prh anp 56 rba mariateresatarginomacedosilveira gra ago 2014

Superintendncia de Divulgao e Comunicao Institucional SCI Coordenadoria de Desenvolvimento Tecnolgico - CDT

PRH-ANP/MCT n 56

RELATRIO SEMESTRAL DO BOLSISTA ALUNO

1 INFORMAES CADASTRAIS

N Relatrio

01

N Matrcula do Bolsista no PRH-ANP

2010.4547-0

Modalidade da Bolsa: (Gra, MSc, DSc I, DSc II)

Graduao

Perodo do Relatrio

De 01/05/2014 a 10/07/2014

Nome Completo (sem abreviao)

Maria Teresa Targino Macedo Silveira

Data de incio da Bolsa

01/05/2014

Instituio / Sigla

Universidade Federal Rural do Semi-rido / Ufersa

Ttulo do Programa CAMPOS MADUROS - AUMENTO DO FATOR DE RECUPERAO DE PETRLEO E GS NATURAL, MANIPULAO MOLECULAR IN-SITU, CAPTURA E SEQUESTRO DE CARBONO, MANEJO DA GUA.

Especializao

Engenharia de Energia

Perodo da Especializao (e.g. 1, 7, etc)

7

2 INDICADORES DE FLUXO ACADMICO

Disciplinas cursadas (ou em curso) da especializao

(AMB0054) Eletricidade Bsica (4cr)

(AMB0617) Laboratrio de Eletricidade Bsica (2cr)

(AMB0060) Fontes Alternativas de Energia (4cr)

(AMB0301) Instalaes Eltricas(4cr)

(AMB0502) Analise de Circuitos Eltricos I (4cr)

(AMB0503) Converso Eletrom. De Energia I (4cr)

(AMB1099) Teoria Eletromagntica (4cr)

(AMB0505) Circuitos Eletrnicos (4cr)

(AMB0506) Laboratrio de Circuitos Eletrnicos (2cr)

(AMB0509) Anlise de Circuitos Eltricos II (4 cr)

(AMB0512) Converso Eletromecnica de Energia II (4cr)

(AMB0669) Laboratrio de Sistemas Digitais (2 cr)

(AMB0668) Sistemas Digitais (4cr)

(AMB0670) Sistemas Eltricos (4 cr)

(AMB0504) Tcnicas de conservao e uso eficiente de energia. (4cr)

Disciplinas cursadas fora da instituio

Nenhuma

Atividades de Pesquisa ou Servios Tecnolgicos relacionados especializao desenvolvidas

Nenhuma

Atividades de ensino desenvolvidas

Nenhuma

Atividades de extenso (participao em congressos, seminrios, workshops) desenvolvidas

Nenhuma

3 INDICADORES DE FLUXO PROFISSIONAL

Contatos externos com empresas relacionadas rea de especializao

Nenhum

Contatos externos com Instituies de ensino e pesquisa relacionadas rea de especializao

Nenhum

Contatos virtuais com profissionais ligados rea de especializao (participao ativa em redes, grupos de discusso (chat), listas


PRH-ANP/MCT n 56

especializadas na internet). Nomear:

Nenhum

4 INDICADORES DE FLUXO ACADMICO PROFISSIONAL

O Estgio de desenvolvimento do Plano de Trabalho se encontra em nvel de pesquisa do tema, sendo elaborado a fundamentao terica e a metodologia de pesquisa e aferio de dados.

5 PROBLEMAS E BARREIRAS ENCONTRADAS

Logsticos

Acadmicos

Financeiros

6 INDICADORES DE RESULTADOS (Indique a quantidade de publicaes)

Publicaes Nacionais Individual Colaborao Interna Colaborao Externa

Peer reviewed

Outras

Difuso

Boletins Tcnicos

Publicaes Internacionais Individual Colaborao Interna Colaborao Externa

Peer reviewed

Outras

Difuso

Boletins Tcnicos

7 INDICADORES DE AVALIAO

Sendo (1) o menor valor (Baixo) e (5) o maior valor (Alto), como voc avalia a contribuio acadmica do Programa para realizao de seu Plano de Trabalho:

Contedo dos cursos

5

Coerncia da grade curricular oferecida

5

Contribuio acadmica do Programa (contedo dos cursos, coerncia da grade curricular oferecida, etc)

5

Como voc avalia a contribuio dos recursos de pesquisa do Programa para a realizao do seu Plano de Trabalho (caso o estgio de seu plano de trabalho justifique)?

5

Como voc avalia o impacto do relacionamento com os seus colegas de especializao para a realizao do seu Plano de Trabalho?

5

Como voc avalia o impacto do seu relacionamento com o Coordenador do Programa para a realizao do seu Plano de Trabalho?

4

Como voc avalia o impacto do seu relacionamento com seu orientador para a realizao do seu Plano de Trabalho?


PRH-ANP/MCT n 56

5

8 OBSERVAES ADICIONAIS

Levante e comente pontos objeto deste relatrio em questo, que julgue relevante para a melhoria do programa, e que na sua opinio no esto cobertos pelas categorias e temas apresentados nos itens anteriores desse formulrio. Seja breve e conciso.

Devido ao fato de que o Programa de Recursos Humanos PRH se encontra em estado inicial, no possvel realizar a avaliao de certos parmetros do Programa.


PRH-ANP/MCT n 56

ANEXO I

Estudo da viabilidade tcnica e econmica da utilizao

de motores de corrente contnua na elevao artificial de

petrleo

Perodo: 01/Maio/2014 a 01/Agosto/2014

Bolsista: Maria Teresa Targino Macedo Silveira (Graduao)

Orientador: Idalmir De Souza Queiroz Jnior

Co-Orientador: Olympio Cipriano Da Silva Filho

Agosto/2014


PRH-ANP/MCT n 56

1. INTRODUO

A utilizao do petrleo e do gs natural como combustveis so imprescindveis para a

sociedade moderna. As diversas aplicaes destes recursos evidenciam sua relevncia no mercado

internacional, e no desenvolvimento de economia de pases emergentes, o que demostra a

importncia destes na gerao de energia primria utilizada mundialmente. (CASTIEIRA, 2008).

A relao de dependncia destes combustveis no setor energtico reflete na necessidade de

expandir as fronteiras exploratrias destes recursos. A crescente demanda do petrleo e seus

derivados e seu constante aumento de preos impulsiona a procura por este recurso. Segundo

Castieira (2008), as projees apontam o petrleo como a principal fonte de energia primria para

as prximas duas dcadas.

Entretanto, os reservatrios em explorao (tambm denominados campos maduros), cujos

mecanismos de explorao so pouco eficientes, retm grandes quantidades de hidrocarbonetos

aps a exausto da sua energia natural. Desta forma, estes apresentam grande potencial aplicao

de uma srie de processos que visam a obteno de uma recuperao adicional. Esses processos so

chamados de Mtodos de Recuperao que, de uma maneira geral, tentam interferir nas

caractersticas do reservatrio que favorecem a reteno exagerada de leo.

Portanto, a busca pela segurana de fornecimento destes combustveis um fator de

extrema importncia para o desenvolvimento de pesquisas tecnolgicas que possibilitem a

manuteno da auto-suficincia energtica. Dentro desta perspectiva, a utilizao de novas

tecnologias que possibilitem a recuperao do petrleo em campos maduros tem se aperfeioado de

modo a permitir a otimizao e aumento do volume de combustvel recuperado.

Com este objetivo, a pesquisa proposta visa um estudo terico de viabilidade tcnica e

econmica da utilizao do motor de corrente contnua para a explorao de petrleo em campos

maduros.

2. REVISO DA LITERATURA

Este captulo visa trazer uma explanao terica sobre a Energia Solar Fotovoltaica, seus

aspectos gerais, e como esta utilizada na gerao de energia eltrica. Particularmente, explana

minunciosamente as caractersticas do motor eltrico de corrente contnua, de forma a se obter um


PRH-ANP/MCT n 56

embasamento para a avaliao da utilizao desta mquina na explorao de campos maduros de

petrleo, como associao ao sistema fotovoltaico.

2.1. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

A gerao de energia eltrica obtida atravs do sol resultado da converso direta da luz

solar em eletricidade por meio de efeito fotovoltaico: os sistemas fotovoltaicos captam diretamente

a radiao solar, gerando uma diferena de potencial constante, o que produz corrente eltrica

contnua. De acordo com Zanirato et. al (2011) apud CRESESB (2004) o efeito fotovoltaico, o

aparecimento de uma diferena de potencial nos extremos de uma estrutura de material

semicondutor, produzida pela absoro da luz.

Os campos eltricos gerados em cada clula fotovoltaica geram cerca de 0,5 V de diferena

de potencial e 400 A/m de densidade de corrente em um dia claro, com o nvel de radiao solar

em torno de 1kW/m. As clulas so combinadas atravs de ligaes em srie e em paralelo,

constituindo o painel fotovoltaico, produzindo normalmente at 30 V por painel, sendo a gerao

em torno de 0,5 a 1 kWh/ (mdia-1). (OLIVEIRA, 2013)

Desta forma, a clula fotovoltaica se configura como a unidade fundamental deste processo

de converso. A corrente eltrica gerada neste processo pode ser utilizada em sistemas conectados

diretamente a rede eltrica ou armazenada em baterias.

A Figura 01 mostra as partes constituintes de um sistema isolado de energia solar

fotovoltaica.


PRH-ANP/MCT n 56

Figura 1 - Partes constituintes de um Sistema Fotovoltaico

Fonte: CARVALHO (2013)

A energia solar a fonte cuja utilizao e aproveitamento que mais cresce no mundo e

pode ser utilizada tanto em localidades remotas, como nica possibilidade vivel de eletrificao,

quanto de maneira complementar e paralela a rede pblica. Desse modo, os painis fotovoltaicos

podem ser instalados em residncias distantes da rede eltrica convencional que, de um modo geral

atende a pequenas demandas de eletricidade, ou ainda, na gerao em larga escala atravs de usinas

geradoras. (CARVALHO, 2013)

Tendo sido descritas as caractersticas do sistema fotovoltaico, e como este pode ser

utilizao na gerao e fornecimento de corrente contnua, o prximo tpico descrever as

caractersticas do motor eltrico de corrente contnua, como componente de auxlio a aplicao de

um sistema fotovoltaico explorao de campos maduros de petrleo.

2.2. MQUINAS ELTRICAS

Uma mquina eltrica uma mquina capaz de converter energia mecnica em energia

eltrica (gerador) ou energia eltrica em mecnica (motor). Quando se trata de um gerador, a

rotao suprida por uma fonte de energia mecnica como, por exemplo, uma queda dgua, para

produzir o movimento relativo entre os condutores eltricos e o campo magntico e gerar, desse

modo, uma tenso entre os terminais do condutor. (Matias et. al., 2000)


PRH-ANP/MCT n 56

Existem inmeros tipos de mquinas eltricas, que se diferenciam entre si atravs das

configuraes de seus componentes, estas so:

A mquina de corrente continua (CC), que tem uma armadura rotativa e um campo

estacionrio.

A mquina sncrona (CA) com uma armadura rotativa e um campo estacionrio.

A mquina sncrona (CA) com um campo rotativo e uma armadura fixa.

A mquina assncrona (CA), que possui ambos, enrolamento da armadura

estacionrios e rotativos.

De acordo com Siemens (2006), as mquinas de corrente contnua podem ser utilizadas

tanto como motor quanto como gerador. Entretanto, considerando uma vez que as fontes

retificadoras de potncia podem gerar tenso contnua de maneira controlada a partir da rede

alternada, pode-se considerar que, atualmente, a operao como gerador fica limitada aos instantes

de frenagem e reverso de um motor.

Tendo em vista as caractersticas gerais das mquinas eltricas, a pesquisa busca descrever

e caracterizar os aspectos relacionados com o motor eltrico de corrente contnua, suas partes

constituintes, seus aspectos construtivos e funcionamento geral deste para aplicao em unidades de

bombeio de campos maduros.

2.3. MOTORES ELTRICOS DE CORRENTE CONTNUA

Um motor uma mquina que converte energia eltrica em energia mecnica de rotao.

Os motores so os responsveis pelo funcionamento das mais diferentes classes de mquinas

utilizadas no somente em nvel residencial, mas responsvel pela operao da maioria das

mquinas encontradas nas indstrias.

So maquinas alimentadas por uma fonte de corrente contnua, ou por uma fonte alternada

associada a um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contnua. Podem funcionar

com velocidade ajustvel entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e

preciso. Por isso, seu uso restrito a casos especiais em que estas exigncias compensam o custo

muito mais alto da instalao e da manuteno.

As mquinas de corrente contnua caracterizam-se por sua versatilidade. Atravs das mais

diversas combinaes dos enrolamentos de campo e excitao, estas podem apresentar um grande


PRH-ANP/MCT n 56

nmero de possibilidades de caractersticas de tenso versus corrente, ou de velocidade versus

conjugado (Torque). Esta propriedade tem possibilitado que sistemas de mquinas CC sejam

utilizados frequentemente em aplicaes que demandam uma variada faixa de velocidades ou de

controle preciso da sada do motor. (FITZGERALD, 2008)

2.3.1. Aspectos construtivos

O motor de corrente contnua (MCC) consiste em um enrolamento de campo (localizado

no estator), que estabelece o fluxo magntico, e um enrolamento de armadura (no rotor). O

funcionamento de um motor de corrente contnua est baseado nas foras produzidas da interao

entre o campo magntico e a corrente de armadura no rotor, que tendem a mover o condutor num

sentido que depende do sentido do campo e da corrente na armadura.

O motor eltrico de corrente contnua composto basicamente por duas estruturas:

Estator (enrolamento de campo ou m permanente);

Rotor (enrolamento de armadura).

O estator composto de uma estrutura ferromagntica com plos salientes aos quais so

enroladas as bobinas que formam o campo, ou de um m permanente.

De acordo com Matias et, al. (2000), o estator da mquina CC consiste das seguintes

estruturas bsicas:

Carcaa: a estrutura externa de formato cilndrico, feito em ao ou ferro fundido ou

laminado. A carcaa no serve exclusivamente como suporte das partes descritas a seguir, mas

tambm providencia uma faixa de retorno do fluxo para o circuito magntico criado pelos

enrolamentos de campo.

Enrolamento de campo: Consiste em um conjunto de espiras. Essencialmente, as bobinas de

campo so eletromagnetos, cujos ampre-espiras (Ae) providenciam uma fora magneto-motriz

adequada produo, no entreferro, do fluxo necessrio para gerar uma fem ou uma fora

mecnica. Os enrolamentos de campo so suportados pelos plos.

Plos: so constitudos de ferro laminado e parafusados ou soldados na carcaa aps a

insero dos rolamentos de campo nos mesmos. A sapata polar curvada, e mais larga que o

ncleo polar, para espalhar o fluxo mais uniformemente.


PRH-ANP/MCT n 56

Interpolo: Este e o seu enrolamento tambm so montados na carapaa da mquina. Esto

localizados na regio interpolar, entre os plos principais, e so geralmente de tamanho menor. O

enrolamento do interpolo composto de algumas poucas espiras de fio grosso, pois ligado em

srie com o circuito da armadura, de modo que a fem proporcional a corrente da armadura.

Escovas e Anis-Suporte de Escovas: assim como os interpolos, so parte do circuito da

armadura. As escovas so de carvo e grafite, suportadas na estrutura do estator por um suporte tipo

anel, e mantidas no suporte por meio de molas, de forma que as escovas mantero um contato firme

com os segmentos do comutador. As escovas esto sempre instantaneamente conectadas a um

segmento e em contato com uma bobina a localizada na zona interpolar.

Detalhes mecnicos: mecanicamente conectados a carcaa, esto os suportes contendo

mancais nos quais o eixo da armadura se apoia, bem como os anis-suporte de escovas em algumas

mquinas.

O rotor um eletrom constitudo de um ncleo de ferro com enrolamentos em sua

superfcie que so alimentados por um sistema mecnico de comutao. Kosow (1982), descreve o

rotor do motor de corrente contnua segundo quatro funes principais:

Permite a rotao para a ao motora mecnica;

Produz o chaveamento necessrio a comutao;

Contem os condutores que induzem a tenso ou providenciam um torque eletromagntico;

Providencia uma faixa de baixa relutncia para o fluxo.

De acordo com Kosow (1982), o rotor composto dos seguintes componentes:

Eixo de armadura: Realiza a rotao do ncleo de armadura, enrolamentos e comutador.

mecanicamente fixo ao ncleo e enrolamento de armadura e ao comutador.

Ncleo de armadura: Tem a estrutura de ao laminado e promove uma faixa de baixa

relutncia magntica entre os plos. A laminao tem a funo de reduzir as correntes

parasitas no ncleo e o ao usado de qualidade destinada a produzir uma baixa perda por

histerese. O ncleo possui ranhuras axiais dispostas uniformemente em sua periferia onde

fixado o enrolamento de armadura.

Enrolamento de armadura: Estrutura formada por um conjunto de bobinas isoladas entre si,

fixa nas ranhuras do ncleo de armadura. Esto eletricamente conectadas ao comutador.


PRH-ANP/MCT n 56

Comutador: Consiste em segmentos de cobre, isolados individualmente entre si e o eixo,

conectadas s bobinas do enrolamento de armadura. responsvel por providenciar o

chaveamento necessrio para o processo de comutao.

A Figura 2 mostra uma representao expandida dos componentes do motor eltrico.

Figura 2 - Componentes do Motor CC

Fonte: Villar (2006)

A Figura 3 mostra uma representao em corte do motor eltrico de corrente contnua onde

possvel perceber a disposio dos componentes desta mquina.


PRH-ANP/MCT n 56

Figura 3 - Motor Eltrico em corte

Fonte:Kosow (1982)

Tendo sido descritos as caractersticas gerais do motor eltrico de corrente contnua, bem

como suas partes constituintes, o prximo tpico explana sobre os aspectos das distintas classes de

motores cc e suas propriedades dos diferentes.

2.3.2. Classificao de motores de corrente contnua

2.3.2.1. Motor em Derivao (Shunt)

Este tipo o mais comum e mais amplamente utilizado. Suas curvas caractersticas de

velocidade carga e torque carga, como pode ser visto na Figura 4, mostram que o torque

aumenta linearmente com o aumento na corrente da armadura, enquanto a velocidade cai

ligeiramente medida que a corrente da armadura aumenta. (GUSSOW, 1982)


PRH-ANP/MCT n 56

Figura 4 - Curvas da Velocidade x Carga e torque x Carga

Fonte: Gussow (1982)

O ajuste de velocidade pode ser realizado a partir da insero de uma resistncia no campo

utilizando um reostato de campo. Para uma determinada posio do resistor varivel, a velocidade

do motor, permanece praticamente constante para todas as cargas. O circuito equivalente deste

motor pode ser visto na Figura 5.

Figura 5 - Circuito equivalente do Motor Shunt

Fonte: Vilar (2006)

Os acionadores ou dispositivos de partida usados com os motores CC limitam a corrente

de partida da armadura em 125 a 200 por cento da corrente de carga mxima (nominal). Deve-se


PRH-ANP/MCT n 56

tomar cuidado para no se abrir o circuito do campo de um motor em derivao que est rodando

sem carga, porque a velocidade do motor aumenta descontroladamente at o motor queimar.

2.3.2.2. Motor Srie

Este motor assim denominado pois seu campo ligado em srie com a armadura. A

velocidade tem seu mdulo variado de valor muito alto com uma carga mnima at um valor bem

baixo com a carga mxima. Como pode ser visto na Figura, neste tipo de mquina, altas correntes

na armadura produzem um torque elevado e funciona em baixa rotao. Devido a este fato,

geralmente utilizado para aplicaes que exijam deslocamento de grandes cargas como em

guindastes.

Figura 6 - Curvas de velocidade carga e torque carga

Fonte: Gussow (1982)

Se o motor estiver ligado sem nenhuma carga, a velocidade de um motor srie aumentar

de forma ilimitada at o motor queimar. Entretanto, a ligao dos grandes motores srie so

geralmente conectados diretamente carga e no atravs de correias ou polias.

2.3.2.3. Motor Composto


PRH-ANP/MCT n 56

O motor composto associa as caractersticas dos motores em derivao com as

caractersticas dos motores em srie. Sua velocidade reduz com o aumento de carga. Possui maior

torque se comparado com o motor em derivao e no apresenta problemas no funcionamento sem

carga como ocorre com os motores srie.

3. REFERNCIA BIBLIOGRFICA

CARACTERSTICAS E ESPECIFICAES DE MOTORES DE CORRENTE CONTNUA E

CONVERSORES CA/CC. Disponvel em: .

Acesso em: 16 jun. 2014

CASTIEIRA, Paula Panaro. Estudo da viabilidade econmica de projetos de recuperao

suplementar para campos com alto grau de explotao. 2008. 63 f. TCC (Graduao) - Curso de

Engenharia de Petrleo, Departamento de Escola Politcnica, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.

MATIAS, Olavo Lima et al. Motores Eltricos de Corrente contnua. 2000. Disponvel em:

. Acesso em: 16 jun. 2014

MOTORES DE CORRENTE CONTNUA: Guia rpido para uma especificao precisa. 2006.

Elaborada por Siemens. Disponvel em:

. Acesso em 17 jun. 2014

VILLAR, Gileno Jos de Vasconcelos. Caractersticas e especificaes de motores de corrente

contnua e conversores CA/CC: MQUINAS DE CORRENTE CONTNUA. 2006. Disponvel

em: . Acesso em: 07 jul. 2014

VAZ, Frederico Samuel de Oliveira. Mquinas Eltricas. 2010. Disponvel em:

. Acesso em: 07 jul. 2014.


PRH-ANP/MCT n 56

ANEXO II HISTRICO ESCOLAR


PRH-ANP/MCT n 56


PRH-ANP/MCT n 56

ANEXO III PUBLICAES


PRH-ANP/MCT n 56

SEM PUBLICAES

prh anp 56 rba mariateresatarginomacedosilveira gra ago 2014

Documents