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

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

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

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

Geração● Tipos de usinas

– Térmicas– Hidrelétricas– Maré-motriz– Solar– Célula de combustível– Eólica

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

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

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

Geração● Eólica

– Utiliza a energia cinética dos movimentos das massas de ar para gerar energia elétrica.

Implantação de uma Pequena Usina Hidrelétrica

Operação de um sistema elétrico● Atividades de operação

– Inserção e retirada de unidades geradoras– Acionamento de vertedouros– Remanejamento de cargas entre unidades

geradoras

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

Operação de uma sistema elétrico● Curva de duração das demandas

– Transformação da curva de carga– Representa a demanda de forma acumulativa

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

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=C1

2

2g

C1=QS 1

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∗C2

1,9

De1,1

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∗C3

1,9

Dt1,1

Potencial hidráulico e energia produzida

● Perdas de carga no difusor (hp4)(m)– C4: Velocidade da

água no difusor(m/s)hp4=

C 42

2∗g

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∗C5

1,9

Df 1,1

C3: Velocidade da água no canal de fuga(m/s)

K1: Constante da união dos dutosDf: Diâmetro do canal de fuga(cm)

Potencial hidráulico e energia produzida

● Potência efetiva do aproveitamentoHd=Hb1−hp1hp2hp3hp4hp5

● Altura efetiva

Pef =103∗Q∗Hd102

∗tKW

Pef =103∗Q∗Hd15

∗t HP

Potencial hidráulico e energia produzida

● Potência elétrica

Pel=Pef∗g

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

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 / s2

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?

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 / s2

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 / s2

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?