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Sistemas Hidráulicos e Térmicos
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Plano de Ensino
 Disciplina: Sistemas Hidráulicos e Térmicos
 ...
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 II – OBJETIVO(S)
 Geral:
 Projetar sistemas ...
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Plano de Ensino
 III – Ementa
Princípios de Hidráulica; Máquin...
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 III – Ementa
 Fundamentos Básicos de Termodin...
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 V – METODOLOGIA
Estratégias:
 Aulas expositi...
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 V – METODOLOGIA
Recursos:
 Quadro branco e r...
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 VI – AVALIAÇÃO – PROCEDIMENTOS E CRITÉRIOS
A...
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 VII – ATIVIDADES DE RECUPERAÇÃO DE APRENDIZAG...
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 IX – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BÁSICA
 ÇENG...
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 X – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COMPLEMENTARES...
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Sistemas Hidráulicos e Térmicos
ENFOQUE DA DISCIPLINA
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Considerações Iniciais
 A finalidade desta apresentação é a de...
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Visão geral da Disciplina
Máquinas de Fluxo
Turbinas
Bombas
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Máquinas de Fluxo: Bombas
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Máquinas de Fluxo: Turbinas
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Turbinas Térmicas
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Co-geração: Máquinas de Combustão Interna
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Centralização x Descentralização da Geração de Energia
Esquemát...
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Centralização x Descentralização da Geração de Energia
Perdas n...
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Industrial
Micro Turbinas
Células de Combustível
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Simulação de Cenários Renováveis: HOMER
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www.retscreen.net
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Recursos Energéticos Renováveis
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Biomassa
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Biomassa
Principais Rotas de Conversão da Bioenergia
Conversão ...
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Energia Hidráulica
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Energia Hidráulica
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Células de Combustível
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Máquinas de Fluxo: Aero-Geradores
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Solar Foto-voltaico
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Solar Térmico
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Estação Eólica,
Fotovoltaica e Solar
Térmica da UNIPAMPA –
Camp...
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Estação Eólica,
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1 sistemas hidráulicos e térmicos - 1 2015

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Introdução aos estudos de sistemas hidráulicos e térmicos na geração de energia elétrica.

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1 sistemas hidráulicos e térmicos - 1 2015

  1. 1. Curso de Engenharia Elétrica 1/47 wagnerkaehler@gmail.com Sistemas Hidráulicos e Térmicos Parte 1 – Plano de Ensino e Enfoque da Disciplina José Wagner Maciel Kaehler Professor Dr. Eng. wagnerkaehler@gmail.com josekaehler@unipampa.edu.br UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
  2. 2. Curso de Engenharia Elétrica 2/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  Disciplina: Sistemas Hidráulicos e Térmicos  Código: AL0056 Dados de Identificação Campus: Alegrete Curso: Engenharia Elétrica Componente Curricular: Sistemas Hidráulicos e Térmicos Código: AL0056 Pré-requisito(s): Física II Docente: José Wagner Maciel Kaehler Turma(s): T30 Ano Letivo / Semestre: Turno: Tarde Carga Horária: 60 Créditos Teóricos: 30 Créditos Práticos: 30
  3. 3. Curso de Engenharia Elétrica 3/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  II – OBJETIVO(S)  Geral:  Projetar sistemas de geração de energia elétrica, baseados em fontes renováveis e não renováveis de energia.  Específico:  Compreender e aplicar os princípios da Hidro e da Termodinâmica em engenharia.  Calcular o rendimento dos ciclos térmicos e aproveitamentos hidrelétricos.  Dimensionar as turbinas térmicas e hidráulicas.  Promover e incentivar a busca do conhecimento técnico- científico.  Contribuir na formação crítica, ética, autônoma, reflexiva dos alunos, bem como do seu papel social e transformador.
  4. 4. Curso de Engenharia Elétrica 4/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  III – Ementa Princípios de Hidráulica; Máquinas Hidráulicas: Bombas e Turbinas; Potências e Rendimentos em Aproveitamentos Hidrelétricos; Componentes e Características das Centrais Hidrelétricas; Condutos Forçados: Golpe de Aríete; Turbinas Hidráulicas: de Reação (Francis, Kaplan) e de Ação (Pelton); Rotação Específica. Altura de Sucção de Máquinas Hidráulicas: Cavitação; Escolha do Tipo de Máquina Hidráulica; Projeto.
  5. 5. Curso de Engenharia Elétrica 5/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  III – Ementa  Fundamentos Básicos de Termodinâmica: definições e conceitos; Sistemas Termodinâmicos e Volume de Controle; Fases, Estados e Propriedades Intensivas e Extensivas; Lei Zero da Termodinâmica: Igualdade de Temperatura; Processo e Ciclos; Comportamento P.V.T; 1º Princípio da Termodinâmica para um Sistema Fechado; Energia Cinética, Potencial e Interna; 1º Princípio da Termodinâmica para um Volume de Controle; Entalpia; Enunciados do 2º Princípio da Termodinâmica; Reversibilidade e Irreversibilidade; Entropia  Ciclos das Máquinas Térmicas; Rendimentos Térmicos.
  6. 6. Curso de Engenharia Elétrica 6/47 wagnerkaehler@gmail.com Curso: CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA ( ALEE ) Disciplina: SISTEMAS HIDRAULICOS E TERMICOS ( AL0056 ) Período: 1. Semestre / 2015 Turma: 30 Carga horária: Data N. aulas Conteúdo Programático 1 12/mar 2 Apresentação da ementa; Discussão do desenvolvimento da disciplina 2 16/mar 2 Fundamentos e Princípios de Hidráulica: Hidrostática; Exercícios. 3 19/mar 2 CALOURADA 4 23/mar 2 Máquinas Hidráulicas: Bombas e Turbinas 5 26/mar 2 Máquinas Hidráulicas: Bombas 6 30/mar 2 Máquinas Hidráulicas: Bombas - Exercícios 7 02/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Turbinas 8 06/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Turbinas - Exercícios 9 09/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Turbinas - Exercícios 10 13/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Cavitação e Seleção de Equipamentos 11 16/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos 12 20/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos - Exercícios 13 23/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos - Exercícios 14 27/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos - Exercício Anteprojeto de Turbinas 15 30/abr 2 Exercícios Práticos de Turbinas: Francis e Pelton 16 04/mai 2 Rotação Específica: Escolha do Tipo de Máquinas Elétricas 17 07/mai 2 Produção de Hidreletricidade 18 11/mai 2 Componentes de Uma Usina Hidrelétrica 19 14/mai 2 Conformação Hidrelétrica 20 18/mai 2 1a. Avaliação Escrita
  7. 7. Curso de Engenharia Elétrica 7/47 wagnerkaehler@gmail.com Curso: CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA ( ALEE ) Disciplina: SISTEMAS HIDRAULICOS E TERMICOS ( AL0056 ) Período: 1. Semestre / 2015 Turma: 30 Carga horária: Data N. aulas Conteúdo Programático 21 21/mai 2 Fundamentos Básicos de Termodinâmica: Definições e Conceitos 22 25/mai 2 Sistemas Termodinâmicos e Volume de Controle: Fases, Estados e Propriedades Intensivas e Extensivas 23 28/mai 2 Lei zero da Termodinâmica: Igualdade de Temperatura, Processos e Ciclos de Performance PVTPrimeiro Princípio da Termodinâmica; Reversibilidade e Irreversibilidade; Entropia 24 01/jun 2 Lei zero da Termodinâmica: Primeiro Princípio da Termodinâmica; Reversibilidade e Irreversibilidade; Entropia 25 08/jun 2 Semana Acadêmica: Palestras Específicas 26 11/jun 2 Semana Acadêmica: Palestras Específicas 27 15/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas; Rendimentos 28 18/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: OTTO e DIESEL; Exercícios 29 22/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: RANKINE; Exercícios 30 25/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: BRAYTON; Exercícios 31 29/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: Exercícios 32 02/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: Exercícios 33 06/jul 2 2ª. Prova Escrita 34 09/jul 2 Visitas à Usinas da TRACTEBEL e CAAL Alegrete 35 13/jul 2 Outros Tipos de Centrais Térmicas: Exercícios 36 16-jul 2 Prova de Recuperação
  8. 8. Curso de Engenharia Elétrica 8/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  V – METODOLOGIA Estratégias:  Aulas expositivas e dialogadas com ênfase na compreensão e visualização dos conceitos, construção e interpretação dos resultados.  Aulas práticas em laboratório e simulações.  Trabalhos em grupo.  Seminários e discussões.  Visitas técnicas.  Leituras complementares.
  9. 9. Curso de Engenharia Elétrica 9/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  V – METODOLOGIA Recursos:  Quadro branco e recursos de multimídia.  Laboratório de Hidráulica  Laboratório de informática: Computadores e softwares específicos.  Plano de ensino, material didático, listas de exercícios, roteiros de laboratório e materiais complementares disponíveis no Moodle, (http://www.cta.unipampa.edu.br/moodle/).
  10. 10. Curso de Engenharia Elétrica 10/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  VI – AVALIAÇÃO – PROCEDIMENTOS E CRITÉRIOS A nota será composta pela média ponderada de duas avaliações escritas individuais sem consulta e a nota dos relatórios, conforme segue:  N = 0,4.NA1 + 0,4.NA2 + 0,2.NT Onde:  N: nota [0 a 10];  NA1: nota da primeira avaliação escrita [0 a 10];  NA2: nota da segunda avaliação escrita [0 a 10];  NT: nota do trabalho de centrais elétricas [0 a 10].
  11. 11. Curso de Engenharia Elétrica 11/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  VI – AVALIAÇÃO – PROCEDIMENTOS E CRITÉRIOS  O aluno estará aprovado se atender simultaneamente os seguintes critérios:  nota maior ou igual a 6,0;  no mínimo 75% de frequência nas aulas teóricas e práticas.  Se o aluno não atender o critério de nota e atender o de frequência, terá a oportunidade de realizar uma avaliação final escrita individual e sem consulta. Neste caso, a nota final será obtida por:  NF = (N + NAF) / 2  Onde:  NF: nota final [0 a 10];  N: nota, média ponderada das avaliações escritas e relatórios [0 a 10];  NAF: nota da avaliação final escrita [0 a 10].  Neste caso, o aluno estará aprovado se obtiver nota final (NF) maior ou igual a 6,0.
  12. 12. Curso de Engenharia Elétrica 12/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  VII – ATIVIDADES DE RECUPERAÇÃO DE APRENDIZAGEM Atendimento pessoal:  Para recuperação de aprendizado, esclarecimento de dúvidas, críticas/sugestões e maior interação na relação professor-aluno, por favor, entrem em contato através de e-mail ( wagnerkaehler@unipampa.edu.br ) ou pessoalmente na sala 331 – Campus Alegrete. Aulas teóricas e práticas: Listas de exercícios; Práticas, Simulações; Estudos de caso; Grupos de estudos; Seminários. Avaliação:  Será realizada uma avaliação final de recuperação com todo conteúdo da disciplina, para recuperação de nota.
  13. 13. Curso de Engenharia Elétrica 13/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  IX – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BÁSICA  ÇENGEL, Y. A., BOLES, M.A.; TERMODINÂMICA, 5ª. EDIÇÃO; MCGRAWHILL, 2006  ELECTO EDUARDO SILVA LORA, NASCIMENTO MARCO ANTONIO DO (COORDENADORES); “GERAÇÃO TERMELÉTRICA: PLANEJAMENTO, PROJETO E OPERAÇÃO; INTERCIÊNCIA, RIO DE JANEIRO, 2004  HENN, ÉRICO ANTÔNIO LOPES, MÁQUINAS DE FLUXO, 3ª. EDIÇÃO, 2012  INCROPERA, FRANK P.; FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR E DE MASSA; 2003  REIS, L.B. DOS, “GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA: TECNOLOGIA, INSERÇÃO AMBIENTAL, PLANEJAMENTO, OPERAÇÃO E ANÁLISE DE VIABILIDADE”, 1ª ED., EDITORA MANOLE, 2003.  RETSCREEN INTERNATIONAL: CLEAN ENERGY PROJECT ANALYSIS TOOLS; WWW.RETSCREEN.NET  SOUZA, ZULCY DE, SANTOS AFONSO HENRIQUES MOREIRA, EDSON DA COSTA BORTONI; “CENTRAIS HIDRELÉTRICAS : IMPLANTAÇÃO E COMISSIONAMENTO”; INTERCIÊNCIA, RIO DE JANEIRO, 2009  SOUZA, ZULCY DE; PROJETO DE MAQUINAS DE FLUXO; 2011  SOUZA, ZULCY DE; PROJETO DE MÁQUINAS DE FLUXO; TOMO I,II,III,IV; EDITORA INTERCIÊNCIA, 2011
  14. 14. Curso de Engenharia Elétrica 14/47 wagnerkaehler@gmail.com Plano de Ensino  X – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COMPLEMENTARES  BEJAN, A., “Advanced engineering thermodynamics”, 2ª Ed., Editora John Wiley & Son, 1997.  KUEHN, T.H., “Thermal environmental engineering”, 3ª Ed., Editora Prentice Hall, 1998.  SARAVANAMUTTOO, H.I.H., ROGERSC., COHEN G. F. H., “Gas turbine theory”, 5ª Ed., Editora Prentice Hall, 2001.  SIMÕES M. G. & FARRET F. A., “Renewable energy systems: design and analysis with induction generators”, Editora CRC Pres, 2004.  TOLMASQUIM, M.T., “Geração de energia elétrica no Brasil”, 1ª Ed., Editora Interciência, 2005.  VOLK, Michael, Pump Characteristics and Applications; CRC Press, 2a. Edição, 2005
  15. 15. Curso de Engenharia Elétrica 15/47 wagnerkaehler@gmail.com Sistemas Hidráulicos e Térmicos ENFOQUE DA DISCIPLINA
  16. 16. Curso de Engenharia Elétrica 16/47 wagnerkaehler@gmail.com Considerações Iniciais  A finalidade desta apresentação é a de resumir o conteúdo do programa, visando minimizar o tempo gasto com anotações.  Servem como guia de estudo e não como livro-texto.  Dá uma visão geral do Planejamento de Longo Prazo do SEP.  Para responder a todas as questões é preciso estudo mais aprofundado da bibliografia recomendada.  Constitui-se num roteiro para estudo, portanto não substitui textos consagrados pela abrangência e clareza.  Bibliografia abrangente é indicada.  O aprimoramento desta apresentação será conseguido com a contribuição dos alunos, através de comentários e sugestões.
  17. 17. Curso de Engenharia Elétrica 17/47 wagnerkaehler@gmail.com Visão geral da Disciplina Máquinas de Fluxo Turbinas Bombas Máquinas Térmicas Combustão Interna Caldeiras Trocadores de Calor CENTRALIZAÇÃO E DESCENTRALIZAÇÃO DA GERAÇÃO DE ENERGIA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA: HIDRÁULICA CARVÃO MINERAL GÁS NATURAL DERIVADOS DE PETRÓLEO NUCLEAR
  18. 18. Curso de Engenharia Elétrica 18/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Bombas
  19. 19. Curso de Engenharia Elétrica 19/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Bombas
  20. 20. Curso de Engenharia Elétrica 20/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Turbinas
  21. 21. Curso de Engenharia Elétrica 21/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Turbinas
  22. 22. Curso de Engenharia Elétrica 22/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Turbinas
  23. 23. Curso de Engenharia Elétrica 23/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Turbinas
  24. 24. Curso de Engenharia Elétrica 24/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Turbinas
  25. 25. Curso de Engenharia Elétrica 25/47 wagnerkaehler@gmail.com Turbinas Térmicas
  26. 26. Curso de Engenharia Elétrica 26/47 wagnerkaehler@gmail.com Co-geração: Máquinas de Combustão Interna
  27. 27. Curso de Engenharia Elétrica 27/47 wagnerkaehler@gmail.com Centralização x Descentralização da Geração de Energia Esquemático de um Sistema Eletro-Energético Centralizado
  28. 28. Curso de Engenharia Elétrica 28/47 wagnerkaehler@gmail.com Centralização x Descentralização da Geração de Energia Perdas na Central Elétrica: 70% Perdas Elétricas de Transmissão e Distribuição: 9% Perdas Motoras: 10% Perdas Transmissão: 2% Perdas na Bomba: 25% Perdas Válvulas: 33% Perdas Tubulação: 20% 9,7 Unidades Úteis de Energia de Saída CombustíveldeEntrada:100Unidades Rendimento Global: 9,7%
  29. 29. Curso de Engenharia Elétrica 29/47 wagnerkaehler@gmail.com Industrial Micro Turbinas Células de Combustível Centralização x Descentralização da Geração de Energia Esquemático de um Sistema Eletro-Energético Centralizado Fazendas Solar Fotovoltaicas Fazendas Eólicas e Solar Térmica Rural Biocombustíveis Máquina Stirling Micro Turbinas Residencial Coberturas Fotovoltaicas Células de Combustível Comércio e Serviços Micro Turbinas Células de Combustível
  30. 30. Curso de Engenharia Elétrica 30/47 wagnerkaehler@gmail.com Simulação de Cenários Renováveis: HOMER
  31. 31. Curso de Engenharia Elétrica 31/47 wagnerkaehler@gmail.com www.retscreen.net
  32. 32. Curso de Engenharia Elétrica 32/47 wagnerkaehler@gmail.com
  33. 33. Curso de Engenharia Elétrica 33/47 wagnerkaehler@gmail.com
  34. 34. Curso de Engenharia Elétrica 34/47 wagnerkaehler@gmail.com Recursos Energéticos Renováveis 20 40 60 80 7000 5000 3000 1000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 900-1000 800-900 700-800 600-700 500-600 400-500 300-400 200-300 100-200 0-100 Geração tradicional Biomassa Eólica Heliotérmico Fotovoltaico Fator de Capacidade [ % ] Custo de Investimento [ US$ /kW ] CustodeGeração[US$/MWh]
  35. 35. Curso de Engenharia Elétrica 35/47 wagnerkaehler@gmail.com Biomassa
  36. 36. Curso de Engenharia Elétrica 36/47 wagnerkaehler@gmail.com Biomassa Principais Rotas de Conversão da Bioenergia Conversão Termoquímica Conversão Bioquímica Combustão Gaseificação Liquefação Pirólise Digestão Fermentação Extração Esmagamento dos Grãos Calor Eletricidade Combustíveis Vapor Turbina a Vapor Gás Gás Óleo Carvão Vegetal Turbina à Gás de Ciclo Combinado Motor a Explosão Metanol Hidrocarbonos Hidrogênio de Síntese Célula de Combustível Esterificação BIODIESEL Destilação ETANOL Biogás Motor a Explosão Reestrutu ração Diesel
  37. 37. Curso de Engenharia Elétrica 37/47 wagnerkaehler@gmail.com Energia Hidráulica
  38. 38. Curso de Engenharia Elétrica 38/47 wagnerkaehler@gmail.com Energia Hidráulica
  39. 39. Curso de Engenharia Elétrica 39/47 wagnerkaehler@gmail.com Células de Combustível
  40. 40. Curso de Engenharia Elétrica 40/47 wagnerkaehler@gmail.com Máquinas de Fluxo: Aero-Geradores
  41. 41. Curso de Engenharia Elétrica 41/47 wagnerkaehler@gmail.com Solar Foto-voltaico
  42. 42. Curso de Engenharia Elétrica 42/47 wagnerkaehler@gmail.com Solar Térmico
  43. 43. Curso de Engenharia Elétrica 43/47 wagnerkaehler@gmail.com Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete
  44. 44. Curso de Engenharia Elétrica 44/47 wagnerkaehler@gmail.com Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete
  45. 45. Curso de Engenharia Elétrica 45/47 wagnerkaehler@gmail.com Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete
  46. 46. Curso de Engenharia Elétrica 46/47 wagnerkaehler@gmail.com Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete
  47. 47. Curso de Engenharia Elétrica 47/47 wagnerkaehler@gmail.com Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete

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