Sistemas Elétricos de Potência PDF

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CAMPUS VITÓRIA
Avenida Vitória, 1729- Jucutuquara- 29040-780 - Vitóna - ES
27 3331-211 0
Sistemas Elétricos de
Potência 11
Eletrotécnica
\S(l-lfev-1!~-:'1)1:'1
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CAMPUS VITÓRIA
Avenida Vitória, 1729- Jucutuquara- 29040"780- V1tória- ES
27 3331-2110
Sistemas Elétricos de
Potência 11
..
Vitória- ES, 2013.

Centro Federal de Educação
Tscnolilgica do Espírito Santo
1. Conceituação Básica
Função do Sistema elétrico de potência
Geração de energia
Linhas de transmissão
Distribuição de energia elétrica
2. Geração de Energia Elétrica

Energia hídrica
Energia térmica
Energia nuclear
Energia eólica
Energia solar ou fotovoltaica
Energia maremotriz
Biomassa
Gás natural
Energia geotérmica
Célula combustível
Trabalho
3. Linhas de Transmissão
Tensões de transmissão- Padronização
Materiais utilizados
Cabos condutores
Isoladores e ferramentas
Ferragens e acessórios
Estruturas das linhas de transmissão
Disposição dos condutores
Dimensões das estruturas
Classificação das estruturas
Cabos pára-raios
Escolha do traçado
Projeto
4. Características de Transmissão de Energia em Corrente alternada e Corrente

contínua
5. Condutância de Dispersão e Efeito Carona

Perdas nos isoladores
Efeito Carona
Formação dos eflúvios de carona
Previsão do desempenho das linhas quanto à formação de carona
.~.
Gradiente de potencial na superficie dos condutores
Análise quantitativa das manifestações do efeito carona
Radiointerferência
Ruídos acústicos
Perdas de energia por carona
C'E- f?-'E-
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Centro Federa! de Educação

Ministério 11:.~
Teanológica do Espírito Santo da Educação UM PAfS OE 1'0'005
"<>VER~<> >U>EoM
6. Linhas de Distribuição
Estudo das cargas elétricas
Introdução
Classificação das cargas
Curvas de carga (Diagrama de Cargas)
Modelos de cargas elétricas
Composição de cargas
Dimensionamento de uma linha de distribuição
Escolha do traçado
Prqjeto
7. Redes de Distribuição
Iluminação pública
Dimensionamento de uma RD
Apresentação e análise de projeto de uma RD
Ministério
da
...
O M ''P
1. Conceituação Básica
a) Rede de Distribuição
b) Rede de Sub-transmissão
c) Rede de Transmissão
d) Linhas de Interligação
e) Geração ou Produção
1.1 Função do Sistema Elétrico de Potência
lntegraçüo dos Sistemas Regionais
a) Possibilidades de intercâmbio de energia entre os diversos sistemas de acordo

com as disponibilidades e necessidades diferenciadas. O excesso de energia
disponível em um dos sistemas em certas ocasiões é absorvido por outro que se
encontra temporariamente com escassez que a devolverá em seguida. quando
inverte a situação de disponibilidade hídrica.
b) Possibilidade de construção de centrais maiores e mais eficientes e
economicamente mais viáveis em cada sistema isoladamente.
c) Aumento de capacidade de reserva global das instalações de geração para casos
de acidentes em alguma central dos sistemas componentes.
d) Aumento da confiabilidade de abastecimento em situações anormais eu de
emergência.
e) Possibilidade de um despacho de carga única e mais eficiente com alto grau de
automatização e otimização.
f) Possibilidade de manutenção de um órgão de alta categoria. em conjunto de
rateio de despesas. e conseqüentemente menor incidência sobre os custos de
cada sistema.
A. Linhas de Transmissão
São linhas que operam com as tensões mais elevadas do sistema, tendo como funcão
principal o transporte de energia entre os centros de produção e centros de consumo.
como também a interligação de centros de produção e mesmo sistemas independentes.
Em geral. são terminadas em subestações abaixadoras regionais onde a tensão é
reduzida a nível para o início da distribuição a granel pelas linhas de sub-transmissão.
Em um mesmo sistema pode haver. e em geral há, linhas de transmissão em dois ou
mais níveis de tensão.
B. Linhas de Sub-Transmisscio
Normalmente operam em tensões inferiores àquelas dos sistemas de transmissão, não

sendo no entanto incomum operarem com uma tensão também existente nestes. Sua
função é a distri~uição a granel da energia transportada pelas linhas de transmissão.
Nascem nos barramentos das subestações abaixadoras locais. Das subestações regionais
saem diversas linhas de sub-transmissão tomando. rumos diversos. Em um sistema é
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo

11 .. - .·
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Ministério ll
Tecnológica do Espírito Santo da Educação UM P:P.t-S 'DE,TODOS
GOVHNO . . D.OAC
possível também haver dois ou mais níveis de tensão de sub-transmissão. como ainda
um sub-nível de sub-transmissão.
C. Linhas de Distribuição Primária
São linhas de tensão suficientemente baixas para ocuparem vias públicas e

suficientemente elevadas para assegurarem boa regulação, mesmo para potências
razoáveis. Às vezes desempenham o papel de linhas de sub-transmissão em pontas de
sistemas.
D. Linhas de Distribuiçlío Secundárias
Operam com as tensões mais baixas do sistema e em geral seu comprimento não excede
200 a 300 metros. Sua tensão é apropriada para uso direto em máquinas, aparelhos e
lâmpadas. No Brasil estão em uso sistemas de 2201127 v (fase-tàse e fase-neutro) e
380/220 v, deriváveis de sistemas trifásicos com neutro. e o sistema 220/11 O v derivável
de sistema monofásico.
o--H H ~
~ ~---§
-
138KV 13.8 KV
'30KV
200 MW ~ 40MW
69KV- IOMW
69KV- IOMW
Transmissão Sub transmissão Sub transmissão
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espirito Santo 2

Ministério
da Educação
B:
UM PA
2. Geração de Energia Elétrica
Fontes de Energia
De todas as diferentes formas de energia (as principais forças que a originam e as suas
energias derivadas). a energia é geralmente classificada segundo as suas fontes.
Utilizando a acepção mais comum - energia como capacidade de produzir trabalho -
pode-se distinguir três grupos de fontes de energia. Conforme tabela abaixo.
Fontes Geradoras de Energia
Convencionais Não Convencionais Exóticas

I ou Alternativas
Petróleo Marés Energia solar (produzida
Gás Natural Ventos no interior do Sol)
Carvão Ondas Calor dos oceanos
Hidroeletricidade '
Xisto Fusão nuclear
Biomassa Geoté1111ica
Fissão nuclear
Solar (produção de calor e/ou
eletricidade)
Características das Principais Fontes Geradoras de Energia
Fonte Obtenção Usos Vantagens Desvantagens

Matéria resultante de Produção de Domínio da I~ um recurso csgotávcl.
transformações energia elétrica. tecnologia para Libera dióxido de carbono na
químic~s de fósseis Matéria-pr'1ma da exploração c retino. atmosfera. poluindo o
animais e Ycgetais. gasolina c do diesel Facilidade de ambiente c colaborando para
Petróleo Extraído em rescn·as c de outros transporte c o aumento da temperatura.
marítimas ou produtos como distribuição.
continentais. plástico, borracha
sintética. ceras.
:tintas. gás e asfalto.
Ocorre na natureza- ÃquCdmento: com -Pode ser utiffzado- ~Tt1m rccmso esgotá\ c! A
associado ou não ao busth·el para nas fOrmas gasosa e construção de gasodutos c
petróleo. A pressão nas gcraçào ele líquida: existe um mctanciros (na\'ios especiais)
rcsen as impulsiona o eletricidade, grande número de para o transporte e
Gás Natural gás para a supcrficic, \·eículos. caldeiras reseJYas. distribuiç\to requer ~!tos
onde é coletado em e JOmos: matéria- in\'cstimcntos.
tubulações. prima de deriYados !nllucncia na fOrmação de
do petróleo. chu\'a ácida e na alteração
climática.
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 3

Ministério
da ·=~
.\UI' PAfS DE t>OD·O:$
G~VUNO I'.PERM
Fonte Obtenção Usos Vantagens Desvantagens

Reatores nucleares Produção de cm:rgia As usinas Não há tecnologia para
produzem energia elétrica, Fabl"icação podem ser tratar o lixo nuclear. A
térmica por tissão de bombas instaladas em construção dessas usinas é
(quebra) de átomos de atômicas. locais próximos cam e demorada. l-lá riscos
urânio. A energia aos centros de de contaminação nuclear.
J'l."uclear
produzida aciona um consumo. Não
gerador elétrico. emite poluentes
que influem
sobre o efeito
estufa.
Ã cilergia iibÚada pela Produção de energia Não emite Inundação de grandes
queda de grande elétrica. poluentes. A áreas. deslocamento de
quantidade de água produção é populações. A construção
Hidroeletl'icidade
represada mo\"e uma controlada. Não dessas usinas também é
turbina que aciona um influencia no cara e demorada.
gerador elétrico. etE:ito estufa.
)\..Jâtcria que resulta das Produção de energia Domínio da Influencia na formação da
trans!Ormações químicas elétrica. tecnologia de chu\·a ácida devido à
de grandes llorestas Aquecimento. aproveitamento. liberação de poluentes
Carvão mineral sotemtdas. Extraído em Matéria-prima de Facilidade de como dióxido de carbono
minas subterrrâneas ou a ferti!izuntes. transporte e (C02) e enxofre (S02) c
céu dcscobet1o em bacias distribuição. óxidos de nitrogênio
sedimentares.
--· -
durante a combustão.
O mm imento dos \'cntos Produção de energia Grande Exige investimentos para
é captado por hélices elétrica. potencial para transmissão da energiu
ligadas a uma turbina que Mo\'imentação de geração de gerada. Produz poluição
aciona um gerador moinhos. energia elétrica. sonora. Interfere nas
Eólica elétrico. Não influi no transmissões de rádio e
efeito estutà. TV.
Não ocupa áreas
de produção
agrícola.
Lâminas ou painéis Produção de energia Não é poluente. Exige investimentos
recobertos com material elétrica.. Não int1ui no iniciais de relativa monta
semicondutor capturam a Aquecimento. efeito estutà. para o seu aproveitamento.
luminosidade recebida do Não precisa de
Solar
Sol pam gerar cotTente turbinas ou
elétrica. geradores para u
produção de
enere.ia elétrica.
A matéria orgânica é Aquecimento. E fonte Exige inYestimentos
decomposta em caldeiras Produção de energia renovável. Sua iniciais para o seu
ou em biodigestores. O elétrica .. Produção ação sobre o aproveitamento.
processo gera gás c' apm de biogás ou gás efeito estufa
que aciona uma turbina c natural (metano). pode ser
mo\·e um gerador equilibrada: o
Biomassa
elétrico. gás carbônico
liberado durante
a queima é
absor;ido no
ciclo de
produção.
Base de dados: Almanaque Abril -CO Rom, 1999

B; UM PA
Uso das Fontes de Energia
Fonte Energética 0
/o do USO %do uso no Problemas associados
mundial Brasil (2000)
''
Fóssil Poluição do solo e da água. pela mineração e
processamento; poluição atmosférica pela
I
Carvão 27,0 4.9 emissão de gases e partículas na combustão.
Petróleo 39.8 33.3
Gás natural 0' ?
,._.),_ 2,7 Principais responsáveis pelo efeito estufa.
Alto risco de acidentes e sérios problemas

Nuclear 7,3 0.6 com rejeitas.
Grande impacto ambiental em função das

Hidráulica 2.7 38.6 alterações na paisagem e das grandes áreas
alagadas.
'
Biomassa Desmatamento e monoculturas.
Lenha - 8.5 Tem a vantagem de anular o efeito estufa. já

Alcool - 10.0 que o replantio da cultura utilizada significa
I :crescimento da área verde.
I
I
Limpas permanentes I Ainda enfrenta desafios tecnológicos para o

i uso em grande escala.
Solar - -
Eólica - - A oferta depende de condições geográficas e
Geotérmica - 1.4 a disponibilidade é variável.
maremotriz
I - -
I
Obs.: Não inclui outras fontes renováveis, além da hidráulica
Balanço Energético Nacional -Ano 2.000
EPandrv Nm:-:-.;.So·JIJ/'~i'Uü
~-r>Tt•',·: ··
,, ,.,
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(\''::iE:t1::'~:,r""
:e::::;~ Ministério fJ:
Tecnológica do Espírito Santo da Educação U~ PA
2.1 Energia Hídrica
Energia Hidrelétrica
É a energia proveniente do movimento das águas. Ela é produzida por meio do

aproveitamento do potencial hidráulico existente num rio, utilizando desníveis naturais.
como quedas de água. ou artificiais. produzidos pelo desvio do curso original do rio.
Origem
Normalmente constroem~se diques que

represam o curso da água. acumulando-
a num reservatório a que se chama
barragem. Esse tipo de usina hidráulica
é denominado Usina com Reservatório
de Acumulação. Em outros casos,
existem diques que não param o curso
natural da água. mas a obrigam a passar
pela turbina de forma a produzir
eletricidade, denominando~se Usinas a
Fio de Água.

Ministério
da Educação
Quando se abrem as compot1as

da barragem. a água presa
passa pelas lâminas da turbina
tàzendo-a girar. A partir do
movimento de rotação da
turbina o processo repete-se. ou
seja, o gerador ligado à turbina
transforma a energia mecânica
em eletricidade.
A energia elétrica gerada é levada através de cabos ou barras condutoras dos terminais
do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão (voltagem) elevada para
adequada condução. através de linhas de transmissão. até os centros de consumo. Desta
forma. através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis
adequados para o consumo.
Produção de Energia Hidrelétrica
• A água fica armazenada em um reservatório para ser usada nos períodos de
estiagem. Quando o reservatório já está cheio, o excesso de água é jogada fora
através do vertedouro (perdendo assim acumulo de potência);
• A Turbina é movida por um Jato de água. Depois do uso. a água continua o seu
percurso rio abaixo:
• O gerador possui um eixo que é movido por uma turbina;
• A Energia Elétrica é produzida por um gerador. na casa de força.
liNHA. DF
RESERVAlÓRID TRANSMISSii.O CDNSU1'1111JOR

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Ministério
Tecnológica do Espírito Sar~to da Educação
Vantagens e Desvantagens da Energia Hídrica
fTantagens:
Não emite poluentes:
A produção é controlada:
Não influencia no efeito estufa.
Desvantagens:
Inundação de grandes áreas. deslocamento de populações;
A construção dessas usinas também é cara e demorada.
Água e Meio Ambiente
As características físicas e geográficas do Brasil foram detenninadas para

implantação de um parque gerador de energia elétrica de base predominantemente
hídrica.
O Brasil é um país privilegiado em recursos hidricos, e altamente dependente da

energia hídrica, cerca de 95% da energia elétrica brasileira provém de rios.
O Brasil detém 15% das reservas mundiais de água doce disponível., porém só utiliza
um quarto de seu potencial. E para alcançar a totalidade do potencial hídrico, sena
necessário explorar o potencial da Amazônia.
A energia de origem hídrica é hoje a segunda maior fonte de eletricidade no mundo.
Construção de Reservatórios e seus Impactos
As principais bacias hidrográficas do Brasil foram reguladas pela construção de

reservatório. os quais isoladamente ou em cascata. constituem um importante
impacto qualitativo e quantitativo nos principais ecossistemas de águas interiores. Os
reservatórios de grande porte ou pequeno porte são utilizados para inúmeras
finalidades: hidroeletricidade. reserva de água para irrigação, reserva de água potável.
produção de biomassa (cultivo de peixes e pesca intensiva), transporte (hidrovias)
recreação e turismo.
Inicialmente., a construção de hidrelétricas e a reserva de água para diversos fins foi o
principal propósito. Nos últimos vinte anos. os usos múltiplos desses sistemas
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espfrito Santo 8

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~::.J Ministério
Tecnológica do Espírito Santo da Educação -UM PAIS DE 'TQDOS
<lov••N<> •uERAL
diversificaram-se, ampliando a importância econômica e social desses ecossistemas

artificiais e. ao mesmo tempo. produzindo e introduzindo novas complexidades no
seu funcionamento e impactos.
Esta grande cadeia de reservatórios tem, portanto, um enorme significado econômico,
ecológico. hidrológico e social~ em muitas regiões do País esses ecossistemas fOram
utilizados como base para o desenvolvimento regional. Em alguns projetos houve
planejamento inicial e uma preocupação com a inserção regional; em outros casos.
este planejamento foi pouco desenvolvido. Entretanto. devido à pressões por usos
múltiplos. estudos intensivos foram realizados com a finalidade de ampliar as
informações existentes e promover uma base de dados adequada que sirva como
plataforma para futuros desenvolvimentos.
Os impactos da construção de respresas são relativamente bem documentados para

muitas bacias hidrográficas. Estes impactos estão relacionados ao tamanho. volume,
tempo de retenção do reservatório, localização geográfica e localização no
continuum do rio. Os principais impactos detectados são:
• inundação de áreas agricultáveis;

• perda de vegetação e da fauna terrestres:
• interferência na migração dos peixes;
• mudanças hidrológicas ajusante da represa;
• alterações na fauna do rio;
• interferências no transporte de sedimentos;
• aumento da distribuição geográfica de doenças de veiculação hídrica;
• perdas de heranças históricas e culturais, alterações em atividades
econômicas e usos tradicionais da terra:
• problemas de sallde pública. devido à deterioração ambiental;
• problemas geofisicos devido a acumulação de água foram detectados
em alguns reservatórios:
• perda da biodiversidade, terrestre e aquática;
• efeitos sociais por relocação;
Todas estas alterações podem resultar de efeitos diretos ou indiretos. Reservatórios

em cascata como os construídos nos rios Tietê, Grande. Paranapanema e São
Francisco. produzem efeitos e impactos cumulativos. transformando inteiramente as
condições biogeofísicas. econômicas e sociais de todo o rio .
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Centro Federa! de Educação Tecnológica do Espírito Santo 9

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Ministério
TecnolÓ9ica do Espírito Santa da Educação UM 'PA.f-S PE 1-''0DOS
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Nem todos os efeitos da construção de reservatórios são negativos. Deve-se

considerar também muitos efeitos positivos como:
• produção de energia: hidroeletricidade:

• retenção de água regionalmente:
• aumento do potencial de água potável e de recursos hídricos
reservados;
• criação de possibilidades de recreação e turismo;
• aumento do potencial de irrigação:
• aumento e melhoria da naegação e transpmte;
• aumento da produção de peixes e na possibilidade de aquacultura:
• regulação do fluxo e inundações:
• aumento das possibílidades de trabalho para a população local.
(Fonte: Aguas Doces no Brasil- Capital Ecológico. Uso e Conservação. 2." Edição Revisada e
Ampliada. Escrituras. São Paulo - 2002. Organização e Coordenação Científica: Aldo da C.
Rebouças: Benedito Braga. Capítulo 05 -Ecossistemas de Águas Interiores. José Galizia Tundisi.
Takako Matsumura Tundisi e Odete Rocha. Páginas 171- !76}.
Inventário do Potencial Hidrelétrico
A natureza dotou cada região do planeta com um número diferente de opções

energéticas. Além disso. criou o desafio para descobri-las, avaliar o volume,
desenvolver técnicas para seu uso e empregar todo o seu potencial de utilização
econômica.
O conhecimento dos recursos e reservas energéticas é fundamenta( para se planejar o

desenvolvimento nacional.
A cada ano. novas jazidas e novas tecnologias de aproveitamento de reservas

energéticas são descobe1tas. Estas fazem com que o volume total calculado dos
recursos e reservas energéticas nacionais seja acrescido.
As fontes primárias foram classificadas. no território brasileiro, em convencionais

(térmicas e hidrelétricas) e não-convencionais. No horizonte dos próximos 20 anos, a
termeletricidade poderá ter uma participação de I O a 15% nas fontes de energia
elétrica. considerando. que 35% do potencial hidrelétrico brasileiro situa-se na
amazônia, longe dos maiores centros consumidores: Sul e Sudeste.
Não poderíamos falar em potencial hidrico brasileiro sem considerar a hidrografia.
Os fatores que favorecem ou dificultam os aproveitamentos hidrelétricos. que têm
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo lO

Ministério
da Educação
11:
UM P A'
especial interesse nas análises, são a diferença de nível ou altura de queda e vazão ou
3
descarga (volume de água médio anual por unidade de tempo: m /s).
(" l'v!CLLER. A. C .. Hidrelétricas. meio ambiente e dcscnYolvimcnto. São Paulo: Makron Books.
!995)
Hidrogntfia Brasileira
De acordo com o perfil longitudinal. pode-se encontrar rios brasileiros com

cnrnctcrísticas predominantes de planície e de planalto. Como representantes
exemplares dos rios de planície temos o Amazonas. o Paraguai e na baixada
maranhcnsc. o Parnaíba. Todos esses rios são navegáveis em longas extensões. ainda
que este recurso não esteja sendo plenamente explorado.
Outro~ grandes rios são conhecidos pela declividade dos terrenos que drenam e
enquadram-se entre os rios de planalto. Esses rios têm um perfil importante na
avaliação do potencial hidrelétrico. Destacam-se. nesses, o rio Paraná e seus
principais alluentes. Parnaíba. Grande. Tietê, Paranapanema e Iguacú, com desnível
das cabeceiras até o pé da barragem de Jtaipu; o Tocantins e seu afluente Araguaia,
que desce das cabeceiras à foz: o rio Uruguai e seus afluentes de curso perene, com
desnível até Paulo Afonso.
O rio Amazonas tem a mais vasta bacia hidrográfica do planeta, com cerca de
6.315.000 km~. a maior parte do território brasileiro (3. 984.000 km~. da ordem de
63,1%).
O amazonas e todos os seus afluentes têm uma vazão média anual calculada em 250
mil nàs. para um potencial hidrelétrico da ordem de 54.117.217 kW/ano.
Comparativamente, o rio Paraná, cuja vazão em ltaipu, é I ,8 vez menor em potencial
do Amazonas.
A maior parte da capacidade hidrelétrica brasileira foi inventariada. somando-se a

energia hidrelétrica que já vem sendo gerada à que se espera obter nos
empreendiemntos em construção e à que poderiam gerar os aproveitamentos
.- estudados no projeto básico. Cálculos precisos pennitem referenciar o montante
estimado dos demais recursos hídricos ainda não prospeccionados com maior rigor.
(')
Usinas e Reservatórios Brasileiros
Não somente razões técnicas que definem o porte das barragens. A decisão por uma
grande. média ou pequena barragem depende do volume do corpo d'água. suas
características topo-altimétricas e de uma gama de considerações, com as necessidades
do mercado e oportunidades econômicas, aspectos políticos, avaliações de ordem social
e das fragilidades ambientais das localidades+ ao rnáximo aproveitamento do potencial
de um curso d'água. Algumas vezes são usos conciliados que estabelecem a cota
máxima da elevação das águas: as barragens destinadas à navegação e de apoio a esta,

~ Ministério ·-~
~ da Educação UM PAIS DE TODOS
QO YERN O FEDERAL
ou cujo fim é a regularização da vazão e controle de cheias, ou irrigação, aqü icultura e

muitos outros casos.
Na maioria da vezes, os custos são os fatores restritivos. Esses custos são tanto os da
obra, diretos. como os indiretos e associados, relativos aos aspectos socioambienta is, de
implantação de usos múltiplos e promoção do desenvolvimento regional, por exemplo.
As diferenças socioambientais entre as pequenas e grandes barragens, no fundo. serão

na escala e na intensidade de impactos causados sobre o ecossistema primitivo. Quanto
maior o vulto da obra hidráulica construída, tanto maior a modificação das condições
naturai s anteriores. Essas modificações têm sua maior expressão durante a formação do
reservató rio, mas não se restringem a esse período em somente à área física alagada.(*)
Potencial Hidrelétrico do Estado do Espírito Santo
Sistema ESCELSA
Ec Potência N°de Tipo Queda

Ano Usina (kV) (MW) Geradores Turbina d'água
(m)
1965 Usina Hidrelétrica Suiça 6,3 30 2 Kaplan 240,00
1909 Pequena Central Hidrelétrica Jucu 4,16 4,5 2 Francis 60,50
2001 Pequena Central Hidrelétrica Viçosa 4,16 4,5 2 Francis 63,88
Pequena Central Hidrelétrica São João 6,9 25 2 Francis 259,40
1912 Pequena Central Hidrelétrica Fruteiras 4,16 7,9 2 Francis 200,50
1920 Pequena Central Hidrelétrica Alegre 4,16 1,99 1 Francis 75,90
1974 Usina Hidrelétrica Mascarenhas 13,8 131 3 Kaplan 22,00
1959 Usina Hidrelétrica Rio Bonito 6,3 15 3 Francis 159,00
Eixo Horizontal
G Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 12

l~ B:~
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fC ~.::;,;
{~ Centro Federal de Educação

Tecnológica do Es!irito Saflto
UM J>-AIS .DE TOQOS
GOVERNO F'DEM<
2.2 Energia Térmica
Usina Termelétrica
Instalação que produz energia elétrica a partir da queima de carvão. óleo combustível
ou gás natural em uma caldeira projetada para esta finalidade específica.
Funcionamento de uma Usima Termelétrica
O funcionamento das centrais

termelétricas é semelhante,
independentemente do combustível
utilizado. O combustível é
armazenado em parques ou depósitos
adjacentes. de onde é enviado para a
usina, onde será queimado na
caldeira. Esta gera vapor a partir da
água que circula por uma extensa rede de tubos que revestem suas paredes. A função
do vapor é movimentar as pãs de uma turbina, cujo rotor gira juntamente com o eixo
de um gerador que produz a energia elétrica.
Essa energia é transportada por linhas de alta tensão aos centros de consumo. O
vapor é resfriado em um condensador e convertido outra vez em água. que volta aos
tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo.
LIIHAD~
RESERVP.1ÓR)O "TRA~M\SSÁO CONSUMIDOR
A ãgua em circulação que esfria o condensador expulsa o calor extraído da atmosfera

pelas torres de refrigeração, grandes estruturas que identificam essas centrais. Parte
do calor extraído passa para um rio próximo ou para o mar.
Para minimizar os efeitos contaminantes da combustão sobre as redondezas, a central

dispõe de uma chaminé de grande altura (algumas chegam a 300 m) e de algu11s
precipitadores que retêm as cinzas e outros resíduos voláteis da combustão. As
cinzas são recuperadas para aproveitamento em processos de metalurgia e no campo
da construção, onde são misturadas com o cimento.
Como o calor produzido é intenso, devido as altas correntes geradas, é importante o

resfriamento dos geradores. O hidrogênio é melhor veículo de resfriamento que o ar:

j:j~~<;:~'l''.-i.J.._,
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B;~
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Ministério
Tecnológica do Espírito Santo da Educação UM PAÍ$ 'O-E 10-DJ>,$
GCVE.MO f<D&RAC
como tem apenas um quat01ze avos da densidade deste, requer menos energia para
circular. Recentemente, foi adotado o método de resfriamento líquido, por meio de
óleo ou água. Os líquidos nesse processamento são muito superiores aos gases, e a
água é 50 vezes melhor que o ar.
A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina - fazendo

com que esta gire - e no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à
turbina -é que transforma a potência mecânica em potência elétrica.
A encrgiu assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras. dos tenninais
do gerndor até o transformador elevador. onde tem sua tensão elevada para adequada
condução. através de linhas de transmissão. até os centros de consumo.
Daí. através de transformadores abaixadores. a energia tem sua tensão levada a

nívci:. adequados para utilização pelos consumidores.
A descrição anterior refere-se às centrais clássicas. uma vez que existe. ainda que em
fase de pesquisa. outra geração de tennelétricas que melhorem o rendimento na
combustão do carvão e diminuam o impacto sobre o meio ambiente: são as centrais
de combustão de leito flui di ficado. Nessas centrais. queima-se carvão sobre um leito
de partículas inertes (por exemplo, de pedra calcária), através do qual se faz circular
uma corrente de ar que melhora a combustão.
Uma central nuclear também pode ser considerada uma central termelétrica. onde o
combustível é um material radioativo que. em sua fissão. gera a energia necessária
para seu funcionamento.
Vantagens e DesYantagens
Vantagens:
Podem ser construídas onde são mais necessárias, economizando assim o

custo das linhas de transmissão:
Produz energia elétrica a partir da queima de carvão, óleo combustível ou
gás natural.
Desranlagens:
Alto preço do combustíveL

Impactos ambientais, como poluição do ar, aquecimento das águas. o
impacto da construção de estradas para levar o combustível até a usina, ...

CCC'i "' '~' ';" ~ '""
_!j~
Ministério
Tecrmló[lica do Espírito Santo da Educação
2.3 Energia Nuclear
É a quebra. a divisão do átomo. tendo por matéria prima minerais altamente radioativos,
como o urânio (descoberto em 1938).
A energia nuclear provém da fissão nuclear do urânio. do plutônio ou do tório ou da

fusão nuclear do hidrogênio. É energia liberada dos núcleos atômicos. quando os
mesmos são levados por processos artificiais, a condições instáveis.
A fissão ou fusão nuclear são fontes primárias que levam diretamente à energia térmica.
à energia mecânica e à energia das radiações, constituindo-se na única fonte primária de
energia que tem essa diversidade na Terra.
Como forma térmica de energia primária. foram estudadas as aplicações da energia

nuclear para a propulsão naval militar e comercial, a nucleoeletricidade, a produção de
vapor industrial, o aquecimento ambiental e a dessalinização da água do mar.
Apesar de polêmica, a geração da energia nucleoelétrica é responsável pelo

atendimento de 18% das necessidades muTtdiais de eletricidade. São as aplicações da
ciência e tecnologia nucleares que resultam em beneficios mais significativos, de amplo
alcance e de maior iinpacto econômico e social.

. ~cG~M:trofF~ed:e~~"~':,l,IE~~
r.· Ministério
{ , Tecnológica do Espírito Santo da Educação
Energia nuclear se refere a energia consumida ou produzida com a modificação da

composição de núcleos atômicos. Além de ser a força que arma a Bomba Atômica, a
Bomba de Hidrogênio e outras armas nucleares, a energia nuclear também tem utilidade
na geração de eletricidade em usinas de vários países do mundo. É vista por muitos
como fonte de energia barata e limpa: mas por causa do perigo da radiação emitida na
produção desta energia e da radioatividade dos materiais utilizados, outros sentem que
ela pode não ser uma energia alternativa viável para o uso de combustível fóssil ou
energia solar. Este tipo de energia também é utilizado na medicina, na produção de
marca-passos para doentes cardíacos.
Como é o Funcionamento de uma Usina Nuclear
I) Os átomos são quebrados numa máquina chamada reator, emitindo uma
grande quantidade de calor;
2) A caldeira é aquecida com a fissão nuclear;
3) O vapor é produzido pela caldeira:
4) A turbina é movida por um Jato de Vapor sob forte pressão. Depois do uso. o
vapor é jogado fora na atmosfera:
5) O gerador possui um eixo que é movido pela Turbina;
6) A Energia Elétrica é produzida pelo Gerador.
~ Centro Federal de Educação Tecnolôgica do Espírito Santo 16

'~:li~l;;::l~i(c:;;:::;;
Q r' ~
Centro Federal de Educaçào

Tecnológica do Espírito Santo
Ministério
da Educação
11:~
UM PAlS bE l'O,D-OS
""V·A~O •• 1>.00<
Energia Nuclear c Meio Ambiente
Durante a Segunda Guerra Mundial a energia nuclear demonstrou sua potencialídade

de causar danos. como ocorreu nas cidades de Hiroshima e Nagasaki.
A energia nuclear traz beneficios para a sociedade, como a utilização das radiações
em múltiplas aplicações na medicina. indústria. agropecuária e meio ambiente. Cada
um desses usos insere esta energia em um determinado campo de acontecimentos.
Assim é que o uso medicinal a insere no ambiente hospitalar e o uso na produção de
energia elétrica. no âmbito das relações de moradia e de iluminação pública. por
exemplo. Em cada um desses ambientes há uma potencialidade de danos e risco com
algumas peculiaridades.
Os problemas ambientais estão relacionados com os acidentes que ocorrem nas

usinas e com o destino do chamado lixo atômico ~ os resíduos que ficam no reator,
local onde oco1Te a queima do urânio para a fissão do átomo. Por conter elevada
quantidade de radiação, o lixo atômico tem que ser annazenado em recipientes
metálicos protegidos por caixas de concreto. que posteriormente são lançados ao mar.
Os acidentes são devidos à liberação de material radioativo de dentro do reator.

ocasionando a contaminação do meio ambiente, provocando doenças como o câncer
e também morte de seres humanos, de animais e de vegetais. Isso não só nas áreas
próximas à usina. mas também em áreas distantes, pois ventos e nuvens radioativas
carregam parte da radiação para áreas bem longínquas, situadas a centenas de
quilômetros de distância.
Usinas Nucleares do Brasil
Angra I
Para atender as possíveis necessidades futuras. em 1972 foi iniciada a construção de

Angra t mas só em 1985 a usina entrou em operação comercial. Em 1999 alcançou
um fator de disponibilidade de 96% e uma geração bruta de 3.976.943 Mwh.
Angra I tem 657 MW de potência. Funciona com reator de água pressurizada.

moderado e refrigerado a água com prédio de contenção.
Foi construída na praia de ltaorna em Angra dos Reis - Rio de Janeiro, e mesmo
obedecendo aos mais exigentes padrões internacionais de segurança, ainda há muita
polêmica.
Além de programas de segurança, testes periódicos de rotina garantem a proteção

contra acidentes com liberação de radioatividade para o meio ambiente.

Ministério
da Educação
11:.~
UM PA"f,S D.E TODOS
<iOV>RND >o<>•RAl
Angra H
Em junho de 2000. Angra li teve seu reator entrou em fissão. com potência de 1.309
Mw.
O IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais. é

responsável pelo licenciamento ambiental de emreendimentos industriais de grande
porte. Para conceder a Licença de Operação de Angra !L foi exigido que fossem
preparados o ElA e o RIMA.
O Estudo de Impacto Ambiental compreende na descrição do projeto e suas

alternativas. nas etapas de planejamento. construção, operação, desativação (se for o
caso). delimitação e o diagnóstico ambiental da área de influência. a indentificação,
medição e a valoração dos impactos, a comparação das alternativas e a previsão da
situação futura. a elaboração do Relatório de Impacto Ambiental -RIMA.
Angra 111
A ELETROBRÁS e o MME (Ministério de Minas e Energia) decidiram que a usina

Angra IIl irá entrar em funcionamento em 2006, com potência de I .309 M\V. A usina
de Angra III atenderá as regiões sul/sudeste e centro-oeste.
Segundo os especialistas do setor energético a paralização da construção da Usina

Nuclear de Angra 3 é devido à crise energética. A ELETRONUCLEAR está
efetuando estudos técnicos e de viabilidade econõmica de Angra 3.
Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
As usinas podem ser instaladas em locais próximos aos centros de

consumo:
Não emite poluentes que influem sobre o efeito estufa.
Desvantagens:
Não há tecnologia para tratar o lixo nuclear:

A construção dessas usinas é cara e demorada:
Há riscos de contaminação nuclear.
Centro Federal de Educação Tecnológlca do Espíríto Santo J8

Ministério
da Educação
1!1:
-UM, PA
2.4 Energia Eólica
A energia eólica é a energia obtida pelo movimento do ar (vento). É uma abundante

fonte de energia renovável_ limpa e disponível em todos os lugares.
Os moinhos de vento foram inventados na Pérsia no séc. V. Eles foram usados para
bombear água para irrigação. Os mecanismos básicos de um moinho de vento não
mudaram desde então: o vento atinge uma hélice que ao movimentar-se gira um eixo
que impulsiona uma bomba (gerador de eletricidade).
Origem dos wntos
Os ventos são gerados pela diferença de temperatura da terra e das águas. das planícies e
das montanhas. das regiões equatoriais e dos pólos do planeta Terra.
A quantidade de energia disponível no vento varia de acordo com as estações do ano e

as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo também tem grande influência na
distribuição de freqüência de ocorrência dos ventos e de sua velocidade em um local.
Além disso, a quantidade de energia eólica extraível numa região depende das
características de desempenho. altura de operação e espaçamento horizontal dos
sistemas de conversão de energia eólica instalados.
A avaliação precisa do potencial de vento em uma região é o primeiro e fundamental

passo para o aproveitamento do recurso eólico como fonte de energia.
Para a avaliação do potencial eólico de uma região é necessário a coleta de dados de

vento com precisão e qualidade. capaz de fornecer um mapeamento eólico da região.
-.
As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos
porque são mais aerodinâmicas e eficientes. As hélices tem o formato de asas de aviões
e usam a mesma aerodinâmica. As hélices em movimento ativam um eixo que está
ligado à caixa de mudança. Através de uma série de engrenagens a velocidade do eixo
-. de rotação aumenta. O eixo de rotação está conectado ao gerador de eletricidade que
com a rotação em alta velocidade gera energia.
Um aerogerador consiste
Cata-vento num gerador elétrico movido
por uma hélice. que por sua
vez é movida pela força do
vento. A hélice pode ser
vista como um motor a vento,
cuja a quantidade de
eletricidade que pode ser
gerada pelo vento depende
de quatro fatores:
Centro Federal de Educação Tecnológica do Esp!rito Santo 19

Ministério
da Educação
B:~
UM' l>-AIS Dl:l. l·ODOS
~OV<RNO FE<>U~t.
Quantidade de vento que passa pela hélice;
Dimensão da hélice:
Dimensão do gerador:
Rendimento de todo o sistema.
Ventos e Meio Ambiente
A energia eólica é considerada a energia mais limpa do planeta, disponível em diversos

lugares e em diferentes intensidades. uma boa alternativa às energias não-renováveis.
Impactos e Problemas
Apesar de não queimarem combustíveis fósseis e não emitirem poluentes, fazendas

eólicas não são totalmente desprovidas de impactos ambientais. Elas alteram paisagens
com suas torres e hélices e podem ameaçar pássaros se forem instaladas em rotas de
migração.
Emitem um certo nível de ruído (de baixa fi·eqüéncia), que pode causar algum incômodo.
Além disso, podem causar interferência na transmissão de televisão.
O custo dos geradores eólicos é elevado. porém o vento é uma fonte inesgotável de
energia. E as plantas eólicas têm uma retorno financeiro a um curto prazo.
Outro problema que pode se citado é que em regiões onde o vento não é constante. ou a
intensidade é muito fraca obtêm-se pouca energia e quando ocorrem chuvas muito
fortes. há desperdício de energia.
Como é o Funcionamento de uma Usina Eólica
1) A hélice é movida pelo vento;
2) O Gerador possui um eixo que é movido por uma enorme hélice;
3) A Energia Elétrica é produzida por um Gerador. na Casa de Força.
LINHA l"..rõ
TRANSMISSÃO CONSUMIDOR

Ministério
da Educação
B;
li M PA
Perspectivas futuras
Na crise energética atual. as perspectivas da utilização da energia eólica são cada vez
maiores no panorama energético geral, pois apresentam um custo reduzido em relação a
outras opções de energia.
Embora o mercado de usinas eólicas esteja em crescimento no BrasiL elejâ movimenta

2 bilhõe~ de dólares no mundo. Existem 30 mil turbinas eólicas de grande porte em
orcraçilll no mundo. com capacidade instalada da ordem de 13.500 MW.
A energia eólica pode garantir 10% das necessidades mundiais de eletricidade até 2020.
pode criar 1.7 milhão de novos empregos e reduzir a emissão global de dióxido de
carbono na atmostera em mais de 1O bilhões de toneladas.
Os campeões de uso dos ventos são a Alemanha. a Dinamarca e os Estados Unidos.

seguidos pela Índia e a Espanha.
No âmbito nacionaL o estado do Ceará destaca~se por ter sido um dos primeiros locais a
realizar um programa de levantamento do potencial eólico, que já é consumido por
cerca de 160 mil pessoas. Outras medições foram feitas também no Paraná, Santa
Catarina. Minas Gerais. litoral do Rio de Janeiro e de Pernambuco e na ilha de Marajá.
A capacidade instalada no Brasil é de 20.3 MW, com turbinas eólicas de médio e
grande portes conectadas à rede elétrica.
Vários estados brasileiro seguiram os passos do Ceará, iniciando programas de

levantamento de dados de vento. Hoje existem mais de cem anemógrafos
computadorizados espalhados pelo território nacional. Um mapa preliminar de ventos
do Brasil. gerado a partir de simulações computacionais com modelos atmosféricos é
mostrado na figura abaixo.
Considerando o grande potencial eólico do Brasil, confirmado através de estudos

recentes, é possível produzir eletricidade a custos competitivos com centrais
termoelétricas. nucleares e hidroelétricas. com custo reduzido.
Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
Grande potencial para geração de energia elétrica;
Não influi no efeito estufa;
Não oçupa áreaS de produção agrícola;
É considerada a energia mais limpa do Planeta.

Ministério
da Educação
111:~
Ullll PAIS DE T.ODOS
~~VERN~ FUEOM
Desvantagens:
-Exige investimentos para transmissão da energia gerada;
-Produz poluição sonora:
-Interfere nas transmissões de rádio e TV;
- Em regiões onde o vento não é constante. ou a intensidade é muito fraca, obtêm-se
pouca energia e quando ocorrem chuvas muito fortes. hã desperdício de energia.
> 8,5 mls

7,0 a 8,5 m/s
6,0 a 7,0 m/s
5,0 a 60, m/s
< 5,0 m/s
CE:'\TRO BRASILEIRO DE E:'IIERGIA ELÉTRICA

(resultados preliminares- 2003)
Figura I: Mapa das potencialidades eólicas do Brasil. Dados da CBEE.

·-~
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Ministério
Centro Federal de Educação s
Tec~ológica do Espírito Samo da Educação U M t•A I D-E- 'TO D oS
<iDVER"O . . ~.RAL
2.5 Energia Solar ou Fotovoltaica
Energia Solar e o Meio Ambiente

,---
O sol é fonte de energia renovável, o aproveitamento desta energia tanto como fonte
de calor quanto de luz, é uma das alternatias energéticas mais promissoras para
enfrentarmos os desafios do novo milênio.
A energia solar é abundante e permanente. renovável a cada dia, não polui e nem
prejudica o ecossistema. A energia solar é a solução ideal para áreas afastadas e
ainda não eletrificadas. especialmente num país como o Brasil onde se encontram
-- bons índices de insolação em qualquer parte do território.
A Energia Solar soma características vantajosamente positivas para o sistema

ambiental, pois o Sol, trabalhando como um imenso reator à fusão, irradia na terra
todos os dias um potencial energético extremamente elevado e incomparável a
qualquer outro sistema de energia, sendo a fonte básica e indispensável para
praticamente todas as fontes energéticas utilizadas pelo homem.
O Sol irradia anualmente o equivalente a 10.000 vezes a energia consumida pela

população mundial neste mesmo período. Para medir a potência é usada oma unidade
chamada quilo-watt. O Sol produz continuamente 390 sextilhões (390x I 021) de
quilowatts de potência. Como o Sol emite energia em todas as direções, um pouco
desta energia é desprendida. mas mesmo assim. a Terra recebe mais de 1.500
quatrilhões (1.5xl O18) de quilowatts·llOra de potência por ano.
A energia solar é importante na preservação do meio ambiente, pois tem muitas

vantagens sobre as outras formas de obtenção de energia. como: não ser poluente,
não influir no efeito estufa. não precisar de turbinas ou geradores para a produção de
energia elétrica, mas tem como desvantagem a exigência de altos investimentos para
o seu aproveitamento. Para cada um metro quadrado de coletor solar instalado evita-
se a inundação de 56 metros quadrados de terras férteis. na construção de novas
usinas hidrelétricas. Uma parte do milionésimo de energia solar que nosso país
recebe durante o ano poderia nos dar I suprimento de energia equivalente a:
54% do petróleo nacional

2 vezes a energia obtida com o carvão mineral
4 vezes a energia gerada no mesmo período por uma usina hidrelétrica.
Energia Solar Fototérmica
Está diretamente ligado na quantidade de energia que um determinado corpo é capaz

de absorver. sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente no mesmo. A
utilização dessa forma de energia implica saber captá·la e armazená-la. Os coletores
solares são equipamentos que tem como objetivo específico de se utilizar a energia
solar fototérmica.
Centro Federa! de Educação Tecnológica do Espfrito Santo 23

Centro Federal de Educaçao
Ministério
da Educação
B:itt:L
lJM PA-1$ P--E.'T"O-QOS
GOV'R"O >U>EUC
Os coletores solares são aquecedores de fluídos (líquidos ou gasosos) e são

classificados em coletores concentradores e coletores planos em função da existência
ou não de dispositivos de concentração da radiação solar. O fluído aquecido é
mantido em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final (água aquecida
para banho. ar quente para secagem de grãos. gases para acionamento de turninas,
etc.).
Os coletores solares planos são largamente utilizados para aquecimento de água em

residências. hospitais. hotéis etc. devido ao conforto proporcionado e à redução do
consumo de energia elétrica.
Arquitetura Bioclimática
A Arquitetura Bioclimática é o estudo que visa hannonizar as concentrações ao

clima e características locais. pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas. e
tirando pat1ido da energia solar. através de correntes convectivas naturais e de
microc!imas criados por vegetação apropriada. É a adoção de soluções arquitetônicas
e urbanísticas adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de
cada lugar. utilizando a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais.
Beneficia-se da luz e do calor provenientes da radiação soalr incidente. A intenção

do uso da luz solar. que implica em redução do consumo de energia para iluminação,
condiciona o projeto arquitetônico quanto à sua orientação espacial, quanto às
dimensões de abertura das janelas e transparência na cobertura das mesmas. A
intenção de aproveitamento do calor provenientes do sol implica seleção do material
adequado (isolante ou não conforme as condições climáticas) para paredes. vedações
e coberturas superiores. e orientação espaciaL entre outros fatores.
A arquitetura bioclimática não se restringe a características arquitetônicas adequadas.

Preocupa-se. também. com o desenvolvimento de equipamentos e sistemas que são
necessários ao uso da edificação (aquecimento de água. circulação de ar e de água,
iluminação. conservação de alimentos entre outros) e com o uso de materiais de
conteúdo energético tão baixo quanto possível.
Energia Sola1· Fotovoltaica
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia da conversão direta da luz em eletricidade

(Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico é o aparecimento de uma diferença de
potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor. produzida pela
absorção da luz. A célula fotovotaica é a unidade fundamental do processo de
conversão.
Atualmente o cu~to das células solares é um grande desafio para a indústria e o

principal empecilho para a difusão dos sistemas fotovoltaicos em larga escala. A
tecnologia fotovoltaica está se tornando cada veZ mais competitiva. tanto porque
seus custos esão decrescendo. quanto porque a avaliação dos custos das outras

~.
c:rE:P:'t~'I:~.Es
Ministério
da Educação
B:
.uM P.A.
formas de geração está se tornando mais real, levando em conta fatores que emm
anteriormente ignorados. como a questão dos impactos ambientais.
O atendimento de comunidades isoladas tem impulsionado a busca e o

desenvolvimento de fontes renováveis de energia. No BrasiL por exemplo, 15% da
população não possui acesso à energia elétrica. Coincidentemente, esta parcela da
população vive em regiões onde o atendimento por meio da expansão do sistema
elétrico convencional é economicamente inviável. Trata-se de núcleos populacionais
esparsos e pouco densos. típicos das regiões Centro-Oeste, Nordeste e Norte.
No Brasil a geração de energia elétrica por conversão fotovoltaica teve um impulso

notável. através de projetos privados e governamentais, atraindo interesse de
tàbricantes pelo mercado brasileiro. A quantidade de radiação incidente no Brasil é
outro fator muito significativo para o aproveitamento da energia solar.
Perspectivas Futuras
Atlas Solarimétrico
O mercado brasileiro de aquecimento solar teve seu crescimento em números

consideráveis nos meados da década de 70 com a crise do petróleo.
O Brasil possui um grande epotencial energético solar, mas quase em todo território
é inviável a instalação e manutenção de instrumentos de medição solar. O
aproveitamento racional da energia solar no sentido de produzir instalações bem
dimensionadas e economicamente viavéis só é possível a partir de informações
solarimétricas consistentes da região em questão.
Em 1995. através do Grupo de Trabalho de Energia Solar (GTES). foram

estabelecidas, dentro do contexto solarimetria. duas propostas de trabalho que se
seguiram com o apoio da instituição: O Atlas Solarimétrico do Brasil publicado em
agosto de 1997 pelo Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas (F AE/UFPE) e o
Atlas de irradiação Solar do Brasil publicado em outubro de 1998 pelo Laboratório
de Energia Solar (Lab Solar/UFSC) e Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE).
O primeiro está representando por mapas mensais contendo isolinhas das medidas de
insolação e radiação global. fundamentais na compilação de dados históricos
disponíveis em todas as estações tenestres existentes no País.
A segunda proposta trata-se da aplicação e adaptação para o Brasil de um modelo

fisico alemão utilizando imagens de satélites e está respresentado por mapas mensais
contendo valores pontuais da radiação global.
Os avanços e esforços realizados na área de solametria vem trazendo resultados

significativos e llmitas informações. É importante analisar que a qualidade de tais
dados, depende dos alcances e limites técnicos de cada modelo.

Ministério
da Educação
B:
'UM PA
Vários outros projetos estão sendo implantados na área de solametria, e muitos deles
apoiados pela Cresesb (Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de
Salvo Brito) e pela CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Elétrica), segue alguns
deles:
Aquecimento Solar
Aquecimento Solar para Residencia de Baixa Renda- Ilha do Mel- PR

Instalações de Aquecedores Solares em Belo HorizOnte- MG
Sistema de Bombeamento Fotovoltaico
Sistema de bombeamento fotovoltaico para irrigação- Capim Grosso- Bahia
Sistema de bombeamento fotovoltaico para piscicultura- Valente- Bahia
Sistema de bombeamento fotovoltaico para consumo comunitário - Interior do Ceará
Sistema de Bombeamento Fotovoltaico no Estado do Rio Grande do Norte
Sistema de bombeamento fotovoltaico em Caicó- RN
Sistema de Bombeamento Fotovoltaico em uma Comunidade Indígena - Rio

Mapuera - PA
Sistema de Bombeamento Fotovoltaico em Japi- RN
Cercas Eletrificadas com Energia Solar
Cercas Eletrificadas estimulam a produção de caprinos em Valente- Bahia
Aplicações Comunitárias
Eletrificação Fotovoltaica na Comunidade de Boa Sorte - Correguinho- MS
Sistema de Eletrificação Comunitária no CEARÁ
Eletrificação Fotovoltaica em Escola Rural - São João da Barra- RJ
Energização da Comunidade Céu do Mapiá- com Energia Solar Fotovoltaica
Iluminação Pública e Energização do Posto da Polícia Florestal -Região do Pantanal

~MT
Sistema de Eletrificação Fotovoltaica em Creche~ Currais Novos- RN
Sistema de Eletrificação Fotovoltaica em Escola~ Carnaíba- RN

Ministério
da Educação
111 =•"'t:1L
'uM -P-AfS DE'-'TOPOS
<H>V<«N<> Fl<>•UL
Sistema de Telefonia Pública utilizando Energia Fotovoltaica- Maceió- AL
Eletrificação Fotovoltaica Residencial

.. - Sistema de Eletrificação Rural no CEARÁ.
Sistema de Eletrificação Residencial em PERNAMBUCO
Eletrificação Fotovoltaica no Município de Araripina- PE
Eletrificação Fotovoltaíca em Casas Populares - São João da Barra- RJ

-. Sistemas Hídricos
Sistema Híbrido (solar- eólico-diesel) a ser implantado em Joanes- PA
Sistema Híbrido para Estações Remotas de Telecomunicação - Serra de Bocaina -

MG
Sistema Híbrido para Serviços Bancários- Posse- GO
Aplicações Diversas
Sistema Folovoltaico da Estação Ecológica da .I uréia -ltatins- Grajaúna- São Paulo
Sistema Fotovoltaico do Parque Ecológico Porto Sauípe- Bahia
Sistema Fotovoltaico para Estações Remotas de Telecomunicação- Bonfim -MO
Posto telefônico Móvel utilizando Energia Solar- Brasília- DF
Radiação Solar: Captação e Conversão

O nosso planeta, em seu movimento anual em tomo do SoL descreve em trajetória
elíptica um plano que é inclinado de aproximadamente 23,5o com relação ao plano
equatorial. Esta inclinação é responsável pela variação da elevação do Sol no horizonte
em relação à mesma hora, ao longo dos dias, dando origem às estações do ano e
dificultando os cálculos da posição do Sol para uma determinada data, como pode ser
visto na figura.
A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do Equador (Norte
positivo) é chamada de Declinação Solar (O). Este ângulo, que pode ser visto na figura
2.1.1, varia, de acordo com o dia do ano, dentro dos seguintes limites:
G Centro Federal de Educação Tecnológica do Espíríto Santo 27

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do Espírito Sa11to
Ministério
da Educação UM
A soma da declinação com a latitude local determina a trajetória do movimento aparente

do Sol para um determinado dia em uma dada localidade na Terra.
Figura 2.5.1 - Órbita da Terra em torno do SoL com seu eixo N-S inclinado de um
ângulo de 23,5°.
A radiação solar que atinge o topo da atmosfera terrestre provém da região da fotosfera
solar que é uma camada tênue com aproximadamente 300 km de espessura e
temperatura superticial da ordem de 5800 K. Porém. esta radiação não se apresenta
como um modelo de regularidade. pois há a influência das camadas externas do Sol
(cromos fera e coroa). com pontos quentes e frios, erupções cromosféricas. etc ..
Apesar disto. pode-se definir um valor médio para o nível de radiação solar incidente
nmmalmente sobre uma superfície situada no topo da atmosfera. Dados recentes dao
WMO (World Meteorological Organization) indicam um valor médio de 1367 W/m-
para a radiação extraterrestre. Fórmulas matemáticas permitem o cálculo. a partir da
"Constante Solar", da radiação extraterrestre ao longo do ano. fazendo a correção pela
órbita elíptica.
A radiação solar é radiação eletromagnética que se propaga a uma velocidade de

300.000 km/s. podendo-se observar aspectos ondulatórios e corpusculares. Em termos
de comprimentos de onda. a radiação solar ocupa a faixa espectral de O. I 11m a 5!-lm,
tendo uma máxima densidade espectral em 0,51-lm, que é a luz verde.
É através da teoria ondulatória, que são definidas para os diversos meios materiais. as
propriedades na faixa solar de absorção e reflexão e, na faixa de 0,75 a IOOJ.lm.
correspondente ao i~fra-vermelho, as propriedades de absorção, reflexão e emissão.

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Centro Federal de Educaçâo
Tecnológi~a do Espírito Santo
Ministério
da Educação
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Radiação :Sn:lar f Ma da
ctmosfera terrestre
Radiação 3otar oo rivel tio

mar (mettt-dla. c:.$~,~-çl;;~ro)
Figura 2.5.2- Distribuição espectral da radiação solar.
A energia solar incidente no meio material pode ser refletida. transmitida e absorvida. A
parcela absorvida dá origem. conforme o meio materiaL aos processos de fotoconversão
e termoconversão.
Radiação Solar a Nível do Solo

De toda a radiação solar que chega às
camadas superiores da atmosfera.
apenas uma fração atinge a superfície
terrestre, devido à reflexão e absorção
dos raios solares pela atmosfera. Esta
fração que atinge o solo é constituída
por um componente direta (ou de feixe)
e por uma componente difusa.
Figura 2.5.3 -Componentes da

radiação solar ao nível do solo

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Tacnológica do Espírito Santo
Ministério
da Educação
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Notadamente. se a superfície receptora estiver inclinada com relação à horizontal,

haverá uma terceira componente refletida pelo ambiente do entorno (solo. vegetação.
obstáculos. terrenos rochosos, etc.). O coeficiente de reflexão destas superfícies é
denominado de "albedo".
Antes de atingir o solo. as características da radiação solar (intensidade. distribuição

espectral e angular) são afetadas por interações com a atmosfera devido aos efeitos de
absorção e espalhamento. Estas modificações são dependentes da espessura da camada
atmosférica. também identificada por um coeficiente denominado "Massa de Ar" {AM).
e. portanto. do ângulo Zenital do SoL da distância Terra-Sol e das condições
atmosféricas e meteorológicas.
Devido à alternância de dias e noites, das estações do ano e períodos de passagem de

nuvens e chuvosos. o recurso energético solar apresenta grande variabilidade. induzindo.
confonne o caso. à seleção de um sistema apropriado de estocagem para a energia
resultante do processo de conversão.
Observa-se que somente a componente direta da radiação solar pode ser submetida a um
processo de concentração dos raios através de espelhos parabólicos. lentes. etc.
Consegue-se através da concentração. uma redução substancial da superfície
absorvedora solar e um aumento considerável de sua temperatura.
Zênite
$uperfl~e da T*rra
Lirnite da atmnsfero
Figura 2.5.4- Trajetória dos raios de Sol na atmosfera e definição do coeficiente de

"Massa de Ar" {AM).

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Ministério
Tecnoliigíca do Espírito Santo da Educação
Efeito fotovoltaico
O efeito IOtovoltaico dá-se em materiais da natureza denominados semicondutores que

se caracterizam pela presença de bandas de energia onde é permitida a presença de
elétrons (banda de valência) e de outra onde totalmente "vazia" (banda de condução).
O semicondutor mais usado é o silício. Seus átomos se caracterizam por possuírem

quatro elétrons que se ligam aos vizinhos. formando uma rede cristalina. Ao
adicionarem-se átomos com cinco elétrons de ligação. como o fósforo, por exemplo.
haverá um elétron em excesso que não poderá ser emparelhado e que ficará "sobrando",
fracamente ligado a seu átomo de origem. Isto faz com que. com pouca energia térmica.
este elétron se livre. indo para a banda de condução. Diz-se assim. que o fósforo é um
dopante doador de elétrons e denomina-se dopante n ou impure=a n.
Figura 2.5.5 -Corte transversal de uma célula folovoltaica
Se. por outro lado. introduzem-se átomos com apenas três elétrons de ligação. como é o
caso do boro. haverá uma falta de um elétron para satisfazer as ligações com os átomos
de silício da rede. Esta falta de elétron é denominada buraco ou lacuna e ocorre que.
com pouca energia térmica, um elétron de um sítio vizinho pode passar a esta posição.
fazendo com que o buraco se desloque. Diz-se portanto. que o boro é um aceitador de
elétrons ou um dopante p.

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Figura 2.5.6 ~Efeito fotovoltaico na junção pn
Se, partindo de um silício puro. forem introduzidos átomos de boro em uma metade e de
fósforo na outra. será fonnado o que se chama junção pn. O que ocorre nesta junção é
que elétrons livres do lado n passam ao lado p onde encontram os buracos que os
capturam; isto faz com que haja um acúmulo de elétrons no lado p, tornando-o
negativamente carregado e uma redução de elétrons do lado n. que o torna eletricamente
positivo. Estas cargas aprisionadas dão origem a um campo elétrico permanente que
dificulta a passagem de mais elétrons do lado n para o lado p: este processo alcança um
equilíbrio quando o campo elétrico forma uma barreira capaz de barrar os elétrons livres
remanescentes no lado n.
Se uma junção pn for exposta a fótons com energia maior que o gap, ocorrerá a geração
de pares elétron~lacuna; se isto acontecer na região onde o campo elétrico é diferente de
zero, as cargas serão aceleradas. gerando assim. uma corrente através da junção; este
deslocamento de cargas dá origem a uma diferença de potencial ao qual chamamos de
Efeito Fotovoltaico. Se as duas extremidades do "pedaço" de silício forem conectadas
por um fio, haverá uma circulação de elétrons. Esta é a base do funcionamento das
células fotovoltaicas.
Tipos de Células
As células fotovoltaicas são fabricadas, na sua grande maioria, usando o silício (Si) e
podendo ser constituida de cristais monocristalinos, policristalinos ou de silício amorfo.

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Tecnológica do Espírito Samo
Ministério
da Educação
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Componentes de um sistema fotovoltaico
Um sistema fotovottaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas

isolados. híbridos e conectados a rede. Os sistemas obedecem a uma configuração
básica onde o sistema deverá ter uma unidade de controle de potência e também uma
unidade de armazenamento.
Unidade Usuário
de Controle
Armazenamento
Figura 2.5.7 ~Configuração básica de um sistema fotovoltaico.
Sistemas Isolados
Sistemas isolados, em geraL utiliza-se alguma forma de armazenamento de energia. Este

armazenamento pode ser feito através de baterias. quando se deseja utilizar aparelhos
elétricos ou armazena-se na forma de energia gravitacional quando se bombeia água
para tanques em sistemas de abastecimento. Alguns sistemas isolados não necessitam de
armazenamento. o que é o caso da iiTigação onde toda a água bombeada é diretamente
consumida ou estocadas em reservatórios.
Em sistemas que necessitam de armazenamento de energia em baterias. usa-se um

dispositivo para controlar a carga e a descaga na bateria. O "controlador de carga" tem
como principal função não deixar que haja danos na bateria por sobrecarga ou descarga
profunda. O controlador de carga é usado em sistemas pequenos onde os aparelhos
utilizados são de baixa tensão e corrente contínua (CC).
Para alimentação de equipamentos de corrente alternada (CA) é necessário um inversor.

Este dispositivo geralmente incorpora um seguidor de ponto de máxima potência
necessário para otimização da potência final produzida. Este sistema é usado quando se
deseja mais conforto na utilização de eletrodomésticos convencionais.

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Centro federal de Educação
Tecnológica do Espírito Santo da Educayão
Figura 2.5.8 - Diagrama de sistemas fotovoltaicos em função da carga utilizada.
Sistemas Híbridos
Sistemas híbridos são aqueles que, desconectado da rede convencionaL apresenta várias
fontes de geração de energia como por exemplo: turbinas eólicas, geração diesel,
módulos fotovoltaicos entre outras. A utilização de vários fonnas de geração de energia
elétrica toma-se complexo na necessidade de otimização do uso das energias. É
necessário um controle de todas as fontes para que haja máxima eficiência na entrega da
energia para o usuário.
Unidade de Controle
I
e Condici()namento
de Potência
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Figura 2.5.9- Exemplo de sistema híbrido.
Em geral. os sistemas hibr~dos são empregados para sistemas de médio a grande porte
vindo a atender um número maim· de usuários. Por trabalhar com cargas de corrente
contínua. o sistema híbrido também apresenta um inversor. Devido a grande
comp!exindade de arranjos e multiplicidade de opções. a forma de otimização do
sistema torna·se um estudo particular para cada caso.

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Ministério
Tecnológica do Espirito Santo da Educação
Sistemas Interligados à Rede
Estes sistemas utilizam grandes números de pame1s fotovoltaicos. e não utilizam

annazenamento de energia pois toda a geração é entregue diretamente na rede. Este
sistema representa uma fonte complemeJltar ao sistema elétrico de grande porte ao qual
esta conectada. Todo o arranjo é conectado em inversores e logo em seguida guiados
diretamente na rede. Estes inversores devem satisfazer as exigências de qualidade e
segurança para que a rede não seja afetada.
Inversor
Barramento
da rede
Figura 2.5.10- Sistema conectado à rede.
Curiosidades
Uma energia garantida durante os próximos 6.000 milhões de anos.
Dentre as fonnas de aproveitamento energético da energia solar. destacam-se a

biomassa. a energia eólica, a energia solar fotovoltaica (que é a produção de energia
elétrica à partir do Sol) e a energia solar térmica. que tem seu principal uso como fonte
de calor para o aquecimento de água através de aquecedores solares.
O Sol. fonte de vida e origem dos outros modos de energia que o homem usou desde o
começo da História, pode satisfazer todas nossas necessidades, se aprendermos a
aproveitar de um modo racional a luz que continuamente derrama no planeta.
Tem brilhado no céu a aproximadamente cinco mil milhões de anos. e calcula-se que
ainda não chegou nem a metade de sua existência.
No Brasil em cada metro quadrado de solo, irradia em um ano aproximadamente 1.500

quilowatt-hora de· energia. Esta energia pode ser transformada em _outras formas úteis
como, por exemplo. em eletricidade.

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É preciso tirar vantagem por todos os meios possíveis desta inesgotável fonte de energia
que pode nos tornar independente do petróleo ou de outras alternativas menos seguras,
mais caras. com preços atrelados ao dólar.
Porém. ainda existem problemas a superar. É preciso lembrar de esta energia é sujeita a
flutuações e variações. Por exemplo, a radiação é menor no inverno. quando mais
precisamos dela. É muito importante continuar buscando tecnologia de recepção,
acumulação e distribuição da energia solar.
Durante o presente ano, o Sol irradiará na Terra quatro mil vezes mais energia que do
que vamos consumir.
O BrasiL possui os mais elevados índices mundiais dessa fonte de energia. A incidência
solar na área do Distrito Federal, corresponde a produção energética de 162 ltaipus.
conforme dados da ABRA V A.
~ Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 36

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2.6 Energia Maremotriz
As ondas do mar possuem energia cinética devido ao movimento da água e energia

potencial devido à sua altura. Energia elétrica pode ser obtida se for utilizado o
movimento oscilatório das ondas. O aproveitamento é feito nos dois sentidos: na
maré alta a água enche o reservatório. passando através da turbina, e produzindo
energia elétrica. na maré baixa a água esvazia o reservatório. passando novamente
através da turbina, agora em sentido contrário ao do enchimento. e produzindo
energia elétrica.
A desvantagem de se utilizar este processo na obtenção de energia é que o

fornecimento não é continuo e apresenta baixo rendimento. As centrais são
equipadas com conjuntos de turbinas bolbo, totalmente imersas na água. A água é
turbinada durante os dois sentidos da maré. sendo de grande vantagem a posição
variável das pás para este efeito. No entanto existem problemas na utilização de
centrais de energia das ondas. que requerem widados especiais: as instalações não
podem interferir com a navegação e têm que ser robustas para poder resistir às
tempestades mas ser suficientemente sensíveis para ser possível obter energia de
ondas de amplitudes variáveis. Esta energia é proveniente das ondas do mar. O
aproveitamento energético das marés é obtido através de um reservatório formado
junto ao mar. através da construção de uma barragem, contendo uma turbina e um
gerador.
A maioria das instalações de Centrais de energia das ondas existentes são de potência
reduzida. situando-se no alto mar ou junto à costa, e para fornecimento de energia
elétrica a faróis isolados ou carregamento de baterias de bóias de sinalização. As
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instalações de centrais de potência média. apenas tem interesse econôm.ico em casos

especiais de geometria da costa. O número de locais no mundo em que esta situação
ocorre é reduzido.
As marés são o resultado da combinação de forças produzidas pela atração do sol e

da lua e do movimento de rotação da Terra leva à subida e descida da água dos
oceanos e mares: as marés. Os movimentos verticais da água dos oceanos.
associados à subida e descida das marés é acompanhado num movimento horizontal,
denominado por correntes das marés. Estas correntes tem uma periodicidade idêntica
à das oscilações verticais. Efeitos das zonas terrestres (bacias hidrográficas e baías,
estreitos e canais) provocam restrições a estes movimentos periódicos podendo daí
resultar elevadas amplitudes ou elevadas velocidades da corrente da maré.
Nos países como a França, o Japão e a lnglaten-a este tipo de energia gera
eletricidade. No Brasil. temos cidades com grandes amplitudes de marés, como São
Luís - Baía de São Marcos. no Maranhão -com 6,8 metros e em Tutóia com 5,6
metros. Mas nestas regiões, infCiizmente, a topografia do litoral não favorece a
construÇão econômica de reservatórios, o que impede seu aproveitamentO.

Ministério
da Educação ...
11
Curiosidades:
Em Portugal há uma central na ilha do Pico nos Açores. A central é do tipo de

coluna de água oscilante. com uma turbina Wells de eixo horizontal qua
aciona um gerador elétrico de velocidade variável, com a potência de 400 kW.
Na Europa foi construída uma central de produção de energia das marés em

La Rance (França). a 1O km da desembocadura do rio Rance no Canal da
Mancha. Neste local a amplitude da maré é de 13 metros. As turninas da
central funcionam quando enche e quando esvazia o estuário do rio Rance.
Está em funcionamento desde 1966 e produz cerca de 550 GWh anualmente.
O Centro de Ciência e Tecnologia da Marinha do Japão estuda formas de

obter energia das ondas do mar. Para tanto. começou a testar em julho um
gerador flutuante que atende pelo estranho nome de Baleia Poderosa. É uma
balsa que foi ancorada na entrada de uma baía com sua frente apontada para a
direção das ondas, mede 50 metros de comprimento por 30 de largura e 12 de
profundidade. e é dividida internamente em três compartimentos, todos cheios
de ar. Trata-se de um sistema engenhoso que converte a energia das ondas em
energia pneumática. O balanço das ondas faz com que o nivel da água no
interior das câmaras suba e desça sem parar, fazendo-as funcionar corno
pistões gigantes. Quando o nível do mar sobe, a água comprime o ar que é
afunilado na direção de urna turbina, movendo suas pás e gerando 110 kW de
eletricidade.

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Centro Federal de Edur;ação
Tecnológica do Espírito Santo da Educação ltM PA
2. 7 Biomassa
Através da fotossíntese. as plantas capturam energia do sol e transformam em energia

química. Esta energia pode ser convertida em eletricidade, combustível ou calor. As
fontes orgânicas que são usadas para produzir energias usando este processo são
chamadas de biomassa.
Os combustíveis mais comuns da biomassa são os resíduos agrícolas, madeira e plantas

como a cana~de-açúcar. que são colhidos com o objetivo de produzir energia.
Em condições favoráveis a biomassa pode contribuir de maneira significante para com

a produção de energia elétrica. O pesquisador Hall, através de seus trabalhos. estima
que com a recuperação de um terço dos resíduos disponíveis seria possível o
atendimento de 10% do consumo elétrico mundial e que com um programa de plantio
de 100 milhões de hectares de culturas especialmente para esta atividade seria possível
atender 30% do consumo.
A produção de energia elétrica a partir da biomassa, atualmente, é muito detendida

como uma alternativa importante para países em desenvolvimento e também outros
países. No Brasil cerca de 30% das necessidades energéticas são supridas pela biomassa
sob a forma de:
• Lenha para queima direta nas padarias e cerâmicas:
• Carvão vegetal para redução de ferro gusa em fomos siderúrgicos e combustível
alternativo nas fábricas de cimento do norte e do nordeste;
• No sul do país queimam carvão mineral, álcool etílico ou álcool metílico para
fins carburantes e para industria química:
• O bagaço de cana e outros resíduos combustíveis são utilizados para geração de
vapor para produzir eletricidade, como nas usinas de açúcar e álcool. que não
necessitam de outro combustíveL pelo contrário ainda sobra bagaço para a
indústria da celulose.

Ministério
Tecnológica do Espírito Santo da Educação
Biomassa e Eletricidade
A tabela abaixo demonstra a situação de empreendimentos terme!étricos no Brasil.

classificando por fonte e situação. O bagaço de cana e o licor negro estão entre as
fontes mais importantes, nos setores sucro-alcooleiro e de papel e celulose.
respectivamente, além de diversos tipos de sistemas híbridos com combustíveis fósseis.
O Plano Decenal de Expansão 2000/2009 estima o potencial técnico de cogeração
nestes dois setores em 5.750 MW, com um potencial de mercado de pouco mais de
2.800 MW. em 2009.
Combustível Potência (MW}
Bagaço de cana 391.15

Biomassa 82,75
Biomassa e bagaço de cana 4,00
Biomassa e óleo combustível 8,80
Lenha picada 5,31
Licor negro 310,18
Licor negro e biomassa 142,90
Lixo urbano 26,30
Lixo Urbano e gás natural 600.00
Óleo diesel e biomassa 70,20
Total L633,59
Sistemas de Cogeração da Biomassa
Os sistemas de cogeração, que permitem produzir simultaneamente energia elétrica e

calor útil, configuram a tecnologia mais racional para a utilização de combustíveis. Este
é o caso das indústrias sucro-alcooleira e de papel e celulose. que além de demandar
potência elétrica e térmica, dispõem de combustíveis residuais que se integram de modo
favorável ao processo de cogeração. A cogeração é usada em grande escala no mundo,
inclusive com incentivos de governos e distribuidoras de energia.
Usinas de Açúcar e Álcool
A produção elétrica nas usinas de açúcar e álcool, em sistemas de cogeração que usam
o bagaço de cana como combustível, é uma prática tradicional deste segmento. em todo.
o Mundo. O que diferencia seu uso. é a eficiência com que o potencial do bagaço é
aproveitado.

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Tecnológica du Espírito Santo
Ministério
da Educação
B:
UM PA
No Brasil. maior produtor mundial de cana-de-açúcar, a cogeração nas usinas de açúcar

e álcool também é uma prática tradicional, produzindo-se entre 20 a 30 kWh por
tonelada de cana moída. como energia elétrica e mecânica, esta última usada no
acionamento direto das moendas.
A cogeração com bagaço irá ce1tamente melhorar a economicidade da produção

sucroalcooleira. aumentando a competitividade do álcool carburante. O bagaço
volumoso. é de difícil transporte. implicando em gasto adicionaL tornando a geração de
eletricidade na própria região da usina mais barata. Mais econômica é gerar eletricidade
associada à geração de calor de processo para uso na usina. conservando~se energia.
A forma mais eficiente e limpa de gerar energia elétrica com bagaço é através de
tecnologias modernas, como a lntegrated Gasification Combined Cicie (IGCC). O
processo gaseifica o bagaço e o gás produzido alimenta a câmara de combustão de uma
turbina a gás. Esta tecnologia possibilita o aproveitamento integral da cana~deMaçúcar.
Indústria de Papel e Celulose
Do mesmo modo que na indústria sucro-alcooleira, a produção de papel e celulose

apresenta interessantes perspectivas para a produção combinada de energia elétrica e
calor útil. tendo em vista suas relações de demanda de eletricidade e vapor de
baixa/média pressão e a disponibilidade de combustíveis residuais de processo, como o
licor negro e as cascas e resíduos da biomassa.
Vantagens e desvantagens
A utilização de biomassa para produção de energia. tanto elétrica como em fomm de

vapor, em caldeiras ou fornos já é uma realidade no Brasil. O uso da madeira para a
geração de energia apresenta algumas vantagens e desvantagens, quando relacionadas
com combustíveis a base de petróleo.
Vantagens:
Baixo custo de aquisição;

Não emite dióxido de enxofre;
As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de
combustíveis fósseis;
Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos);
Menor risco ambiental;
Recurso renovável:
Emissões não contribuem para o efeito estufa.
Desvautagens:
Menor poder calorífico;

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da Educação
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Maior possibí!idade de geração de material particulado para a atmosfera.

Isto significa maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos
para remoção de material particulado:
Dificuldades no estoque e armazenamento.
Além das citadas acima. existem algumas vantagens indiretas. corno é o caso de
madeireiras que utilizam os resíduos do processo de fabricação (serragem. cavacos e
pedaços de madeira) para a própria produção de energia, reduzindo, desta maneira o
volume de resíduo do processo industrial.
Algumas das desvantagens podem ser compensadas através de monitoramento de

parâmetros do processo. Para o controle do proceso de combustão devem ser
monitorados o excesso de ar, CO e, para instalações de grande porte. também, deve
existir o monitoramento da densidade colorimétrica da fumaça por um sistema on~line
instalado na chaminé. Esses controles do processo de combustão são medidas para
impedir a geração de poluentes e. assim chamadas indiretas. As Medidas Indiretas visam
reduzir a geração e o impacto de poluentes sem aplicação de equipamentos de remoção.
O uso de equipamentos de remoção é uma medida direta que visa remover aquela parte
de poluentes impossíveis de remover com as medidas indiretas. Portanto. deve-se,
sempre que possíveL tentar implantar as medidas indiretas antes de aplicar as diretas.
Medidas Indiretas no Controle de Poluição do ar:
• Impedir a geração de poluente

• Diminuir a quantidade gerada
• Diluição através de chaminé alta
• Adequada localização da fonte
Medidas Diretas no Controle de Poluição do ar:
• Ciclones e multiciclones
• Lavadoras
• Lavador venturi
• Filtro de tecido
• Precipitadores eletrostáticos
• Adsorvedores
• Inc ineradores de gases
• Condensadores

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Centro Federal de EdtJcação
Tecnológi~a do Espírito Santo
Ministério
da Educação
B:
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2.8 Gás natural
O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves, que à temperatura ambiente e

pre~são atmosférica. permanece no estado gasoso. É um gás inodoro e incolor, não é
tóxico e é muis leve que o ar. O gás natural é uma fonte de energia limpa. que pode ser
usada nas indústrias. substituindo outros combustíveis mais poluentes, como óleos
combustíveis. lenha e carvão. Desta forma ele contribui para reduzir o desmatamento e
diminuir o trátt:go de caminhões que transpm1am óleos combustíveis para as indústrias.
As reservas de gás natural são muito grandes e o combustível possui inúmeras
aplicaçües em nosso dia-a-dia, melhorando a qualidade de vida das pessoas. Sua
distribuição é feita através de uma rede de tubos e de maneira segura. pois não necessita
de cstocagem de combustível e por ser mais leve do que o ar, dispersa-se rapidamente
na atmosfera em caso de vazamento. Usando o gás naturaL você protege o meio
ambiente e colabora para acabar com a poluição.
Origem
É uma energia de origem fóssil, resultado da decomposição da matéria orgânica fóssil

no interior da Terra. encontrado acumulado em rochas porosas no subsolo,
freqUentemente acompanhado por petróleo. constituindo um reservatório.
Gás Natural e o Meio Ambiente
Por estar no estado gasoso. o gás natural não precisa ser atomizado para queimar. Isso
resulta numa combustão limpa, com reduzida emissão de poluentes e melhor rendimento
térmico. o que possibilita redução de despesas com a manutenção e melhor qualidade de
vida para a população.
A composição do gás natural pode variar bastante, predominando o gás metano,

principal componente. etano. propano, butano e outros gases em menores proporções.
Apresenta baixos teores de dióxido de carbono. compostos de enxofi·e, água e
contaminantes. como nitrogênio. A sua combustão é completa. liberando como produtos
o dióxido de carbono e vapor de água, sendo os dois componentes não tóxicos, o que faz
do gás natural uma energia ecológica e não poluente.
O gás natural caracteriza-se por sua eficiência, limpeza e versatilidade. É utilizado em

indústrias, no comércio, em residências, em veículos. É altamente valorizado em
conseqliência da progressiva conscientização mundial da relação entre energia e o meio
ambiente.
As especificações do gás para consumo são ditadas pela Portaria n. 41 de 15 Je abril de

1998, emitida pelo Agência Nacional do Petróleo. a qual agrupou o gás natural em 3
famílias. segundo~ faixa cte poder calorífico. O gás comercializado no Brasil enquadra~
se predominantemente no grupo M (médio), cujas ~specificações são:
- • Poder calorífico superior (PCS) a 20 °C e 1 atm: 8.800 a 10.200 kcal!m3

-· (p
- Centro Federal de Educação Tecnológica do Espfrito Santo 43
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Tecnológica do Espirito Santo
Ministério
da Educaçáo
11:
UM PA
• Densidade relativa ao ar a 20 "C: 0.55 a 0.69
• Enxofi·e total: 80 mg/m3 máximo
• H2S: 20 mg/m3 máximo
• C02: 2 %em volume máximo
• Inertes: 4 %em volume máximo
• 02: 0,5 % em volume máximo
• Ponto de orvalho da água a 1 atm: -45 "C máximo
• Isento de poeira. água condensada. odores objetáveis. gomas. elementos

formadores de goma hidrocarbonetos condensáveis, compostos aromáticos,
metano! ou outros elementos sólidos ou líquidos.
Aplicações
O gás natural. após tratado e processado, é utilizado largamente em residências, no

comércio. em indústrias e em veículos. Nos países de clima frio. seu uso residencial e
comercial é predominantemente para aquecimento ambiental. Já no Brasil. esse uso é
quase exclusivo em cocção de alimentos e aquecimento de água.
>.la indústria. o gás natural é utilizado como combustível para fornecimento de calor,
geração de eletricidade e de força motriz. como matéria-prima nos setores químico.
petroquímico e de fertilizantes. e como redutor siderúrgico na fabricação de aço.
>-la área de transportes, é utilizado em ônibus e automóveis, substituindo o óleo diesel, a

gasolina e o álcooL
Vantagens do Gás Natural
baixo impacto ambiental: o gás é um combustivel ecológico. Sua queima

produz uma combustão limpa. melhorando a qualidade do ar. pois substitui
formas de energias poluidoras como carvão. lenha e óleo combustíveL Contribui
ainda para a redução do desmatamento.
- facilidade de transporte e manuseio: Contribui para a redução do tráfego de

caminhões que transportam outros tipos de combustíveis. Não requer estocagem,
eliminando os riscos do armazenamento de combustíveis.
- vetor de atração de investimentos: A disponibilidade do gás atrai novas
empresas. contribuindo para a geração de empregos na região.
- segurança: Por ser mais leve do que o ar. o gás se dissipa rapidamente pela
atmosfera em caso de vazamento. Esta é a grande diferença em relação ao gás de

C::'f't::;f, 'fE::J
Tecr10Jógica do Esplrilo Santo
Ministério
da Educação
B:
UM PA
cozinha {GLP) que, por ser mais pesado que o ar. tende a se acumular junto ao
ponto de vazamento, facilitando a formação de mistura explosiva.
Por ser um combustível fóssil, fonnado a milhões de anos. trata-se de uma energia não
renováveL portanto finita.
O gás natural apresenta riscos de asfixia. incêndio·e explosão. Por outro lado. existem
meios de controlar os riscos causados pelo uso do gás natural. Por ser mais leve que o ar.
o gás natural tende a se acumular nas partes mais elevadas quando em ambientes
fechados. Para evitar risco de explosão. devem-se evitar. nesses ambientes.
equipamentos elétricos inadequados, superfícies superaquecidas ou qualquer outro tipo
de fonte de ignição externa.
Em caso de fogo em locais com insuficiência de oxigênio, poderá ser gerado monóxido
de carbono. altamente tóxico. A aproximação em áreas onde ocorrerem vazamentos só
poderá ser feita com uso de aparelhos especiais de proteção respiratória cujo suprimento
de ar s~ja compatível com o tempo esperado de intervenção, controlando-se
permanentemente o nivel de explosividade.
Os vazamentos com ou sem fogo deverão ser eliminados por bloqueio da tubulação
alimentadora através de válvula de bloqueio manual. A extinção do fogo com extintores
ou aplicação de água antes de se fechar o suprimento de gás poderá provocar graves
acidentes, pois o gás pode vir a se acumular em algum ponto e explodir.
O que é um Gasoduto?
O gasoduto é uma rede de tubulações que lea o gás natural das fontes produtoras até os
centros consumidores. O gasoduto Bolivia-Brasil transporta o gás proveniente da
Bolívia para atender os Estados de Mato Grosso do Sul, São Paulo, Paraná, Santa
Catarina e Rio Grande do SuL Transpm1a grandes volumes de gás. possui tubulações de
diâmetro elevado. opera em alta pressão e somente se aproxima das cidades para
entregar o gás às companhias distribuidoras, constituindo um sistema integrado de
transporte de gás.
O gás é comercializado através de contatos de fornecimento com as Companhias

Distribuidoras de casa Estado, detentoras da concessão de distribuiçãoo. A TBG
(Transportadora Brasileira Gasoduto Bolívia-Brasil S/A), proprietária do gasoduto. é
responsável pelo transporte do gás até os pontos de entrega (Companhias
Distribuidoras).
Centro Federal de Educação Tecno~ógica do Espírito Santo 45

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Centro Federal de Educação Ministério
Tecnológica do Espírito Santo da Educação UM PA-LS: -O't TODOS
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Corno funciona uma Rede de Distribuição
As redes de distribuição transportam volumes menores de gás natural a menores

pressões. com tubulações de diâmetros menores que do gasoduto. EÉ esta rede que
recebe o gás nos gasodutos e o leva até as indústrias e aos centros urbanos e por fim. até
a suu casa. A rede de gás natural é tão importante e segura quanto as redes de energia
elétricu. telefone. água ou fibra ótica e contribuem para facilitar a vida das pessoas e
imrulsionar o comércio e as indústrias.
O Gás Natural é uma Energia Segura?
Totalmente. Além de segura é ecologicamente correta As redes de distribuição são

enterradas e protegidas com picas de concreto, faixas de segurança e sinalização. Há
algumas medidas de segurança utilizadas nas obras:
materiais: na fabricação dos dutos foram utilizados materiais especJats. de

grande resistência e durabilidade. As soldas são inspecionadas através de um
rigoroso controle de qualidade.
váiYulas de bloqueio: são instaladas ao longo da rede com o objetivo de

interromper o fluxo de gás. em caso de um eventual vazamento. Em trechos
urbanos são instalados a cada I km.
proteção das tubulações: as tubulações são enterradas. no mínimo, a 1 metro de

profundidade. Nas travesias. a tubulação é revestida por um tubo protetor contra
as cargas externas. Em áreas urbanas, as placas de concreto são instaladas sobre a
tubulação. para protegê-la de impactos decorrentes de escavações.
controle de corrosão: contra o ataque corrosivo do solo, as tubulações são

protegidas por um sistema conhecido por proteção catódica.
sinalização: a finalidade é alertar sobre a presença da rede de gás. A sinalização

subterrânea consta de fita plástica na cor amarela com 30 em de largura, instalada
abaixo da superfície do solo para alet1ar as pessoas que fazem escavações. A
sinalização aérea é constituída de placas e avisos instalados ao longo da rede.
odorização: tem o objetivo de dotar o gás de um odor característico. para

permitir a pronta detecção em caso de eventuais vazamentos.
Usina Elétrica à Gás de Araucária-PR
O Consórcio formado pela COPEL (20% de participação); BG (INGLATERRA): EL

PASO (USA): e_ PETROBRAS DISTRIBUIDORA. está desenvolvendo estudos
técnicos. econômicos e ambientais para a implantação da Usina Termelétrica à Gás
Natural. no município de Araucária- Paraná. ·

Ministério
A Usina de 480 MW em ciclo combinado. de duas turbinas a gás natural de 160 MW e
uma turbina a vapor de 160 MW irá consumir na condição de operação nominal
2.200.000 metros cúbicos de gás por dia.
O início de operação esta previsto para o primeiro semestre de 2002 e será interligada ao
sistema elétrico sul-sudeste brasileiro na Região Metropolitana de Curitiba. (fonte:
Copel)
Concepção artística da UEG Araucária
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Centro Federa! de Educação Tecnológica do Espirito Santo 47

Ministério
da Educação
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2.9 Energia Geoté1·mica
A energia geotérmica existe desde que o nosso planeta foi criado. Geo significa terra e
térmica está ligada a quantidade de calor. Abaixo da crosta terrestre constitue-se uma
rocha líquida. o magma. A crosta terrestre nurua nesse magma. que por vezes atinge a
superfície através de um vulcão ou de uma fenda.
Os vulcões, as fontes tennais e as fumarolas são manifestações conhecidas desta fonte

de energia. O calor da terra pode ser aproveitado para usos diretos, como o aquecimento
de editlcios e estufas ou para a produção de eletricidade em centrais geoténnicas.
Em PortugaL existem alguns aproveitamentos diretos. como o caso da Central

Geotérmica em São Miguel (Açores).
Origem
A água contida nos reservatórios subterrâneos pode aquecer ou mesmo ferver quando
em contato com o magma. Existem locais onde a água quente sobe até a superfície
terrestre, formando pequenos lagos. A água é utilizada para aquecer prédios. casas.
piscinas no inverno. e até para produzir eletricidade. Em alguns lugares do planeta.
existe tanto vapor e água quente que é possível produzir energia elétrica. A temperatura
da água quente pode ser maior que 200° C.
Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água e vapor. estes
são drenados até a supertlcie por meio de tubos e canos apropriados. Através desses
tubos o vapor é conduzido até a central elétrica geotérmica. Tal como uma central
elétrica nonnal. o vapor faz girar as lâminas da turbina como uma ventoinha. A energia
mecânica da turbina é transformada em energia elétrica através de um gerador. A
diferença dessas centrais elétricas é que não é necessário queimar um combustível para
produzir eletricidade. Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque
onde será resfriado. A água que se forma será novamente canalizada para o reservatório
onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes.
Geotermia e Meio Ambiente
Devido a natureza, a energia geotérmica é uma das mais benignas fontes de eletricidade.
Essa energia é de obtenção mais barata que os combustíveis fósseis ou usinas nucleares.
A emissão de gases poluentes (CO:o e S02) é praticamente nula.
Trata-se de uma fonte de energia não-renovável. porque o fluxo de calor do centro da

Terra é muito pequeno comparado com a taxa de extração requerida. o que pode levar o
campo geotérmico ao esgotamento. O tempo de vida do campo é de décadas, porém a
recuperação pode levar século_s. Campos geotérmicos podem ser extensos e podem
prover trabalho fixo- por muitos anos.
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espirito Santo

Ministério
da Educação
11:
UM -pA
Nos últimos trinta anos, a ciência da geofisica avançou rapidamente e o conhecimento

da estrutura do planeta tem crescido consideravelmente. A teoria das placas tectônicas
permitiu uma compreensão do porquê que certas regiões têm maior atividade vulcânica
e sísmica do que outras. Embora as minas mais profundas estão só a alguns quilômetros
de profundidade e os buracos são geralmente perfurados à profundidade de até I O km.
técnicas sismológicas junto com evidências indiretas permitiram um conhecimento
maior da forma da estrutura da terra.
Os gradientes de temperatura variam amplamente em cima da superficie da terra. Isto é

o resultado do derretimento local devido a pressão e fricção e aos movimentos de placas
vizinhas uma contra a outra. Sendo assim. um fluxo de magma debaixo pode acontecer.
A localização das placas vizinhas também correspondem a regiões onde atividades
vulcânicas são encontradas.
O calor medido perto da superfície surge do magma mas outros fatores também podem
afetar o fluxo de calor e gradiente térmico. Em alguns casos. convecção de fonte de
água natural perturba o padrão de fluxo de calor e em outros casos é pensado que o
lançamento de gases quentes de pedra funda pode aumentar o fluxo.
Outro mecanismo importante é geração de calor de isótopos radioativos de elementos tal

como urânio. tório e potássio. Este mecanismo não é completamente compreendido, mas
certas áreas da crosta sofreram derretimento sucessivo e recristalização com o tempo e
isso conduziu à concentração destes elementos a certos níveis da crosta. Em uma menor
extensão, reações químicas exotérmicas também podem contribuir para o aquecimento
local.
Áreas classificadas como hiperténnicas exibem gradientes muito altos (muitas vezes tão
grande quanto as áreas não térmicas) e estão normalmente perto das placas vizinhas.
Áreas semi-térmicas com gradientes de 40-70 C/km podem ter anomalias na grossura da
crosta em caso contrário regiões estáveis ou devido a efeitos locais como radioatividade.
Em áreas de dobramentos modernos, onde há vulcões, como na Rússia e Itália,

bombeia-se água da superficie para as profundidades do subsolo em que existam
càmaras magmáticas (de onde sai as lavas). Nestas câmaras a temperatura é muito alta e
por isto a água transfonna-se em vapor, que retoma à superficie por pressão através de
tubulações. acionando turbinas em usinas geoténnicas situadas na superfície terrestre.
Em regiões onde há geiseres (vapor d'água sob pressão proveniente de camadas
profundas da crosta terrestre, através de fissuras da mesma, explodindo periodicamente
na supetfície terrestre). como na Islândia, aproveita-se este vapor d'água para calefação
doméstica.
A cada 32 metros de profundidade da crosta terrestre a temperatura aumenta cerca de

I o c: é o grau geotérmico. Este aumento de temperatura pode ser usado para a
construção de usinas geoténnicas, como já foi executado experimentalmente por
cientistas norte-americanos do Laboratório Nacional de Los Alamos. Como todos os
recursos naturais não-renováveis, a energia geoténnica também deve ser utilizada
racionalmente.

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Tecnolôgica do Espírito Santo da Educação -~ M-- PAiS 'D E - T 0 O -o$-

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A energia geotérmica é restrita, não sendo encontrada em todos os lugares, o que

dificulta a implatação de projetos em determinadas localidades.
Por causa dos altos índices de desperdícios que ocorrem quando o fluído geoténnico é
transmitido a longas distâncias através de dutos, a energia deve ser posta em uso no
campo geoténnico ou próximo deste . Dessa maneira o impacto ambiental é sentido
somente nos arredores da fonte de energia.
Geralmente os fluxos geotérmicos contém gases dissolvidos. e esses gases são liberados
para a atmosfera, junto com o vapor de água. Na maioria são gases sulfurosos (H2S),
com odor desagradáveL corrosivos e com propriedades nocivas à saúde humana.
Há a possibilidade de contaminação da água nas proximidades de uma usina geoténnica.,

devido a natureza mineralizada dos fluidos geoténnicos e à exigência de disposição de
fluidos gastos. A descarga livre dos resíduos líquidos para a superfiície pode resultar na
contaminação de rios, lagos.
Quando urna grande quantidade de fluido é retirada da terra, sempre há a chance de

ocorrer um abalo, e nesses lugares deve ser injetado água para não ocorrer o aluimento
da terra.
Os testes de perfuração das fontes são operações barulhentas. geralmente as áreas

geotérrnicas são distante das áreas urbanas. O calor perdido das usinas geoténnicas é
maior que de outras usinas. o que leva a um aumento da temperatura do ambiente
próximo à usina.
Perspectivas Futuras
A energia geotérmica é uma fonte de energia alternativa que é encontrada em locais

especiais da superfície terrestre. que necessita de muita pesquisa para melhor ser
aproveitada, pois o rendimento que se consegue é ainda muito baixo. O alto custo das
construções das usinas. da perfuração. e os possíveis impactos inviabilizam ainda
muitos projetos.
Curiosidades:
A primeira usina de eletricidade baseada em energia geoténnica foi a de Laderello na

Itália. construída em 1913. acionando um gerador de 250Kw tendo sido posterionnente
ampliada passando a gerar 400Mw elétricos. Nesta usina a energia geoténnica é captada
de uma profundidade de 1000 pés (987,5m), e o vapor gerado se encontra a uma
temperatura de 240°C.
Centro Federal de Educaçiio Tecnolôgica do Espírito Santo 50

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Ministério
TecnológicQ do Espírito Sarlto da Educação
2.10 Célula Combustível
Conceito- Funcionamento
A célula a combustível é uma tecnologia que utiliza a combinação quimica entre os

gases oxigênio (02) e hidrogênio (H2) para gerar energia elétrica. energia térmica (calor)
e água.
A primeira célula a combustível foi desenvolvida em I 839 por um físico inglês

chamado Wilrtam Grave. Ele sabia que passando eletricidade através da água podiam-se
obter os gases hidrogênio e oxigênio. que constituem a água.
Como todo bom e curioso cientista. ele tentou fazer o processo reverso, combinando
hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade e água. E conseguiu! Mas a sua
invenção chamada por ele de "bateria à gás'', não tinha muita aplicação prática naquela
época. Anos depois em I 889, o nome "célula a combustível'' foi criado por dois
cientistas. Ludwig Monk e Charles Langer. Eles queriam tomar a célula a combustível
uma invenção prática, mas não tiveram muito êxito.
A célula a combustível só começou a ganhar vida no final dos anos 30, quando o inglês
Francis Bacon desenvolveu células a combustível de eletrólito alcalino. Em ! 959. ele
demonstrou um sistema de célula a combustível de 5kW para tàzer funcionar uma
máquina de solda. No entanto somente com a Agência Espacial dos EUA. a NASA. a
célula a combustível começou a decolar. E ela foi para o espaço nos projetos Gemini e
Apollo. Tudo que a NASA precisava era de um bom equipamento que gerasse energia
com eficiência. e que utlizasse um combustível leve e com grande densidade de energia
-, -o hidrogênio.
Hidrogênio
O hidrogênio é o mais simples e mais comum elemento do universo. Ele compõe 75%
de sua massa, e 90% de suas moléculas. Possui a maior quantidade de energia por
unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido - 52.000 British Thermal
Units (BTU)- Unidades Térmicas Britânicas- por libra (ou 120,7 kilojoules por grama).
cerca de três vezes mais calor por libra que o petróleo estando em seu estado líquido.
Quando resfriado ao estado líquido, o hidrogênio de baixo peso molecular ocupa um
espaço equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso. sendo possível então
o seu annazenamento e transporte.
No seu estado natural e sob condições normais. o hidrogênio é um gás incolor, inodoro
e insípido. É um condutor de energia. uma forma de energia secundária que deve ser
processada como veremos adiante, como a eletricidade.
O hidrogênio é uma molécula com grande capacidade de annazenar energia e por este
motivo sua utilização como fOnte renovável de energia elétrica e também térmica vem
sendo amplamente pesquisada. Se for produzido a partir de fontes renováveis (etano! e

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Ministério
Tecnológi~a do Espírito Santo da Educação UM 'PAf-s 'DE 't-oo·os
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água) e tecnologias renováveis. como a energia solar. eólica e hidráulica, o hidrogênio

torna-se um combustível renovável e ecologicamente correto.
É um elemento químico largamente encontrado na água. no ar, nos seres vivos. no

petróleo e. para ter um aproveitamento como fonte de energia eficiente. deve estar na
forma pura - gasosa ou líquida. Apresenta uma inflamabilidade elevada mas não é
maior que a do gás natural. uma fonte energética que está em expansão no Brasil e
deverá ser uma das principais fontes de hidrogênio, pois na sua estrutura de
hidrocarboneto. é encontrado o metano (CH4).
O hidrogênio molecular (H2) existe corno dois átomos ligados pelo compartilhamento
de elétrons ~ ligação covalente, Cada átomo é composto por um próton e um elétron.
Como o hidrogênio tem densidade de 1!14 em relação ao ar, alguns cientistas acreditam
que este elemento é a fonte de todos os demais. por processos de fusão nuclear.
Quando queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Quando
queimado com ar. constituído por cerca de 68% de nitrogênio, alguns óxidos de
nitrogênio (NOX) são formados. Ainda assim, a queima de hidrogênio produz menos
poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis.
Num sistema de célula a combustível. a utilização do hidrogênio puro traz vantagens

como não necessitar de reformadores (equipamento utilizado para extrair o hidrogênio
de uma fonte deste combustível, tal como o gás natural), diminuindo o tamanho e custo
do sistema. além de não contaminar as membranas e eletrodos que são sensíveis a
alguns compostos.
Centro Federa! de Educação Tecnológica do Espfrito Santo 52

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Ministério
Fotografias:
Alguns tipos de células
Aplicações em Notebooks
Detalhe da célula PEM da nave espacial

Gemini 7.
Descrição: Célula a combustível PEM

aberta. Produzia lkW eletricidade, além
da água para os astronautas beberem.
Fonte: Science Service Historical Image

Collection.
Direitos Autorais: Science Service
Historical Image Collection.

Ministério
da Educação
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~OVERNO .... ,.M
Célula a combustível do FCX V3 da Honda
Célula a combustível da nave

espacial Apollo exibida no museu
espacial de Alamogordo.
Descrição: Célula a combustível

alcalina (AFC) exposta no Museu
Espacial de Alamogordo, EUA. A
célula foi montada pela Pratt &
Whitney no ano de 1964. Foi
utilizada na mtssão Lunar da
Apollo.
Fonte: Science Service Historical

Image Collection.
Direitos Autorais: Science Service
Historicallmage Collection.

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Centro Federal de Edur.ação
Tecnológica do Espírito Santo da Educação UM · P'A
Principais Fontes de Hidrogênio
1. Gás Natural
O gás natural é uma fonte de energia rica em hidrogênio, com a relação de um átomo de
carbono para quatro átomos de hidrogênio. É um dos combustíveis fósseis mais
utilizados no mundo, com sua participação na matriz energética mundial de
aproximadamente de 23%. atrás apenas do petróleo que está com 40%.
Dentre os principais combustíveis fósseis. como o petróleo e o carvão, o gás natural é o

menos poluente.
Hoje. aproximadamente a metade da produção de hidrogênio no mundo provém do gás

natural. e a maior parte da produção em escala industrial é pelo processo de reforma a
vapor. ou como um subproduto do refino de petróleo e produção de compostos
químicos.
Para ser utilizado numa célula a combustível. o gás natural passa pelo processo de
reforma para se obter o hidrogênio. A reforma a vapor do gás natural utiliza energia
térmica- calor- para separar os átomos de hidrogênio do átomo de carbono no metano
(CH4), e envolve a reação do gás natural com vapor d'água a alta temperatura em
superfícies catalíticas - platina ou níquel. O processo extraí os átomos de hidrogênio.
deixando o dióxido de carbono como subproduto.
Este processo realiza-se em duas fases:
Fase- l: A reação decompõe o combustível em água e monóxido de carbono (CO).
Fase 2: Uma reação posterior transforma o monóxido de carbono e a água em dióxido

de carbono e hidrogênio. Estas reações ocorrem sob temperaturas de 200°C ou maiores.
Em células a combustível de óxido sólido (SOFC) ou carbonato fundido (MCFC), a
reforma a vapor ocorre internamente devido à alta temperatura- entre 600°C e I 000°C.
O catalisador a esta temperatura pode ser o níquel, mais barato que a platina. pois nesta
temperatura as reações de catálise ocorrem mais tàcilmente dispensando um catalisador
de altíssima taxa de reações e caro como a platina.
Do ponto de vista ambiental este sistema de produção de hidrogênio não é considerado

sustentável, devido às emissões de C02. que contribui para o efeito de estufa.
A reforma a gás natural tem se mostrado o meio de menor custo para produzir o
hidrogênio comercial. mas como pode ser observado acima. o gás natural é um
hidrocarboneto, e emite C02 no processo de conversão. Entretanto. se o pico global da
produção de gás natural ocorrer por volta de 2020. como predizem alguns geólogos,
será necessário descobrir outros métodos de produzir hidrogênio ou utilizar um
combustível renovável como o etano! ~ álcool da cana-de~açúcar, e esta deverá ser a
principal aposta brasileira.

Ministério
da Educação
B:~
V M PAIS tJ E J o D 0-S
<>CVERNO . . ueOAL
2. Etano)
O etano! é hoje uma das principais fontes de energia no Brasil. É uma fonte de energia
renováveL pouco poluente. e se aplicado em células a combustíveL possibilita uma
eficiência energética melhor que a utilizada hoje e com praticamente nenhuma emissão
de poluentes.
Além disso. o Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, e também o maior

produtor de açúcar e etano! (álcool). Movimenta anualmente cerca de 12 bilhões de
dólares e emprega diretamente aproximadamente um milhão de trabalhadores. e
indiretamente cerca 3,5 milhões, com a maior parte das unidades produtoras e de
mercado de trabalho localizadas nos Estados de São Paulo e do Paraná.
No ano de 2003. a produção de álcool chegou a 14.4 bilhões de litros em todo o país.
com o Centro-Sul responsável por 12,9 bilhões de litros desse totaL É um volume
16.72% acima dos 11.014 bilhões de litros produzidos na safra 02/03. Isto se deve às
novas variedades de matéria-prima. às condições climáticas favoráveis e à melhoria da
eficiência industrial das unidades produtoras.
O etano! é produzido a partir de amido de milho. da cana-de-açúcar. da beterraba e de

outras matérias-primas. e tem sido usado por décadas como combustível para transporte
em várias partes do mundo. Apresenta energia densa e líquida que pode ser estocada
compactamente, contém 35% de oxigênio. e possui uma combustão limpa. Pode ser
produzido no país. o que diminui a necessidade do óleo importado e dos derivados de
petróleo. contribui para a segurança energética dos países e fornece suporte econômico
e mercados alternativos para as safras da matéria-prima utilizada.
Quando o etano! substitui o petróleo. os beneficios ambientais incluem menores

emissões de C02. E ao contrário de outros combustíveis oxigenados, o etano! não é
nocivo ao meio ambiente no caso de ocorrerem derramamentos ou vazamentos. Por
possuir estes atributos. o etano! possui um futuro forte como combustível alternativo ou
como combustível adicional para mecanismos de combustão interna. A demanda por
etano! é crescente e a indústria do etano! responde com progressos, como uma
tecnologia de produção mais eficiente e com uma capacidade de produção maior.
Quando o etano! é usado em uma célula a combustíveL pode gerar além de energia,
importantes contribuições ambientais. além de abrir novos mercados com a geração
distribuída e com aplicações avançadas em sistemas de transporte. Por este motivo, a
indústria do etano! está começando a ter um papel mais importante nos mercados
futuros.
As células a combustível com etano! usado diretamente são conhecidas como DEFCs -
Direct Ethanol Fuel Cells/Etanol Direto. No Brasil. assim como nos EUA, existem
estudos procuranqo viabiliZar a utilização do etano! nas CaCs. mas ainda estão em fase
de desenvolvimento.

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As principais características do Etano! estão abaixo:
• Líquido incolor e volátil, com odor e sabor característicos;

• Pureza expressa em graus Gay Lussac. O álcool vendido comercialmente para fins
domésticos tem 96°GL.
• Capacidade de dissolver substâncias orgânicas .
• Composto orgânico saturado .
• Pode ser dissolvido com água em todas as proporções .
• Queima gerando uma chama com desprendimento de calor e nenhuma fuligem .
• Fónnula Molecular: CH20H5
• Peso Molecular: 46
• Densidade API: 47.1
• Massa Específica: 789, 1 kg/m 3
• Temperatura de fusão (a 1OI,35 kPA): -117,22° C
• Temperatura de ebulição (a 101,35 kPA): 77.78" C
~ • Calor latente: 921096.00 Jlkg
• Valores Caloríficos: 26990,90 J/kg (mais baixo) a 29.28 Jlkg (mais alto)
• Razão ar-combustível: 9,0 : 1
• Octanagem (Método motor ASTM): 99
• Índice de Cetano: IO
3. Metanol
O metano! é um líquido incolor. com peso molecular igual a 32,04. possuindo um odor
suave na temperatura ambiente. Sua fórmula molecular é CHJOH. Atualmente, o
metano! é uma das matérias-primas mais consumidas na indústria química. Já foi
conhecido como álcool da madeira, devido a sua obtenção comercial a partir da
destilação destrutiva da madeira.
A maior utilização do metano! atualmente está na produção de formaldeído, meti\-tert-

butil-éter (MTBE) ~ aditivo para a gasolina e que está sendo banido aos poucos nos
EUA- e como combustível puro m1 em mistura com gasolina para automóveis leves.
A tecnologia conhecida como metano! direto (DMFC) é uma variação da tecnologia

PEMFC no qual faz uso do metano! diretamente sem a necessidade de reforma do
combustível para se ter o hidrogênio puro. O metano! é convertido em dióxido de
carbono e hidrogênio no ânodo. O hidrogênio se quebra em prótons e elétrons. Os
prótons atravessam a membrana até reagir com o oxigênio para formar água, seguindo o
mesmo padrão de reação numa típica célula a combustível PEMFC.
A maioria das CaCs são alimentadas por hidrogênio, o qual pode ser adicionado
diretamente otl ser extraído a partir de um combustível no próprio sistema CaC através
da reforma de uma fonte de hidrogênio tal como o metano\, o etano!, e hidrocarbonetos.
como o gás natufal-e gasolina. As células a combustível de Metano! Direto (DMFC).
entretanto. são alimentadas por metano!, o qual é misturado ao vapor e então ao ânodo
(eletrodo negativo) da célula a combustível.

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As células a combustível DMFC não tem muitos dos problemas de annazenamento

típicos de outras tecnologias. pois o metano! tem uma densidade de potência maior que
a do hidrogênio- embora menor que a da gasolina ou diesel. O metano i também é mais
fácil de transportar e fornecer para o mercado, pois pode utilizar a corrente infra-
estrutura por ser um combustível líquido, como a gasolina.
Estas células operam na temperatura de 120- l30°C. o qual é um pouco maior que a
temperatura padrão de uma PEMFC (80°C), e atinge uma eficiência de
aproximadamente 40%. A desvantagem é que a baixa temperatura de conversão do
metano! para hidrogênio e dióxido de carbono precisa de uma quantidade maior de
platina como catalisador do que na PEMFC convencionaL o que aumenta o custo da
célula a combustível. O aumento no custo é. entretanto. compensado pela praticidade de
utilizar um combustível líquido e de não necessitar de um reformador. A tecnologia
existente nas DMFCs ainda está em início de desenvolvimento mas já têm demonstrado
sucesso em aplicações em telefones celulares e laptops, mercados potenciais para esta
tecnologia.
As principais propriedades fisicas do Metano! estão abaixo:
• Densidade (20/4 °C) máx: O, 7932

• Ponto inicial de ebulição 760mm Hg. °C: 64A+- 0.1
• Faixa de destilação 760mm Hg, °C máx: 1,0 incluindo, 64.4+- O, 1
• Limite de inflamabilidade inferior % vol 6. 7
• Limite de inflamabilidade superior % vol: 36.5
• Calor de combustão ca1/g, gas.,25 oc: 5683
• Calor de combustão cal/g. liq .. 25 °C: 5420
• Calor de fusão catlg: 0,76
• Calor de vaporização cal/g (ponto normal de ebulição): 262,8
• Ponto de congelamento °C: -97.8
• Índice de refração n20: 1,32863
• Calor específico do líquido cal/g/°C a 20°C: 0.599
• Pressão crítica Atm: 78.7
• Temperatura crítica oe: 240.0
• Temperatura de auto-ignição oc: 470
• Coeficiente de expansão cúbicapor oc a 55°C: 1,24 X 103
• Constante dielétrica mhos, 25°C: 32.63
• Pressão de Vapor mm Hg, 20°C: 96,0
• Solubilidade em água, á1coo1 ou éter completa

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4. Água
A água deverá ser uma das principais fontes de hidrogênio no futuro. Companhias de
energia no Brasil estão começando a pesquisar a viabilidade econômica de se produzir
hidrogênio a pmtir da água utilizando os reservatórios das grandes usinas hidrelétricas
brasileiras. A idéia é produzir durante a madrugada. período em que a demanda por
energia é baixa e de menor custo.
Para extrair o hidrogênio da molécula de água (H20). utiliza-se o método por eletrólise.
A eletrólise faz uso da eletricidade para romper a água em átomos de hidrogênio e
oxigênio. passando por ela uma corrente elétrica. Este processo existe há mais de 100
anos. Seu funcionamento consiste de dois eletrodos. um negativo (ânodo) e outro
positivo (cátodo) que são submersos em água pura, à qual se deu maior condutibilidade
pela aplicação de um eletrólito. tal como um sal. melhorando a eficiência do processo.
As cargas elétricas da corrente quebram as ligações químicas entre os átomos de

hidrogênio e o de oxigênio e separa os componentes atômicos. criando partículas
carregadas (íons). Os íons se formam em dois pólos: o anodo. polarizado positivamente,
e o catodo. polarizado negativamente. O hidrogênio se concentra no cátodo e o anodo
atrai o oxigênio. Uma tensão de 1.24V é necessária para separar os átomos de oxigênio
e de hidrogênio em água pura a uma temperatura de 25°C e uma pressão de 1,03Kg/cm2.
A tensão necessária para quebrar a molécula de água varia conforme a pressão ou a
temperatura são alteradas. Visualmente. o hidrogênio borbulha em direção ao eletrodo
de carga negativa (anodo). e o oxigênio rumo ao eletrodo de carga positiva (cátodo). A
menor quantidade de eletricidade necessária pra eletrolisar um moi de água é de 65,3
Watts~hora (25°C). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0.14
kilowatts~hora (kWh) de energia elétrica (ou 4.8kWh por metro cúbico).
A eletrólise não tem sido muito utilizada porque os custos da eletricidade usada no
processo impedem que ela concorra com o processo de reforma a vapor do gás natural e
futuramente com o de etano!. A eletricidade pode custar de três a quatro vezes mais que
o gás natural refom1ado a vapor. À medida que o gás natural for ficando mais escasso e
caro. provavelmente a eletrólise ficará competitiva. No Brasil, pode-se aproveitar os
reservatórios das hidroelétricas e produzir hidrogênio nos horários tOra de pico e mais
baratos. como durante a madrugada. Se os custos das células fotovoltaicas, de geração
eólica. hídrica e geoténnica, todas estas formas de energia renováveis e livres de
carbono. diminuírem, a eletrólise através destes métodos será uma opção também
atrativa.
5. Biomassa
A biomassa oferece as melhores perspectivas entre todas as fontes de energia renováveis

e como fonte de hidrogênio. seja produzindo álcool (etano!), metano! ou metano (CH4).
A cana~de~açúcar, o milho, as florestas cultivadas. soja. dendê. girassol. colza,
mandioca. palha de arroz, lascas ou serragem de madeira. dejetos de criação animal, são
bons exemplos de biomassa. Seu valor energético é alto, pois uma tone1ada de matéria
seca gera 19 GJ. Um hectare de cana-de-açúcar produz 980 GJ e a mesma área
reflorestada gera 400 GJ.

Ministério
da Educação
li'"
u 1\rt p
6. Metano de Estação de Tratamento de Água e Esgoto
O metano (CH4) é um componente do "biogás". produzido por bactérias anaeróbias.

Estas bactérias são encontradas em grande quantidade no meio ambiente. Elas quebram,
ou digerem. matéria orgânica na ausência de oxigênio e produzem o "biogás" como
resíduo metabólico. Exemplos de fontes de biogás incluem os ate!Tos sanitários. o
esterco de gado ou porcos e as estações de tratamento de águas e esgotos. O metano
também é o principal componente do gás natural produzido por bactérias anaeróbias há
milhões de anos atrás.
7. Algas e Bactérias
Os processos biológicos e fotobiológicos através de enzimas utilizam algas e bactérias

para produzir hidrogênio. Sob condições específicas. os pigmentos em certos tipos de
algas absorve energia solar. As enzimas na célula de energia agem como catalisadores
para decompor as moléculas de água. Algumas bactérias também são capazes de
produzir hidrogênio. mas diferentemente das algas necessitam de substratos para seu
crescimento. Os organismos não apenas produzem hidrogênio. mas também podem
limpar poluição ambiental.
Sabe-se de longa data que as algas produzem pequenas quantidades de hidrogênio. mas
até recentemente os cientistas não haviam encontrado um método factível para aumentar
esta produção. Cientistas da Universidade da Califórnia. Berkeley. e o Laboratório
Nacional de Energia Renovável encontraram uma solução. Após permitir que a cultura
de algas crescesse sob condições normais, os pesquisadores privaram-nas de enxofre e
oxigênio. Após muitos dias gerando hidrogênio, a cultura de algas foi colocada
novamente sob condições normais por alguns poucos dias, pennitindo assim que
armazenassem mais energia. O processo pode ser repetido várias vezes. A produção de
hidrogênio por algas pode eventualmente promover um meio prático e de baixo custo
para a conversão de luz solar em hidrogênio.
8. Gasolina e Diesel
A gasolina e o diesel também podem ser utilizados para produzir hidrogênio para as
células a combustível, mas são mais inconvenientes por terem uma estrutura com
diversas moléculas. A única vantagem seria o aproveitamento da sua infra~estrutura
estabelecida em postos servindo como transição para o modelo de postos a hidrogênio
no futuro. Mas a tendência deverá ser o aproveitamento da infra~estrutura estabelecida
pelo álcool (etano!
Centro Federal de Educação Tecnológica do Esplrito Santo 60

Ministério
Funcionamento Básico
1. {1,: um lado W r:.~WLl;, .:vmbu~ll•·d, zy g.hh\~4~

nn pres.wrtudo & btlmheatkl JMI<I o t.!tmlu:al
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do cl>:ttodo, o ,'ln'hi•·· (I qa> é forçado a
n"t'}:at\:U
V.1'1Qr por caM\S tle flu:xo ~t.~ <:~tmg;it o utatiSJ,
tkL
5. Uma \f\12 no <:atlhs.ador, a !'11»1êculJ rl\1' C>:JgOOlO

Nmhina·~ wm an ioll:S H' quf- iltQ>'<:'zatam o \?!:i'l·
trõl'ttv e <Ml <tS Q!.>Jtrom. par.1 ft:rm-3'! a fh01êt:11-la
de 4t)tM (li}Jl. N;;sta re~~íkl, omi! ceru qtantlda-
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~ Centro Federal de Educação Ministério
~ Tecnológica do Espírito Santo da Educação Ur,1 PA
GDVERND O<B.RAL
3. Linhas de Transmissão
3.1 Tensões de Transmissão- Padronização
Terminologia
Tensão Nominal- é a tensão fase-fase eficaz na qual o sistema é projetado.
Tensão Máxima de Operação do Sistema- é a tensão mais alta fase-fase eficaz que é
esperada em condições normais de operação em qualquer instante e em qualquer parte
do sistema.
Alta Tensão- é a designação para tensões de transmissão abaixo de 230 Kv.
Extra Alta Tensão- entre 230 K v e 600 Kv.
Ultra Alta Tensão -acima de 600 Kv.
Ynom (Kv) V ...ã~(Kv)

13.8 15
0'
d 2j,8
34,5 38
44 48,3
69 72.5
88 92A
138 145
230 242
345 362
440 460
500 550
750 800
·~ Centro Federal de Educação Tecnológica do Espfrito Santo 62

(??~l!'::;il"tf~::;
'0,;,tç r" ~
Centro federal de Educação

Tecnológica do Esplrito Santo
Ministério
da Educação
B:
UM PA
Venezuela
200MW
I
Belém
Culabà
LEGENDA
?3rtkV
345W - - -
750 kV-
SOOkV
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• P<~.,.;wio Cffll.,.'lb;;II<Jl"

Ministério
Tecnológica do Espírito SQnto da Educação
Horizonte 2007
(atualização março/2005)
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Pr.lkt~

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~.':;) Ministério
Centro federal de Educação UM PA
Principais Usinas em Operação

(Capacidade Instalada ?_ 30 MW)
01 ·A!cgrctl:!
01- P. Medlel A1B
03- Ch;~rquea•hs-
04 -lttníba
05- JttctJi
o&· Pll&tfP Real
07 ·!\'!~se ;1md-"l
ue • .J Ulct:r(!.'> AJSIC
,.
OS- G. B. Munhoz
10- Sl!yrodo
11 • Sallo S1mUago
1~ • $;11<) OOOr!Q
13 - ltAlf'l'
l4. G. P. Souza
1S-A. A.laydnef
l E- • Chavantes
17-LN.Garccz
18 -Ca,U~.ara $1 • Mtmmb~Jndo
19- Taquaruç:u 52 • Ag.ua VWmllltHl 35- Ju,;:: da fgra
211·RG!'laM 53 ·Ilha Solteiro llô • TI'U l<l!Jt>ll!i
at. J .. pu, 54· S1lo Simik> 117 • Uruguai anil
2/! • Trtis; lnnaao:: 55 • C. Oa>.!tiWll a11. C;ono~s
2J- N. AYanh;,ul:wa 5~ ·llumb,llr{f 119 • T.:.rmollllhm
24- Promissão S'l' • NCYS Ponte 'i«l- C. Jt~rel5satl
25 ·lhltlni;J<:~ 58- Emoon:::açila 91 -Guapore
2i ·A. S. Uma 59· Tritll Marl.iis il2- Jauru
27 • a:rrJ 80<1~ fiO -Cnma,.~n
9l· Mall!O
~a . Caliol;>;l 61· Xingó ~' • ltiqM>t"a I ii!' ir
29- H&nry Bord•m s-~- LaJeado
62·P.Afon~012:J.4
lO - Pkatlninga 1234 &3 • Moltotó 96. Cana Brava
31 - Pamibuna 64 ·1\llp~m:;:~ 97- Moran<kl
~2- Funil 65 • Sobt:nJmho 9!>. ~ihmm-Amonm
3"3-Angrala-11 &6 • Boa E$pliirança 'lS ·SI! Carvalho
l4 • s.tnt.~ Cf\~ 67 • Tucurui toll ·"'"""~:>;
lS ·NU# PUCMlh3 l'i6 • C;;:>~racy Nu"ç$ 10'1 • Sl"ff Clar.1 Muc..ot\1!
:y(i • t PO!llbQ<r~ 69. S<~mt•<:>l liJ;!. ptlrt<) !E$1ft)l<:!
31- P. P.usos/Fontl\s 70 • Batl>i!W• 11)3. Rosal
llt • R S!IVI!kil 71 • Curua.Una 104- Funil· MG
39 • fA"'J1.earo~;~tl~<l 72 • Corumbà I tOS- Sobragl
41>. Sa!tt> (k:.mde 73. Serra rl.-. Mes<~. 105- Sta BranC<~
41 ·I{J<lfap<l u.- UTE Cuf<~bá 107- Jí>II~Wfi
42 • C~margos 7S ·Salto Ca~ln tUS • PlrnJU
-'13 ·ltullnga 76 • PI'Jrto Ptlma~cta 10!l-C.!!Il03Sit-1l
4.:1--furna$ 77 • lí.f:lr:lfl~V:I 1í0 - Quchr<>-Oue!xo
4S. • Cacr;>nddE.CI.fnbai 76 • ~AfEN 111 - M.achadmlm
A. S. Ol!vutrll. ~~ • Fcrulna Hl ·O. Fnmei$C<I
4& • M. t!" Monlijll 60 • tblfllll!lmC
47·EJ\.lrclta S1 • W. Atjóml
43 ·Jagtmra ll2 • M:u';;'>é
49 ·Volta Gr4!n<le 1)3 • Nerte Y'lumnwnsu
!íO. Pwta Col6mb<a ij<l • ~k>trol>OI!
Centro Federal de Educação Tecno!õgica do Espírito Santo 65

Ministério
da Educação
B:~
UM PA,fS DE: 1'-P'D-OS
GçV. . NO FEDEUC
3.2 Materiais Utilizados
3.2.1 Cabos Condutores
Com1demçües de Projeto
a) Tensão ótima de transmissão a longa distância
Joule
Perdas
{ Carona
P ~R. F~ p. l.j_.J~ P~ K. 71
s
Condutor
Cus\o dn
trunsmissào Custo total
~Custo do isolamento
I
I
I
Custo do condutor
Nivcl cconômíço Ní~cl de tcnsõo

de tensão
b) Adaptação do Projeto ao Meio Ambiente
• Geração de ozônio devido o efeito carona

• Emissão de ruído audível
• Interferência em sinais R. F.
• Tensões eletrostáticas induzidas
c) Seleção do condutor
d) Critérios elétricos- isolamento mínimo fase I terra. etc.
e) Outras considerações- Pára-raios

Ministério
da Educação
B:
UM PA
Características fisicas das linhas aéreas de transmissão
Cabos condutores: condutores ideais para linhas aéreas de transmissão seriam aqueles
que possam apresentar as características abaixo:
a) Alta condutibilidade elétrica: perdas por efeito joule (R.P). possam ser
mantidas economicamente, dentro de limites toleráveis. Oneram diretamente o
custo do transporte de energia.
b) Baixo custo: é uma parcela ponderável do investimento total (custo dos cabos).
influindo de maneira decisiva no custo de transporte de energia.
c) Boa resistência mecânica: assegurar integridade mecânica à linha, garantindo
continuidade de serviço e segurança às propriedades e às vidas.
d) Baixo peso específico: as estruturas de suporte são dimensionadas para absorver
os esforços mecânicos transmitidos pelos condutores, um dos quais, o seu
próprio peso. Portanto quanto maior fOr este. mais robustos e caras serão as
estruturas.
c) Alta resistência à oxidação e a corrosão por agentes químicos: para que não
sofram redução da seção ao longo do tempo, provocando redução na sua
resistência mecânica e eventual ruptura.
Características Aluminio T. dura Cobre T. dum

Conduti\"idade à 20°C 61% IACS 97% IACS
IACS -lnternational Annelead Standart

I 00% correspondem á condutibilidade padrão internacional - medida à 20°C, em
cobre quimicamente puro.
Como ligas de cobre, eram muito empregados bronze I e bronze li. com 15% e 30% de
zinco. respectivamente. dando maior resistência mecânica ao cobre. Em região de
atmosfera poluída e a beira-mar, pode ser desaconselhável o emprego de cabos de
alumínio. sujeitos à corrosão.
Nesse caso é aconselhável o emprego de uma das ligas ALDREY (AI, Mg. Si e Fe). o
que aumenta as resistências químicas e mecânica, em detrimento da resistência elétrica.
cujo valor aumenta consideravelmente.
Custo AI/ Custo Cu= 25%
A resistência mecânica inferior é compensada com cabos de alumínio com alma de aço.
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Ministério
Tecnológica do Espirito Samo da J!M-- PAIS D·E T0-1>0$
GOVERNO . . DEOAL
Condutores Padronizados
O encordoamento norma! dos cabos condutores. quando compostos de fios de mesmos

diâmetros, obedece à seguinte lei de formação:
Onde:
N = número total de fios componentes
X = número de camadas ou coroas
Logo:
Para I camada - 7 fios
Para 1 camadas - 19 fios
Para 3 camadas - 37 fios
Para 4 camadas - 61 fios • etc.
Padronização brasileira
As normas brasileiras elaboradas pela ABNT especificam as características exigíveis na

fabricação e para o recebimento dos condutores destinados a fins elétricos.
a) Condutores de cobre -aplica-se à EB-12- cabos nus de cobre
• Seção em milímetros quadrados.

• Composição. ou números de filamentos
• Classe de encordoamento
Normas ABNT- EB-11 e EB-12- regulam as características que os cabos e fios nus
devem possuir:
a. Qualidade do material. suas características elétricas e físicas

b. Acabamento
c. Encordoamento, passo do encordoamento
d. Emendas
e. Variação do peso e da resistência elétrica
f. Dimensões. construção e formação
g. Tolerâncias no comprimento dos cabos
h. Embalagem e marcação desta
i. Propriedades mecânicas e elétricas
J. Ensaios de aceitação
k. Responsabilidades dos fabricantes

Ministério
da Educação
b) Condutores de alumínio e alumínio-aço
Normas ABNT:
EB 219- fios de alumínio para fins elétricos

EB 292- fios de aço zincado para alma do cabo de alumínio
EB 193- cabos de alumínio (CA) e cabos de alumínio com alma de aço (CAA)
para fins elétricos.
Sua designação deve ser feita pela área nominal da seção do alumínio, expressa em mm 1 •
pela formação. pelo tipo (CA ou CAA), pela classe de encordoamento correspondente. e
eventualmente, pela referência comercial.
De acordo com esse código canadense de referência comercial. há para cada tipo de
cabo uma família de nomes através dos quais cada bitola fica completamente definida
assim:
Para Cabos CA- nomes de flores

.- Para Cabos CAA -nomes de aves, ambos na língua inglesa
Exemplo:
Código- Tulip- Cabo CA alumínio, composto de 19 filamentos.
Diâmetro dos filamentos= 3381 mm

Diâmetro do cabo (nominal)= 16.92 mm
Peso do cabo (nominal)= 467.3 Kg I Km
Carga ruptura= 2995 Kg
Resistência elétrica em CC à 20°C =O, 168 Q I Km
Código- Penguin- Cabo CAA, composiçclo 1 fio aço e 6 de A! d seção de 125,1 mm 2
Bitola A WG 11° 0000

Diâmetro do fio de aço= 4. 77 mm
Diâmetro do fio de alumínio= 4, 77 mm
Diâmetro do cabo (nominal)= 14.31 mm
Peso do cabo (nominal)= 432,5 Kg I Km
Carga de ruptura= 3820 Kg
Resistência elétrica em CC À 20°C = 0,26719 Q I Km
(9 Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 69

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Ministério
da Educação
a:
UM PA
c) Condutores em liga de alumínio
O alumínio. em liga metálica com outros matenms. aumenta consideravelmente sua

resistência mecânica. porém aumenta também sua resistência elétrica. Essas ligas
podem aumentar consideravelmente sua resistência à oxidação e corrosão em regiões de
atmosfera poluída ou à beira-mar. Essas ligas têm diversos nomes de acordo com suas
composições. Na Europa o ALDREY é muito utilizado. Nos EUA e Canadá temos dois
tipos de condutores em ligas de Alumínio:
Tipo AAC -cabos homogêneos compostos de fios iguais em ligas de alumínio

de diversas composições.
Tipo ACAR - idênticos ao cabo CAA. exceto pela alma, que nesse caso será
composta de liga de alumínio. ao invés de aço. Estes condutores são fabricados
no Brasil.
d) Condutores Coppenveld e Alumoweld
Seus filamentos são obtidos pela extrusão de uma capa de cobre ou de alumínio sobre
um fio de aço de alta resistência. Seu emprego em linhas de transmissão como cabos
condutores é limitado a situações especiais em que são necessárias pequenas seções de
materiais condutores aliados a elevadas resistências mecânicas.
Como cabos pára-raios tem largo emprego e em linhas de telecomunicações e mesmo

como condutor neutro em sistemas de distribuição, urbanos e rurais.
e) Condutores Tubulares e expandidos
A fim de reduzir os gradientes de potencial nas superfícies dos condutores e com isso
aumentar o valor da tensão crítica de carona dos cabos. introduziram-se diversos tipos
de condutores designados como expandidos empregando materiais diversos.
A figura abaixo mostra um cabo CAA expandido e alguns exemplos de condutores de

cobre ou bronze tubulares. O condutor CAA expandido tem um diâmetro externo cerca
de 15% maior que um condutor de mesmas características elétricas.
a) Condutores Expandidos b) Condutores Ocos c) Condutores CAA Expandidos
®0 o G
Ministério
da Educação
f) Condutores Múltiplos
Condutores múltiplos ou enfeixados propostos em 1909 por Thomas. tiveram seu

emprego aplicado no início da dêcada de 1930. Devido às primeiras linhas de tensão
extra-elevadas. sendo que na Europa sua aceitação foi mais imediata do que na América.
o que é evidenciado pelo tàto de que as primeiras linhas de 345 Kv. que entraram em
serviço em 1956. O desenvolvimento das novas técnicas de construção. a melhoria das
ferragens e a confiança adquirida na operação das primeiras linhas fizeram com que o
seu uso se generalizasse-
j• SI •f -~--nr
-·-~ - · - ®-·-
1 f j
J_.J
r• •r s
s
3.2.2 Isoladores e Ferramentas
Os cabos são suportados pelas estruturas através dos isoladores, que como seu próprio
nome indica. mantém isolados eletricamente das mesmas. Devem resistir tanto as
solicitações mecânicas como as elétricas.
Os isoladores são submetidos às solicitações mecânicas que lhe são transmitidos pelos
cabos condutores. São de 3 tipos:
a) Forças verticais- devido ao próprio peso dos condutores (nos países de clima
frio. este peso é acrescido do peso da capa de gelo que pode se fonnar em tono
dos mesmos).
b) Forças horizontais a"Xmts - no sentido dos eixos longitudinais das linhas

necessárias. para que os condutores se mantenham suspensas sobre o solo.
c) Forças horizontais transversais- em sentido ortogonal aos eixos longitudinais

das linhas, devidas a ação da pressão do vento sobre os próprios cabos.
Esses esforços são transmitidos pelos isoladores às estruturas. que devem absorvê-los.
As solicitações de natureza elétrica a que um isolador deve resistir são as tensões mais
elevadas que podem oconer nas linhas. e que são:
a) Tensão normal e sobretensões em freqüência industrial:
b) Surtos de sobretensão de manobra que são de curta duração. podendo no

entanto, atingir de 3 a 5 vezes a tensão normal entre fase e terra.
c) Sobretensões de origem atmosférica. cujas intensidades podem ser muito

elevadas e variadas.
Centro Federal de Educação Tecnolôgica do Espírito Santo 71

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Ministério
Um isolador eficiente deve ainda ser capaz de fazer o máximo uso do poder isolante do
ar que o envolve a fim de assegurar isolamento adequado. A falha de um solador pode
ocorrer tanto no interior do material (perfuração) ou pelo ar que envolve (descarga
externa).
Seu desenho deve ser de forma a assegurar uma distribuição balanceada de potenciais e,
conseqüentemente. dos gradientes de ar. com o objetivo de assegurar tensões de
descarga adequada. Além desses requisitos deve ainda satisfazer a outro não menos
importante. que ê o da não produção. mesmo após longos períodos de operação. da
indesejável radiointerferência.
Esta, em geral. é causada nos isoladores por minúsculos pontos de disrupção elétrica
para o ar: carona. Produzem correntes de altas freqüências que irradiam energia de
maneira semelhante à um rádio transmissor. Exige-se ainda dos isoladores extrema
robustez. de modo a poderem resistir ao manuseio. sem sempre delicado. nos armazéns
e obras. Devem ser duráveis quando em serviço, reduzindo a um mínimo o número de
reposições no decorrer dos anos. e resistir bem aos choques térmicos a que estão
submetidos pelas condições metereológicas locais.
Suas superfícies devem ter acabamento capaz de resistir bem as exposições ao tempo.
mesmo em atmosfera de elevado grau de poluição em que haja presença de óxidos de
enxofre e outros reagentes.
Para a sua fabricação empregam-se dois tipos de materiais:
a) Porcelana Vitrificada
b) Vidro temperado
Encontra-se em fase de introdução isolamentos para linhas executados com resinas

sintéticas. A associação de epóxi com fibras de vidro, além de ter poder isolante
apresenta excelentes características mecânicas.
A principal vantagem desse tipo de material consiste em permitir a execução de peças

estruturais auto-isolantes. e conforme as classes de tensão, eliminar inteiramente os
isoladores convencionais. podendo contribuir para a redução das dimensões de
estruturas.
a) Porcelana VUr(ficada
Deve ser de boa qualidade. baixa porosidade. isenta de bolhas de ar e impureza. além de
apresentar alta resistência mecânica e ao impacto. Sua resistência dielétrica, deve ser da
ordem de 6 a 6.5 K v/mm. Sua superficie deve ser vitrificada cuidadosamente a fim de
vedar oS seus poros, impedindo a absorção de água e evitando a redução de sua
resistência dielétrica. A vitriticação deve ser resistente a altas temperaturas. devendo
resistir ao calor oriundo de eventuais arcos elétricos sem se danificar. A grande

' " ' ,,,,, '': " ' ~ r" '~
Tecnológi~a da
~,:::.;
Es~írito Santo
Ministério
da Educação
B:
UM PA
dificuldade da eletrocerâmica consiste na obtenção de peças espessas e de grandes

dimensões capazes de satistàzer a essas exigências.
b) Vidro temperado
Possui uma resistência dielêtrica da ordem de 14 Kv/mm e resistência mecânica

equivalente a da porcelana, podendo inclusive ser fabricadas peças mais espessas. Seu
custo é inferior ao da porcelana. porém é mais sujeito a danos por atos de vandalismo.
pois. devido à sua têmpera. os isoladores não resistem bem aos impactos. mesmo leves,
dependendo do local atingido (por exemplo. saias dos isoladores de disco, que são
inteiramente estraçalhados por pedras atiradas com estilingues).
Com o advento da transmissão nas tensões extras elevadas em CA e CC, condições mais
severas de serviço. vêm sendo impostas aos isoladores. devido inclusive. á crescente
intensidade da poluição atmosférica. isso tem levado a grandes projetos de pesquisa em
todo mundo, visando aprimorar materiais e desenhos dos isoladores. no sentido de
assegurar uma crescente melhoria em seus desempenhos. Está se adotando vitrificação
semicondutora em isoladores antipoluição.
Tipos de Isoladores
Em linhas de transmissão emprega~se basicamente três tipos de isoladores.
a) Isoladores de pino
b) Isoladores tipo pilar
c) Isoladores de suspensão
a) Isoladores de Pino- são t1xados à estruturas r.14

através de um pino de aço. Para tanto, em sua
parte intema possuem um furo rosqueado, com
rosca de filete redondo padronizado pela t.14
ABNT (MB22), os pinos de aço forjado

possuem. em sua parte superior. uma cabeça
de chumbo filetada, sobre o qual se atarracha o ~
isolador. São normalmente solicitados à
compressão e a flexão.
I~
Monocorpo pura 25kV
Centro Federal de Educação Tecnoló-gica do Esplrito Santo 73

Ministério
da Educação
a:·.~
ÚM PA-I-S DE:'tO-DOS
uov••No F<l>nAL
Somente são empregados em linhas até

69 Kv, e com condutores relativamente
leves em virtude da pequena resistência
do chumbo da cabeça dos pinos ao
esmagamento e também da pequena
resistência dos próprios pinos e esforços
de flexão. Devido a mencionada
dificuldade de se obterem peças maiores
e mais espessas, isoladores para tensões
nominais matares que 25 Kv são
compostos de diversas peças de
espessuras menores, sobrepostos entre si.
São isoladores multicorpos. Em vidro
temperado é possível obtê-tos de uma só
peça (isolador monocorpo).
Multi corpo para 69kV
b) Lwladores tipo pilar - são menos usados

entre nós em L.T. do que os isoladores de
pino, podendo ser construídos de uma única
peça. também de porcelana. para tensões .,.., .
mais elevadas. Dado o seu sistema de •
fixação, resistem a esforços mecânicos, -~~·~,~~.,._
bem mais elevados tanto de compressão
como flexão. Nos EUA construíram-se _,,..,;;..,mo .. ~,,.._,
linhas com esse tipo de isolador com '""'"'"""' ....

tensões até 11 O Kv.
c) l~vladores de suspensão- representam o tipo de isoladores de maior importância

para as linhas de transmissão. pois trabalhando a tração. condição muito favorável
de solicitação tanto para o vidro como para a porcelana, ajustam-se facilmente às
condições de serviço impostas em linhas em tensão extra-elevadas e ultra-elevadas.

Ministério
da Educação
B:~
UM 'PAfS !H! 'TODOS
"OV<!<NO F>IJ<Ut
Empregam-se basicamente dois tipos de isoladores de suspensão:
1. Isoladores monocorpo ou barra longa
2. Isoladores de disco
1. Isoladores monocorpo, levam o nome de

barra longa - São constituidos de uma L---~ ~r'·, __ ·,_,_, '-,,_
untca peça de porcelana. CUJO
'
comprimento varia de acordo com a nível
de isolamento desejado. Para um mesmo
o
nível de isolamento. ele é sempre inferior ~-
ao das cadeias de isoladores

correspondentes, o que pode resultar em ///' _.---~
considerável redução nas dimensões das ' ~-
estruturas, são fabricados com

/,--.. _.,__.
'
\
comprimentos até 1305mm para tensões
até 11 O KV em uma só peça. podendo ser
conectada duas ou mais em série para
tensões maiores.
_ --~----- ___0J.i?_~_Mi_!x.
"'
-- 2. Isoladores de d;sco - são referidos na MB-22 da ABNT, simplesmente como
isoladores de suspensão por não considerar o tipo anterior. São compostos de um
corpo isolante e ferragens de suspensão. através das ferragens, unidades de
isoladores são conectados entre si. formando longas cadeias de isoladores. Essas
ferragens são idealizadas, de forma a pennitir grande flexibilidade. o que abriga
os isoladores a trabalharem sob tração. com esforços concentrados em seu eixo,
no Brasil. ferragens de suspensão dos isoladores são padronizados pela ABNT
(PB - 57) pem1itindo o câmbio
por unidades fornecidas por
diversos fabricantes.
ferragens constituem-se de uma
As .... ,
haste fixada na parte intCrior do
isolador. terminada em tbrma de ' .
bola (boleto), ou de lingüeta '
(olhai), e por uma campânula
terminada ou em um garfo ou
em uma concha. O tipo de
engate bola-concha é quase
adotado universalmente em L.T.
para cadeias em ·•y•·. às vezes
são preferidas os engates garfo- _,<'M_ -
olhai. Engate concha-bola
- Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 75

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Tecnológica do Espírito Santo da Educação u-M PAIS Oll TOOI)S
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As ferragens dos isoladores de suspensão devem ser galvanizadas em banho quente de

zinco. sendo a espessura da camada controlada pela NB-22.
Características dos Isoladores de Suspensão
a) Características físicas e mecânicas
• Resistência eletromecânica
• Carga máxima de trabalho
• Resistência ao impacto
• Resistência aos choques térmicos
b) Características elétricas
• Tensões disruptivas a seco e sob chuva em freqüência industrial

• Tensões disruptiva sob impulso
• Tensão de perfuração
• Tensão de radiointerferência e corona
Essas características devem ser indicadas pelos fabricantes e grandezas ANB 22 e a

MB-22 da ABNT. regulamentam quais os ensaios e sua fonna de realização para
verificação das garantias oferecidas.
Distribuição de potências em isoladores e cadeias de isoladores
Distribuição de potências ao longo de um único isolador
Tensào do Solo "·u da tensào aplicada
100
80
60
"'
20

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Ministério
Tecnoló~lca do Es!Jírito Santo da Educação
Circuito Equivalente de uma cadeia deZ isoladores
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Vg
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r Ir
Ifz I
A figura mostra a distribuição de potenciais em uma unidade. Como e de se esperar, os

gradientes mais elevados ocorrem próximos aos pinos e a campânula. enquanto que
gradientes menores ocorrem ao longo da superficie restante. se considerarmos uma
cadeia de isoladores com z elementos, teremos o circuito equivalente acima, onde
Vn (Kv)- tensão a que estão submetidas n unidades a contar do lado aterrado

(estrutura)
Vg (Kv)- tensão a quês estão submetidos os z elementos.
C (F)- capacitância entre campânula e pino de um isolador.
c (F)- capacitància de uma unidade do solo.
K (f)- capacitància de uma unidade ao condutor.
3.2.3 Ferragens e Acessórios
São representados pelo conjunto de peças que devem suportar os cabos e ligá-los às
cadeias de isoladores e estas às estruturas. No conjunto. o seu desenho é de extrema
impOJtància. mesmo em detalhes mínimos, pois podem construir-se fontes carona e
importantes fontes de radiointerferência. mesmo com tensões relativamente baixas.
Cadeias de suspensão: as cadeias de isoladores devem suportar os condutores e

transmitir aos suportes todos os esforços destes. Na parte superior devem possuir uma
peça de ligação à estrutura, em geral um gancho ou uma manilha, e na parte inferior,
terminam em uma pinça (ou grampo de suspensão) que abraça e fixa o cabo condutor.
o Pinça de suspensão
o Dispositivo antivibrantes
o Armadura anti vibrantes.
• Festões
- o
o
Amortecedores stockbridge
Grampos de suspensão armados
- (9 Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 77

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Ministério
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Cadeias de ancoragem: suportam além dos esforços que devem suportar as cadeias de
suspensão também os esforços devidos ao !racionamento dos cabos. Podem ser
constituídos de uma simples coluna de isoladores. como também de diversas colunas em
paralelo. dependendo da força de tração a que estão sujeitas.
O elemento de fixação do cabo condutor é o grampo de tensão ou grampo de ancoragem.

que deve ser dimensionado para resistir aos esforços mecânicos a que ficar sujeito. e ao
mesmo tempo reter o cabo. sem possibilidade de escorregamento. Em alumínio ou ferro
maleável. existem dois tipos básicos:
• De passagem: o cabo é retido por pressão. atravessando o grampo sem

secionamento. havendo diversas formas de execução;
• De compressão: o cabo é seccionado no ponto de ancoragem e o grampo é

aplicado por compressão do material por meio de prensa hidráulica ou alicate
prensa de grande capacidade. Para os cabos CAA pode ser constituído de duas
peças, uma interna que retém o núcleo de aço e que suporta o esforço mecânico
e uma externa de alumínio que possui sapatas terminais para a ligação elétrica da
derivação.
3.3 Estruturas das linhas de transmissão
As estruturas constituem os elementos de sustentação dos cabos das L.T:s terão tantos
pontos de suspensão quanto forem os cabos condutores e cabos pára-raios a serem
suportados. Suas dimensões e formas dependem. portanto, de diversos fatores.
destacando-se:
• Disposição dos condutores:

• Distância entre condutores;
• Dimensões e formas de isolamentos:
• Flechas dos condutores:
• Altura de segurança;
• Função mecânica;
• Forma de resistir:
• Materiais estruturais;
• Número de circuitos. etc:
Daí a grande variedade de estruturas em uso.
3.3.1 Disposição dos Condutores
Nas linhas trifásicas empregam-se. fundamentalmente. três disposições de condutores:
a) Disposição triangular
b) Disposição horizontal
c) Disposição vertical

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~~
Ministério
Centro federal de Edllcação
a} Disposição triangular: os condutores estão dispostos segundo os vértices de um

triângulo, que poderá ser eqüilátero ou outro qualquer. no primeiro caso desde
que a disposição seja eletricamente simétrica. no segundo assimétrica.
Assimétrica 69 KV
b) Disposição horizontal: os condutores são fixados em um mesmo plano

horizontal, onde o nome usado ás vezes é lençol horizontal. Pode ser simétrica
ou assimétrica. Sua principal vantagem reside em permitir. estruturas de menor
altura para um mesmo condutor e vão do que as demais disposicões. porém
estruturas mais largas. É a disposição preferida das linhas a circuiÍos simples,
para tensões elevadas e extra-elevadas.
; 2l.34m
::
33.5m -IL5m
c) Disposição vertical: ou em lençoL é a disposição preferida para linhas a circuito

duplo e para linhas que acompanham vias públicas. Nestes os condutores se
encontram montados em um plano vertical.
Até 138 KV

Ministério
da Educação
Para as linhas a círcuito prefere-se as disposições abaixo:
:!.30m
3.80m
3.1!Dm :!5.0m
3.3.2 Dimensões das estruturas
As dimensões principais das estruturas são detenninadas principalmente pelos seguintes

fatores:
• Tensão nominal de exercício
• Sobretensões previstas
Como fatores secundários:
• Flexão dos condutores
• F arma de sustentação de condutores
• Diâmetro dos condutores
Essas dimensões (distância entre condutores., altura dos seus pontos de suspensão,
distância entre as partes aterradas) variam grandemente de país para país. dependendo
das normas adotas. No Brasil. esses elementos são fixados em norma pela ABNT (NB-
182/1972)
3.3.3 Classificação das estruturas das L.T. 's
Há diversos critérios pelos quais podemos classificar as estruturas das L.T:s, sendo os
mais usados:
• Quanto à .sua função na linha;

• Quanto à suá forma de resistir
• Quanto ao material empregado em sua fabricação
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo RO

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Centro Federal de Educação -U M PA f S -DE T-Q DOS
TecnológiC<l do Espirito Santo da Educação GOVERH<> "<>2AAL
3.3.3.1 Funções das estruturas nas linhas
Através da norma da ABNT- NB 182 - Projetos de Linhas aéreas de transmissão e

subtransmissão de energia elétrica - específico as cargas atuantes. bem como as
hipóteses de carga a serem consideradas nos projetos e cálculos do suportes das LT.'s.
A) Cargas verticais
• Componentes Verticais dos esforços de tração dos cabos (condutores e pára-
raios):
• Peso dos acessórios de fixação dos cabos (ferragens e isoladores);
• Peso do próprio suporte e eventuais cargas verticais. devido ao estaiamento;
• Sobrecargas de montagens. manutenção e/ou outras eventuais.
8) Cargas Horizontais transversais

• Ação do vento sobre os cabos e respectivos acessórios de fixação:
• Ação do vento sobre o suporte na direção normal à linha:
• Componentes horizontais transversais dos esforços de tração dos cabos e
eventuais esforços horizontais introduzidos pelo estaiamento.
·- C) Cargas horizontais longitudinais

• Componentes horizontais longitudinais dos esforços de tração dos cabos e
eventuais esforços introduzidos pelo estaiamento;
• Ação do vento sobre o supmte, na direção da linha.
As cargas acima relacionadas, que podem ser consideradas como normais. sobrepõem-
se ainda cargas anormais, ou excepcionais. às quais, sob certas condições. os condutores
devem resistir. são elas as cargas provocadas pelo rompimento de um ou mais cabos.
As estruturas além de sua função geral de suporte dos condutores. possuem também
funções subsidiárias, cuja influência é marcante em seu dimensionamento. Essas
funções estão relacionadas com o tipo de cargas que devem suportar.
a) Estruturas de Suspensão
b) Estruturas de Ancoragem
• Ancoragem total - também chamadas de estruturas de fim de linha. são

dimensionadas para resistir a todas as cargas normais e excepcionais
unilateralmente. São portanto as estruturas mais reforçadas das linhas.
• Ancoragem parcial - também chamadas de ancoragem intermediáría, servindo
nonnalmente como pontos de tensionamento.
c) Estruturas para ângulos- são dimensionadas para resistir aos esforços normais,
inclusive das forças horizontais devidas a presença dos ângulos, Resistem
geralmente às cargas excepcionais.
Centro Federa! de Educação Tecnológica do Esplrito Santo 81

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Ministério
Tecnológica do Espírito s~nto da Educação \1M PA{Iõ D-E. -1'0DOS
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d) Estruturas de derivação - quando se deve fazer uma derivação. sem haver

necessidade de interrupção ou seccionamento nesse ponto, a linha é
simplesmente derivada de estruturas apropriadas para esse fim.
e) Estruturas de transposição ou rotação de fase
3.3.3.2 Forma de resistir das estruturas
• Solicitação axial vertical;
• Solicitação horizontal transversal;
• Solicitação horizontal longitudinal
A classificação das estruturas em dois grupos. quanto ao seu componente face a essas
cargas
a) Estruturas autoportantes:
b) Estruturas estaiadas.
a) Estruturas Auloportantes
São estruturas que transmitem todos os esforços diretamente para as suas fundações,
comp01iando-se como vigas engastadas verdadeiras. com elevados momentos fletores
junto à linha de solo. Elas podem ser:
• Rígidas
• Flexíveis
• Mistas ou semi-rígidas
1. Estruturas rígidas: são dimensionadas para res1st1r aos esforços normais e

sobrecargas. sem deformações elásticas perceptíveis. e às cargas excepcionais.
com deformações elásticas de menor importância. Em seu aspecto geral. são
simétricas em ambas as direções (longitudinais e transversais). com dimensões
relativamente grandes e construídas em estruturas metálicas treliçadas.
2. Estruturas Flexiveis: resistem apenas ás cargas normais sem deformações

perceptíveis resistindo às sobrecargas e esforços excepcionais com
deformações elásticas consideráveis. São simétricas em ambas as direções e se
.caracterizam pelo elevado grau de esbelteza: os postes singelo$ são exemplos
típicos desse tipo de estrutura, como também o são os pórticos articulados. ·

P''V'T'','i'''''' r-' ~
~:=:J Ministério
Tecnológica do Espírito Samo da Educação
3. Estruturas mistas ou semi-rígidas: são rígidas em uma direção e flexíveis em

outro. Assim. são estruturas assimétricas, com dimensões maiores na direção em
que são rígidas e menores na outra. É o caso dos pórticos contraventados ou
rígidos.
b) Estruturas Estaiadas
São normalmente estruturas flexíveis ou mistas que são enrijecidas através de tirantes
ou estais. Os tirantes absorvem parte dos esforços horizontais. transmitindo axialmente
peta estrutura. Os tirantes em geral são constituídos com cabos de aço galvanizado a
fogo. com sete fios e diâmetros nominais variáveis. Os cabos Alumoweld e Coppenveld
também tem sido bastante empregados,
As estruturas estaiadas. até pouco tempo, tinham emprego limitado às linhas com
estruturas de madeira ou concreto e tensões até 230Kv. Mais recentemente foram
introduzidas estruturas metálicas estaiadas para tensões até 750Kv.
Um caso particular constitui as linhas com estmturas semi~rígidas no sentido transversal
que obtém sua estabilidade longitudinal através dos cabos pára-raios. ancorados em
cada uma das estruturas de suspensão e terminados nas estruturas de aman·ação.
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230Kv
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Estruturas Autoportantes
a) Rígida~ b) Elástica; c) Semi-rígida
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3.3.3.3 Materiais para Estrutura
Materiais usuais para fabricação das estruturas das LT's são:
• madeira,
• concreto,
• metais.
• mistas e resinas annadas
a) Madeira- deve possuir características especiais. capazes de satisfazer as exigências

peculiares do serviço, quais sejam:
• Elevada resistência mecânica à flexão;
• Boa resistência às intempéries;
• lndeformalidade com o decorrer do tempo:
• Boa resistência ao ataque de microorganismos que levam à sua destruição.
Obs.: madeiras capazes de satisfazer as condições acima: aroeira; óleo vermelho;

maçaranduba e candeia.
Para as:
• cruzetas,
• travessas, etc.
Recomenda-se: Ipê; Faveiro: cabreúva; etc.

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Ministério
da Educação
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b) Concreto Armado- A evolução no emprego das estruturas de concreto armado se

deve principalmente a:
• Maior durabilidade e ausência total de manutenção:
• Melhoria das vias e meios de transporte, bem como do equipamento de manejo e

montagem:
• !introdução de aço-carbono. permitiu uma redução considerável nas dimensões

da peça. obtendo-se seções pequenas e alta resistência. o que reduziu ainda mais
o seu custo.
Sua principal desvantagem está nas dificuldades de transporte no campo, principalmente

em terrenos acidentados e de difícil acesso.
São empregados dois tipos de armaduras para as estruturas de concreto:
• Pré-tensionadas:
• Convencional.
c) EsTruturas metálicas- constituído de aço carbono normais de alta resistência, em

perfilados ou tubos. Devem ser protegidos contra oxidação. A zincagem a quente
das peças. asseguram ausência de manutenção, por 25 anos ou mais.
O alumínio e suas ligas também tem sido usados como material estrutural para
linhas de alta tensão. A redução de peso que se obtém . sem sacrifTcio da resistência,
é notáveL porém seu custo é ainda muito elevado. Sob certas condições podem ser
montadas em locais de fácil acesso e transportadas de helicóptero.
Centro Federal de Educação Tecnolôgica do Espirito Santo 85

Ministério
da Educação
B:~
UM PAÍS DE "TODO$
&OVHNO HD"""'
3.4 Cabos Pára-Raios
Ocupam a parte superior da estrutura e se destinam a interceptar descargas de

origem atmosférica e descarregá-la para o solo, evitando que causem danos e
interrupções nos sistemas.
É um equipamento destinado à proteção de sobretensão provocada por descargas

atmosféricas ou por chaveamento na rede. Um pára-raios é constituído basicamente
por: corpo de porcelana, resistores não-lineares. deslígador automático. centelhador
série. proteção contra sobrepressão. conforme mostra a figura 3.4.1.
Até pouco tempo os cabos pára-raios eram sempre rigidamente aterrados através das
estruturas quando surgiu a idéia de utilizá-los para telecomunicações e telemedições
isolaram-se então as estruturas dos cabos através de isoladores de baixa resistência
disrupti\·a. o que não afetou sua eficiência como elemento de proteção. pennitindo o
emprego de equipamento de acoplamento para comunicações muito menos
dispendioso.
Resiston!!ls nóo lineares
de
Fig. 3.4.1 -Vista da parte interna de um pára-raios.

Ministério
da Educaçáo
Cabos utilizados
.-
• Cabos de Aço HS, HSS ou SM galvanizados (aço galvanizado de alta ou
extra alta resistência):
• Cabos aluminoweld (cabos tOnnados por fios de aço recobe110 por alumínio):
• Cabos copperweld:
• Cabos CAA de alta resistência mecânica (alunínio com alma de aço).
Fig. 3.4.2 - Montagem de um Pára-raios em uma cruzeta.
A figura 3.4.2 mostra um pára-raios montado numa cruzeta. indicando os elementos

-.. usados na montagem e na conexão. Já a figura 2.4 apresenta graficamente as variações
de coJTente e tensão durante a operação de um pára-raios a resistm· não-linear.

Ministério
da Educação GOVERNO . . BORAL
I de imputso prasumido sem. e!ro-roio-a
Tensão disruptiva
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laolamentc:J fcn~e-terro
I
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Fig. 3.4.3- Curva de Atuação de um pára-raios.
Para especificar um pára-raios, é necessário que se indiquem, no mínimo os seguintes

elementos: tensão nominal (em kV). freqüência nominaL máxima tensão disruptiva de
impulso sob frente de onda (em kV). máxima tensão residual de descarga (em kV).
máxima tensão disruptiva à freqiiência industrial (em kV). corrente de descarga {em A),
e tipo (distribuição ou estação).

Ministério
da Educação
B:
Ú.M PA
4. Características de t.-ansmissão de energia em corrente alternada e corrente

contínua
A transmissão em corrente alternada é hoje utilizada universalmente e mostrou-se

adequada para transmitir e distribuir Energia Elétrica.
Embora isso seja verdadeiro. existem ainda alguns problemas que não foram resolvidos
mediante o emprego de corrente alternada. de forma técnica e econômica.
+ A transmissão de grandes blocos de potência a grandes distâncias de fonna

econômica e com o mínimo de agressão ao meio ambiente.
+ Transmissão estável de potência entre sistemas assíncronos ou com diferentes

fi·equências.
+ Acréscimos de potência à uma dada rede sem majorar o nível de potência de curto-
circuito desta rede.
+ Transmissão subterrânea e subaquática a distância maiores que 30/40 km devido as

severas limitações impostas pela geração de creativos do cabo CA ea consequente
necessidade de reatores em derivação impraticável em travessias marítimas ou de
rios. penalizando econômicamente o uso de cabos em corrente alternada.
Um fator determinante para a aplicação de CCAT (Corrente Contínua em Alta Tensão).

é o baixo custo das linhas aéreas em corrente contínua.
Acima de uma certa distância cerca de 700 km, a economia obtida nos cabos das linhas
é maior do que os custos extras oriundos das estações terminais. tornando a opção de
transmissão em corrente contínua vantajosa.
Observa-se que um sistema de transmissão em corrente contínua com dois condutores

metálicos e a possibilidade do retorno pela terra na falta de um deles. equivale na prática
a um circuito duplo de cmTente alternada. dispondo da mesma confiabilidade e a um
custo menor inclusive no que tange a uma menor utilização de faixas de passagem.
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32m

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Tecnológica do Espírito Santo da Educação UM P~fS D-E TODOS
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Além disso a transmissão de corrente continua não é afetada pela capacitância e a

indutância da linha.
Utilizando toda a seção transversal do condutor (ausência do efeito pelicular) propicia

um controle de potência estável e veloz.
A interconexão de sistemas operando a freqências diferentes ou de sistemas assíncronas

(frequências idênticas. mas possuindo diferentes modos de controle) é feita com sucesso
por elos em corrente contínua.
Elos em corrente alternada apresentam dificuldades com respeito a potência de

acoplamento quando a capacidade de transmissão do elo for pequena em comparação
com a capacidade geradora dos sistemas interligados.
Mesmo pequenas diferenças de frequências nos dois sistemas acarretam grandes

correntes de interligação. com a proteção atuando para desconectá-las.
O emprego de corrente contínua resolve facilmente este problema, sem nada a

acrescentar a potência de curto-circuito das áreas interligadas. Isto equivale a não ser
necessário alterar potência de transfonnadores, reforços em barramentos ou empregos
de disjuntores com maior capacidade de interrupção.
Todos os fatos mencionados anteriormente tem tomado cada vez maior o emprego da
corrente contínua no mundo , principalmente com o desenvolvimento das válvulas a
estado sólido, cada vez mais compactas, confiáveis e econômicas. permitindo minimizar
custos das instalações tenninais.
Conclusão
Quanto maior a distância de transmissão, a vantagem do menor custo da linha em

corrente contínua se fará sentir na comparação com a alternativa em corrente alternada.
Este fato é demostrado atráves da análise da figura abaixo. Tendo esta figura a variação
do custo do investimento da transmissão (para uma dada potência) em função da
distância.
Nas transmissões em corrente contínua as estações terminais tem um custo bem mais
elevado que nas transmissões em corrente alternada. enquanto que para o custo da linha
ocorre o inverso. Assim sendo a partir de uma dada distância. O custo global de da
transmissão em correntecontínua passa a ser menor que o custo total da transmissão em
corrente alternada. Não é possível estabelecer de modo genérico este ponto. pois ele
varia de acrdo com a potência a ser transmitida. as condições locais, as características
do sistema, terminais. etc ... A di;;tância de 750 km é citada como exemplo para um caso
em particular, estudos publicados tem mostrado que o ponto crítico situa-se numa faixa
de 500 a 1.500 km.

Ministério
da Educação
1!1:.~
UM PAIS DE .TOOOS
G<>V<RNO HOEBU
Corrente Alternada
Custo
(R$1
Corrente çontínua
150 500 750 1000 1250 Distãnçi<J ( km)
Vantagens e Desvantagens da Transmissão em Corrente Contínua (CC)
Vantagem·:
+ Flexibilidade de operação e expansão~ Pode operar com somente um pólo e retorno

pela terra. o que equivale a um circuito duplo de corrente alternada. Dentro de certos
limites a transmissão CC pode operar com tensão reduzida.
+ Operação assíncrona ~ A distância de transmissão não é limitada por razões de

estabilidade. característica esta que permite a interlagação de sistemas com
frequências diferentes ou que apresentam problemas de estabilização.
+ Corrente de cw1o circuito- Não contribui para o aumento desta corrente exceto um
pequeno valor que depende do tipo e da quantidade de compensação reativa para os
terminais.
+ Transmissão subterrânea e submarina- Em corrente altenada é limitado devido aos

efeitos do valor de corrente capacitiva dos cabos. o que não ocorre em CC,
mostrando assim grandes perspectivas para alimentação de grandes centros urbanos.
transmissões submarinas e marítimas.
+ Transmissão mais confiável - operação em tensão reduzida caso haja problema de

isolamento. operação com metade da potência, se um dos pólos ou parte da estação
estiver fora de serviço, menos exposição à raios. pois só temos dois condutores
contra três em corrente alternada ou seis em igualdade de transmissão.

~:JE!Ff'~&w__........,
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B:~
--r""-,~

Ministério
Tecnológica do Espírito Santo da -tiM- PAfS -DE' T'ODOS
~<>VLRNO nB . . Al
Desvantagens:
• Custo dos terminais - Este era um dos grandes obstáculos no uso da corrente
contínua. Este fator foi muito diminuído devido Às novas tecnologias de tirístores.
t Confiabilidade e disponibilidade de válvulas- Este era o maior obstáculo básico e

fundamenta! até meados de 1970, visto que as válvulas a vapor de mercúrio
apresentavam baixa confiabilidade.
+ Custo de manutenção - A baixa confiabilidade das válvulas de vapor de mercúrio

tornava os custos de manutenção das estações conversoras bastante elevadas se
comparadas À corrente alternada. Com novas tecnologias isto não se verifica.
conforme experiências existentes.
+ Pouco conhecimento da tecnologia- O grande número de projetos a partir de 1970.

difundiu esta tecnologia, facilitando estes tipo de transmissão. Vale salientar que
estes comentários referem-se especificamente às estações conversoras e não as
Linhas de transmissão.

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Ministério
Centro Federal de Educação UM PAÍS DE TODÓS
Tecnolôglca do Espírito Samo da Educação GOVERNO ROERU
5. Condutância de Dispersão e Efeito Coro na
Introdução de Efeito Corona e perdas nos Isoladores
As perdas por dispersão englobam as perdas devidas ao efeito carona e as perdas nos
isoladores. As primeiras são uniformemente distribuídas ao longo das linhas. As perdas
nos isoladores, se concentram nos mesmos. porém como a distância entre estruturas
suporte é pequena em comparação com o comprimento das linhas. também estas são
consideradas uniformemente distribuídas.
5.1 Perdas nos Isoladores
Através do material com que são fabricados os isoladores (porcelana ou vidro), como
também ao longo de sua superficie. verifica-se o escape de corrente em freqüência
normal. Essas correntes provocam perdas de energia. e seu valor é função de uma série
de fatores merecendo destaque:
• Qualidade do material do isolador;
• Condições superficiais do isolador:
• Geometria do isolador:
• FreqUência da tensão aplicada;
• Potencial a que são submetidos;
• Condições metereológicas. etc;
Experiências realizadas em uma linha experimental (275Kv). mostraram que estas

perdas variam muito. indicando por unidade de isolador pendente:
Tempo bom- 0.25 a 1.5 W/isolador
Chuva fi·aca- 2.5 W/isolador
Chuva forte 25W /Isolador
No geral estas perdas. são suficientemente pequenas para poderem ser desprezadas na
maioria dos casos.

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Centro Federal de Educação Ministério
Tecnológica do Espírito Santo da Educação ·U·M PAfS 'DE Tà·DilS
<lCv<.tl<> "DEOAC
5.2 Efeito Corona
A seleção dos condutores é uma das decisões mais importantes a serem tomadas pelo
projetista das Lrs. Nas linhas em médias e altas tensões. a escolha da seções dos
condutores geralmente se baseia em um equacionamento econômico entre as perdas por
efeito joule e os investimentos necessários. Nas linhas em tensões extra elevadas e nas
futuras linhas em tensões ultra-elevadas, o controle das manifestações do efeito corona
pode ser o elemento dominante para orientar essa escolha.
As múltiplas manifestações do efeito carona tem implicações diretas com a economia

das empresas concessionárias e com o meio ambiente no qual as linhas de transmissão
se encontram. Todas são importantes e por isso devem merecer dos projetistas a devida
atenção:
O efeito carona aparece na superfície dos condutores de uma linha aérea de transmissão
quando o valor do gradiente de potencial aí existente excede o calor do gradiente crítico
disruptivo do ar. Mesmo em uma campo elétrico uniforme. entre dois eletrodos planos
no ar, uma série de condições controlam essa tensão disruptiva, tais como a pressão do
ar. a presença de vapor d'água, o tipo de tensão aplicada e a fotoionização incidente. No
campo não uniforme em torno de um condutor a divergência de campo exige influência
adicional. e qualquer partícula contaminadora como poeira. por exemplo. transforma~se
em fonte pontual de descargas.
Descargas elétricas em gases são geralmente iniciadas por um campo elétrico que
acelera elétrons livres aí existentes. Quando esses elétrons adquirem energia suficiente
do campo elétrico, podem produzir novos elétrons por choque com outros átomos. É o
processo de ionização por impacto. Durante sua aceleração no campo elétrico cada
elétron livre colide com átomos de oxigênio. nitrogênio e outros gases presentes.
perdendo nessa colisão, parte de sua energia cinética ocasionalmente um elétron pode
atingir um átomo com força suficiente. de forma a excitá-lo. Nessas condições, o átomo
atingido passa a um estado de energia mais eJevado. O estado orbital de um ou mais
elétrons muda e o elétron que colidiu com o átomo perde parte de sua energia para criar
esse estado. Posteriormente o átomo atingido pode reverter ao seu estado inicial.
liberando o excesso de energia em forma de calor, luz, energia acústica e radiações
eletromagnéticas. Um elétron pode igualmente colidir com um íon positivo,
convertendo-se em átomo neutro. Esse processo. denominado recombinação, também
libera o excesso de energia.
Toda a energia liberada ou irradia deve provir do campo elétrico da linha, portanto do
sistema alimentador. para o qual representa perda de energia, e conseqüentemente
prejuízo. De um modo geral. elas se relacionam com a geometria dos condutores, tensão
de operação. gradientes de potencial nas superficies dos condutores e, principalmente
com as condições metereológicas locais.
Centro Federal de Educação Tecnolôgica do Esplrito Santo 94

- .
.
IJ)
:
..
,;
Ministério
da Educação
Constatou-se por exemplo que as perdas por carona em linhas de tensões extra-elevadas
podem variar de alguns Kilo"vatts/Km. até algumas centenas de Kilowatts/Km, sob
condições adversas de chuva ou garoa.
As perdas médias. como se verificou podem constituir apenas pequenas partes das
perdas por efeito Joule. porém as perdas máximas podem ter influência significante nas
demandas dos sistemas. pois a capacidade geradora para atender a essa demanda
adicional deverá ser prevista ou ditCrença de energia importada.
Tantu a~ perdas com tempo bom como aquelas sob chuva dependem dos gradientes de
poteneial na superficie dos condutores. As perdas sob chuva dependem não só do
indicie de precipitações, como também do número de gotículas d'água que conseguem
aderir il superfície dos condutores. Esse número é maior nos condutores novos do que
nos usados. nos quais as gotas d'água aderem mais facilmente à geratriz inferior dos
condutores.
Nas transmissões em tensões extra~etevadas e as tensões ultra-elevadas enfatizaram dois

outros tipos de pe11urbação do meio. provocados pelo efeito carona, sendo~lhes
atribui do também caráter de poluição
• radiointerferência (R. I)
• ruído acústico (RA)
Descargas individuais de carona provocam pulsos de tensão e corrente de curta duração

que se propagam ao longo das linhas resultando em campos eletromagnéticos em sus
imediações. Essas descargas ocorrem durante ambos os serniciclos da tensão aplicada,
porém aquelas que ocorrem durante os semiciclos positivos é que irradiam ruídos
capazes de interferir na radio recepção nas faixas de freqüência das transmissões em
amplitude modulada (AM). Em particular nas faixas das ondas médias. Eflúvios de
carona também ocorrem em outros componentes das linhas, tais como ferragens e
isoladores. Porém a intensidade dos ruídos gerados é bastante inferior a dos geradores
pelos condutores. Ferragens defeituosos pinos e contra-pinos mal ajustados ou soltos
podem igualmente gerar pulsos eletromagnéticos. Estes no entanto, ocorrem nas faixas
das freqüências de FM e TV, provocando interferência ou ruído nas recepções de FM e
TV.
O estudo do comportamento das linhas no que se refere a RI é bastante complexo em

virtude dos inúmeros fatores que afetam seu comportamento, muitos dos quais ainda são
indefinidos e nem mesmo completamente entendidos, de forma que os efeitos
cumulativos são considerados em bases estatísticas.
Nos projetos de pesquisa sobre Carona em tensões extra e ultra elevadas, verificou~se
que uma outra manifestação sua não poderia ser desprezada nas tinhas de 500 kV ou
tensões superiores, dado o caráter de poluição ambiental que representa. E a poluição
acústica causada pelo ruído característico provocado pelos eflúvios do Carona. Estudos

Ministério
da Educação
B;
UM PA
mostraram que o ruído audível é função dos máximos gradientes de potencial na

superfície dos condutores.
O dimensionamento econômico das LT's está relacionado com a escolha do gradiente

de potencial máximo admissível na superfície dos condutores das linhas de transmissão.
Como veremos gradientes de potencial para uma mesma classe de tensão somente são
reduzidos mediante o emprego de condutores com número crescente de subcondutores.
ou pela forma com que são distribuídos sobre o círculo tendo como centro o eixo do
feixe.
Alternativas vem sendo pesquisadas para a redução da radiointerferência e ruídos

audíveis. como a colocação de espinas em volta dos condutores ou o seu envolvimento
em capas de neoprene. O emprego dos condutores múltiplos assimétricos tem
apresentado problemas de estabilidade mecânica sob ação do vento, e a melhor solução
sob esse aspecto poderá conflitar com a melhor solução sob o aspecto de distribuição de
gradientes de potencial.
5.2.1 Formação dos eflúYios de Corona
Sabemos que o gradiente crítico disruptivo do ar atmosférico E0 é da ordem de 30,5

(kV/cm) em atmosfera-padrão de 20°C e pressão barométricade 760mm de Hg. Para a
corrente alternada., o valor eficaz do gradiente disruptivo é igual a Eo = 21.6 kV/cm.
Foi verificado através de experiências que o fenômeno das descargas de Carona

somente se inicia com valores de gradientes mais elevados nas superfícies dos
condutores. quando também se iniciam as manifestações luminosas. A esse valor de
gradiente denominou-se gradiente crítico visual (EcRv). Um condutor atinge o gradiente
crítico visual quando o gradiente crítico disruptivo é atingido a uma determinada
distância da superfície do condutor, o que é necessário para que o campo acumule
energia suficiente para desencadear o processo. Essa distância denominada distância de
energia é igual à 0,301/\lr (em) em atmosfera-padrão.
Fatores de superfície
Fatores de
Condições superficiais dos condutores superfície
• (m)
:Condutores cilíndricos. polidos e secos I 1.00
Cabos novos. secos. limpos e sem abrasão 0.92
1
Cabos de cobre expostos ao tempo em atmosfera limpa 0.82
' '
Cabos de cobre expostos ao tempo em atmosfera agressiva 0.72
I
:Cabos de alumínio novos, limpos e secos. com condições de superficie decorrentes 0.53 a 0,73
1 do grau de cuidado com que foram estendidos nas finhas (médias 0.60)
Cabos molhados. novos ou usados i 0.16 a 0.25

Ministério
da Educação
B:
UM PA
Verifica~se pelos valores obtidos na tabela que o ECRv diminui muito com a presença de
água sobre os cabos, cujas gotas representam pontos de concentração de potência!. Os
valores mais baixos de m atribuídos aos cabos novos e secos decorrem do tàto de que
estes. em geraL além de apresentarem pequenas irregularidades superficiais (arranhões,
farpas. etc ...). que a oxidação provocada pelo próprio Carona se encarrega de eliminar,
com o tempo. possuem também óleos ou graxas em sua superfície, à qual aderem mais
facilmente partículas de poeira orgânica e inorgânica. que representam fontes de
eflúvios puntiformes.
Gota deformada pelo

Gota normal campo elétrico
DefOrmação de gotas d'água sob ação do campo elétrico de um condutor
Nos cabos novos sujeitos à chuva. a água adere a toda a sua superficie em forma de
gotículas. enquanto que. nos cabos usados, a tendência é se formarem gotas maiores ao
longo de sua geratriz inferior. porém em menor número. As gotículas em geraL são
defonnadas sob a ação do campo elétrico, formando pontas nas quais o gradiente se
torna suficientemente elevado para produzir eflúvios puntiformes, causando todos os
inconvenientes mencionados. O gradiente crítico visual decresce consideravelmente.
5.3 Previsão do desempenho das linhas quanto a formação de Corona
Para que uma linha apresente um desempenho satisfatório face ao fenômeno do Carona,
é necessário que o gradiente de potência!, na superficie dos condutores ou
subcondutores. seja inferior ao valor do gradiente critico visual desta linha. ou seja:
E< EcRv
Observações realizadas em linhas de transmissão mostraram que se pode esperar um

desempenho razoável com valores de gradientes de potência! da ordem de 15 kV/cm.
Publicações recentes indicam que se pode esperar desempenho satisfatório. seja no que
diz respeito a perdas, seja quanto ao nível de intensidade de ruídos de radiointerferência
com:
E< 17 kV/crn
Este valor tem sido empregado em dimensionamentos preliminares para a escolha

técnico econômica de condutores de linhas.

Ministério
da Educação
5.4 Gradiente de potencial na superficie dos condutores
Consideremos inicialmente um condutor cilíndrico reto, de raio r (m). de grande

comprimento. de fonna que se possa examinar um pedaço de comprimento unitário sem
que ele seja afetado por quaisquer efeitos das extremidades. Consideramos igualmente
longe de quaisquer outros condutores ou planos condutores. Este condutor possui carga
Q (coulomb/km). unifonnemente ditribuída sobre sua superfície.
O seu campo elétrico pode ser visualizado confonne figura abaixo através das linhas de
força que emanam normalmente de sua superfície e cujo número é proporcional a Q. Se
considerarmos um cilindro concêntrico com o condutor de espessura infinitesimal e a
uma distância R (m) de seu centro. o mesmo número de linhas de força que emanam da
superfície do condutor de raio r também atravessará o cilindro. distribuindo-se sobre sua
superfície unifOrmemente.
Campo elétrico de um condutor

cilindrico no e,<,paço
A densidade do fluxo na superficie do cilindro . se considerarmos um comprimento

unitário deste. será:
DR ~ _Q_ (C/m'):
2n R
na superfície do próprio condutor:
Dr = _Q_ (C/m 2 ):
2rr r
se lembramos que o gradiente de potência! se relaciona com a densidade de fluxo

através da expressão:
E ~ _Q_(V /m)
E'
Teremos o gradiente de potencial na superfície do condutor e do cilindro:
(V/m) e Er= --'"'----- (V/m)

27tr.€
onde: €- é a permissividade do meio.

~c::~:é;~~rr ~>"-.!
Tacnológi~a
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do Espírito Santo
Ministério
da Educação
11:.~
UM PAiS DE l'OOOS
'""""MO nD"'"
5.5 Análise quantitativa das manifestações do efeito Corona
Conforme foi mencionado. anteriormente, três das manifestações do efeito Carona

apresentam maiores preocupações nos projetos das linhas de transmissão, as quais
examinaremos a seguir:
a- radiointerferência;
b- ruídos auditivos:
c- perdas de energia.
As duas primeiras apresentam nítido caráter de poluição ambiental. atingindo p011anto,

direitos da população em geral. As perdas por Carona representam problemas
econômicos. Em geral ocorrem, simultâneamente. e se relacionam diretamente com o
gradiente de potencial doas condutores.
5.5.1 Radiointerferêucia
Descargas ou eflúvios pontuais nas superficies dos condutores, causados por

irregularidades ou partículas sólidas aderentes, provocam a formação de pulsos de
correntes que se propagam ao longo das linhas. estabelecendo campos eletromagnéticos
que se estendem lateralmente. e cuja presença é detectada por receptores de rádio de
amplitude modulada (AM) . principalmente nas faixas de 500 a 1.600 kHz, ou seJa,
exatameente nas faixas reservadas às transmissões de ondas médias.
As pesquisas mostraram que os fatores que afetam a radiointerferência e que constituem

as variáveis na maioria dos métodos divulgados são:
• fator de superfície;
• frequência da energia irradiada:
• resistividade do solo:
• umidade relativa;
• densidade relativa do ar;
• velocidade do vento:
• índice de precipitação (chuvas) .
Centro Federal de Educação Tecnolôglca do Espirito Santo 99

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Centro Federal t!e Educação
Ministério
Tscnolôgica do Espírito Santo da Educação !J-M- J>-"-- f s---oe To o os
GOVERN<> HI>.RAL
5.5.2 Ruídos Acústicos
Até antes do aparecimento das linhas de transmissão de 500 kV. as maiores fontes de
ruídos nos sistemas elétricos eram constituídas pelos transformadores e subestações. No
entanto o ruído gerado por linhas acima de 500 kV pode tornar-se fator decisivo com
parâmetro limitante em projetos.
O ruído auditivo nas linhas ocorre ao longo dos cabos condutores. com componenetes
em frequências subarmõnicas da frequência da linha de natureza contínua. Essas
componentes podem ser atríbuidas a um movimento oscilatório da capa de ar ionizado
que envolve os condutores. Há também uma componente de natureza aleatória e
provocada pelos eflúvios de Carona nas superfícies dos condutores durante os
semiciclos positivos da tensão na linha. com um espectro mais amplo de frequências.
mantendo sons de frequência fundamental, subarmônicos e harmônicos de orden
superior. Esssa fontes pontuais devidas aos eflúvios podem ser consideradas
uniformemente distribuídas ao longo da linha. emitindo ondas sonoras esféricas.
Há pesquisas em andamento, cuja finalidade é entender e equacionar melhor o problema,

assim como buscar meios de reduzir o seu efeito entre os quais:
• uso de grande número de subcondutores por fase:
• empregos de feixes de condutores assimétricos. reduzindo seu número na parte

inferior:
• aumento dos diâmetros físicos dos condutores. envolvendo-os por tubos de neoprene
de diâmetros bem maiores que o seu diâmetro, afastando as gotas d'água da geratriz
inferior:
• aumento do diâmetro elétrico dos cabos por me10 de espiras de arames finos,
provocando supercorona:
5.5.3 Perdas de energia por Corona
Mesmo em linhas com condutores bem dimensionados, quando as perdas por Carona.
com tempo bom, são suficientemente pequenas para serem desprezadas para fins de
determinação de parâmetros das linhas. o mesmo não acontece. como mostraram
estudos efetuados em diversos países, em condições de mau tempo, conforme
comentamos anterionnente.
Para a detenninação analítica das perdas por efeito Carona, encontra-se na literatura um
número grande de expressões. a maioria delas empíricas e baseadas em pesquisas e
observações realizadas por seus autores e cujos resultados nem sempre convergem.
Não abordaremos estes cálculos neste estudo.

Ministério
da Educação
11;
UM PA
6 Linhas de Distribuição
6.1 Estudo das cargas elétricas
6.1.1 Introdução
Para o estudo a simulação do sistema de distribuição. ou seja. para o entendimento e

compreensão da operação deste sistema. torna·se necessário representar os diversos
tipos de cargas por modelos matemáticos convenientes.
Cada modelo deve relacionar, através de coeficientes característicos. as variações de

potência ativa e reativa com as variações de tensão e frequência do sistema. Deve-se
também. determinar as porcentagens com que cada carga típica contribui para o sistema
ao qual está ligada. De posse destes valores (coeficientes caracteristicos e percentagens).
deve-se pesquisar coeficientes característicos para as associações de diferentes cargas.
Acontece. porém, que a composição de cargas. além de mudar com o tempo. não é
determinada diretamente. Em vista desta incerteza, a associação de diversas cargas pode
normalmente ser representada por três modelos matemáticos, que são:
+ Impedância constante
• Corrente constante
+ Potência constante
6.1.2 Classificação das cargas
As cargas encontradas na distribuição podem ser classificadas segundo os seguintes

aspectos:
+ Posição geográfica:
+ Circuito no sistema de fornecimento:
+ Dependência na continuidade de fornecimento:
+ Atividade do consumidor.
Posiçlio geogn{fica
• Cargas urbanas;
• Cargas rurais.
Baseando-se nesta classificação, adotam.se condições diferentes de qualidade de serviço.

Os consumidores urbanos recebem mais atenção do que os rurais, quanto a continuidade
de fornecimento e variação da tensão.
Por outro lado. para incentiver as atividades dos consumidores rurais. estes são
favorecidos pelo governo que. por meio de órgãos competentes, que financia a

~:Ef'f~l"'.'-':::;;
B:J~~
r'"
F """"
Ministério
TecnoiÕíJi~a do Espírito Santo da Educação UM PAÍS DE T'ODOS
G<>VE.~O FU><BAC
eletrificação de suas propriedades. detennina que lhe sejam dadas concessões especiais.
como tarità inferior À do consumidor urbano, isenção de certas obrigações. etc ..
Circuito no sistema de fomecime!Jto
• Cargas de Transmissão (Grupo A)

• Cargas de Subtransmissão (Grupo A)
• Cargas Primárias (Grupo A)
• Cargas Secundárias (Grupo B)
Segundo esta classificação, foram estabelecidos os grupos A e B de tarifas.
Dependência JW continuidllde de fornecimento;
+ Consumidor Proridade A: hospitais. fábricas de papei, café soluvel e leite em pó.

indústrias de fios e cabos, texteis. centros de processamento de dados. emissoras de
rádio e Tv.
+ Consumidor Proridade B: indústrias com alto-fornos, estabelecimentos bancários,

órgãos governamentais, eswtação de tratamento de água.
+ Consumidor Proridade C: Centros comerciais, oficinas mecânicas, hotéis. cinemas,

padarias. condomínios residênciais (com elevadores), etc ...
+ Consumidor Proridade D: outros
Atividade do consumidor
• Residencial
• Comercia!
• Industrial
• Rural
• Iluminação Pública
• Outros:
• Poderes públicos (Excutivo. Legislativo e Judiciário dos governos Federal,
Estadual e Municipal. Autarquias e Fundações).
• Serviços Públicos (relativos a água. esgoto e saneamento, irrigação e tração
elétrica).
• Consumo próprio da concessionária.
6.1.3 Curvas de carga (Diagrama de cargas)
Excepcionalmente. as cargas permanecem constantes durante um longo período. Quase

sempre, variam constantemente segundo as atividades. os níveis sóc:io-econômicos e os
costumes dos consumidores. às horas do dia. os dias da semana, as estações do ano. etc ..

c-'.~
~.::.J
Cuntro Federal de Educação
Ministério
da Educação
B; UM PA
A curva de carga é um grático. representado no plano cartesiano, que mostra a variação

da carga em função do tempo. Quando o eixo dos tempos abrange um dia obtém-se a
curva de carga diária.
As classes de carga. segundo as atividades dos consumidores. podem ser prontamente

idenrificadas pelas curvas diárias. que possuem configurações bem diferentes de uma
classe para outra.
Curva típica de Carga residencial
Carga x Tempo
Pico de
Potência Iluminação
- Horas
o 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Curva típica de Carga comercial
Carga x Tempo
Potência
lh1minação
Início das atividades

do comércio
Horas
o 2 4 6 8 w 12 w 16 18 ~ a ~

Ministério B:,~id:JL
da Educação íi,M PAlS DE T'D1lOS
GOVERNO FEJ>.RIIl
Cun'a típica de Carga JndusMal
Carga x Tempo
Potência
Almoço
Início das
atividades
Horas
o 2 4 6 8 10 12 M 16 18 w n ~
Obs.: A curva é diferente para aquelas indústrias com funcionamento contínuo (3 turnos
de trabalho).
Curva típica de Iluminaçao Pública
Carga x Tempo
Potência
o 2 4 6 8 10 12 M
__rHom•
16 18 w n ~
A curva típica de uma carga rural é bastante diferente conforme se focalize um período
de safra ou entreRsafra. Entretanto, nem todas as cargas rurais assim se apresentam. As
que se comportam periodicamente. dessa forma. são chamadas de ··cargas sazonais''.
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 10-l

B:·~
'r'~
..C:::;J Ministério
Centro Fsdera! de Educação UM PAIS -DE 1'0tlQ-S
Tecnológica do Es~rito Santo da ~GV<.>IO fU . . A<
6.1.-4 J\lodclos de cargas elétricas
Existem basicamente três modelos para representação de uma dada carga:
+ lmrcdância constante
• Corrente constante
+ Potência constante
Carga de impedância constante
Quando a carga é representada por um

Potência x Tensão modulo de impedância constante, a
P (pu) potência (P) da carga é prop<:>rcional ao
1,0
quadrado da tensão (V). Ou seja, a
···················•···•····· ~•
• . impedància Z = R + jX é constante,
não variando com a tensão.
P~ V .I~ V .V ~ z~ JYL'
z p
As cargas que se comportam.

praticamente como de impedância
constante são as lâmpadas
V (pu) incandescentes e as cargas de
1,0
aquecimento (resistivas).
Carga de correllfe constmtte
Potência x Tensão Para o modelo de carga do tipo

p (pu) corrente constante, a potência é
proporcional à tensão. isto é, a corrente
1,0
é independente da variação da tensão.
Neste caso o modelo matemático é
dado por:
Este tipo de comportamento pode ser

observado nas lâmpadas de descarga à
V (pu) bajxa pressão com compensação do
1,0
fator de potência.

Ministério
da Educação
11:•~
-u·M- PAIS" PE tonos
GOVEOO<<> ··~·OM
Carga de potência constante
Neste caso a potência (ativa e reativa)

Potência x Tensão
p (pu)
não varia com a tensão, isto é:
S~P+jQ~cte
1,0 - - - - - - - - ,
•
..•
Os motores de indução se comportam •
basicamente com cargas de potência
constante.
V (pu)
I,
Obs.: Os três modelos apresentados tratam as cargas de forma independente da

frequência. Na realidade. muitas delas variam com a frequência, como é o caso das
lâmpadas de descarga. fornos a arco. conversores, motores. etc. No entanto. verifica-se
que este parâmetro na representação das cargas. principalmente na baixa tensão, pode
ser desprezada.
6.1.5 Composição de cargas
No conjunto. as cargas estão combinadas segundo um percentual que caracteriza cada

região e/ou tipo de consumidor, Ou seja. a carga de um alimentador é composta por um
conjunto de cargas de diferentes nahJrezas, motivo pelo qual não se pode dizer que o
mesmo obedece a um dos modelos expostos.
As cargas normalmente presentes nos circuitos de distribuição são as lâmpadas

incandescentes. de descarga à baixa pressão e à alta pressão (vapor de mercúrio), fornos
e aquecedores (chuveiros e terras elétricos). motores de indução e aparelhos de ar
condicionados.
Como cada tipo de carga requer uma representação diferente dificultando a solução do
fluxo de potência, torna-se conveniente agrupar as cargas em uma única carga totaL
com apropriada lei de variação. Quando analisamos a composição de cargas dos
alimentadores de distribuição, verificamos que o modelo mais conveniente é o de
corrente constante.

11:
'UM f> A
7 Redes de Distribuição
Finalidade
A presente nonna tem como objetivo estabelecer os critérios básicos e as condições

gerais para a elaboração de Projetos de Redes de Distribuição, pela Escelsa ou por
terceiros, na área de concessão da Escelsa.
Conside1·ações Básicas
Os projetos apresentados por terceiros terão prazo de validade para execução de 12

(doze) meses. após o visto da ESCELSA. Findo esse prazo e não executada a obra,
deverá ser consultada a ESCELSA quanto à necessidade de apresentação de novo
projeto. de acordo com os padrões e normas vigentes.
Os projetos para as regiões onde existe ou não rede elétrica, deverão obedecer a um
planejamento básico. elaborado pela Área de Planejamento da ESCELSA,
possibilitando um desenvolvimento contínuo e uniforme da rede, dentro da expectativa
de crescimento de cada localidade.
O projetista deve sempre avaliar o efeito da rede proposta no meio ambiente onde será
construída. procurando sempre minimizar ou eliminar os aspectos que possam interferir
diretamente com o desempenho do fornecimento de energia elétrica. mas considerando
também aspectos como ecologia, estética e fatores sociais.
Ao verificar árvores de porte inadequado sob a rede elétrica. quando de levantamentos

de campo para prqjetos, deve-se procurar o cliente e orientá-lo a contatar o setor
pertinente da Prefeitura Municipal de sua cidade para a extração das mesmas quando
possível, e solicitar o plantio de árvores de pmte adequado (até quatro metros de altura).
evitando-se podas corretivas e emergenciais futuras, interrupções de energia elétrica.
acidentes elétricos. etc.
Todo projeto de extensão e refonna de redes urbanas de distribuição. elaborado pela

ESCELSA ou por terceiros. deve prever somente postes de concreto circular e
padronizados pela ESCELSA.
Sempre que possível, colocar a posteação do lado Oeste na rua cujo eixo esteja na
direção aproximada Norte-Sul. a fim de que as futuras árvores de médio porte possam
ser plantadas do lado Leste, dando maior sombra, à tarde, sobre as frentes das casas e as
calçadas. Para as ruas cttio eixo está na direção Leste~ Oeste, o lado da posteação deve
ser sempre que possível do lado Norte. para que as árvores de porte médio, plantadas do
lado Sul, dêem sombra sobre a calçada. Desse modo a arborização obtém maior
insolação durante o dia e os moradores têm sombra à tarde. refrescando suas casas, e a
ESCELSA e a comunidade beneficiam~se com a não interferência entre a rede elétrica e
a arborização. As figuras a seguir mostram a localização dos postes e das árvores em
função do seu porte.

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Centro Federal de Edu~ação
Ministério
da Educação
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UM PA.fS DE -TODOS
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Figura 7.1- Locais adequados para instalação de rede dedistribuição aérea
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Figura 7.2- Locais adequados para o plantio de árvores de pequeno e médio porte

Ministério
da Educação
11:
UM PA
As distâncias entre a rede elétrica e as construções. fachadas, letreiros. luminosos,

reformas. etc., devem ser avaliadas prevendo futuras ampliações destas e o futuro
afastamento das redes elétricas, propondo desde já estruturas definitivas, conforme a
largura das calçadas existentes e evitando condições inseguras para os moradores do
local, bem como gastos futuros com as remoções e interrupções de energia.
Não propor posteação em locais onde as curvas das ruas, avenidas, rotatórias. etc.,
direcionam os veículos, pela força centrífuga. para fora do eixo da curva, diretamente a
estes locais. o que eleva a probabilidade de abalroamentos dos postes. Esses devem ser
locados no outro lado da rua, evitando-se possíveis abalroamentos com danos materiais
e pessoais para a ESCELSA e pessoas. Evitar posteação fora do alinhamento das divisas
dos terrenos onde não está definida a entrada de veículos. evitando-se futuras remoções
de postes.
Propor a iluminação pública adequada aos locais de maior concentração de pessoas, tais
como: escolas, postos de saúde. hospitais. templos religiosos, praças, áreas de lazer,
pontos de ônibus. áreas institucionais de conjuntos habitacionais ou loteamentos. etc.,
com lâmpadas de capacidade superior às demais ruas do locaL previamente negociado
com a Prefeitura Municipal
A responsabilidade de autorização de locação dos postes nas vias I áreas públicas é

sempre da Prefeitura Municipal (PM). Igualmente no Planejamento da Iluminação
Pública, deve ser previamente negociado entre a ESCELSA e PM.
Projetar sempre utilizando-se das estruturas mínimas necessárias ao atendimento

proposto. sempre obedecendo os requisitos técnicos mínimos previstos em norma,
porém, aplicando-se as reduções de tração possíveis e corretos cálculos mecânicos dos
postes. o que certamente trará economias ao projeto, segurança para os trabalhadores e a
comunidade. favorecendo a ESCELSA e o cliente.
Propor sempre. no projeto o "reparo de passeio" em locais onde os postes forem

instalados ou removidos e existam calçadas pavimentadas.
Estar sempre de posse, quando dos levantamentos em campo ou no escritório,dos

manuais e orçamentos atualizados possibilitando infonnar prontamente ao cliente
quanto a previsão dos custos dos serviços solicitados, bem como obter a prévia
concordância ou o cancelamento do processo.
Em cruzamentos aéreos ("'flying-tap'") de redes primárias (15 ou 23 kV) novas. com

condutores nus. quando possível, deve ser projetado e instalado os condutores de maior
bitola ou os condutores ''fonte" por cima dos de menor bitola ou "carga" (adotar
sempre dois postes de IIm e dois postes de 12m. no mínimo). Em refonnas ou
melhoramentos da rede de distribuição. adotar a solução mais econômica independente
da posição dos condutores. Em cruzamentos de condutores de alumínio com condutores
de cobre, os de· alumínio sempre devem ser instalados por cima. Nos cruzamentos
aéreos de redes primárias. de condutores nus com rede compacta ("'spacer cable''), a
rede compacta deve ser instalada acima da rede com condutores nus e as ligações das

Ministério
da Educação
11:~
UM J>AfS--DE lODOS
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fases deverão ser feitas com cabo coberto. observando-se a distância mínima entre
circuitos.
Todos os materiais previstos nos projetos e construção. devem seguir as Especificações

e Padrões Técnicos vigentes na ESCELSA, e de fornecedores habilitados pela
ESCELSA para o respectivo material.
Conceitos Básicos para Projeto da Rede de Distribuição Aérea- Rede Secundária
O dimensionamento elétrico de um circuito de distribuição em baixa tensão é feito

verificando-se dois parâmetros principais, a saber, queda de tensão e o limite térmico
dos cabos. Os comprimentos usuais de nossas redes secundárias fazem com que. na
maioria dos casos. seja suficiente o cálculo da queda de tensão; no entanto. em casos
especiais de circuitos muito curtos é necessário fazer a verificação do limite térmico.
Não são feitas restrições quanto às perdas, nos projetos de redes secundárias. porque os
limites de queda de tensão estabelecidos são suficientes para restringir as perdas a níveis
aceitáveis.
Nas redes de distribuição de energia elétrica qualquer modificação ou alteração proposta

acarreta geralmente custos elevados; por esse motivo é fundamental que. nos projetos. a
configuração dos circuitos secundários tenha uma escolha bastante criteriosa. É de
grande importância o formato ou configuração dos circuitos das redes secundárias e
sendo estas bem dimensionadas. com a proposição de circuitos flexíveis e bem
definidos. além de outras vantagens poderá proporcionar:
a) Máxima vida útil da instalação, evitando que a rede de distribuição

tenha um envelhecimento prematuro, respondendo ao crescimento da
carga para a qual foi dimensionada.
b) Obtenção de um maior beneficio pelo menor custo operacional,

incluindo perdas de energia. custos dos condutores. transformadores
de distribuição. materiais diversos, etc.
Para fins de projeto. estabelecemos que um circuito secundário deve ter uma vida útil
teórica de 15 anos sendo que. no 7.5o ano é previsto um seccionamento com
intercalação de transformadores. É evidente que, na prática. este seccíonamento e esta
vida útil poderão se confirmar ou não dependendo do crescimento real da carga.
As redes secundárias de uma região. onde existe o mesmo padrão de carga (mesma
carga residencial típica), devem ser alimentadas com setores secundários justapostos da
mesma configuração, mesmo comprimento e mesmas bitolas de condutores, fazendo-se
alterações apenas onde cargas atípicas assim o exigirem. Esta uniformidade facilitará o
projeto e permitirá fazer-se os seccionamentos e intercalação de transformadores. de
uma maneira mais repetitiva e uniforme.
Em bairros residenciais estáveis, como é geralmente o caso dos núcleos habitacionais,

onde a possibilidade de grandes alterações nos tipos de carga é pequena. pode-se reduzir

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Centro Federal da Educação
Ministério
da Educação
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ao mínimo o custo da instalação e da operação da rede de distribuição colocando-se o

menor número possível de transformadores e em conseqüência. a menor extensão
possível de rede primária. com o uso de circuitos secundários longos e com bitolas
maiores que. em geral. dão menos problemas de manutenção.
Em bairros comerciais ou com pequenas indústrias ligadas a rede secundária. ou ainda.

bairros em que as residências estão sendo substituídas por prédios de apartamentos, ou
outras cargas maiores. é conveniente que se tenha a rede primária se estendendo por um
maior número de ruas e um número maior de transformadores de distribuição. tornando
a rede mais flexível para futuras alterações. Neste caso a rede secundária resultante deve
ser com cabos mais leves reduzindo~se os ônus nos casos de sua substituição antes do
término da sua vida útil.
Os condutores a serem utilizados na rede secundária serão multiplexados,

recomendando-se para os barramentos. 120(70) mm 2 ou 70(70) mm 2 e, para as laterais.
70(70) mm2 ou 50(50) mm2.
De um modo geral, deve~se evitar o projeto de circuitos novos com cargas completas
equivalentes a transfonnadores inferiores a 45 kV A. em bairros estáveis conforme o
item 5.5 e 30 kVA em bairros com redes secundárias mais leves.
Preferencialmente, ramais de ligação de consumidores próximos ao meio do vão da rede

secundária deverão ser ligados ao poste mais próximo do transformador reduzindo,
desta fonna. a carga do vão e. em conseqüência, as quedas de tensão e as perdas de
energia.
Por motivos de segurança. a rede secundária em um poste com transformador deve

sempre ser alimentada por este.
Sendo desnecessária, a rede secundária deve ser retirada permanecendo

sempre o neutTO.
Dois transforn1adores instalados no mesmo poste deverão, preferencialmente,

serem ligados independentemente. sem paralelismo evitando a transposição
da rede primária, a não ser que a carga do maior consumidor for maior que
um dos transformadores. Neste caso evitar instalar rede secundária e. se for
inevitável, alimentar a rede somente por um dos transformadores ligando-se
o segundo transformador a um número pequeno de ramais de serviço de
grandes cargas.
Transformadores instalados em postes adjacentes tornam desnecessários a

rede secundária no vão, permanecendo sempre o condutor neutro.
De um modo geral, deve-se evitar extensões de circuitos de redes secundárias maiores

que 350m.
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo li I

Ministério
da Educação
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\1M- P A I S O E T Q O OS
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A não ser que haja evidentes vantagens de custo. convém evitar a construção de
circuitos secundários com cruzamento com seccionamento aéreo.
Conceitos Básicos para Projeto da Rede de Distribuição Aérea- Ramal e Subramal

Primários
Dependendo da existência ou não de um tronco ou de uma lateral de alimentador. a

linha que alimenta diretamente os transformadores é classificada como ramal ou sub-
ramal. As regras dadas a seguir são aplicáveis a ambos os casos. sendo que para
simplificar o texto. nos referimos apenas a ramais, exceção feita a alguns casos
específicos onde a distinção esta claramente mostrada.
Os ramais primários são determinados pela localização dos consumidores em média

tensão e. basicamente. pelas configurações adotadas para a rede secundária e as
conseqüentes localizações dos seus postos de transformação.
Escolhida a configuração da rede secundária a ser adotada em determinado local.

confOrme descrito no item anterior e demais capítulos aplicáveis. deve-se definir a
configuração dos ramais primários.
Para alguns formatos e disposições de quarteirões a direção dos ramais primanos é

única e para outros, tem-se mais de uma opção (quarteirões quadrados por exemplo).
Dado o caráter repetitivo da rede secundária. em geral será possível construir-se os
ramais na configuração mais adequada. isto é, paralelos uns aos outros ou seguindo
aproximadamente a mesma direção. 6.4- Sempre que possível os ramais construídos, o
mais paralelamente possível uns dos outros. devem ser dispostos de tal maneira a
derivarem de um tronco de alimentador ou, caso não exista. de uma lateral de
atimentador ou mesmo de um ramal (denominando-se então de sub-ramal).
Os ramais primários devem ser projetados com comprimentos finais de ordem de Ikm a
2km, a menos que a configuração do bairro determine comprimentos menores sendo,
nas áreas de maior densidade de carga. adotados comprimentos menores (I km).
Havendo previsão de expansões da rede elétrica os ramais poderão ser construídos
inicialmente mais curtos, sempre obedecendo o planejamento global da área para a rede
primária. Este item não se aplica a subramais de pequena extensão.
Na construção dos ramais deverão ser evitados ângulos ou mudanças de direção.
A bitola mínima para os ramais primários será 70 mm2, para rede compacta. Serão
utilizadas bitolas maiores se as cargas projetadas para o ramal ultrapassam os limites de
carregamento econômico ou limites de queda de tensão. no caso de ramais
excepcionalmente longos.
Sempre que possíveL um ramal primano deverá possuir, como fonte alternativa de
alimentação. um· ponto de ligação em sua extremidade. através de uma ligação com
chave à extremidade de um outro ramal ligado a outro alimentador ou lateral. No caso

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da Educação
de sub-ramais de pequena extensão dificilmente se terá justificativa econômica para a
dupla fonte.
Padronização de Redes Primárias Urbanas de Distribuição
O padrão de rede primária urbana na ESCELSA é a rede primária compacta (11.9- 13.8
ou 23 kV), com condutores de alumínio (CA) protegidos com cobertura em XLPE.
instalados em espaçadores. conforme os padrões técnicos de montagem vigentes. Em
casos onde são exigidas condições especiais de instalação, devido a espaçamentos
críticos. arborização histórica, áreas de preservação ambientaL necessidade de
aproveitamento de posteação existente. congestionamento de saídas de alimentadores de
SE's, poderão vir a serem projetadas. além da Rede Primária Compacta (RPC), as Redes
Primárias Isolada (RPI) com cabos isolados multiplexados- 3x240 mm2 + lxl20 mm2
(8.7/15 ou 15/25 kV) ou mesmo cabos subterrâneos. Esses tipos de projetos são
considemdos especiais e deverá ser consultado, previamente. o Departamento de
Engenharia da ESCELSA.
NOTAS:
a) Para regiões densamente poluídas e nas áreas próxima à orla marítima. não deverão
ser projetadas redes aéreas com cabos cobertos, pois a deposição de agentes agressivos
e/ou da maresia na superficie protetora dos cabos, permite a passagem da correntes
elétricas superficiais. o que ocasiona um fenômeno conhecido como tracking
(trilhamento elétrico): A restrição de uso dos cabos cobertos nos municípios litorâneos.
está limitada à uma distância de trezentos (300) metros da orla marítima. b) Nessas
situações específicas, ou quando explicitamente mencionadas nas Normas de Projetos
de Redes Aéreas de Distribuição Urbanas. a rede primária será projetada e construída
com condutores nus de aluminio (CA). Nesse caso a bitola mínima para os ramais
primários será 1/0 A WG CA.
Padronização de Redes Secundárias Urbanas de Distribuição
O padrão de rede secundária urbana na ESCELSA é a Rede Secundária Isolada (RSl),

com cabos multiple;.,:ados. isolação I kV, conforme os padrões técnicos de montagem
vigentes ..
NOTA: Somente em situações específicas, quando explicitamente mencionadas nas

Normas de Projetos de Redes Aéreas de Distribuição Urbanas, a rede secundária será
projetada e construída com condutores nus de alumínio (CA).
Tipos de Projetos
Para facilitar o entendimento dos procedimentos para a elaboração dos projetos nas
redes de distribuição primária e secundária. a ESCELSA definiu os tipos de projetos,
que se baseiam no motivo principal da sua realização. que poderá ser para adequar
tecnicamente as redes ou para a expansão das mesmas com o objetivo de atender
pedidos de terceiros e o crescimento de mercado.
Centro Federal de Educação Tecnoló9ica do Espírito Santo 113

Ministério
da Educação
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GDVUl"l HD,RU
Ligação de Clientes (GED 3738)
São aqueles destinados a atender novos consumidores e que implicam no

prolongamento das redes de distribuição existentes. e quanto à sua natureza. podem ser:
Extensão de rede primária para atender cargas industriais localizadas. com

fornecimento em média tensão (23- 13.8- 11.9 kV):
Extensão de rede primária para atender cargas comerciais localizadas (como
shopping centers), com fornecimento em média tensão (23- 13,8 ou 11,9 kV):
Extensão de rede primária para atendimento de edifícios de uso coletivo ou
mistos (23- 13,8 ou 11,9 kV):
Extensão de rede primária e secundária para atender ligações em novos
loteamentos. pedidos de ligação de terceiros. ou para possibilitar a eletrificação
de conjuntos habitacionais. etc ; e
Extensão de rede secundária para atender novas cargas próximas a redes
existentes:
Núcleos Habitacionais e Loteamentos (GED 3735)
Não deixa de ser um projeto de ligação de clientes. porém devido ã particularidade

desse tipo de atendimento, identificamos como um projeto específico. Quanto a sua
natureza podem ser:
Projetos de núcleos habitacionais horizontais.

Projetos de loteamentos urbanos ou rurais com características urbanas.
NOTA:
a) Os núcleos habitacionais se caracterizam por terem. todas as casas
prontas, cuja ocupação é imediata. diferentemente dos loteamentos. que
têm ocupação aleatória, caracterizando-se por haver lotes vagos;
b) Nos loteamentos. o projeto deve permitir a construção parcial da rede.
para o atendimento dos primeiros pedidos de ligação, sem gerar custos
adicionais para a ESCELSA, mediante a substituição de materiais
recentemente instalados nas primeiras ligações .
Melhoramentos na Rede de Distribuição (GED 3736)
São projetos que visam introduzir modificações significativas nas redes alterando a sua
configuração física e elétrica para atender os seguintes casos:
Melhoria ou reforma de rede para atender ao crescimento de carga na área.

eliminando as suas deficiências técnicas e procurando manter níveis de
-Melhoramentos de redes com o retOrço mecânico das estruturas para que as
mesmas possam suportar com segurança os esforços provenientes da
ocupação por terceiros. tais como redes das companhias telefônicas,
TV's a cabo. redes de sistemas de tróleibus. etc;

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Centro Federal de Educação ·UM P'AfS DE J:OOOS
Tecnológica da Espírito Samo da Educação UDVERN<l" .ODUA<
Iluminação Pública (GED 3670)
São os projetos que visam atender às solicitações para instalação de matena1s de

iluminação pública. com ou sem extensão de rede. De um modo geral os projetos de
iluminação pública serão ao longo das vias públicas nos postes destinados a sustentar a
rede de distribuição. Poderão ser feitos projetos também em praças e jardins ou em
logradouros públicos em geraL desde que o material aplicado seja todo padronizado pela
ESCELSA.
Projetos de Alimentadores e Ramais (GED 3737)
Os alimentadores podem ser:
Alimentadores expressos não exclusivos. para atender prioritariamente cargas

significativas em áreas industriais ou mesmo para alimentar cargas especiais.
como fornos elétricos. etc :
Alimcntadores que irão energizar as redes de distribuição urbanas a partir das
subestações abaixadoras ;
Alimentadores que possibilitarão a energização de localidades onde não existe
subestação:
Alimentadores propostos para aliviar ou dividir cargas de circuitos
sobrecarregados com demanda próxima de sua capacidade térmica ou com queda
de tensão elevada; e
Ramais primários que possibilitarão a energização de transformadores ou de
instalações particulares.
Dados Gerais para Projetos nas Redes de Distribuição
Dados Iniciais para o Projeto
Antes do inicio da elaboração do projeto de rede de distribuição urbana é indispensável

a obtenção dos dados que irão subsidiar o projetista na escolha da melhor solução para
cada caso. bem como possibilitar a confecção do mesmo.
Planejamento e projetos existentes
Deve ser verificado com outras áreas técnicas da ESCELSA, se há algum planejamento
de alimentadores, ramais primários e redes secundárias, ou obra ainda não executada.
para aquele local onde está sendo desenvolvido o projeto. Caso não exista o
planejamento. o mesmo deve ser elaborado. e servirá de base para o projeto.
Mapas e Cadastros
a) plantas básicas e com redes de distribuição nas escalas 1:1000 ou 1:5000.

conforme o caso. referenciadas ao sistema de coordenadas UTM (Universal
Transversa de Mercator), com a indicação bem clara da direção do Norte
Centro Federal de Educação Tecnolõgica do Espírito Santo 115

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Centro Faderal de Educação
Ministério
da Educação
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Geográfico, seja através de seta seja através de quadrículas de coordenadas

UTM:
b) para núcleos habitacionais ou loteamentos. obter cópias das plantas com a

dimensão dos lotes e arruamento. inclusive o levantamento topográfico da
área (arquivo magnético) com as Prefeituras Municipais ou firmas
loteadoras:
c) para alimentadores. obter projeto unifilar junto à área de Planejamento da

ESCELSA.
Outros dados importantes
a) ter em mãos o documento I solicitação gerador do projeto. determinando o tipo e

forma de atendimento:
b) verificar se é consumidor em mudança de endereço. com ou sem variação de carga:
c) analisar o envolvimento de outros órgãos externos (Companhias Telefônicas, TV a
Cabo. rodovias. ferrovias. Aeronáutica. Marinha. IBAMA. Prefeitura. GRAPOHAB.
etc) ou internos que envolvam usinas. subestações ou linhas de transmissão;
d) para melhoramentos. analisar as reclamações (quando necessário), através de
medições gráficas e instantâneas, e pesquisar as interrupções de energia do local :
e) para atendimento a Companhias Telefônicas e TV a Cabo, obter dados de tração dos
cabos a serem instalados nos postes da ESCELSA. bem como o projeto de
ocupação. com indicação dos postes a serem ocupados, conforme nonna especifica.
Levantamento de Campo
O projetista deve fazer o levantamento de campo, somente após a elaboração do projeto

preliminar, através de análise dos dados existentes nos arquivos e mapas, fazendo-se
simultaneamente a viabilidade projeto.
a) contl-ontar dados dos mapas com o real encontrado em campo. verificando as redes
primária e secundária, consumidores existentes. faseamento, postes. estais.
transfonnadores, etc :
b) avaliar o estado tisico dos materiais (postes, cruzetas. cabos, ramais de Iígação._
conexões. etc.);
c) avaliar os consumos (kWh) altos. apurando possíveis cargas elevadas com pouco
tempo de uso e baixo consumo ou cargas pequenas com grande tempo de uso e alto
consumo. por exemplo: motores de bombas d'água. máquinas de solda, residências
com oficinas de "'fUndo de quintal''. etc. :
d) observar as construções em andamento, terrenos vagos, perfil de renda dos
consumidores existentes. mudança de padrão e/ou tipo de construções. taiscomo de
residências para comércio, de residências para edificios de usocoletivo, etc. :
e) verificar a existência de equipamentos de terceiros nos postes da ESCELSA.
identificando sua _propriedade (Companhias Telefônicas. TV a Cabo, entrada
subterrânea. sinaleiros. etc.) :
f) verificar a existência de cargas que causam perturbação nas redes de distribuição,
tais como: motores acima de 5 CV. Raio X, máquina de solda e fomo a arco :

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Ministério
da Educação
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g) verificar a existência de árvores. marquises, fachadas, sacadas, acidentes geográficos

e a topografia do local ;
h) verificar o tipo e a largura do passeio onde se irá propor instalação. retirada. ou
reinstalação de postes. estruturas e aterramentos. prevendo a recomposição do
passeio e escolhendo as estruturas que possibilitem a manutenção dos afastamentos
mínimos entre rede elétrica e construções :
i) verificar a existência de construções subterrâneas. tais como redes de água, esgotos,
águas pluviais. redes telefônicas. etc. :
j) verificar os equipamentos e chaves instalàdos nos postes, assim como as
características mecânicas e alturas dos postes: e
k) verificar a existência de guias e sa~jetas ou se o alinhamento do anuamento está
definido pela Prefeitura Municipal, caso contrário. o projeto deverá ser encaminhado
ao órgão competente da mesma, para aprovação e definição em campo através de
estacas.

I

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

Vitória- ES, 2013.

2. Geração de Energia Elétrica

4. Características de Transmissão de Energia em Corrente alternada e Corrente

5. Condutância de Dispersão e Efeito Carona

Centro Federa! de Educação

1.1 Função do Sistema Elétrico de Potência

lntegraçüo dos Sistemas Regionais

a) Possibilidades de intercâmbio de energia entre os diversos sistemas de acordo

Normalmente operam em tensões inferiores àquelas dos sistemas de transmissão, não

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo

C. Linhas de Distribuição Primária

São linhas de tensão suficientemente baixas para ocuparem vias públicas e

D. Linhas de Distribuiçlío Secundárias

Transmissão Sub transmissão Sub transmissão

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espirito Santo 2

2. Geração de Energia Elétrica

Fontes Geradoras de Energia

Convencionais Não Convencionais Exóticas

Características das Principais Fontes Geradoras de Energia

Fonte Obtenção Usos Vantagens Desvantagens

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 3

Fonte Obtenção Usos Vantagens Desvantagens

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo

Uso das Fontes de Energia

Alto risco de acidentes e sérios problemas

Grande impacto ambiental em função das

Biomassa Desmatamento e monoculturas.

Lenha - 8.5 Tem a vantagem de anular o efeito estufa. já

Limpas permanentes I Ainda enfrenta desafios tecnológicos para o

·-·· .· ·.. ' ---

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 5

2.1 Energia Hídrica

É a energia proveniente do movimento das águas. Ela é produzida por meio do

Normalmente constroem~se diques que

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 6

Quando se abrem as compot1as

Produção de Energia Hidrelétrica

• A água fica armazenada em um reservatório para ser usada nos períodos de

estiagem. Quando o reservatório já está cheio, o excesso de água é jogada fora

através do vertedouro (perdendo assim acumulo de potência);

percurso rio abaixo:

• O gerador possui um eixo que é movido por uma turbina;

• A Energia Elétrica é produzida por um gerador. na casa de força.

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 7

Vantagens e Desvantagens da Energia Hídrica

Não emite poluentes:

Não influencia no efeito estufa.

Inundação de grandes áreas. deslocamento de populações;

A construção dessas usinas também é cara e demorada.

Água e Meio Ambiente

As características físicas e geográficas do Brasil foram detenninadas para

O Brasil é um país privilegiado em recursos hidricos, e altamente dependente da

A energia de origem hídrica é hoje a segunda maior fonte de eletricidade no mundo.

Construção de Reservatórios e seus Impactos

As principais bacias hidrográficas do Brasil foram reguladas pela construção de

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espfrito Santo 8

diversificaram-se, ampliando a importância econômica e social desses ecossistemas