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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ – UTFPR

CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA - ELETROTÉCNICA

DISCIPLINA DE MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS

RENATA FRANCIANE DE OLIVEIRA

USINAS

Curitiba

2008

SUMÁRIO

SIMBOLOGIA 2

DEFINIÇÃO 3

FUNÇÃO 4

APLICAÇÃO 6

TERMINOLOGIA 16

CLASSIFICAÇÃO 20

CONSTITUIÇÃO 24

FUNCIONAMENTO 33

ESPECIFICAÇÃO 42

ENSAIOS 52

INSTALAÇÃO 53

MANUTENÇÃO 57

NORMAS 58

PREÇOS 60

ANEXOS 63

FONTES DE CONSULTA 64

SIMBOLOGIA

A simbologia para usinas geradoras possui representações para usinas de concessionária própria e usinas compartilhadas, se dá de acordo com a norma técnica SB-112. Para cada tipo de fonte energética, há um símbolo diferente, e todos são listados a seguir.

Tabela 1.1 – Simbologias de Usinas geradoras

Tipo da Usina

Simbologia para Usina de concessionária própria

Simbologia para Usina compartilhada

Hidrelétrica

Hidrelétrica (Forma alternativa)

Termelétrica

Nuclear

Solar

Eólica

Usina de produção combinada de calor e eletricidade

DEFINIÇÃO

Usinas geradoras de energia podem ser definidas como um conjunto industrial de obras e equipamentos que têm por finalidade a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencial energético de qualquer fonte energética. São também chamadas de estações geradoras.

FUNÇÃO

Usinas geradoras de energia elétrica, como o próprio nome já diz, visam à geração de energia elétrica. O que as usinas fazem para gerar a energia sob a forma elétrica, é a transformação de energias existentes em outras formas, tais como a queima de combustíveis, transformando energia térmica em elétrica, ou a utilização do potencial dos rios, nas hidrelétricas, que transforma energia mecânica em energia elétrica.

É essencial conhecer os recursos naturais de cada região para determinar qual será o tipo de usina que pode ser instalado para melhor aproveitar os potenciais energéticos daquela região.

A seguir, listamos os potenciais energéticos conhecidos que podem ser transformados em energia elétrica, e tipo da usina que deve ser instalada para aproveitar este potencial.

Tabela 3.1 – Potenciais energéticos e tipo de usina relacionada

Potencial Energético

Tipo de Usina Geradora

Água Fluvial

Usina Hidrelétrica

Raios Solares

Usina Solar

Vento

Usina Eólica

Queima de combustíveis fósseis

Usina Termelétrica

Fissão e fusão nuclear

Usina Nuclear

Nascentes Hidrotermais

Usina Geotérmica

Gravitacional

Usina Maremotriz

Queima de resíduos

Usina de Biomassa

APLICAÇÃO

A aplicação de uma usina geradora de energia depende das condições geográficas e ambientas de determinadas regiões. Primeiramente, é necessário verificar os possíveis potenciais energéticos da região, pois cada ambiente possui potenciais diferentes em níveis diferentes. A partir disso, procura-se instalar o tipo de usine que aproveite o potencial energético de maior qualidade que a região em questão possui. Em seguida, verificam-se as condições geográficas e ambientais para a construção da usina. Cada usina necessita de condições especiais para o seu funcionamento adequado. A seguir, descrevemos algumas dessas condições para tipos diferentes de usinas.

4.1. Usina Hidroelétrica ou Usina Hidrelétrica:

Figura 4.1 – Usina Hidrelétrica de Tucuruí.

Usinas hidrelétricas devem ser construídas onde exista um grande potencial energético por meio de água fluvial. Regiões onde exista rios largos e com desníveis consideráveis são regiões promissoras para a instalação de uma usina hidrelétrica.

Geralmente onde regiões que atendem essas características são localizadas distantes dos centros consumidores de energia.

Para a construção de uma usina deste tipo, é necessário muito espaço físico. Além do espaço físico é preciso observar os impactos ambientas que a construção da mesma irá ocasionar, pois é necessária a instalação de um reservatório extenso de água. Essa construção desse reservatório e o funcionamento em si da própria usina pode causar os seguintes impactos ambientas:

- Inundações em áreas extensas de produção de alimentos e florestas;

- Alterações fortes no ambiente e com isso prejudicar a fauna e a flores da região. Como exemplo, podemos citar a interferência na migração e reprodução de peixes e devastação da mata ciliar;

- Alterar o funcionamento dos rios;

- Gerar resíduos nas atividades de manutenção dos equipamentos da usina;

Toda a construção e planejamento da usina devem ser feito em conjunto com engenheiros ambientais para não prejudicar a flora e a fauna local. Os prejuízos do mal planejamento podem ser não somente para o meio ambiente, mas como até mesmo, resíduos do ambiente atrapalhar o funcionamento das turbinas, comprometendo assim a geração da energia.

4.2. Usina Solar:

Figura 4.2 – Usina de Sempa, em Portugal.

A transformação da energia solar em energia elétrica é com certeza a melhor opção de geração de energia no que diz respeito a impactos ambientais, pois esta não causa nenhum impacto ao meio ambiente. O potencial energético via raios solares, é também o mais abundante, pois o Sol irradia sobre a Terra anualmente algo equivalente a 10 mil vezes a energia consumida pela população mundial no mesmo período.

O aproveitamento da energia solar tem ocorrido em baixa escala, pois o custo de produção dos painéis é elevado. Futuramente, com o investimento adequado, as usinas solares poderão substituir outros tipos de usinas que causam um alto impacto ambiental.

A instalação deste tipo de usina normalmente é feita em regiões com baixa taxa de nebulosidade, onde na maior parte do ano, os dias são ensolarados. É interessante também fazer a instalações em regiões com baixa umidade relativa do ar e clima mais seco, pois assim, não há também um grande índice de pluviosidade, obtendo melhores resultados na geração.

A instalação consiste basicamente na instalação de painéis fotovoltaicos, por isso, regiões planas e elevadas são preferenciais.

Ironicamente, regiões onde possivelmente ocorreria um melhor aproveitamento da energia solar, que são as regiões próximas da linha do Equador, não há uma utilização abundante do potencial da energia solar. Isso ocorre, pois o custo dos painéis fotovoltaicos são muito caros, e as regiões localizadas nesta faixa do globo são, em sua grande maioria, regiões subdesenvolvidas, e não possuem condições de implantarem este tipo de estação geradora.

4.3. Usina Eólica:

Figura 4.3 – Usina Eólica da Prainha, Ceará.

A instalação deste tipo de usina requer estudos específicos sobre as condições climáticas. É necessário todo um estudo sobre o deslocamento das massas de ar durante o ano devido ao posicionamento do sol, e estudos sobre o relevo e a interferência que o mesmo cause na freqüência, velocidade e direção dos ventos.

É importante que esses ventos não possuam variações bruscas em velocidade e freqüência para não danificar os equipamentos.

As regiões para realizar a instalação deste tipo de usina necessitam de muito espaço físico, e juntamente com a alta taxa de ruído produzida pelas hélices, fazem com que a instalação seja feita em regiões deslocadas dos centros consumidores.

Apesar de ser uma fonte de energia limpa, não é muito utilizada pois requer um investimento financeiro imenso, pois o custo de um captador de vento é gigantesco. Para efeitos de comparação, para gerar a mesma quantidade de energia que uma usina hidrelétrica, o custo é 65% maior para esta energia ser gerada em uma usina eólica.

4.4. Usina Termoelétrica ou Termelétrica

Figura 4.4 – Usina termoelétrica Piratininga ou Fernando Gasparian.

Geralmente funciona com algum tipo de combustível fóssil como petróleo, gás natural ou carvão, por isso existe uma grande preocupação ambiental quando é instalada uma usina deste tipo. Dentre os problemas ambientais resultantes, podemos citar:

- Emissão de gases que contribuem para o efeito estufa, tais como o dióxido de carbono;

- No caso das usinas térmicas a carvão e óleo, também há emissão de óxidos de enxofre e nitrogênio, que se liberados na atmosfera podem ocasionar chuvas ácidas prejudiciais à agricultura e florestas.

- Geram resíduos nas atividades de manutenção de seus equipamentos.

- Poluição atmosférica em gerral, o que indiretamente gera chuva ácida, problemas respiratórios em seres vivos, entre outros.

É uma fonte nao renovável de energia, e muito cara, pois exige constante compra de matéria-prima (combustível) para realizar a transformação em energia elétrica.

Porém, há a vantagem de poder ser instalada próximo aos centros consumidores, pois não é necessário muito espaço físico e não há problemas de ruídos. Com isso, há uma economia no valor a ser gasto para realizar a transmissão da energia para o consumo, e a redução de até 16% nas perdas ao longo das linhas de transmissão, pelo caminho até o centro consumidor ser mais curto.

4.5. Usina Nuclear

Figura 4.5 – Usina Nuclear de Kashiwazaki, no Japão.

Se caracterizam pelo uso de materiais radioactivos que através de uma reação nuclear produzem calor, que mais tarde será transformado em energia elétrica. O fato de utilizar materiais radioativos, e com isso, sinônimo de perigo para a saúde e constituição de todos os seres vivos, é necessário medidas de cautela.

É uma fonte de energia extremamente limpa, e ao contrário do que muitos pensam, é extremamente segura. Dentro de uma usina nuclear, há um rígido controle sobre este material radioativo, além de é claro, de equipamentos e técnologias muito avançadas para manter a segurança.

O único perigo que este tipo de usina representa é a falha durante alguma opreção, ou no controle das reações nucleares. Apesar de falhas serem extremamente raras, ao ocorrer, as consequências são desastrosas. Exemplos claros dos danos causados por radiação de vazamentos por falta de controle em estação geradora de energia nuclear, é o caso de Chernobyl.

As usinas nucleares podem ser instaladas próximo aos centros consumidores, e produzem uma grande quantidade de energia. Os resíduos produzidos devem ser isolados em barris de chumbo e concreto para não ocorrer vazamentos dos resíduos e da radiação.

TERMINOLOGIA

Os termos técnicos listados foram encontrados na NBR 5460 – Sistemas Elétricos de Potência – Terminologia.

    1. Ajustador do limite:

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