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Produção, Transmissão e

Distribuição de Energia.

I nst rutor: Engº Lannder Raul Mart ins

Área Profissional: I ndúst r ia

Habilitação: Técnico I ndust r ial em Elet rotécnica

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Introdução

O sistema de geração, transmissão e distribuição é muito complexo desde a sua

origem até o seu ponto final. Abordaremos os aspectos mais importantes deste

sistema, visando elucidar de maneira simples e prática como funciona e suas principais

finalidades, desde a geração até o consumidor final.

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Geração

Reservatório

É a parte represada do rio em que se localiza a usina. Serve para manter constante ageração de energia

Duto

É o canal que leva a água até as pás da turbina, fazendo girar o rotor do gerador.

Tomada d�água

É a estrutura que permite a condução da água do reservatório para adução dasturbinas. Equipada com comportas de fechamento e abertura.

Conduto forçado

É a canalização que conduz água, sob pressão, para as turbinas. Podem ser externos ousubterrâneos.

Turbina

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É uma roda com pás. A água faz a turbina girar ao atingi la, transformando energiahidráulica em energia mecânica.

Gerador

Está acoplado mecanicamente à turbina. A energia mecânica disponível no eixo daturbina é transformada em energia elétrica pelo gerador.

Casa de força

Local de onde se opera a usina e estão localizados os grupos turbo geradores eauxiliares.

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Fontes Alternativas de Energia

No Brasil a maior quantidade de energia elétrica produzida provém de usinashidrelétricas (cerca de 95%). Em regiões rurais e mais distantes das hidrelétricascentrais, têm se utilizado energia produzida em usinas termoelétricas e em pequenaescala, a energia elétrica gerada da energia eólica.

Neste artigo vamos dar uma visão geral de algumas das principais fontes alternativasde energia elétrica.

Energia hidráulica

Nas usinas hidrelétricas, a energia elétrica tem como fonte principal a energiaproveniente da queda de água represada a certa altura. A energia potencial que a águatem na parte alta da represa é transformada em energia cinética, que faz com que aspás da turbina girem, acionando o eixo do gerador, produzindo energia elétrica.

Utiliza se a energia hídrica no Brasil em grande escala, devido aos grandes mananciaisde água existentes.

Atualmente estão sendo discutidas fontes alternativas para a produção de energiaelétrica, pois a falta de chuvas está causando um grande déficit na oferta de energiaelétrica.A maior usina hidrelétrica do Brasil é a de Itaipu (Foz de Iguaçu) que tem capacidadede 12600 MW (figura).

Figura 1 -

Usina hidrelétrica de Itaipu, na fronteira do Brasil com o Paraguai

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Energia térmica

Nas usinas termoelétricas a energia elétrica é obtida pela queima de combustíveis,como carvão, óleo, derivados do petróleo e, atualmente, também a cana de açúcar(biomassa).

A produção de energia elétrica é realizada através da queima do combustível queaquece a água, transformando a em vapor. Este vapor é conduzido em alta pressãopor uma tubulação e faz girar as pás da turbina, cujo eixo está acoplado ao gerador.Em seguida o vapor é resfriado retornando ao estado líquido e a água é reaproveitada,para novamente ser vaporizada.

Vários cuidados precisam ser tomados tais como: os gases provenientes da queima docombustível devem ser filtrados, evitando a poluição da atmosfera local; a águaaquecida precisa ser resfriada ao ser devolvida para os rios porque várias espéciesaquáticas não resistem a altas temperaturas.

No Brasil este é o segundo tipo de fonte de energia elétrica que está sendo utilizado, eagora, com a crise que estamos vivendo, é a que mais tende a se expandir.

Energia nuclear

Este tipo de energia é obtido a partir da fissão do núcleo do átomo de urânioenriquecido, liberando uma grande quantidade de energia.

Urânio enriquecido o que é isto? Sabemos que o átomo é constituído de um núcleoonde estão situados dois tipos de partículas: os prótons que possuem cargas positivase os nêutrons que não possuem carga.

Em torno do núcleo, há uma região denominada eletrosfera, onde se encontram oselétrons que têm cargas negativas. Átomos do mesmo elemento químico, quepossuem o mesmo número de prótons e diferentes números de nêutrons sãochamados isótopos. O urânio possui dois isótopos: 235U e 238U. O 235U é o único capazde sofrer fissão. Na natureza só é possível encontrar 0,7 % deste tipo de isótropo. Paraser usado como combustível em uma usina é necessário enriquecer o urânio natural.Um dos métodos é �filtrar� o urânio através de membranas muito finas. O 235U é maisleve e atravessa a membrana primeiro do que o 238U. Esta operação tem que serrepetida várias vezes e é um processo muito caro e complexo. Poucos países possuemesta tecnologia para escala industrial.

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Figura 2- Diagrama do reator de uma Usina Nuclear

O urânio é colocado em cilindros metálicos nonúcleo do reator que é constituído de um materialmoderador (geralmente grafite) para diminuir avelocidade dos nêutrons emitidos pelo urânio emdesintegração, permitindo as reações em cadeia. Oresfriamento do reator do núcleo é realizado atravésde líquido ou gás que circula através de tubos, peloseu interior. Este calor retirado é transferido parauma segunda tubulação onde circula água. Poraquecimento esta água se transforma em vapor (atemperatura chega a 320oC) que vai movimentar aspás das turbinas que movimentarão o gerador,produzindo eletricidade (fig. 2).

Depois este vapor é liquefeito e reconduzido para atubulação, onde é novamente aquecido evaporizado.

No Brasil, está funcionado a Usina Nuclear Angra 2sendo que a produção de energia elétrica é empequena quantidade que não dá para abastecer todaa cidade do Rio de Janeiro.No âmbito governamental está em discussão aconstrução da Usina Nuclear Angra 3 por causa dodéficit de energia no país.

Os Estados Unidos da América lideram a produçãode energia nuclear e nos países França, Suécia,Finlândia e Bélgica 50 % da energia elétricaconsumida, provém de usinas nucleares.

Energia geotérmica

Energia geotérmica é a energia produzidade rochas derretidas no subsolo (magma)que aquecem a água no subsolo.Na Islândia, que é um país localizado muitoao Norte, próximo do Círculo Polar Ártico,com vulcanismo intenso, onde a águaquente e o vapor afloram à superfície(gêiseres fig. 3) ou se encontram empequena profundidade, tem uma grandequantidade de energia geotérmicaaproveitável e a energia elétrica é gerada apartir desta.

Figura 3 Geiseres

As usinas elétricas aproveitam esta energia para produzir água quente e vapor. Ovapor aciona as turbinas que geram quase 3 000 000 joules de energia elétrica porsegundo e a água quente percorre tubulações até chegar às casas.

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Nos Estados Unidos da América há usinas deste tipo na Califórnia e em Nevada. Em ElSalvador, 30% da energia elétrica consumida provêm da energia geotérmica.

Energia eólica

Os moinhos de ventos são velhos conhecidos nossos, e usam a energia dos ventos, istoé, eólica, não para gerar eletricidade, mas para realizar trabalho, como bombear águae moer grãos. Na Pérsia, no século V, já eram utilizados moinhos de vento parabombear água para irrigação.

A energia eólica é produzida pela transformação da energia cinética dos ventos emenergia elétrica. A conversão de energia é realizada através de um aerogerador queconsiste num gerador elétrico acoplado a um eixo que gira através da incidência dovento nas pás da turbina.

A turbina eólica horizontal (a vertical não émais usada) é formada essencialmente por umconjunto de duas ou três pás, com perfisaerodinâmicos eficientes, impulsionadas porforças predominantemente de sustentação,acionando geradores que operam a velocidadevariável, para garantir uma alta eficiência deconversão (fig.4).

A instalação de turbinas eólicas tem interesseem locais em que a velocidade média anualdos ventos seja superior a 3,6 m/s.

Existem atualmente, mais de 20 000 turbinaseólicas de grande porte em operação nomundo (principalmente no Estados Unidos).Na Europa, espera se gerar 10 % da energiaelétrica a partir da eólica, até o ano de 2030.

Figura 4 Vista de campo com equipamentos

modernos para aproveitamento da energia

dos

ventos (eólica).

O Brasil produz e exporta equipamentos para usinas eólicas, mas elas ainda são poucousadas. Aqui se destacam as Usinas do Camelinho (1MW, em MG), de Mucuripe(1,2MW) e da Prainha (10MW) no Ceará, e a de Fernando de Noronha emPernambuco.

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Energia das marés

A energia das marés é obtida de modosemelhante ao da energia hidrelétrica.Constrói se uma barragem, formandose um reservatório junto ao mar.Quando a maré é alta, a água enche oreservatório, passando através daturbina e produzindo energia elétrica, ena maré baixa o reservatório éesvaziado e água que sai doreservatório, passa novamente atravésda turbina, em sentido contrário,produzindo energia elétrica (fig. 5). Estetipo de fonte é também usado no Japãoe Inglaterra.

No Brasil temos grande amplitude demarés, por exemplo, em São Luís, naBaia de São Marcos (6,8m), mas atopografia do litoral inviabilizaeconomicamente a construção dereservatórios.

Figura 5 Caixa de concreto por onde, no sobe

e desce das marés, passa a água do mar cuja

energia é aproveitada na geração de eletricidade.

Energia fotovoltaica

Figura 6 Painel solar fotovoltaico que

usa energia da luz solar para sustentar

telefone celular público em local

isolado na Austrália.

A energia fotovoltaica é fornecida de painéiscontendo células fotovoltaicas ou solares que sob aincidência do sol geram energia elétrica. A energiagerada pelos painéis é armazenada em bancos debateria, para que seja usada em período de baixaradiação e durante a noite (fig. 6). A conversãodireta de energia solar em energia elétrica érealizada nas células solares através do efeitofotovoltaico, que consiste na geração de umadiferença de potencial elétrico através da radiação.O efeito fotovoltaico ocorre quando fótons (energiaque o sol carrega) incidem sobre átomos (no casoátomos de silício), provocando a emissão deelétrons, gerando corrente elétrica. Este processonão depende da quantidade de calor, pelocontrário, o rendimento da célula solar cai quandosua temperatura aumenta. O uso de painéis

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fotovoltaicos para conversão de energia solar em elétrica é viável para pequenasinstalações, em regiões remotas ou de difícil acesso. É muito utilizada para aalimentação de dispositivos eletrônicos existentes em foguetes, satélites e astronaves.

O sistema de co geração fotovoltaica também é uma solução; uma fonte de energiafotovoltaica é conectada em paralelo com uma fonte local de eletricidade. Estesistema de co geração voltaica está sendo implantado na Holanda em um complexoresidencial de 5000 casas, sendo de 1 MW a capacidade de geração de energiafotovoltaica. Os Estados Unidos, Japão e Alemanha têm indicativos em promover autilização de energia fotovoltaica em centros urbanos. Na Cidade Universitária USPSão Paulo, há um prédio que utiliza este tipo de fonte de energia elétrica.

No Brasil já é usado, em uma escala significativa, o coletor solar que utiliza a energiasolar para aquecer a água e não para gerar energia elétrica.