Objetivo

Esse trabalho tem como objetivo ampliar nossos conhecimentos sobre o assunto de eletricidade, cada aluno apresentará mais afundo sobre os seguintes tópicos:

Usinas geradoras de energia elétrica (Frederico Aguiar)

Transmissão de energia elétrica (Frederico Aguiar)

Transformadores elétricos (Ludimille Basilato)

Voltagem de pico e voltagem eficaz (Gabriela Cristina)

Efeito Joule (José Carlos)

Efeito corona (José Carlos)

Projeto, construção e manutenção das linhas de transmissão (Hellen)

Subestações (Breno Nunes)

Introdução

Eletricidade

A eletricidade é um fenômeno físico originado por cargas elétricas estáticas, ou em movimento, e por sua interação. Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também campos magnéticos.

Há dois tipos de cargas elétricas: positivas e negativas. As cargas de nome igual (mesmo sinal) se repelem e as de nomes distintos (sinais diferentes) se atraem.

A eletricidade se origina da interação de certos tipos de partículas sub-atômicas. A partícula mais leve que leva carga elétrica é o elétron, que -- assim como a partícula de carga elétrica inversa à do elétron, o próton, transporta a unidade fundamental de carga. Cargas elétricas de valor menor são tidas como existentes em sub-partículas atômicas, como os quarks.

Os átomos, em circunstâncias normais, contêm elétrons, e, frequentemente, os que estão mais afastados do núcleo se desprendem com muita facilidade. Em algumas substâncias, como os metais, proliferam-se os elétrons livres. Dessa maneira, um corpo fica carregado eletricamente graças à reordenação dos elétrons.

I. Usinas geradoras de energia elétrica

· Usina eólica

A energia eólica é a energia que provém do vento. O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente ou relativo a Éolo, deus dos ventos na mitologia grega e, portanto, pertencente ou relativo ao vento.

Funcionamento:

Converte a energia eólica dos ventos em energia cinética na turbina.

Converte a energia cinética da turbina em energia elétrica no gerador.

Vantagens

Desenvolvimento de tecnologia própria.

Utilização de insumo energético natural, não-poluente e renovável

(ventos).

Possibilidade de implantação mais próxima do mercado consumidor.

Desvantagens

Altíssimo custo de implantação.

Necessidade de situação geográfica favorável (ventos intensos e

constantes), que reduzem a quantidade de locais de implantação.

· Usina hidrelétrica

Uma usina hidrelétrica ou central hidroeléctrica é um complexo arquitetônico, um conjunto de obras e de equipamentos, que tem por finalidade produzir energia elétrica através do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio.

Funcionamento

Converte a energia potencial da água represada em energia

cinética (da água).

Converte a energia cinética da água em energia cinética na turbina.

Converte a energia cinética da turbina em energia elétrica no gerador.

Vantagens

Utilização de insumo energético natural, renovável e não-poluente

(água).

Uso de tecnologia própria.

Grande potencial hidrelétrico em nosso país.

Desvantagens

Grande distanciamento entre a usina e os principais centros

consumidores.

Profundas alterações ambientais (climáticas) produzidas pelo

armazenamento de grandes massas de água.

Deslocamento e, até, extinção de populações animais e vegetais, em

função do desapropriamento e da inundação de grandes áreas de terra.

Possibilidade de destruição de sítios arqueológicos, etc.

· Usina termoelétrica

Central Termoeléctrica ou Usina Termoelétrica ou Usina Termelétrica é uma instalação industrial usada para geração de energia elétrica/eletricidade a partir da energia liberada em forma de calor, normalmente por meio da combustão de algum tipo de combustível renovável ou não renovável. Outras formas de geração de eletricidade são energia solar, energia eólica ou hidreletrica.

Funcionamento

Converte a energia térmica gerada pela queima de combustível em

energia cinética do vapor d’água em movimento.

Converte a energia cinética do vapor d’água em energia cinética na

turbina.

Converte a energia cinética da turbina em energia elétrica no gerador.

Vantagens

Baixo custo de implantação (comparados aos custos de usinas

hidrelétricas e nucleares).

Uso de tecnologia própria.

Possibilidade de implantação mais próxima do mercado consumidor.

Desvantagens

Utilização, na maioria das vezes, de combustíveis fósseis nãorenováveis. Elevadíssimos índices de poluição ambiental.

· Usina Nuclear

Transformar energia nuclear (gerada pela queima de combustível

nuclear) em energia elétrica.

Funcionamento

Converte a energia nuclear, liberada pela “queima” do combustível

nuclear, em energia térmica.

Converte a energia térmica em energia cinética do vapor d’água em

movimento.

Converte a energia cinética do vapor d’água em energia cinética na

turbina.

Converte a energia cinética da turbina em energia elétrica no gerador.

Vantagens

Desenvolvimento de tecnologia própria.

Utilização do potencial nuclear brasileiro, pois temos considerável

reserva de urânio em solo nacional.

Possibilidade de implantação mais próxima do mercado consumidor.

Desvantagens

Altíssimo custo de implantação.

Possibilidade de acidente nuclear.

II. Transmissão de energia elétrica

Basicamente está constituída por linhas de condutores destinados a transportar

a energia elétrica desde a fase de geração até a fase de distribuição, abrangendo processos de elevação e rebaixamento de tensão elétrica, realizados em subestações próximas aos centros de consumo. Essa energia é transmitida em corrente alternada em elevadas tensões. Os elevados potenciais de transmissão se justificam para evitar as perdas por aquecimento e redução no custo de condutores e métodos de transmissão da energia, com o

emprego de cabos com menor bitola ao longo das imensas extensões a serem transpostas, que ligam os geradores aos centros consumidores.

Componentes de um sistema de transmissão:

Torres

Para linhas aéreas, é necessário erguer os cabos a uma distância segura do solo, de forma a evitar contato elétrico com pessoas, vegetação e veículos que eventualmente atravessem a região. As torres devem suportar os cabos em condições extremas, determinadas basicamente pelo tipo de cabo, regime de ventos da região, terremotos, entre outros eventos.

Isoladores

Os cabos devem ser suportados pelas torres através de isoladores, evitando a dissipação da energia através da estrutura. Estes suportes devem garantir a rigidez dielétrica e suportar o peso dos cabos. Em geral são constituídos de cerâmica, vidro ou polímeros.

Subestações

As linhas de transmissão são conectadas às subestações, que dispõe de mecanismos de manobra e controle, de forma a reduzir os transitórios que podem ocorrer durante a operação das linhas.

III. Transformador

Os transformadores são dispositivos ou máquinas estáticas capazes de aumentar ou diminuir uma tensão elétrica e conseqüentemente uma corrente elétrica circulante através das suas espiras energizadas (bobinas ou enrolamentos) que são denominados por primário e secundário e ligadas a um núcleo central de grande massa.

Funcionamento

Ao ligar o enrolamento primário em uma fonte de tensão, bateria, por exemplo, acontecerá que a diferença de potencial fará com que uma corrente alternada circule pelas espiras desse enrolamento.

Surgirá um campo magnético no interior dessa bobina, o qual, por sua vez, fará com que o núcleo de ferro seja imantado, ou seja, se torne um ímã.

As linhas de indução do campo magnético que surgem na bobina primária passam também para a bobina secundária, surgindo, por conseqüência, um fluxo magnético nas espiras do enrolamento secundário.

Dessa forma aparecerá uma tensão entre os terminais na bobina secundária.

TRANSFORMADORES

FABRICAÇÃO

É formado por uma peça de ferro, chamada de núcleo do transformador, que entorno dele fica enrolado duas bobinas, separadas uma da outra.

Em uma dessas duas bobinas aplica-se a diferença de potencial que se quer aumentar ou diminuir.

A bobina que recebe essa tensão é chamada de enrolamento primário do transformador. Após ser transformada, a tensão vai para a segunda bobina chamada de enrolamento secundário do transformador

FIO NEUTRO (Terra) X FIO FASE (Vivo)

A rede elétrica que temos em casa é normalmente formada por esses dois fios.o fio neutro que possui potencial zero e o fio fase por onde a tensão elétrica é transmitida.

Como haverá diferença de potencial vai haver tensão elétrica.Na rede elétrica a tensão é alternada ,já que o potencial elétrico do fio fase é uma forma de onda senoidal,isto é varia ao longo do tempo.

IV. Voltagem de pico e voltagem eficaz

A voltagem que recebemos em nossas residências, é proveniente do transformador de rua, é uma voltagem alternada, isto é, o seu sentido é invertido periodicamente, como mostra o gráfico a seguir.

Como já dissemos, estas inversões de sentido são muito rápidas, pois sua frequência é de 60 hertz, isto é, a voltagem muda de sentido 120 vezes por segundo.
Vemos pelo gráfico, que a voltagem não é constante, como acontece com uma corrente contínua. O seu valor varia rapidamente: passa por um valor máximo, decresce, chega a zero, inverte de sentido, atinge um valor igual ao valor máximo, porém sem sentido contrário, torna a se anular e assim sucessivamente. O valor máximo atingido pela voltagem alternada é denominado valor de pico e, para o caso mostrado na fig, este valor é de 154 V. Entretanto, quando fornecemos o valor de uma voltagem alternada, estamos normalmente nos referindo não à voltagem de pico, mas a uma quantidade denominada valor eficaz da voltagem.

Este valor eficaz seria o valor de uma voltagem constante (contínua) que dissipasse, durante o tempo de um período, em que uma resistência R, a mesma energia térmica que é dissipada em R pela voltagem alternada, durante o mesmo intervalo de tempo. Pode-se mostrar que entre a voltagem eficaz e a voltagem de pico existe seguinte relação:

Então, para o gráfico temos:

V. O Efeito Joule

Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre uma transformação de Energia Elétrica em Energia Térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor, parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo aumentando seu estado de agitação, conseqüentemente sua temperatura. Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor).

A descoberta da relação entre eletricidade e calor trouxe ao homem vários benefícios. Muitos aparelhos que utilizamos no nosso dia-a-dia têm seus funcionamentos baseados no Efeito Joule alguns exemplos são: torradeira e ferro elétrico

O Chuveiro também é um exemplo e O funcionamento desse aparelho ocorre de forma bem simples. O chuveiro é composto de dois resistores, que é um fio espiralado feito de metais que possibilitam um aquecimento rápido e prático, um de alta potência e outro de baixa potência de aquecimento, e um diafragma de borracha. Os resistores ficam fixados no interior do chuveiro. Para selecionar o tipo de banho que se deseja tomar, existe na sua parte exterior uma chave seletora que é capaz de mudar o tipo de resistência, aumentando ou diminuindo a potência do chuveiro e, consequentemente, a temperatura do banho.

A água ao circular pelo chuveiro pressiona o diafragma de borracha, este por sua vez aproxima os contatos da resistência aos contatos energizados, situados no cabeçote do aparelho. Assim, a água ao passar pelos terminais do resistor quente se aquece, tornando o banho bem quentinho e agradável.

VI. Efeito Corona

O efeito Corona é também conhecido como fogo de Santelmo. O efeito corona é um fenômeno relativamente comum em linhas de transmissão com sobrecarga. Devido ao campo elétrico muito intenso nas vizinhanças dos condutores, as partículas de ar que os envolvem tornam-se ionizadas e, como consequência, emitem luz quando da recombinação dos íons e dos elétrons. O nome Fogo de Santelmo vem de Santo Elmo, padroeiro dos marinheiros, e surgiu quando antigos marinheiros observavam navios com os mastros envolvidos por uma tênue luz. A superstição cuidou de transformar esse fenômeno em aparição divina. Posteriormente, porém, observou-se que tal aparição ocorria principalmente nas regiões tropicais, em condições que precediam tempestades. As nuvens eletrizadas induziam cargas nas pontas dos mastros, produzindo o efeito corona.

VII. Projeto, Construção e manutenção das linhas de Transmissão

Construção de Linhas de Transmissão:

• Desenvolvimento em campo de estudos de viabilidade, relatórios de impacto

do meio ambiente e projetos;

• Desmatamentos e desflorestamentos;

• Escavações e fundações civis;

• Montagem das estruturas metálicas;

• Distribuição e posicionamento de bobinas em campo;

• Lançamento de cabos (condutores elétricos);

• Instalação de acessórios (isoladores, pára-raios);

• Tensionamento e fixação de cabos;

• Ensaios e testes elétricos.

Salientamos que essas atividades de construção são sempre realizadas com os

circuitos desenergizados, via de regra, destinadas à ampliação ou em substituição

a linhas já existentes, que normalmente estão energizadas. Dessa forma é

muito importante a adoção de procedimentos e medidas adequadas de segurança,

tais como: seccionamento, aterramento elétrico, equipotencialização de

todos os equipamentos e cabos, dentre outros que assegurem a execução doserviço com a linha desenergizada (energizada).

Inspeção de Linhas de Transmissão

Neste processo são verificados: o estado da estrutura e seus elementos, a altura

dos cabos elétricos, condições da faixa de servidão e a área ao longo da extensão

da linha de domínio. As inspeções são realizadas periodicamente por terra

ou por helicóptero.

Manutenção de Linhas de Transmissão

• Substituição e manutenção de isoladores (dispositivo constituído de uma

série de “discos”, cujo objetivo é isolar a energia elétrica da estrutura);

• Limpeza de isoladores;

• Substituição de elementos pára-raios;

• Substituição e manutenção de elementos das torres e estruturas;

• Manutenção dos elementos sinalizadores dos cabos;

• Desmatamento e limpeza de faixa de servidão, etc.

VIII. Subestação

Uma Subestação é uma instalação elétrica de alta potência, contendo equipamentos para transmissão, distribuição, proteção e controle de energia elétrica.
Funciona como ponto de controle e transferência em um sistema de transmissão elétrica, direcionando e controlando o fluxo energético, transformando os níveis de tensão e funcionando como pontos de entrega para consumidores industriais.
Durante o percurso entre as usinas e as cidades, a eletricidade passa por diversas subestações, onde aparelhos chamados transformadores aumentam ou diminuem a sua tensão. Ao elevar a tensão elétrica no início da transmissão, os transformadores evitam a perda excessiva de energia ao longo do caminho. Já ao rebaixarem a tensão elétrica perto dos centros urbanos, permitem a distribuição da energia por toda a cidade.
Apesar de mais baixa, a tensão utilizada nas redes de distribuição ainda não está adequada para o consumo residencial imediato. A instalação de transformadores menores, instalados nos postes das ruas para reduzir ainda mais a tensão que vai diretamente para as residências, comércios e outros locais de consumo.
É importante lembrar que o fornecimento de energia elétrica no Brasil é feito por meio de um grande e complexo sistema de subestações e linhas de transmissão, interligadas às várias usinas de diversas empresas. Assim, uma cidade não recebe energia de uma única usina, e sim com a energia gerada por diversas usinas hidrelétricas, termelétricas e até nucleares, dependendo da região