A instalação elétrica é um conjunto formado por fios, cabos, infraestrutura de instalação desses fios e cabos, equipamentos de proteção dos circuitos elétricos, equipamentos de manobra e controle dos sistemas, iluminação, sistemas auxiliares e motrizes para ventilação, ar condicionado, hidráulica e movimentação de cargas, e outros acessórios com características coordenadas entre si e essenciais para o funcionamento de um sistema elétrico geral. Todas as instalações são definidas em um projeto elétrico elaborado por um profissional especializado ainda na fase de projeto e idealização de uma edificação, independentemente da aplicação dessa edificação, tais como: residencial, comercial, industrial, serviço público exclusivo como universidades, unidades de segurança pública, entre tantas outras formas de uso. O projeto elétrico determina o porte da instalação, estabelece circuitos e específica os materiais que serão usados na obra. Também cabe ao projeto definir pontos de iluminação, tomadas de uso geral e específico, sistemas auxiliares da edificação a partir de uma avaliação das necessidades de cada ambiente e dos possíveis aparelhos eletroeletrônicos que serão instalados.
Para garantir segurança dos vários sistemas, é importante que o projetista e o instalador sejam capacitados, para não colocar a sua vida dos futuros ocupantes e usuários da edificação em risco. Uma instalação malfeita, mal construída, mal projetada ou mal idealizada pode provocar sérios problemas, desde o consumo exagerado de energia elétrica até defeitos como curto circuitos ou sobrecargas. Cabe ressaltar que não basta ter um bom projeto e uma boa instalação se não utilizarmos produtos certificados, construídos e fabricados sob as normas técnicas pertinentes.
A instalação elétrica propriamente dita é uma das etapas mais delicadas da obra e merece atenção especial, tendo em vista que o choque elétrico é uma das principais causas de acidentes graves e fatais em construções. Por isso, as instalações elétricas devem ser muito bem planejadas e iniciadas na fase de concretagem, se desenvolver durante a pintura, e finalizadas quando são instalados os espelhos das tomadas e os interruptores, além das cargas de uso final, como aparelhos de ar condicionado, lâmpadas, geladeiras, televisores, videogames, rádios, micro-ondas, freezers, máquinas de lavar e secar roupas, eletrônicos, em geral, chuveiros elétricos, aspiradores de pó, entre tantos outros.
Durante o processo de compra dos materiais é imprescindível utilizar materiais que atendam às normas vigentes do país. Nas embalagens de fios e cabos elétricos, por exemplo, há identificação da certificação de conformidade do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO), bem como nas tomadas, disjuntores e outros materiais.
Um sistema elétrico bem feito pode durar, em média, 20 anos. Mas é SEMPRE recomendável realizar uma revisão periódica da instalação para verificar o estado dos condutores, soquetes, interruptores e outros materiais usados na instalação.
INSTRUÇÃO TÉCNICA Nº 41/2011 que rege as diretrizes da Inspeção visual em instalações elétricas de baixa tensão, cujo objetivo é estabelecer os parâmetros técnicos para a realização de inspeção visual (básica) das instalações elétricas de baixa tensão das edificações e áreas de risco, atendendo às exigências do Decreto Estadual nº 56.819/11 – Regulamento de segurança, contra incêndio das edificações e áreas de risco do Estado de São Paulo. Tenhamos em mente que essa diretriz, ainda que ainda não seja obrigatória em outros Estados da Federação, oferece uma importante e relevante contribuição no caminho da segurança de instalações ao longo do ciclo de vida das edificações.
As premissas às quais se baseia esta instrução técnica são as seguintes:
- A instalação elétrica de baixa tensão a ser avaliada deve atender às prescrições da norma NBR 5410/04 e aos regulamentos das autoridades e das concessionárias de energia elétrica.
- A inspeção visual exigida pelo Corpo de Bombeiros nas instalações elétricas prediais de baixa tensão visa verificar a existência de medidas e dispositivos essenciais à proteção das pessoas e das instalações elétricas contra possíveis situações de choques elétricos e de risco de incêndio.
- A inspeção visual exigida pelo Corpo de Bombeiros nas instalações elétricas prediais de baixa tensão visa verificar a existência de medidas e dispositivos essenciais à proteção das pessoas e das instalações elétricas contra possíveis situações de choques elétricos e de risco de incêndio.
A inspeção visual nos termos desta Instrução Técnica não significa que a instalação atende a todas as prescrições normativas e legislações pertinentes, pelas próprias características dessa inspeção, que é parcial, mas como havíamos ressaltado no início deste capítulo, um projeto baseado nas prescrições das normas técnicas e realizado por profissional qualificado e habilitado para tal segundo:
⦁ Lei 5.194/66, que Regula o exercício das profissões de Engenheiro, Arquiteto e Engenheiro-Agrônomo, e dá outras providências;
⦁ Resolução Nº 218 do CONFEA, DE 29 DE JUNHO DE 1973, que Discrimina atividades das diferentes modalidades profissionais da Engenharia, Arquitetura e Agronomia, em especial Art. 8º - Compete ao ENGENHEIRO ELETRICISTA ou ao ENGENHEIRO ELETRICISTA, MODALIDADE ELETROTÉCNICA, no desempenho das atividades 01 a 18 do artigo 1º desta Resolução, referentes à geração, transmissão, distribuição e utilização da energia elétrica; equipamentos, materiais e máquinas elétricas; sistemas de medição e controle elétricos; seus serviços afins e correlatos.
⦁ Resolução Nº 262, DE 28 JUL 1979, que dispõe sobre as atribuições dos Técnicos de 2º grau, nas áreas da Engenharia, Arquitetura e Agronomia.
Esses profissionais, seguindo as normas técnicas, notadamente a NBR-5410, proverão todas as garantias operacionais necessárias para o atendimento à Instrução Técnica 41 para instalações novas. Entretanto, instalações antigas precisam de atualização, o que nos obriga a implementar acervo legal que permita “garimpar” de tempos em tempos, edificações em situação precária para que seus proprietários sejam obrigados a atualizar suas instalações e prover requisitos mínimos de segurança operacional e de manutenção.
- Cabe ao responsável técnico contratado a respectiva responsabilidade quanto ao projeto, à execução e à manutenção da instalação, conforme prescrições normativas e legislações pertinentes.
- Cabe ao proprietário ou ao responsável pelo uso do imóvel a manutenção e a utilização adequada das instalações elétricas.
A aplicação da Instrução Técnica nº 41 estende-se às edificações e áreas de risco que possuam sistemas elétricos de baixa tensão instalados quando da renovação do Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros (AVCB), as exigências dos requisitos abaixo devem ser atendidas:
- Nas linhas elétricas em que os cabos forem fixados diretamente em paredes ou tetos, só devem ser usados cabos unipolares ou multipolares. Os condutores isolados só são admitidos em condutos fechados, ou em perfilados, conforme norma NBR 5410/04. Em particular, nos locais com concentração de pessoas e afluência de público, onde as linhas elétricas são aparentes ou contidas em espaços de construção, os cabos elétricos e/ou os condutos elétricos devem ser não propagantes de chama, livres de halogênio e com baixa emissão de fumaça e gases tóxicos, conforme norma NBR 5410/04.
- Como regra geral, todos os circuitos devem dispor de dispositivos de proteção contra sobrecorrentes (sobrecarga e curto-circuito).
- As partes vivas acessíveis a pessoas que não sejam advertidas (BA4) ou qualificadas (BA5) devem estar isoladas e/ou protegidas por barreiras ou invólucros.
- Os componentes fixos, cujas superfícies externas possam atingir temperaturas suscetíveis de provocar incêndio nos materiais adjacentes, devem: ser montados sobre (ou envolvidos por) materiais que suportem tais temperaturas e sejam de baixa condutividade térmica; ou separados dos elementos construtivos da edificação por materiais que suportem tais temperaturas e sejam de baixa condutividade térmica; ou montados de modo a guardar afastamento suficiente de qualquer material cuja integridade possa ser prejudicada por tais temperaturas e garantir uma segura dissipação de calor, aliado à utilização de materiais de baixa condutividade térmica.
- Os quadros de distribuição devem ser instalados em locais de fácil acesso e serem providos de identificação do lado externo, legível e não facilmente removível. Além disso, conforme requisito da IT 20/11 – Sinalização de segurança, deve ser afixada, no lado externo dos quadros elétricos, sinalização de alerta abaixo.
Todos os componentes dos quadros devem ser identificados de tal forma que a correspondência entre os componentes e os respectivos circuitos possa ser prontamente reconhecida. Essa identificação deve ser legível, indelével, posicionada para evitar risco de confusão e corresponder à notação adotada no projeto.
- Os equipamentos destinados a operar em situações de incêndio, conforme o prescrito no Decreto Estadual nº 56.819/11 e respectivas Instruções Técnicas, devem ter seu funcionamento e desempenho elétrico assegurados pelo tempo necessário para:
a. a saída das pessoas;
b. a execução das operações de combate ao fogo e salvamento;
c. a proteção do meio ambiente e do patrimônio.
- Do ponto de vista documental, os requisitos desta IT, bem como os requisitos afins das Normas e Regulamentos específicos, devem ser observados pelos projetistas e constar dos projetos executivos de instalações elétricas prediais e de segurança contra incêndio, acompanhados das respectivas Anotações de Responsabilidade Técnica (ART). No projeto técnico de segurança contra incêndio, a ser apresentado ao Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São Paulo, deve constar, no quadro resumo das medidas de segurança, “Nota” esclarecendo o atendimento desta Instrução Técnica.
Finalmente, o técnico habilitado para tal, conforme legislação acima elencada, deverá apresentar o Anexo A, abaixo, preenchido e acompanhado da respectiva ART.
⦁ Geração de Energia Elétrica
De todas as formas de energia apresentadas nos capítulos anteriores, a grande maioria deles pode ser utilizada como fonte primária na geração de eletricidade, que deste ponto em diante, passa a ser a nossa exclusiva forma de energia de interesse. A eletricidade então, como todos sabemos, é a forma de energia mais versátil na sua utilização, pois quase tudo que utilizamos em nossas casas e escritórios é baseada na eletricidade como força motriz. Assim sendo, vamos nos basear na matriz energética brasileira para apresentação das diversas unidades geradoras, sistemas de transmissão, transformação e distribuição de eletricidade, além das demais matérias de interesse do tema.
⦁ Tipos de unidades geradoras
Basicamente, todas as unidades geradoras de eletricidade são construídas com o mesmo princípio. Este princípio é constituído na transformação de uma forma qualquer de energia, por exemplo, Carvão ou Diesel, ou Gás Natural numa termelétrica, combustível nuclear numa Usina Térmica Nuclear, ou mesmo a Energia Potencial, ou cinética da Água numa Usina Hidrelétrica; todas elas usam uma força que impulsiona um eixo, e neste eixo em rotação acopla-se um gerador elétrico que transforma essa energia cinética no eixo em eletricidade. Passemos à análise.
⦁ Geração Hidrelétrica com turbinas tipo Pelton
A turbina tipo Pelton é uma turbina hidráulica de ação, isto é, funciona à pressão atmosférica, inventada por Lester Allan Pelton na década de 1870. É constituída por uma roda e um ou mais injetores, cuja função é transformar a energia de pressão do escoamento em energia cinética, orientando esse mesmo escoamento para a roda. É mais adequada para grandes quedas úteis (entre os 350 m até 1100 m). Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores que as outras, e tem o rotor de característica bastante distintas. Os jatos de água provenientes dos injetores ao chocarem com as pás do rotor (em forma de dupla colher) geram o impulso que faz com que a roda se mova.
A turbina tipo Pelton é uma turbina hidráulica de ação, isto é, funciona à pressão atmosférica, inventada por Lester Allan Pelton na década de 1870. É constituída por uma roda e um ou mais injetores, cuja função é transformar a energia de pressão do escoamento em energia cinética, orientando esse mesmo escoamento para a roda. É mais adequada para grandes quedas úteis (entre os 350 m até 1100 m). Este modelo de turbina opera com velocidades de rotação maiores que as outras, e tem o rotor de característica bastante distintas. Os jatos de água provenientes dos injetores ao chocarem com as pás do rotor (em forma de dupla colher) geram o impulso que faz com que a roda se mova.
Um exemplo Paulista de aplicação de turbinas Pelton é a usina Henry Borden. O complexo Henry Borden, localizado no sopé da Serra do Mar, em Cubatão, é composto por duas usinas de alta queda (720 m), denominadas de Externa e Subterrânea, com 14 grupos de geradores acionados por turbinas Pelton, perfazendo uma capacidade instalada de 889MW, para uma vazão de 157m³/s. O fornecimento de água é feito mudando o curso natural das águas da bacia do alto Tietê, que corre para o interior, para descer a Serra do Mar. As águas do Rio Pinheiros, na cidade de São Paulo eram bombeadas para a Represa Billings que por sua vez desagua águas por túneis abertos na serra até a usina em Cubatão, Baixada Santista.
⦁ Geração Hidrelétrica com turbinas tipo Kaplan
A turbina Kaplan é uma turbina hidráulica. Inventada por Viktor Kaplan. É adequada para operar em quedas até 60m. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a turbina Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a um hélice). Um Servo motor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por dentro do eixo.
O acionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do distribuidor, corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor.
As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação. A Usina Hidrelétrica de Três Marias utiliza turbinas Kaplan.
A Usina Hidrelétrica de Três Marias foi inaugurada em 1962. A barragem, que tem 2.700 metros de comprimento e forma um reservatório de 21 bilhões de metros cúbicos de água, a 2.221 km acima da foz do rio, foi construída com recursos da Comissão do Vale do São Francisco - CVSF, é administrada pela Cemig, é considerada de grande importância para o Brasil. A energia gerada pela usina é entregue ao Sistema Interligado Nacional - SIN, sendo que a sua operação é coordenada pelo Operador Nacional do Sistema. Usina Hidrelétrica de Três Marias está localizada no Município de Três Marias (MG), tem altura máxima da barragem: 75m, Volume do reservatório: 19.528hm³, Unidades geradoras do tipo Kaplan são 6 e a potência total instalada é de 396MW.
⦁ Geração Hidrelétrica com turbinas tipo Francis
A turbina Francis é um tipo de turbina hidráulica com fluxo radial de fora para dentro, concebida por Jean-Victor Poncelet por volta de 1820 e aperfeiçoada pelo engenheiro norte-americano James Francis em 1849. Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular de secção decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas para um rotor central. A água atravessa a parede lateral do rotor, empurrando outro conjunto de pás fixas no mesmo, e sai pela base do rotor com pressão e velocidade muito reduzidas. A potência mecânica extraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo fixado na base oposta. As pás estáticas podem ser ajustáveis.
Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas por sua flexibilidade e eficiência. O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m de diâmetro. São usadas com quedas de água de 10 até 650 m, a velocidades de 80 a 1000 rpm; Sua potência varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina Francis bem projetada pode extrair até 90% da energia potencial da água. Em geral, turbinas de tamanho médio ou grande são instaladas com o eixo vertical.
A Usina hidrelétrica de Itaipu assim como a Usina hidrelétrica de Tucuruí, Usina Hidrelétrica de Furnas, Usina Hidrelétrica de Foz do Areia, AHE de Salto Pilão, Usina Xavantes e outras no Brasil funcionam com turbinas tipo Francis, com cerca de 100 m de queda de água.
A Usina Hidrelétrica de Itaipu é uma usina hidrelétrica binacional localizada no Rio Paraná, na fronteira entre o Brasil e o Paraguai. A barragem foi construída pelos dois países entre 1975 e 1982, período em que ambos eram governados por ditaduras militares. O nome Itaipu foi tirado de uma ilha que existia perto do local de construção.
A Itaipu Binacional, operadora da usina, é a líder mundial em produção de energia limpa e renovável, tendo produzido mais de 2,5 bilhões de megawatts-hora (MWh) desde o início de sua operação. A Hidrelétrica das Três Gargantas, na China, produziu cerca de 800 milhões de MWh desde o início de sua operação, com uma potência instalada 60% maior do que a de Itaipu (22.500 MW contra 14.000 MW). Em termos de recorde anual de produção de energia, a usina de Itaipu ocupa o primeiro lugar ao superar seu próprio recorde [9] que era de 98,6 milhões de MWh. Em 2016, a usina de Itaipu Binacional realizou um feito histórico ao produzir, em um único ano calendário, mais de 100 milhões de MWh de energia limpa e renovável. No total, em 2016, foram produzidos 103.098.366 MWh de energia.
O seu lago possui uma área de 1.350 km2, indo de Foz do Iguaçu, no Brasil e Ciudad del Este, no Paraguai, até Guaíra e Salto del Guairá, 150 km ao norte. Possuindo 20 unidades geradoras de 700 MW cada e projeto hidráulico de 118 m, Itaipu tem uma potência de geração (capacidade) de 14.000 MW. É um empreendimento binacional administrado por Brasil e Paraguai no rio Paraná na seção de fronteira entre os dois países, a 15 km ao norte da Ponte da Amizade. O comprimento total da barragem é 7.919 metros. A elevação da crista é de 225 metros. A barragem de Itaipu é constituída basicamente por seis seções: barragem lateral direita, barragem principal, estrutura de desvio, barragem de terra direita, barragem de enrocamento e barragem de terra esquerda.
A vazão máxima do vertedouro de Itaipu é de 62,2 mil metros cúbicos de água por segundo, o que corresponde a 40 vezes a vazão média das Cataratas do Iguaçu. A vazão de duas turbinas de Itaipu (700 m3 de água por segundo cada) corresponde aproximadamente à vazão média das Cataratas do Iguaçu (cerca de 1.500 m3 de água por segundo). O Brasil teria que queimar 536 mil barris de petróleo por dia para gerar em usinas termelétricas a potência de Itaipu. A barragem principal tem 196 metros de altura, o que é equivalente a um prédio de 65 andares.
As unidades geradoras de Itaipú são 20, sendo dez na frequência da rede elétrica paraguaia (50Hz) e dez na frequência da rede elétrica brasileira (60 Hz). As unidades de 50 Hz têm potência nominal de 823,6 MVA, fator de potência de 0,85 e peso de 3.343 toneladas. As unidades de 60 Hz têm potência nominal de 737,0 MVA, fator de potência de 0,95 e peso de 3.242 toneladas. Todas as unidades têm tensão nominal de 18 kV.
As turbinas são do tipo francis, com potência nominal de 715 MW e vazão nominal de 690 m3 por segundo.
Subestação: blindada em gás de hexafluoreto de enxofre (SF6), que permite uma grande compactação do projeto. Para cada grupo gerador existe um banco de transformadores monofásicos, elevando a tensão de 18 kV para 500 kV.
⦁ Geração Termelétrica – turbina a vapor
Usina termelétrica ou central termelétrica é uma instalação industrial usada para geração de energia elétrica a partir da energia liberada por qualquer produto que possa gerar calor, como bagaço de diversos tipos de plantas, restos de madeira, óleo combustível, óleo diesel, gás natural, urânio enriquecido e carvão natural. Assim como na energia hidrelétrica, em que um gerador, impulsionado pela água, gira, transformando a energia potencial em energia elétrica, nas termelétricas a fonte de calor aquece uma caldeira com água, gerando vapor d'água em alta pressão, e o vapor move as pás da turbina do gerador.
Turbina a vapor é uma máquina térmica que aproveita a energia térmica do vapor sob pressão, gerado por uma caldeira, convertendo-a em trabalho mecânico útil através de uma transformação de dilatação térmica. Por exemplo, quando a turbina é acoplada a um gerador, obtém-se a transformação da energia mecânica em energia elétrica.
A turbina a vapor, graças à maior eficiência térmica e à melhor relação peso-potência, substituiu completamente o motor a vapor, que foi um motor alternativo inventado por Thomas Newcomen e depois melhorado significativamente por James Watt. Do ponto de vista termodinâmico, a eficiência máxima ocorre quando a expansão a vapor é um processo ideal (transformação reversível) no qual a pressão do vapor diminui, tornando-se trabalho mecânico, em um número infinito de etapas. A máquina alternativa de Watt era de estágio único e os refinamentos subsequentes usavam no máximo dois ou três estágios (expansão dupla e tripla). Em vez disso, as modernas turbinas a vapor alcançam alta eficiência térmica graças à presença de um maior número de estágios em série.
As turbinas a vapor são caras e exigem processos de fabricação avançados e materiais de alta qualidade. Além disso, têm alta eficiência ao operar a velocidades de milhares de RPM (Rotações por Minuto), portanto, se a carga for girar em velocidades menores, é necessária uma caixa de câmbio. Se a potência instalada for alta, no entanto, os altos custos de investimento são compensados pelo fato de que a turbina a vapor consome menos combustível, requer menos manutenção e é menor em tamanho em comparação com um motor alternativo de igual potência.
As turbinas a vapor podem ser usadas na geração de eletricidade, acopladas a geradores, muitas vezes sem a necessidade de caixas de engrenagens. Neste caso, eles operam em regimes ideais, pois os geradores têm que girar a uma velocidade constante (3000 RPM para redes de 50 Hz e 3600 RPM para redes de 60 Hz - em alguns casos, especialmente em usinas nucleares, usam-se geradores de 4 polos que giram na metade da velocidade). Além disso, a turbina a vapor, sendo uma máquina rotativa, é vantajosa como motor de um gerador elétrico, uma vez que não requer nenhum membro mecânico que transforme o movimento alternativo em rotativo.
⦁ Geração Termelétrica – turbina a gás de ciclo combinado
O termo turbina a gás é mais comumente empregado em referência a um conjunto de três equipamentos: compressor, câmara de combustão e turbina propriamente dita. Esta configuração forma um ciclo termodinâmico a gás, cujo modelo ideal denomina-se Ciclo Brayton, concebido por George Brayton em 1870. Este conjunto opera em um ciclo aberto, ou seja, o fluido de trabalho (ar) é admitido na pressão atmosférica e os gases de escape, após passarem pela turbina, são descarregados de volta na atmosfera sem que retornem à admissão. A denominação turbina a gás pode ser erroneamente associada ao combustível utilizado. A palavra gás não se refere à queima de gases combustíveis, mas, sim ao fluido de trabalho da turbina, que é neste caso a mistura de gases resultante da combustão. O combustível em si pode ser gasoso, como gás natural, gás liquefeito de petróleo (GLP), gás de síntese ou líquido, como querosene, óleo diesel e até mesmo óleos mais pesados.
O ciclo Brayton é um ciclo ideal, uma aproximação dos processos térmicos que ocorrem nas turbinas a gás, descrevendo variações de estado (pressão e temperatura) dos gases. O conceito é utilizado como base didática e para análise dos ciclos reais, que se desviam do modelo ideal, devido a limitações tecnológicas e fenômenos de irreversibilidade, como o atrito. O ciclo é constituído de quatro etapas. Primeiramente, o ar em condição ambiente passa pelo compressor, onde ocorre compressão adiabática e isentrópica, com aumento de temperatura e consequente aumento de entalpia. Comprimido, o ar é direcionado às câmaras, onde mistura-se com o combustível possibilitando queima e aquecimento, à pressão constante. Ao sair da câmara de combustão, os gases, à alta pressão e temperatura, se expandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variação de entropia. Na medida em que o fluido exerce trabalho sobre as palhetas, reduzem-se a pressão e temperatura dos gases, gerando-se potência mecânica. A potência extraída através do eixo da turbina é usada para acionar o compressor e eventualmente para acionar outra máquina. A quarta etapa não ocorre fisicamente, se tratando de um ciclo termodinâmico aberto. Conceitualmente, esta etapa representa a transferência de calor do fluido para o ambiente.
Desta forma, mesmo se tratando de um ciclo aberto, parte da energia proveniente da combustão é rejeitada sob a forma de calor, contido nos gases quentes de escape. A rejeição de calor é um limite físico, intrínseco ao funcionamento de ciclos termodinâmicos, mesmo nos casos ideais, como define a segunda lei da termodinâmica.
A perda de ciclo ideal pode ser quantificada pela potência proveniente do combustível, descontando-se a potência de acionamento do compressor e a potência líquida. Assim, diminui-se a perda à medida que se reduz a temperatura de escape e se eleva a temperatura de entrada da turbina, o que faz da resistência, a altas temperaturas, das partes da turbina um ponto extremamente crítico na tecnologia de construção destes equipamentos.
⦁ Geração elétrica – Geradores
Gerador é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica em energia elétrica. Um dos tipos mais importantes de máquinas elétricas rotativas é o Gerador Síncrono, que é capaz de converter energia mecânica em elétrica quando operada como gerador e energia elétrica em mecânica quando operada como motor. Os Geradores Síncronos são utilizados na grande maioria das Centrais Hidrelétricas e Termoelétricas.
O nome Síncrono se deve ao fato de esta máquina operar com uma velocidade de rotação constante sincronizada com a frequência da tensão elétrica alternada aplicada aos terminais da mesma, ou seja, devido ao movimento igual de rotação, entre o campo girante e o rotor é chamado de máquina síncrona (sincronismo entre campo do estator e rotor).
Basicamente, um gerador síncrono é constituído por 2 partes, que são Rotor e estator.
O Rotor (Campo) corresponde à parte girante da máquina, pode ser constituído por um pacote de lâminas de um material ferromagnético envolto em um enrolamento constituído de condutores de cobre designado como enrolamento de campo, que tem como função produzir um campo magnético constante assim como no caso do gerador de corrente contínua para interagir com o campo produzido pelo enrolamento do estator. A tensão aplicada nesse enrolamento é contínua e a intensidade da corrente suportada por esse enrolamento é muito menor que o enrolamento do estator, além disso o rotor pode conter dois ou mais enrolamentos, sempre em número par e todos conectados em série sendo que cada enrolamento será responsável pela produção de um dos pólos do eletroímã. Em algumas máquinas síncronas, o rotor pode ser constituído por um imã permanente no lugar de um eletroímã, sendo neste caso denominado máquina síncrona de imã permanente.
A segunda parte relevante de um gerador síncrono é o estator, também conhecido como Armadura, que corresponde à parte fixa da máquina, montada em volta do rotor de forma que o mesmo possa girar no seu interior, também constituído por um pacote de lâminas de um material ferromagnético envolto num conjunto de enrolamentos distribuídos ao longo da sua circunferência e posicionados em ranhuras. Os enrolamentos do estator são alimentados por um sistema de tensões alternadas trifásicas. Pelo estator circula toda a energia elétrica gerada, sendo que tanto a tensão quanto a corrente elétrica que circulam são bastante elevadas em relação ao campo (rotor), que tem como função apenas produzir um campo magnético para "excitar" a máquina de forma que seja possível a indução de tensões nos terminais dos enrolamentos do estator.
O princípio de funcionamento de um gerador síncrono consiste em a máquina ativa no sistema elétrico somente se houver uma fonte primária de energia mecânica em seu eixo. Ao operar como gerador, a energia mecânica é fornecida à máquina pela aplicação de um torque e pela rotação do eixo/veio da mesma, a fonte de energia mecânica pode ser, por exemplo, uma turbina hidráulica, a gás ou a vapor. Uma vez estando o gerador ligado à rede elétrica, a tensão aos seus terminais é ditada pela frequência de rotação e pelo número de polos: a frequência da tensão trifásica da máquina. Para que a máquina síncrona seja capaz de efetivamente converter a energia mecânica aplicada no seu eixo/veio, é necessário que o enrolamento de campo localizado no rotor da máquina seja alimentado por uma fonte de tensão contínua de forma que, ao girar, o campo magnético gerado pelos pólos do rotor tenha um movimento relativo aos condutores dos enrolamentos do estator.
Devido a esse movimento relativo entre o campo magnético dos polos do rotor, a intensidade do campo magnético que atravessa os enrolamentos do estator irá variar no tempo, e assim teremos, pela lei de Faraday, uma indução de tensões aos terminais dos enrolamentos do estator. Devido à distribuição e disposição espacial do conjunto de enrolamentos do estator, as tensões induzidas aos seus terminais serão alternadas senoidais trifásicas. A corrente elétrica utilizada para alimentar o campo (enrolamento do rotor) é denominada corrente de excitação. Quando o gerador está funcionando de forma isolada de um sistema elétrico, ou seja, o sistema estará sendo alimentado exclusivamente pelo gerador síncrono, a forma de onda e a frequência da tensão deste sistema "isolado" serão ditados pelo gerador e a excitação do campo irá controlar diretamente a tensão elétrica gerada. Quando o gerador está conectado a um sistema/rede elétrica que possui diversos geradores interligados, a excitação do campo irá controlar a potência reativa que a máquina vai entregar ao sistema podendo eventualmente controlar indiretamente a tensão local.
Contínua no próximo capítulo, até lá!
Bibliografia
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