles Friedel (18324 899), realizava pesquisas sobre os 
efeitos piso-elétrico, um fenômeno observado primeiramente pelo físico escocês David 
Brewster (1781—1868), em 1824, no quartzo, e que consiste no aparecimento de cargas 
elétricas em certos cristais quando eles são esquentados. 
 Mesmo existindo experiências com esse fenômeno sendo realizadas em vários 
laboratórios, seu entendimento era contraditória. Desse modo, para melhor compreender esse 
fenômeno, Jacques juntou-se a seu irmão casula, o físico e químico Pierre Curie (1859.1906; 
PNF, 1906). Assim, em 1880, usando simples argumentos de simetria, eles observaram que 
existia uma diferença de potencial na superfície de um cristal não condutor, toda vez que se 
aplicava tensão mecânica sobre ele. 
 Nessas experiências realizadas em 1880, os irmãos Curie usaram vários cristais, como: 
sulfureto de zinco, clorato de sódio, cloroborato de magnésio ou boracita, turmalina, quartzo, 
carbonato de zinco ou calamina, topázio, açúcar e sal de Rochelle ou sal de Seignette, que são 
cristais hemiédricos com eixos de simetria polares. A exemplo de resultado dessas 
experiências, eles notaram que a polarização elétrica (medida com precisão com um 
eletrômetro de Thomson) gerada é proporcional a tensão inserida e que a direção dessa 
32 
 
polarização se contrapõe quando a tensão muda de compressão para tração. 
 Quando, em 1881, o físico francês Gabriel Jonas Lippmann (1845—1921; PNF, 1908) 
teve conhecimento dessa descoberta dos Curie, imediatamente previu que, de acordo com a 
Termodinâmica, deveria acontecer o efeito piezoéletrico reverso, segundo o qual um cristal se 
alonga ou se contrai sob o efeito de um campo elétrico. 
 Ainda em 1881, e em 1882 os irmãos Curie conseguem provar essa previsão, 
observando que o quartzo e a turmalina se contraiam ou se expandiam, dependendo da direção 
do campo elétrico aplicado. 
 Destaque-se que, havendo entendido a piezoelétricidade, os irmãos Curie construíram 
um aparelho, a balança de quartzo piezoéletrico, que gera carga elétrica proporcional aos 
pesos suspensos nela. 
 A maioria dos cristais infelizmente não tem tais propriedades piezoelétricas. O mais 
importante cristal natural e que é de fácil acesso que possui esta propriedade, porém, é o 
quartzo. Além deste, pela facilidade de sintetização, os cristais utilizados são cerâmicas a base 
de, por exemplo, tetanato de bário ou zirconato de chumbo. 
Figura 25: BALANÇA DE QUANTZO 
 
FONTE: HTTP://JORNALOFISICO.BLOGSPOT.COM.BR/2015/03/O-LEGADO-DOS-CURIE.HTML 
O quartzo é o mineral piezoelétrico (vibra ao receber excitação de campos elétricos, 
com as formas de vibração estão relacionadas com a forma de corte que é feito no cristal) 
desta forma muito importante para indústria eletrônica moderna. 
33 
 
A placa de quartzo adequadamente cotada e orientada é utilizada como o padrão de frequência 
de oscilações. A ressonância mecânica de tais placas pode ser regulada em uma frequência 
pré-estabelecida, sendo muito estável devido à propriedade elástica praticamente perfeita do 
quartzo e, é transformada em oscilações eletrônicas através da propriedade piezoeletricidade. 
O produto mais utilizado é o relógio de quartzo. Para micros, este é uma peça fundamental e 
indispensável como gerador “clock". 
Entretanto, o desenvolvimento de muitas outras aplicações para esses materiais tem 
aumentado muito apenas nos últimos 50 anos. Deve se isso não só ao conjunto extraordinário 
de propriedades que os cerâmicos podem demonstrar como materiais de Engenharia, mas 
também a sua complexidade de fabricação, isto é, fazer com que após processamento de 
dimensionamento, apareçam as propriedades de interesse para todos segmentos industriais. 
Hoje em dia, boa parte da estrutura de desenvolvimento tecnológico tem por base as 
cerâmicas polímeros, para uso, por exemplo, em componentes eletrônicos onde atuam em 
diversos setores, indicando a relação que existe entre as cerâmicas com as subclasses 
eletrônicas para todos sólidos inorgânicos e não-metais. 
 A piezoelétricidade é uma propriedade que somente um pequeno grupo de materiais 
possui. Foi descoberta em 1880 por Jacques e Pierre Curie durante um estudo sistemático 
sobre o efeito da tensão mecânica na geração de cargas elétricas, por cristais, como o quartzo. 
O prefixo piezo deriva do grego e significa pressionar. 
Piezoelétricidade é, então, a geração de eletricidade como a resposta de uma pressão 
mecânica. A piezoelétricidade também é entendida como polarização elétrica produzida por 
esforço mecânico em cristais de muda de sinal com ele. 
 A simetria interna de um cristal iônico é refletida em suas propriedades como material. 
A circulação dos íons negativos e positivos em relação uns aos outros (como resultado 
de esforço mecânico) produz dipolos elétricos, isto é, polarização. 
Para todos os materiais que são piezelétricos, mas não são ferroelétricos (não possuem 
polarização espontânea), o trabalho é o único gerador de dipolos. 
34 
 
Figura 26: ESTRUTURA DE CRISTALINA DE UM CRISTAL DE QUANTZO 
 
FONTE: HTTP://PT.SLIDESHARE.NET/LEONARDOVILARINHO/PIEZOELETRICOS 
As duas características existentes e necessárias para classificar um material como 
ferroelétricos são: a existência de polarização espontânea e a ação direta de reorientação da 
polarização. Na piezoelétricidade, o efeito é linear e reversível a força da polarização depende 
da intensidade do esforço e o sinal da carga elétrica produzida esta diretamente ligada ao tipo 
de esforço (tensão