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:
Capacitar o aluno no processo de análise da produção de energia elétrica, com ênfase nos mecanismos eletromecânicos da geração de energia elétrica;
Proporcionar a assimilação dos conhecimentos necessários relacionados ao comportamento elétrico e energético da produção de energia elétrica;
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.