Sistema elétrico. Geração Transmissão Transformação

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1 Sistema elétrico O sistema elétrico está formado pelo conjunto de estruturas e obras civis responsáveis por enviar energia elétrica aos consumidores O sistema elétrico está dividido em 3 partes principais Geração Transmissão Transformação

2 Sistema elétrico Geração O sistema de geração compreende o conjunto de estruturas capazes de transformar alguma forma de energia disponível em energia elétrica. Hidrelétricas Térmicas (gás, carvão, diesel, biomassa, nuclear, etc) Maré-motriz

3 Sistema elétrico Transmissão O sistema de transmissão compreende o conjunto de estruturas capazes de transmitir a energia elétrica do local onde foi produzida até o local onde será consumida. Linhas de transmissão Linhas de sub-transmissão Linhas de distribuição primária Linhas de distribuição secundária

4 Sistema elétrico Transformação O sistema de transformação compreende o conjunto de estruturas capazes de ajustar os níveis de tensão para otimizar a transmissão de energia elétrica e para adequar os níveis de tensão para atender aos distintos consumidores. Subestações de transmissão Subestações de distribuição Transformadores

5 Geração Tipos de usinas Térmicas Hidrelétricas Maré-motriz Solar Célula de combustível Eólica

6 Geração Térmicas Utilizam um ciclo térmico para a geração de energia elétrica através da utilização de turbinas ou motores de ciclo Otto ou Diesel. São classificados de acordo com a fonte de calor utilizada Geotérmicas Termicas (a partir da queima de algum combustível, fossil ou biomassa) Termo-nucleares

7 Geração Hidrelétricas Transformam a energia cinética da água em um rio ou queda d'água em energia elétrica Podem ser a fio d'água, quando dependem exclusivamente do vazão do rio Podem ser de vazão regulada através da construção de um reservatório a montante da usina que armazena água na época de chuvas para ser utilizada na época de seca

8 Geração Maré-motriz Utilizam os movimentos das marés ou das ondas para gerar energia elétrica Solar Utilizam a energia térmica do sol para gerar energia elétrica, podem ser foto-voltaicas ou térmicas Células de combustível Utilizam a energia das ligações dos elétrons nas ligações entre os átomos de um combustível para gerar energia elétrica, podem utilizar distintos combustíveis

9 Geração Eólica Utiliza a energia cinética dos movimentos das massas de ar para gerar energia elétrica.

10 Implantação de uma Pequena Usina Hidrelétrica

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14 Operação de um sistema elétrico Atividades de operação Inserção e retirada de unidades geradoras Acionamento de vertedouros Remanejamento de cargas entre unidades geradoras

15 Operação de uma sistema elétrico Curva de carga Representa a quantidade de potência disponibilizada no sistema Curva de carga de geração, quando é levantada para uma unidade geradora Curva de carga de consumo, quando é levantada para uma subestação ou sistema de distribuição A curva de carga apresenta uma forma típica com picos e vales

16 Operação de uma sistema elétrico Curva de duração das demandas Transformação da curva de carga Representa a demanda de forma acumulativa

17 Potencial hidráulico e energia produzida A altura de queda disponível para um aproveitamento hidrelétrico Hd é dado pela fórmula ao lado, onde Hb é a altura bruta Hp são as perdas no cainho do fluxo da água Hd =Hb hp

18 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga na tomada de água (hp1)(m) C1: Velocidade da água na tomada de água(m/s) Q: Vazão da água(m³/s) S1: Secção transversal do escoamento(m²) hp1= C 2 1 2g C 1 = Q S 1

19 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga na linha adutora (hp2)(m/km) Fórmula de SCOBEY C2: Velocidade da água na linha adutora (m/s) K1: Constante da união dos dutos De: Diâmetro do duto adutor (cm) hp2= 410 K 1 C 2 1,9 De 1,1

20 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga na tubulação forçada (hp3)(m/km) C3: Velocidade da água na tubulação forçada(m/s) K1: Constante da união dos dutos Dt: Diâmetro da tubulação forçada(cm) hp2= 410 K 1 C 3 1,9 Dt 1,1

21 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga no difusor (hp4)(m) C4: Velocidade da água no difusor(m/s) hp4= C g

22 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga no canal de fuga (hp5)(m/km) Pode ser desprezada a não ser que este seja muito longo Utilizar a fórmula de SCOBEY hp5= 410 K 1 C 1,9 5 Df 1,1 C3: Velocidade da água no canal de fuga(m/s) K1: Constante da união dos dutos Df: Diâmetro do canal de fuga(cm)

23 Potencial hidráulico e energia produzida Altura efetiva Hd =Hb1 hp1 hp2 hp3 hp4 hp5 Potência efetiva do aproveitamento Pef = 103 Q Hd 102 Pef = 103 Q Hd 15 t t KW HP

24 Potencial hidráulico e energia produzida Potência elétrica g Pel=Pef g Pel: Potência elétrica no barramento : Rendimento total do alternador Energia anualmente produzida E=Pel 8760 fc E: Energia produzida fc: Fator de carga anual

25 Exercício de aplicação No inventário hidrelétrico de uma determinada região se encontrou um ponto no qual a implantação de uma hidrelétrica é viável. Neste ponto o rio possui uma vazão média regulada pelo reservatório de 500m³/s. A queda bruta desta usina é de 150m. Baseando-se nos dados abaixo calcule a máxima potência elétrica gerada pela usina. Considere que esta usina possui 10 turbinas e que a vazão será dividida igualmente entre as turbinas Tomada de água quadrada de lado 7m Linha adutora formada por dutos de diâmetro 5m, K1=0,22 e comprimento 200m Tubulação forçada de diâmetro 4m, K1=0,22 e comprimento 100m Difusor de diâmetro 2m t =0,85 e g =0,95 / g=9,81m/ s 2

26 Exercício de aplicação Considerando a usina anterior responda Se uma seca muito prolongada atinge essa região e o fluxo regulado pela barragem for reduzido para 350m³/s e as turbinas instaladas na usina possuem uma vazão mínima de funcionamento de 40 m³/s. Que ações devem ser tomadas para garantir o funcionamento da usina neste período de seca? Se um período de chuvas muito prolongado atinge a região enchendo o reservatório totalmente e mantendo um fluxo de 600 m³/s. Se nenhuma ação for tomada, o que pode ocorrer á usina? Que ações devem ser tomadas para que a usina continue funcionando?

27 Exercício de aplicação Em uma determinada região se deseja implantar uma hidrelétrica em um rio com potencial conhecido e viável economicamente. O rio no qual se vai instalar a usina apresentará uma vazão regularizada de 15m³/s e a queda bruta será de 600m. Qual é o tipo de turbina mais recomendado para esta hidrelétrica? Por quê? t =0,85 e g =0,95 / g=9,81m/ s 2

28 Exercício de aplicação Agora considere que esta usina possui os dados abaixo calcule a energia produzida anualmente se a usina possui 3 turbinas: Tomada de água quadrada de lado 3,5m Linha adutora formada por dutos de diâmetro 4m, K1=0,22 e comprimento 600m Tubulação forçada de diâmetro 3m, K1=0,22 e comprimento 90m Difusor de diâmetro 1m t =0,85 e g =0,95 / g=9,81m/ s 2

29 Exercício de aplicação Considerando a usina anterior responda Se uma seca muito prolongada atinge essa região e o fluxo regulado pela barragem for reduzido para 11m³/s e as turbinas instaladas na usina possuem uma vazão mínima de funcionamento de 4 m³/s. Que ações devem ser tomadas para garantir o funcionamento da usina neste período de seca? Se um período de chuvas muito prolongado atinge a região enchendo o reservatório totalmente e mantendo um fluxo de 20 m³/s. Se nenhuma ação for tomada, o que pode ocorrer á usina? Que ações devem ser tomadas para que a usina continue funcionando?

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