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13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância
about:blank 1/6
MAPA - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54/2023
Período:09/10/2023 08:00 a 08/12/2023 23:59 (Horário de Brasília)
Status:ABERTO
Nota máxima:3,00
Gabarito:Gabarito não está liberado!
Nota obtida:
1ª QUESTÃO
13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância
about:blank 2/6
M.A.P.A. GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Usinas Geradoras
Olá, estudante!
Tudo bem? Seja bem-vindo(a) a nossa atividade M.A.P.A. da disciplina Geração de Energia Elétrica. Esta
atividade tem como tema “Usinas Gerador”. Nesta atividade, você encontrará situações em que terá que
aplicar os conhecimentos adquiridos durante a disciplina de Geração de Energia Elétrica para propor a
escolha de alguns problemas.
As suas tarefas nesse M.A.P.A. serão:
- Identificar as características das usinas geradoras.
- Determinar características de projeto e viabilidade econômica.
Bom trabalho!
Profº Me. Murilo F. Coradini
INSTRUÇÕES DE ENTREGA
Este é um trabalho INDIVIDUAL.
As respostas devem ser entregues utilizando o Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica
disponibilizado. Sobre o seu preenchimento, é necessário o cumprimento das seguintes diretrizes:
- Não serão aceitas respostas que constam apenas o resultado numérico, sem que seja demonstrado o
raciocínio que o levou a encontrar aquela resposta.
- Toda e qualquer fonte e referência que você utilizar para responder os questionários deve ser citada ao
final da questão.
- Após inteiramente respondido, o Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica deve ser
enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo DOC/DOCX ou PDF, e apenas estes
formatos serão aceitos.
- O Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica pode ter quantas páginas você precisar para
respondê-lo, desde que siga a sua estrutura.
- O Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica deve ser enviado única e exclusivamente pelo
seu Studeo, no campo "M.A.P.A." desta disciplina. Toda e qualquer outra forma de entrega deste Modelo de
Resposta MAPA não é considerada.
- A qualidade do trabalho será considerada na hora da avaliação, então preencha tudo com cuidado,
explique o que está fazendo, responda às perguntas e mostre sempre o passo a passo das resoluções e
deduções. Quanto mais completo seu trabalho, melhor!
Problemas frequentes a evitar:
- Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no momento do envio.
- Se você usa OPEN OFFICE ou MAC, transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades.
- Verifique se você está enviando o arquivo correto! É o MAPA da disciplina certa? Ele está preenchido
adequadamente?
Como enviar o arquivo:
- Acesse no Studeo o ambiente da disciplina e clique no botão M.A.P.A. No final da página há uma caixa
tracejada de envio de arquivo. Basta clicar nela e então selecionar o arquivo de resposta da sua atividade.
- Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que está tudo certo, pois uma vez finalizado você
não poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o
download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue.
Sobre plágio e outras regras:
- Trabalhos copiados da internet ou de outros alunos serão zerados.
- Trabalhos copiados dos anos anteriores também serão zerados, mesmo que você tenha sido o autor.
- A equipe de mediação está a sua disposição para o atendimento das dúvidas por meio do “Fale com o
Mediador” em seu Studeo. Aproveite essa ferramenta!
13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância
about:blank 3/6
No mundo da geração de energia, temos muitas matrizes e possibilidades de geração. Então, espera-se
encontrar muitos problemas neste sentido e, como engenheiros, temos que trazer as soluções para a
comunidade, empresas e clientes.
Questão 1) A cogeração de energia, também chamada de CHP (Combined Heat and Power), é uma
abordagem eficiente e sustentável que produz eletricidade e calor útil simultaneamente a partir de uma
única fonte de energia, como gás natural, biomassa, carvão ou energia solar. Ela oferece vantagens
econômicas, ambientais e energéticas, sendo uma escolha atraente em um mundo preocupado com
recursos limitados, custos energéticos crescentes e redução das emissões de gases de efeito estufa. Ao
contrário da geração convencional de eletricidade, que frequentemente desperdiça calor residual, a
cogeração utiliza esse calor para aplicações térmicas, melhorando a eficiência do sistema, reduzindo o
consumo de combustíveis e as emissões de poluentes, além de aumentar a independência com relação à
rede elétrica.
Na indústria sucroalcooleira, a cogeração de energia desempenha um papel especialmente relevante e
estratégico. Nesse setor, a matéria-prima principal é a cana-de-açúcar, da qual são extraídos não apenas
produtos como açúcar e etanol, mas também uma quantidade substancial de biomassa residual, conhecida
como bagaço de cana. A cogeração aproveita esse bagaço como uma fonte de energia renovável para
alimentar caldeiras de alta pressão, produzindo vapor e, por consequência, eletricidade através de turbinas.
O calor residual durante a geração de energia é utilizado para as operações industriais, como a destilação
do etanol e o processamento de açúcar, o que aumenta significativamente a eficiência energética da planta.
Além disso, o excedente de eletricidade pode ser exportado para a rede elétrica, contribuindo para a
estabilidade do sistema e gerando receitas adicionais.
Sabendo disso, imagine-se trabalhando em uma indústria sucroalcooleira que não possui gerador de
energia, e você quer mostrar os benefícios e estimativas para o seu superior. Para isso, você precisa
organizar algumas informações.
a) Sobre o texto apresentado, o sistema de cogeração nas indústrias sucroalcooleira são ciclos Topping ou
Bottoming. Explique as diferenças dos dois tipos de ciclos.
b) Você encontrou informações sobre a geradora termoelétrica da Usina São Martinho, localizada em
Pradópolis-SP, que tem o mesmo porte onde você trabalha, mas dentro dela algumas informações não
foram apresentadas. Através do seu conhecimento, estime os valores que estão faltando para apresentar ao
seu superior (por facilidade, considere a saída da turbina com vapor saturado).
Figura 1 - Planta da unidade geradora
13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância
about:blank 4/6
Fonte: ABDO, J. M. Usinas Termeletricas de Pequeno Porte no Estado de Sao Paulo. São Paulo, 2001.
Grandeza Valor Unidade
Potência gerada na turbina19000kW
Vazão mássica
Temperatura de entrada 300 °C
Pressão de entrada 2,0 MPa
Entalpia de entrada
Temperatura de saída
Pressão de saída 0,15 MPa
Entalpia de saída
Tabela 1 - Informações da unidade geradora
Fonte: o autor (2023).
Questão 2) O vento consiste no deslocamento de massas de ar, o que possui uma grande energia cinética
que pode ser utilizada na geração de eletricidade. Esse ramo da geração elétrica está se expandindo
amplamente nos últimos anos, por ser uma energia limpa e abundante e por já apresentar um custo de
geração viável a ponto de ser inserido na matriz energética brasileira.
A potência é a taxa de variação temporal da energia com relação ao tempo. Pode-se determinar a potência
eólica “P” disponível no vento, que passa por uma seção transversal de área “A” pela equação:
Onde P e a potência disponível no vento, A é a área varrida pelas pás do aerogerador em movimento, v é a
velocidade do vento e d é a densidade do ar no local.
Sabendo disso, um cliente chegou com um projeto de turbina eólica conforme a Figura 1 e solicitou ajuda
com algumas informações. Então, para ajudá-lo, responda conforme o que o cliente trouxe:
Figura 2 - Esquemático do aerogerador
Fonte: SANTOS, L. D. dos. Geração de Energia Elétrica. Maringá: UniCesumar, 2021.
a) Qual tipo de turbina que o cliente trouxe, de eixo vertical ou de eixo horizontal?
b) Qual é a área varrida pelas pás do aerogerador?
c) Complete a tabela com a potência eólica e a potência elétrica gerada considerando uma eficiência elétrica
13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância
about:blank 5/6
total do sistema de 30% (P =P *n ). Para um dia típico, onde será instalada a turbina
eólica, considere a densidade do ar no local como 1 kg/m :
HorárioVelocidade do vento (m/s)Potência Eólica (kW)Potência Elétrica (kW)
00:00 6
01:00 6
02:00 5
03:00 4
04:00 3
05:00 2
06:00 2
07:00 8
08:00 15
09:00 18
10:00 20
11:00 20
12:00 20
13:00 19
14:00 18
15:00 18
16:00 18
17:00 20
18:00 18
19:00 16
20:00 16
21:00 14
22:00 13
23:00 11
Tabela 2 - Dados de velocidade do vento de Sobral (CE), no dia 27/08/2022
Fonte: o autor (2023).
d) Monte o gráfico da curva de produção com as informações da tabela da Questão 3 do dia estudado
(Horário x Potência elétrica):
(Questão 3) As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) são usinas hidrelétricas de tamanho reduzido, com
potência variando entre 5 e 30 megawatts (MW) e área de reservatório inferior a 13 km², conforme definido
pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) em 1997. Apesar do nome que sugere pequenez, essas
PCHs contribuem significativamente para o sistema elétrico brasileiro, representando aproximadamente
3,5% da capacidade instalada total. A exploração desse potencial começou após o fim do monopólio estatal
no setor elétrico em 1997, quando investidores privados direcionaram mais de R$ 1 bilhão para estudos e
projetos de geração de energia renovável. Atualmente, há mais de 9.000 MW em projetos de PCHs
protocolados na Aneel, embora cerca de 7.000 MW ainda aguardem aprovação.
Sabendo disso, pense na seguinte situação: chegou um grupo de empresas que quer investir em geração de
energia elétrica renováveis e o grupo em questão tem em vista uma propriedade rural onde possui um rio e
um grande declive, sendo interessante a instalação de uma PCH. Você deve levantar algumas informações
para organizar uma apresentação para o seu cliente. As informações que você deve apresentar ao seu
cliente são:
a) Para os seus clientes ficarem mais familiarizados, diga para ele como é o princípio de funcionamento para
a geração de energia nas PCHs.
b) Sabendo que a montante do rio se encontra a uma cota de 210 m e a jusante do rio se encontra a uma
cota de 160 m, com a vazão de 14,375 m /s; e os rendimentos são 98,5%, 92% e 94% para o sistema
hidráulico, para a turbina e para o alternador, respectivamente. Com estas informações demonstre a
potência disponível no eixo da turbina e a potência elétrica na saída do alternador (utilize g=9,8 m/s ).
elétrica eólica sistesma
3
3
2
13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância
about:blank 6/6
c) Com base na potência, altura e vazão, mostre qual seria as melhores ou a melhor opção de turbina deste
projeto.
d) O cliente tem a intenção de instalar uma usina geradora com a potência estimada encontrada. Utilize
quatro algarismos significativos, então encontre o custo unitário da energia produzida (R$/kW.ano).
Dados:
Custo de investimento da Usina: 24 milhões de reais + 1100 R$/kW.
Custo de O&M: 106 R$/kW.ano.
Vida útil: 50 anos.
Taxa de atualização: 10%.
Energia firme: valor da potência encontrada no alternador.
FC= 1.
ALTERNATIVAS
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  • 1. 13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância about:blank 1/6 MAPA - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54/2023 Período:09/10/2023 08:00 a 08/12/2023 23:59 (Horário de Brasília) Status:ABERTO Nota máxima:3,00 Gabarito:Gabarito não está liberado! Nota obtida: 1ª QUESTÃO
  • 2. 13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância about:blank 2/6 M.A.P.A. GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Usinas Geradoras Olá, estudante! Tudo bem? Seja bem-vindo(a) a nossa atividade M.A.P.A. da disciplina Geração de Energia Elétrica. Esta atividade tem como tema “Usinas Gerador”. Nesta atividade, você encontrará situações em que terá que aplicar os conhecimentos adquiridos durante a disciplina de Geração de Energia Elétrica para propor a escolha de alguns problemas. As suas tarefas nesse M.A.P.A. serão: - Identificar as características das usinas geradoras. - Determinar características de projeto e viabilidade econômica. Bom trabalho! Profº Me. Murilo F. Coradini INSTRUÇÕES DE ENTREGA Este é um trabalho INDIVIDUAL. As respostas devem ser entregues utilizando o Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica disponibilizado. Sobre o seu preenchimento, é necessário o cumprimento das seguintes diretrizes: - Não serão aceitas respostas que constam apenas o resultado numérico, sem que seja demonstrado o raciocínio que o levou a encontrar aquela resposta. - Toda e qualquer fonte e referência que você utilizar para responder os questionários deve ser citada ao final da questão. - Após inteiramente respondido, o Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo DOC/DOCX ou PDF, e apenas estes formatos serão aceitos. - O Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica pode ter quantas páginas você precisar para respondê-lo, desde que siga a sua estrutura. - O Modelo de Resposta MAPA Geração de Energia Elétrica deve ser enviado única e exclusivamente pelo seu Studeo, no campo "M.A.P.A." desta disciplina. Toda e qualquer outra forma de entrega deste Modelo de Resposta MAPA não é considerada. - A qualidade do trabalho será considerada na hora da avaliação, então preencha tudo com cuidado, explique o que está fazendo, responda às perguntas e mostre sempre o passo a passo das resoluções e deduções. Quanto mais completo seu trabalho, melhor! Problemas frequentes a evitar: - Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no momento do envio. - Se você usa OPEN OFFICE ou MAC, transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades. - Verifique se você está enviando o arquivo correto! É o MAPA da disciplina certa? Ele está preenchido adequadamente? Como enviar o arquivo: - Acesse no Studeo o ambiente da disciplina e clique no botão M.A.P.A. No final da página há uma caixa tracejada de envio de arquivo. Basta clicar nela e então selecionar o arquivo de resposta da sua atividade. - Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que está tudo certo, pois uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue. Sobre plágio e outras regras: - Trabalhos copiados da internet ou de outros alunos serão zerados. - Trabalhos copiados dos anos anteriores também serão zerados, mesmo que você tenha sido o autor. - A equipe de mediação está a sua disposição para o atendimento das dúvidas por meio do “Fale com o Mediador” em seu Studeo. Aproveite essa ferramenta!
  • 3. 13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância about:blank 3/6 No mundo da geração de energia, temos muitas matrizes e possibilidades de geração. Então, espera-se encontrar muitos problemas neste sentido e, como engenheiros, temos que trazer as soluções para a comunidade, empresas e clientes. Questão 1) A cogeração de energia, também chamada de CHP (Combined Heat and Power), é uma abordagem eficiente e sustentável que produz eletricidade e calor útil simultaneamente a partir de uma única fonte de energia, como gás natural, biomassa, carvão ou energia solar. Ela oferece vantagens econômicas, ambientais e energéticas, sendo uma escolha atraente em um mundo preocupado com recursos limitados, custos energéticos crescentes e redução das emissões de gases de efeito estufa. Ao contrário da geração convencional de eletricidade, que frequentemente desperdiça calor residual, a cogeração utiliza esse calor para aplicações térmicas, melhorando a eficiência do sistema, reduzindo o consumo de combustíveis e as emissões de poluentes, além de aumentar a independência com relação à rede elétrica. Na indústria sucroalcooleira, a cogeração de energia desempenha um papel especialmente relevante e estratégico. Nesse setor, a matéria-prima principal é a cana-de-açúcar, da qual são extraídos não apenas produtos como açúcar e etanol, mas também uma quantidade substancial de biomassa residual, conhecida como bagaço de cana. A cogeração aproveita esse bagaço como uma fonte de energia renovável para alimentar caldeiras de alta pressão, produzindo vapor e, por consequência, eletricidade através de turbinas. O calor residual durante a geração de energia é utilizado para as operações industriais, como a destilação do etanol e o processamento de açúcar, o que aumenta significativamente a eficiência energética da planta. Além disso, o excedente de eletricidade pode ser exportado para a rede elétrica, contribuindo para a estabilidade do sistema e gerando receitas adicionais. Sabendo disso, imagine-se trabalhando em uma indústria sucroalcooleira que não possui gerador de energia, e você quer mostrar os benefícios e estimativas para o seu superior. Para isso, você precisa organizar algumas informações. a) Sobre o texto apresentado, o sistema de cogeração nas indústrias sucroalcooleira são ciclos Topping ou Bottoming. Explique as diferenças dos dois tipos de ciclos. b) Você encontrou informações sobre a geradora termoelétrica da Usina São Martinho, localizada em Pradópolis-SP, que tem o mesmo porte onde você trabalha, mas dentro dela algumas informações não foram apresentadas. Através do seu conhecimento, estime os valores que estão faltando para apresentar ao seu superior (por facilidade, considere a saída da turbina com vapor saturado). Figura 1 - Planta da unidade geradora
  • 4. 13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância about:blank 4/6 Fonte: ABDO, J. M. Usinas Termeletricas de Pequeno Porte no Estado de Sao Paulo. São Paulo, 2001. Grandeza Valor Unidade Potência gerada na turbina19000kW Vazão mássica Temperatura de entrada 300 °C Pressão de entrada 2,0 MPa Entalpia de entrada Temperatura de saída Pressão de saída 0,15 MPa Entalpia de saída Tabela 1 - Informações da unidade geradora Fonte: o autor (2023). Questão 2) O vento consiste no deslocamento de massas de ar, o que possui uma grande energia cinética que pode ser utilizada na geração de eletricidade. Esse ramo da geração elétrica está se expandindo amplamente nos últimos anos, por ser uma energia limpa e abundante e por já apresentar um custo de geração viável a ponto de ser inserido na matriz energética brasileira. A potência é a taxa de variação temporal da energia com relação ao tempo. Pode-se determinar a potência eólica “P” disponível no vento, que passa por uma seção transversal de área “A” pela equação: Onde P e a potência disponível no vento, A é a área varrida pelas pás do aerogerador em movimento, v é a velocidade do vento e d é a densidade do ar no local. Sabendo disso, um cliente chegou com um projeto de turbina eólica conforme a Figura 1 e solicitou ajuda com algumas informações. Então, para ajudá-lo, responda conforme o que o cliente trouxe: Figura 2 - Esquemático do aerogerador Fonte: SANTOS, L. D. dos. Geração de Energia Elétrica. Maringá: UniCesumar, 2021. a) Qual tipo de turbina que o cliente trouxe, de eixo vertical ou de eixo horizontal? b) Qual é a área varrida pelas pás do aerogerador? c) Complete a tabela com a potência eólica e a potência elétrica gerada considerando uma eficiência elétrica
  • 5. 13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância about:blank 5/6 total do sistema de 30% (P =P *n ). Para um dia típico, onde será instalada a turbina eólica, considere a densidade do ar no local como 1 kg/m : HorárioVelocidade do vento (m/s)Potência Eólica (kW)Potência Elétrica (kW) 00:00 6 01:00 6 02:00 5 03:00 4 04:00 3 05:00 2 06:00 2 07:00 8 08:00 15 09:00 18 10:00 20 11:00 20 12:00 20 13:00 19 14:00 18 15:00 18 16:00 18 17:00 20 18:00 18 19:00 16 20:00 16 21:00 14 22:00 13 23:00 11 Tabela 2 - Dados de velocidade do vento de Sobral (CE), no dia 27/08/2022 Fonte: o autor (2023). d) Monte o gráfico da curva de produção com as informações da tabela da Questão 3 do dia estudado (Horário x Potência elétrica): (Questão 3) As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) são usinas hidrelétricas de tamanho reduzido, com potência variando entre 5 e 30 megawatts (MW) e área de reservatório inferior a 13 km², conforme definido pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) em 1997. Apesar do nome que sugere pequenez, essas PCHs contribuem significativamente para o sistema elétrico brasileiro, representando aproximadamente 3,5% da capacidade instalada total. A exploração desse potencial começou após o fim do monopólio estatal no setor elétrico em 1997, quando investidores privados direcionaram mais de R$ 1 bilhão para estudos e projetos de geração de energia renovável. Atualmente, há mais de 9.000 MW em projetos de PCHs protocolados na Aneel, embora cerca de 7.000 MW ainda aguardem aprovação. Sabendo disso, pense na seguinte situação: chegou um grupo de empresas que quer investir em geração de energia elétrica renováveis e o grupo em questão tem em vista uma propriedade rural onde possui um rio e um grande declive, sendo interessante a instalação de uma PCH. Você deve levantar algumas informações para organizar uma apresentação para o seu cliente. As informações que você deve apresentar ao seu cliente são: a) Para os seus clientes ficarem mais familiarizados, diga para ele como é o princípio de funcionamento para a geração de energia nas PCHs. b) Sabendo que a montante do rio se encontra a uma cota de 210 m e a jusante do rio se encontra a uma cota de 160 m, com a vazão de 14,375 m /s; e os rendimentos são 98,5%, 92% e 94% para o sistema hidráulico, para a turbina e para o alternador, respectivamente. Com estas informações demonstre a potência disponível no eixo da turbina e a potência elétrica na saída do alternador (utilize g=9,8 m/s ). elétrica eólica sistesma 3 3 2
  • 6. 13/10/2023, 10:36 Unicesumar - Ensino a Distância about:blank 6/6 c) Com base na potência, altura e vazão, mostre qual seria as melhores ou a melhor opção de turbina deste projeto. d) O cliente tem a intenção de instalar uma usina geradora com a potência estimada encontrada. Utilize quatro algarismos significativos, então encontre o custo unitário da energia produzida (R$/kW.ano). Dados: Custo de investimento da Usina: 24 milhões de reais + 1100 R$/kW. Custo de O&M: 106 R$/kW.ano. Vida útil: 50 anos. Taxa de atualização: 10%. Energia firme: valor da potência encontrada no alternador. FC= 1. ALTERNATIVAS Nenhum arquivo enviado.