Geração de Energia Elétrica

Carga Horária: 60

No. de Créditos: 04

Pré-requisito: Conversão de Energia.

Ementa:

Tecnologia das fontes de energia: petróleo e gás natural, carvão mineral, hidráulica, nuclear, biomassa, solar, eólica; Hidroeletricidade: hidrologia, tipos de centrais; Termoeletricidade: convencional, nuclear, tipos de centrais; Potencial e capacidade instalada; Outros tipos de geração: eólica, solar, biomassa; Impactos ambientais da geração; Planos estratégicos dos setor elétrico.

Objetivos Geral:

Familiarizar o estudante com o modelo atual do setor elétrico brasileiro e seus impactos no processo de produção de energia elétrica. Desenvolver os conceitos fundamentais da produção de energia elétrica baseada no processos eletromecânicos.

Objetivos Específicos:

  1. Capacitar o aluno no processo de análise da produção de energia elétrica, com ênfase nos mecanismos eletromecânicos da geração de energia elétrica;

  2. Proporcionar a assimilação dos conhecimentos necessários relacionados ao comportamento elétrico e energético da produção de energia elétrica;

  3. Capacitar o aluno para a realização de estudos eletroenergético que envolvam usinas termelétricas ou hidrelétricas.

Conteúdo Programático:

Unid.1 - Complexo Hidrelétrico de Paulo Afonso Usinas PA I, II, III, IV e Apolônio Sales

  • História do Rio São Francisco:

    • Relevo;

  • Usina Angiquinho

  • Complexo Hidrelétrico de Paulo Afonso

    • Paulo Afonso I;

    • Paulo Afonso II;

    • Paulo Afonso III;

    • Paulo Afonso IV;

    • Apolônio Sales.

Unid. 2 - Matriz Energética Brasileira

  • O que é?;

  • Recursos Energéticos Brasileiros;

  • Repartição da oferta interna de energia;

  • Matriz energética/elétrica mundial (%);

  • Consumo final de energia em 2011 – Brasil;

  • Emissão de CO2;

  • Potencial Hidroelétrico do Brasil;

  • Sistema de transmissão atual;

  • Sinergia Hidrotérmica;

  • Evolução da matriz energética/elétrica do Brasil 2007/2030;

  • Matriz simplificada – 2011.

Unid. 3 - Noções de Geração de Energia Elétrica

  • Fontes de Energia;

  • Potencial e tipos de usinas:

    • Fontes de geração de energia elétrica.

    • Usinas nucleares;

  • Usinas Eólicas;

  • Energia Química – Biogás;

  • Usinas Termoelétricas;

  • Usinas Solar:

    • Energia heliotérmica;

    • Energia fotovoltaica.

  • Usinas maremotrizes/ondas;

  • Usinas Hidrelétricas.

Unid. 4 - Usinas Hidrelétricas

  • Introdução:

    • Tipos de hidrelétricas;

    • Regulação das vazões.

  • Energia hidráulica;

    • Energia hidráulica armazenada;

  • Classificação das usinas hidrelétricas:

    • Quanto a sua potência (kW);

    • Quanto a queda (m);

    • Quanto à forma de captação de água;

    • Quanto à forma de utilização das vazões naturais;

    • Quanto a sua função no sistema.

  • Componentes de uma central hidrelétrica.

    • Barragem;

    • Captação e condutos de adução de água;

    • Casa de máquinas;

  • Restituição da água.

  • Aplicação da Equação de Bernoulli Generalizada

  • Aplicação da Equação de Hanze-Williams

  • Determinação dos tipos de turbinas e suas velocidades rotacionais

  • Aproveitamento de Sistemas Hidráulicos em Cascata

Unid. 5 - Pequenas Centrais Hidrelétricas

  • Características;

  • Regulação das vazões;

  • Classificação das PCHs;

  • Projeto de uma PCH:

    • Estudo topográfico;

    • Estudos geológicos e geotécnicos;

    • Estudos hidrológicos;

    • Estudos ambientais.

  • Estudos econômico-energéticos

Unid. 6 - Princípios de Conversão Eletromecânica de Energia

  • Movimento de rotação, Lei de Newton e relações de potência:

    • Posição angular θ;

    • Velocidade angular ω;

    • Aceleração angular α;

    • Torque τ;

    • Lei de Newton da rotação;

    • Trabalho W (energia);

    • Potência P;

  • Força e conjugados em sistemas de campo magnético;

  • Balanço energético;

  • Energia em sistemas de campo magnético de excitação única;

  • Determinação da força a partir da energia.

Unid. 7 - Potência ativa, reativa e aparente em circuitos de corrente alternada

  • Formas alternativas para as equações de potência;

  • Potência complexa;

  • Relação entre ângulo da impedância, ângulo da corrente e potência;

  • O triângulo de potência.

Unid. 8 - Gerador Síncrono

  • Construção do gerador síncrono;

  • Velocidade de rotação de um gerador síncrono;

  • Tensão interna gerada em um gerador síncrono;

  • Circuito equivalente de um gerador síncrono.

  • Diagrama fasorial de um gerador síncrono;

  • Potência e torque em geradores síncronos;

  • Gerador síncrono operando isolado;

  • Operação em paralelo de geradores CA com um grande sistema de potência;

  • Valores nominais do gerador síncrono:

    • Valores nominais de tensão, velocidade e frequência;

    • Valores nominais de potência aparente e fator de potência;

    • Curva de capacidade do gerador síncrono.

Unid. 9 - Usinas Termelétricas

  • Definição;

  • Combustível das termelétricas;

  • Tipos de combustão:

    • Combustão externa;

    • Combustão interna;

  • Termelétrica a vapor:

    • Funcionamento da termelétrica a vapor;

  • Termelétrica a gás:

    • Funcionamento da termelétrica a gás;

  • Termelétrica a ciclo combinado:

    • Funcionamento da termelétrica a ciclo combinado

Unid. 9 - Usinas Termonucleares

  • Combustível;

  • Fissão nuclear;

  • Reator nuclear:

    • Light water reactors (LWR);

      • Pressuried water reactor (PWR);

      • Boiling water reactor (BWR).

    • Heavy water reactor (HWR);

    • Gas-cooled reactors;

    • Reatores rápidos.

Unid. 10 - Princípio da Termodinâmica

  • Processos e ciclos:

    • Massa específica e volume específico;

  • Trabalho e calor:

    • Trabalho;

    • Calor.

  • Propriedades de uma substância pura;

    • Substância pura;

    • Equilíbrio de fases vapor-líquido-sólida de uma substância pura;

  • Entropia;

  • Entalpia;

  • Curva T-s;

  • Primeira lei da termodinâmica:

    • Conservação da massa e o volume de controle;

    • O processo em regime permanente.

Unid. 11 - Termelétrica a Vapor - Ciclo de Rankine

  • Processo do Ciclo Rankine;

  • Análise energética no ciclo Rankine.

Unid. 12 - Termelétrica a Gás - Ciclo de Brayton

  • Processo do Ciclo Brayton;

  • Análise energética no ciclo Brayton.

Referências Bibliográficas:

Lineu B. dos Reis; Geração de Energia Elétrica. Manole, 2ª edição – 2011.

Mauricio T. Tolmasquim; Geração de Energia Elétrica no Brasil. Editora Interciência, Rio de Janeiro – 2005.

Gilio Aluisio Simone, Centrais e Aproveitamento Hidrelétricos – Introdução ao Estudo, 1° Edição, Editora Érica Ltda, 2012.

Nelson O. dos Santos; Termodinâmica Aplicada às Termelétricas - Teoria e Prática. Editora Interciência, 2ª edição, Rio de Janeiro – 2006.

Stephen J. Chapman; Electric Machinery Fundamentals. McGraw Hill, Fourth Edition – 2005

Referências Bibliográficas Complementares:

Yunus A. Çengel, John M. Cimbala. Mecânica dos Fluidos - Fundamentos e Aplicações. 3ª edição. Editora McGraw-Hill. 2015;

Yunus A. Çengel, Michael A. Boles. Termodinâmica. 7ª edição. Editora McGraw-Hill. 2013.