GERAÇAO DE ENERGIA
TENSÃO CONTÍNUA.
A
tensão elétrica, que é o fluxo de elétrons se deslocando de um local para
outro, só existe quando há diferença de potencial entre dois pontos, isto é quando
um ponto está com excesso de elétrons e o outro está com falta de elétrons. A
diferença de potencial ou a força que move os elétrons de um ponto ao outro é
chamado de tensão elétrica.
A
tensão fornecida por meio de produtos químicos como por exemplo
uma pilha é chamada de tensão contínua .
Esse
nome vem do fato de que a pilha fornece sempre a mesma tensão, de maneira fixa ( é claro que essa tensão vai abaixando à medida que a pilha
vai ficando fraca ).
O
gráfico da figura abaixo, mostra o comportamento de
uma pilha de 1,5 V ao longo do tempo.
Qualquer
circuito capaz de fornecer tensão elétrica é chamado fonte de tensão ou fonte
de alimentação. Uma pilha é, portanto uma fonte de tensão contínua.
Vale
lembrar que se a fonte de tensão é continua a corrente também é contínua.
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Simbologia:
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TENSÃO
ALTERNADA.
Alternador e Dínamo
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O esquema representa um gerador de corrente alternada, denominado alternador. O conjunto de espiras é chamado
armadura e seus terminais são coletados a anéis metálicos.
Denomina-se coletor o conjunto formado pelos anéis e escovas. |
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A espira girando em campo magnético
uniforme, com velocidade angular constante gera uma corrente alternada
induzida.
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Numa usina hidrelétrica, a rotação da
armadura é originada pela energia mecânica de uma turbina. Essa energia pode
ser obtida através da energia potencial do desnível de uma queda d'água ou
através da energia de uma máquina a vapor. |
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Um grande avanço tecnológico foi obtido
na construção de muitos acessórios que aperfeiçoaram o funcionamento dos
alternadores. Chegou-se, então, aos enormes geradores das grandes centrais
elétricas, que possibilitaram a utilização da energia elétrica em larga
escala. Por mais complicados que sejam esses geradores, seu funcionamento
baseia-se no alternador. |
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Neste alternador, a substituição do
par de anéis por um comutador é um artifício simples, que permite manter a
corrente em um mesmo sentido.
O comutador é um anel metálico
dividido em dois setores, cada um ligado aos
terminais da armadura. Em cada meia-volta da armadura, o comutador troca o
terminal ligado ao circuito externo. Isso origina uma corrente de mesmo
sentido, apesar de variar de intensidade.
Tal corrente é denominada corrente pulsante. Aumentando-se o número de setores do
comutador, o que é possível através do aumento do número de
armaduras, obtemos uma corrente praticamente contínua no circuito extreno. Dizemos que a corrente está retificada e o
aparelho constitui um dínamo. |
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Quando
a corrente sai ora pôr um, ora pôr outro borne. Na fonte geradora, circula ora
em um, ora em outro sentido, no circuito a fonte geradora de corrente alternada
chama-se alternador.
Se
representássemos, num gráfico, os valores da corrente num
eixo vertical e o tempo horizontal, obteríamos uma curva.
Vemos
ai que, no instante inicial, a corrente tem valor nulo, crescendo até um valor
máximo, caindo novamente a zero; nesse instante, a corrente
muda de sentido porém seus valores são os mesmos da primeira parte. O mesmo
acontece com a tensão.
A
essa variação completa, em ambos os sentidos, sofrida pela corrente alternada,
dá-se o nome de ciclo. O número de ciclos descritos pela corrente alternada, na
unidade de tempo, chama-se frequência. Sua unidade é o Hertz. É medida em
instrumentos chamados frequencímetros.
Durante
um ciclo, a corrente e a tensão tomam valores diferentes de instante a
instante: esses são ditos valores momentâneos ou instantâneos, dentre os quais
cumpre destacar o valor máximo (I máx.).
Entretanto,
na prática, não é o valor máximo o empregado, e sim o valor eficaz.
Pôr
exemplo, um motor absorve uma corrente de 5A, que é o valor eficaz. Define-se
como valor eficaz de uma corrente alternada o valor de uma corrente contínua
que produzisse a mesma quantidade de calor na mesma resistência.
Tanto
o voltímetro como amperímetro para corrente alternada medem valores eficazes.
Vale lembrar que se a fonte de corrente for alternada
a corrente será alternada, de mesmo modo se a fonte de corrente for contínua a
corrente será contínua.
PMPO – Potência Máxima do Pico de Operação.
RMS – é a abreviatura de Root Mean
Square, que podemos traduzir, Raiz Média Quadrática,
que tem como definição:
É o valor de tensão AC (corrente alternada) eficaz
que corresponde a uma tensão DC (corrente direta) de mesma potência dissipada
em uma mesma carga.
Como a “rede” é hoje?
Abaixo segue imagem simplificada de como é o atual
sistema de distribuição de energia elétrica no Brasil.
Este é o diagrama básico simplificado da
rede elétrica existente antes das fontes de energia alternativa serem adicionadas recentemente.
Realmente muito simples de se entender. Grandes usinas de geração injetam
eletricidade num sistema de fios que a transporta
para casas e empresas. Precisando-se de mais energia… basta apenas aumentar a
geração.
O sistema é tão grande que pequenas flutuações
na demanda local são meras pedras lançadas no oceano, assim não causam grandes mudanças no todo. Como você pode imaginar,
aumentar ou diminuir a geração de grandes usinas é provavelmente consideravelmente ineficiente e muito inadequado para a atual demanda.
Como será a “rede inteligente” do futuro?
Como visão de futuro segue uma imagem
simplificada do que será o Smart Grid:
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Agora ao invés de um diagrama
unidirecional tem-se um multidirecional, com a energia fluindo pela rede em
todas as direções, das usinas para
os consumidores, das fontes renováveis distribuídas pela rede para os
consumidores, da geração residencial para a rede
etc. Segue detalhamento: 1.
Central de Operação do Sistema na concessionária; 2.
Grandes usinas estado-da-arte em geração eficiente de energia; 3.
Residências (consumidores e/ou fornecedores); 4.
Subestações; 5.
Comércio, indústria e governo (consumidores e/ou fornecedores); 6.
Geração renovável de energia em pequena-escala; 7.
Geração distribuída tradicional; 8.
Armazenador distribuído de energia; 9.
Geração distribuída renovável de energia; |
Equipamentos eficientes
energeticamente;
1.
Veículos elétricos;
2.
Informação de consumo em tempo real;
3.
Programas de gerenciamento de energia pelo lado da
demanda;
4.
Medidores inteligentes;
5.
Linhas de transmissão;
6.
Linhas de distribuição.
Por que ela precisa ficar “Inteligente”?
Nos dias de hoje nós temos vários desafios
a enfrentar que são do interesse da humanidade em geral e do mundo ocidental em
particular.
Não penso que preciso repeti-los aqui, mas
basicamente eles são em sua natureza ambientais e geopolíticos. Só para
constar houve um aumento de 37,9% da participação de fontes não renováveis
na produção de energia elétrica no Brasil em apenas um ano, de 2007 para 2008.
Diminuição de 1,5% das fontes de energia
renovável, conforme dados recentes da EPE, e que essas fontes não
renováveis são as principais fontes para geração de eletricidade no mundo.
Tais sistemas que lançam carbono na
atmosfera e são ineficientes e poluentes devem ser repensados para serem
substituídos por fontes de energia distribuídas e renováveis e assim ficarmos
muito mais eficientes na geração e distribuição de eletricidade para os
usuários finais.
As geradoras decidiram atacar este
problema em várias frentes de uma vez… o que é uma boa ideia… finalmente.
Obviamente a primeira ideia a considerar…
como em qualquer sistema de engenharia… é eficiência. Isso mesmo, muito pode
ser alcançado em fazer as velhas usinas tanto hidráulicas
quanto térmicas pelo mundo mais eficientes porque elas são justamente isso.. usinas muito velhas.
Pode-se ganhar mais eficiência pelo caminho
melhorando a eficiência da transmissão e presumivelmente isso está sendo feito
enquanto falamos.
A anos a Eletrobrás e a Petrobrás
desenvolvem programas de eficiência energética, o Procel
e o Conpet e além disso o governo federal irá
implantar plano de eficiência energética mais amplo, com
possibilidade de que residências que implantem geração distribuída possam
vender energia excedente para a rede elétrica.
Essas iniciativas de eficiência energética
podem resultar em economias nas contas da ordem de bilhões de reais, a exemplo
do que aconteceu no apagão de 2001/02 no Brasil.
Sabe-se ainda que preços crescentes para a
energia tendem a fazer com que os usuários finais
busquem eficiências, seria o caso de ter-se uma tarifa diferenciada para o
consumo no horário de ponta, uma tarifa amarela, como a ANEEL já vem divulgando
estar estudando essa possibilidade… mas sem terem mais informação para se
basearem, o que faz uma grande diferença, o consumidor não poderá decidir
desligar o chuveiro no período de ponta.
Assim, o que nós precisamos é alguma forma
de monitorar cada uso individual da energia, assim eles podem ver o que estará
lhes custando mais dinheiro… o que os permite assim alterar seus ambientes e
hábitos se necessário.
A próxima solução parcial para o nosso
problema de energia é a adição de fontes alternativas de energia tais como
solar, eólica, marés etc.
Como essas fontes tendem a depender da
localização geográfica (i.e. energia das marés precisam ser nos oceanos e
painéis solares precisam de um local ensolarado para funcionar) nós precisamos
estar hábeis a conectá-los na rede existente, assim a eletricidade que eles
geram pode fluir para os usuários finais.
Eventualmente desejaríamos ser possível
desconectar totalmente essas grandes usinas e usar apenas fontes pequenas, mais
eficientes e amigas da Terra.
Apesar de isso soar muito simples quanto
ao conceito, têm-se alguns problemas básicos que precisam ser levados em conta
para que funcione.
Como muitas dessas fontes alternativas de
energia são intermitentes (i.e. o sol não brilha à noite) nós precisamos ter
alguma forma de manter a quantidade de eletricidade nos fios igual ao montante
que estamos usando em cada instante.
Para fazer isso nós precisamos ser capazes
de acompanhar o que cada um está usando… e balancear com as fontes de energia
disponíveis.
Além de todos esses motivos outro motivo
pelo qual as instalações de redes inteligentes está crescendo no Brasil é o
combate às perdas não-técnicas, ou em bom português,
combate ao furto de energia, o famoso “gato”. Monitorando o consumo em tempo
real é possível saber exatamente quando houve um aumento repentino de consumo e
analisar se deve-se fazer uma visitinha ao consumidor.
Como fazer para que ela
fique “Inteligente”?
Entra
o primeiro elemento de uma Rede Inteligente… chamado Medidor Inteligente (Smart Meter). Esse dispositivo
irá substituir o velho medidor que
é utilizado apenas para medir mensalmente o consumo para que a concessionária
envie sua fatura. Segue uma foto de como
se parece um Medidor Inteligente.
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O que faz esses
medidores serem inteligentes é que eles podem se comunicar eletronicamente
com um sistema central via linha de energia (powerline
communication – PLC) ou internet ou talvez outra rede eletrônica (celular
etc.). Isso significa que a companhia de energia pode instantaneamente saber
quanto de eletricidade você está usando. O que permite então
o balanço de cargas e assim aumento da eficiência da rede. Isso permite
também que a empresa gere sua fatura de energia sem que um leiturista precise ir até sua casa… o que teoricamente
pode fazer você economizar dinheiro. Não apenas isso, o consumo de energia
pode ser acessado baseado na hora do dia, períodos de carga etc. Seguem algumas
coisas que um medidor e uma rede inteligentes permitirão: |
Para a empresa de energia:
· Gerenciamento do pico de carga;
· Controle preciso sobre dispositivos de
gerenciamento de carga para oferecer programas superiores de resposta da
demanda;
· Em conjunto com tecnologias de
armazenamento distribuído de energia e de energias renováveis, permitindo que
as empresas despachem geração limpa e eficiente de energia pela rede elétrica
durante períodos de pico.
Basicamente elas poderão aumentar a
eficiência de suas operações existentes e terão a habilidade de adicionar
geração de energia intermitente (renovável).
Para o usuário final:
Para
usuários comerciais e industriais haverá uma multidão de oportunidades de
economia de energia disponíveis com essa tecnologia. A habilidade de programar
o uso de cargas não essenciais para horários fora de pico, por exemplo, poderá
economizar energia e dinheiro.
Sabendo
quanta energia você está usando em qualquer instante… e quanto isso está
custando para você baseado na hora do dia etc. dá a você um meio de cortar
custos se você desejar por meio de programação ou cortando o uso. Com um
medidor inteligente e uma rede inteligente você poderá ver exatamente o que
está acontecendo em qualquer instante. Permitindo também economia de energia e
dinheiro.
A
ANEEL realizou consulta pública sobre o tema de medição eletrônica buscando
subsídios para elaboração de resolução específica para o tema. Nada está definido ainda quanto a quais funcionalidades os
medidores inteligentes deverão ter obrigatoriamente, mas esse é um caminho sem
volta, várias empresas de energia no Brasil já estão realizando a substituição
dos velhos medidores eletromecânicos por medidores eletrônicos e com a
possibilidade de poderem utilizar a tecnologia PLC em benefício próprio, as
redes inteligentes estão a um passo de se tornarem realidade e terem todo o seu
potencial explorado.
Quem
irá torná-la “Inteligente”?
Os principais interessados na adoção das
Redes Inteligentes são, é claro, as companhias de
energia. Elas se beneficiarão muito por estenderem a vida útil de suas usinas e
de suas infra-estruturas e
aumentar a eficiência dos seus sistemas.
Diferentemente de outros países o governo no
Brasil ainda não criou um fundo específico para desenvolver esses tipos de
projetos, como fez para o Luz para Todos, para o
Programa de Troca de Geladeiras etc. e a ANEEL ainda está analisando as
consequências na tarifa, pois todo investimento realizado pelas distribuidoras
tem seu valor reconhecido na tarifa, se for um investimento prudente, conforme
decisão da Agência. Mas como vimos recentemente… há um movimento mundial nessa
direção… finalmente.
Muitas grandes empresas pelo mundo estão
entrando na batalha, como por exemplo GE, IBM, Google,
MicroSoft e outras, e assim parece que se está no
caminho para implementar isto da forma correta.
Elas serão as que projetarão sistemas,
criarão equipamentos, financiarão projetos, instalarão e monitorarão os
equipamentos e sistemas. Ao longo do caminho precisaremos de treinamento e
educação também para vários profissionais a começar pelos Engenheiros
Eletricistas e muitos outros. Praticamente todo segmento da economia pode se
beneficiar com esse movimento.
Um exemplo do que estar por vir é a
possibilidade pelo Google de se ter um log de medição inteligente no serviço e
ver como é o seu consumo de energia. Veja em Google Powermeter
para ver o que eles estão fazendo. Isso é coisa boa.
Quando ela se tornará
“Inteligente”?
Isso
já está acontecendo pelo Brasil e pelo mundo e eu tenho certeza que
impulsionará outros a fazerem as suas tão rápido quanto possível. Fora do
Brasil, na dianteira existe uma companhia
chamada Xcel Energy com seu projeto SmartGridCity
em Boulder no Colorado, EUA. Esse sistema avançado e integrado de rede
inteligente – quando totalmente implementando dentro
de cinco anos – fornecerá aos consumidores um portfólio de tecnologias
emergentes projetadas para fornecer benefícios ambientais, financeiros e
operacionais.
Também,
MEREGIO (Minimum Emissions Region), é um projeto de rede inteligente
atualmente em desenvolvimento numa planta piloto na região de Karlsruhe-Suttgart no sul da Alemanha,
uma das áreas mais densas e populosas do país e amplamente considerada o maior
local da Europa em fábricas de alta-tecnologia. O objetivo do projeto é criar
uma rede otimizada e sustentável que reduzirá as
emissões de CO2 tão próximas de zero quanto é tecnicamente e humanamente
factível.
Há
ainda o projeto Málaga SmartCity
lançado recentemente na Espanha. O projeto de € 31 milhões envolvendo onze
empresas sob a liderança da companhia energética espanhola Endesa está sendo
realizado em Playa de la Misericordia uma seção de Málaga, envolvendo 300 clientes
industriais, 900 prestadores de serviços e 11.000 famílias, durante um período
de quatro anos.
Fontes
de energia renováveis serão ligadas à rede mais próximas dos clientes casando
geração com consumo, sendo instalando painéis foto-voltaicos
em edifícios públicos, utilizando micro-geração em
alguns hotéis e instalando micro sistemas eólicos na região.
Nos
EUA o governo Obama liberou pacote de
investimentos de $8,3 bilhões para o desenvolvimento de redes inteligentes, o
que com certeza provocará um grande aumento de negócios nos próximos cinco
anos.
Obviamente
se gastará certo tempo para se fazer os projetos de
redes inteligentes pelo mundo, até se explorar todo o seu potencial, mas não há
quem pare isso mais, redes inteligentes serão para a energia elétrica o que os
sistemas celulares foram para as telecomunicações.
No
Brasil quem está à frente são as concessionárias de energia, como ELETROPAULO,
CEMIG, CPFL, e outras em conjunto com associações como a Aptel,
Abradee e outros representantes do setor
elétrico, bem como empresas produtoras de equipamentos, como
por exemplo, a Landis Gyr que conseguiu
recentemente homologação pelo Inmetro do seu sistema de medição eletrônica. A
principal dificuldade é qual modelo utilizar no desenvolvimento das redes
inteligentes, o que precisa do apoio da ANEEL com regulamentos adequados a
essas várias possibilidades que se apresentam com a utilização de Smart Grid.
Que outras coisas pode fazer uma Rede
Inteligente?
Eu
posso dizer a você que estar apto a monitorar a energia é apenas um aspecto da
visão Smart Grid… e ao final, pode
não ser a força principal que levará a se instalar redes inteligentes na
maioria dos lares.
O
que acha se uma companhia de energia pudesse fornecer entretenimento e
comunicações na sua casa através da rede inteligente, assim você se livrará das
conexões a cabo e telefone e terá apena um conjunto de fios pela casa. Ligue
aparelhos e tenha comunicação um com o outro.
Faça
uma ligação ou navegue pelo sistema residencial e ligue sua banheira e ela
estará quente quando você chegar em casa ou desligue
as lâmpadas que esqueceu ligadas.
Ligue
na tomada uma caixa de multimídia (set
top box) e tenha ela conectada na internet
e assim assista vídeo sob demanda… ou sintonize sua rede de TV favorita. Plugue
um telefone e se comunique com seus amigos como se estivesse em um telefone
convencional. Conecte seu carro e tenha ele fornecendo energia para sua casa…
ou venda o excesso de volta para a companhia de energia.
Isso
tudo não é um sonho e eu penso que você concordará que as companhias de energia
acharão esse cenário muito mais rentável no longo prazo do que simplesmente
poder aumentar a eficiência dos seus sistemas de energia ou combater o furto de
energia.
Já
existem no mundo sistemas de automatização de residências, desenvolvidos por
empresas que vêm trabalhando por anos para fazer tornar esse sonho realidade e
existem várias companhias já hoje com produtos no mercado que irão fazer
exatamente o que eu estou falando acima.
Em
qualquer caso, o futuro parece brilhante para aquelas companhias que se
alinharem com a construção e manutenção do Smart Grid… não apenas no
Brasil, mas ao redor do mundo.
Se
isso for feito corretamente… os principais beneficiários serão você e eu.
TIPOS
DE REDE
Monofásica 2 fios - 220V
Trifásico 3 fios
fase + 1
neutro
OUTROS
CASOS
Trifásico 3 fios
fase sem neutro - 220V
R,
S, T, ou F1, F2,
F3 ou L1,
L2, L3
Fase - vermelho, preto, amarelo, verde escuro, azul
escuro, etc.
O
condutor neutro pode ser:
N ou 0
(zero ) e deve ser de cor azul claro.