1 - GERAÇÃO TÉRMICA - INTRODUÇÃO

1. Qual a participação da geração térmica na geração elétrica no mundo?

R: Cerca 80%, sendo 67% a partir de combustíveis fósseis e 13% a partir de usinas nucleares.

2. Por que é de fundamental importância o estudo da geração térmica, apesar dela representar

menos de 20% da geração de energia elétrica atualmente no Brasil?

R: Porque sua participação deverá dobrar nos próximos cinco anos conforme diversos estudos

de planejamento do ONS e do MME.

3. Como a geração térmica gera energia elétrica?

R: A geração térmica converte energia química ou nuclear dos combustíveis em energia

elétrica.

4. Quais são as três fases distintas da geração térmica?

R: 1º) A energia química do combustível é transformada em calor através da queima do combustível; ou a energia atômica do combustível é transformada em calor através da fissão nuclear;

2º) O calor produzido é transformado em trabalho mecânico por uma máquina térmica;

3º) O trabalho mecânico, produzido pela máquina térmica, é transformado em energia elétrica pelo gerador elétrico.

5. A usina térmica (sistema complexo) pode ser subdividida em que subsistemas?

R: Combustível; Lubrificante; Controle; Conversão de Energia; Ar; Conexão com a Rede;

Resfriamento; Exaustão de gases; Água e Esgoto

6. Qual é a principal característica das usinas térmicas?

R: É o rendimento.

7. Como se define o rendimento da usina?

R: É a relação entre a Energia de Saída e Energia de Entrada (Es/Ee)

8. Quais são as principais perdas na geração térmica?

R: perdas de combustível e perda térmica (ambas na Máquina Térmica); perdas elétricas e

consumo próprio (ambas no Gerador + Subestação); e perdas na transmissão.

9. Onde ocorrem as perdas de combustível?

R: Ocorrem no processo de armazenagem e tratamento na usina.

10. As perdas térmicas são inerentes a que processo?

R: Ao de conversão de energia.

11. As perdas elétricas no gerador e na subestação são inerentes a quê?

R: Às máquinas elétricas.

12. O que é "Consumo Próprio"? Como é a variação desta parcela?

R: O consumo próprio é a parcela da energia elétrica utilizada para o funcionamento da

própria usina. Esta parcela varia com o tipo de combustível utilizado e com o tipo de máquina

utilizada e pode variar entre 3% e 20% da potência da usina.

13. Onde ocorrem as perdas na transmissão?

R: Ocorrem na linha de transmissão que liga a usina ao sistema elétrico e, no caso de usinas

conectadas ao SIN, incluem as perdas de todo o sistema de transmissão da rede básica

rateadas de acordo com os procedimentos do ONS e da CEEE.

14. Qual é a maior Termelétrica do Mundo?

R: A usina nuclear de Kashiwazaki-Kariwa com 8.206 MW no Japão.

15. Quais são as 3 maiores Térmicas no Brasil?

Usina Potência (MW)

Angra II 1.350

Santa Cruz 1.000

Mário Lago (Ex. Macaé Merchant) 923

2 - GERAÇÃO TÉRMICA - COMBUSTÃO

1. Qual é a importância da combustão para a geração de energia elétrica?

R: A combustão é fundamental para o funcionamento de todas as máquinas térmicas utilizadas

na geração de energia elétrica.

2. A combustão é um fenômeno complexo de reações químicas que dependem de vários fatores.

Cite alguns desses fatores.

R: Combustível, Mistura Ar-Combustível, Temperatura, entre outros

3. A combustão é um fenômeno complexo de reações químicas que envolve quais ciências?

R: Envolve química, termodinâmica e mecânica dos fluidos.

4. O que é necessário para haver combustão?

R: É necessário misturar combustível com o comburente, normalmente ar, e queimar a

mistura.

5. De que modos podem ocorrer a combustão?

R: Pode ocorrer com chama e sem chama.

6. Como a combustão com chama pode ser classificada?

R: Em pré-misturada ou difusa.

7. Como se caracteriza a combustão com chama?

R: Se caracteriza por se concentrar em uma região no espaço que pode se propagar, ou não.

8. Quando ocorre a combustão sem chama?

R: Quando o processo de combustão ocorre simultaneamente em diversos pontos da mistura

combustível comburente. Neste caso, não existe uma região definida que possa ser

denominada de chama e o processo é volumétrico. Exemplos deste tipo de combustão são o

motor diesel e a detonação em motores de combustão interna com vela de ignição, mais

conhecida como "bater pino".

9. Disserte sobre a combustão com chama pré-misturada.

R: Na combustão com chama pré-misturada, o combustível e o comburente são pré-

misturados a nível molecular antes de qualquer reação química começar. Exemplo típico deste

tipo de combustão é o motor de combustão interna com vela de ignição.

10. Disserte sobre a combustão com chama difusa.

R: Na combustão com chama difusa, os reagentes estão inicialmente separados e a

combustão ocorre apenas na região onde o combustível se mistura com o comburente.

Exemplos de combustão com chama difusa são o motor diesel e a lamparina.

11. Na combustão rápida, a oxidação produz o quê?

R: Produz calor e luz.

12. Na combustão lenta, a oxidação produz o que?

R: Produz apenas calor.

13. A que está associada a combustão lenta?

R: Está associada aos organismos vivos.

14. Qual é a participação (%) da Combustão na geração de energia elétrica no mundo?

R: 65%

15. Em base molar, qual é a composição aproximada do ar atmosférico?

R: 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio e 1% de argônio.

16. Qual é o hidrocarboneto mais simples?

R: O metano.

“Por outro lado, vale a pena utilizar o gás natural - Metano - mesmo com preço equivalente

à gasolina.”

17. Quando se queima um hidrocarboneto, tanto o carbono como o hidrogênio são oxidados e se

transformam em quê?

R: Em dióxido de carbono e água.

18. Disserte sobre a combustão do Metano.

R: A Combustão do Metano gera cerca da metade do CO2 gerado pela combustão do carbono.

Sua equação:

Nesse caso, 16,04Kg de metano geram 44Kg de dióxido de carbono. Do ponto de vista

energético, 16,04Kg de Metano geram 222,6 kWh (13,88 kWh/Kg) de combustível (não

levando em consideração a eficiência das máquinas térmicas).

19. Fale sobre a combustão de um hidrocarboneto genérico.

R: Quanto maior o número de átomos de carbono no hidrocarboneto, maior será a geração de

dióxido de carbono. No entanto, o aumento do número de carbono no hidrocarboneto satura

logo o índice de massa de CO2 por massa de combustível queimado e o índice de massa de

CO2 por energia térmica liberada.

20. A emissão de CO2 pela combustão do carvão é quantos "porcento" maior que a do Metano?

R: 100%

21. Disserte sobre a combustão de Alcoóis.

R: Observa-se que os alcoóis possuem um poder calorífico inferior ao poder calorífico dos

hidrocarbonetos - 44% no caso do Metanol e 60% no caso do Etanol. Por isso, os carros

consomem mais álcool - Etanol - do que gasolina por km rodado e que só vale a pena utilizar o

álcool quando o preço do mesmo for inferior a 60% do preço da gasolina. Por outro lado,

vale a pena utilizar o gás natural - Metano - mesmo com preço equivalente à gasolina.

22. Com relação às emissões de CO2. qual é o comportamento dos alcoóis?

R: Emitem praticamente a mesma quantidade de hidrocarbonetos. No entanto, como eles são

obtidos a partir da cana de açúcar e do milho, o CO2 emitido é reabsorvido pelo crescimento

dos vegetais.

23. Na prática, as máquinas térmicas utilizam oxigênio puro ou ar? Por quê?

R: Apesar da combustão com oxigênio puro ser mais eficiente, no ponto de vista energético, as

máquinas térmicas utilizadas na geração de energia utilizam o ar atmosférico. Por causa do

custo.

24. Por que o Nitrogênio não participa da combustão?

R: Porque ele é um gás inerte.

25. O Nitrogênio afeta o meio ambiente?

R: Sim. Ele reage com o oxigênio formando óxidos nitrosos.

26. Como o Nitrogênio influencia na eficiência da energia da combustão?

R: Parte da energia gerada pela combustão é gasta no aquecimento do nitrogênio reduzindo a

eficiência do processo.

27. A intensidade da combustão depende do quê?

R: Da quantidade relativa de combustível e comburente.

28. O que é combustão Estequiométrica?

R: É aquela em que a quantidade de combustível e comburente oxidante é tal que todo o

combustível é queimado.

29. Como é a eficiência na combustão Estequiométrica?

R: É máxima, logo deveria ser o ponto ideal para funcionamento de todas as máquinas

térmicas.

30. O que é mistura rica?

R: É quando a quantidade de comburente é insuficiente para garantir a combustão completa

do combustível. [RICA EM COMBUSTÍVEL]

31. O que é mistura pobre?

R: É quando a quantidade de comburente é maior do que a necessária.

[POBRE EM COMBUSTÍVEL]

32. O que se define para medir corretamente a concentração de combustível e comburente numa

mistura?

R: Define-se a relação combustível-oxidante.

Onde: mc é a massa de combustível; mo é a massa de oxidante.

Analogamente, a relação combustível-ar é dada por:

Onde: mc é a massa de combustível; ma é a massa de ar.

33. Apesar dessas relações serem adimensionais, é conveniente normalizá-las tendo como base a

relação estequiométrica. Desta forma, o que é definido?

R: Define-se a relação combustível-comburente normalizada.

Onde o subescrito est significa a grandeza estequiométrica.

A relação combustível-comburente normalizada varia entre zero e infinito, dependendo da

relação combustível-comburente.

34. Quando a relação combustível-comburente normalizada tende a zero?

R: Quando a quantidade de combustível, comparada com a quantidade de comburente/ar,

tende a zero.

35. Quando a relação combustível-comburente normalizada tende a infinito?

R: Quando a quantidade de comburente/ar, comparada com a quantidade de combustível,

tende a zero.

36. Quais são as teorias que descrevem a combustão de hidrocarbonetos?

R: Teoria da Hidroxilação; Teoria dos Radicias Livres; Teoria do Craqueamento.

37. O que é Estequiometria?

R: Parte da química em que se investigam as proporções dos elementos que se combinam ou

dos compostos que reagem ou Proporção dos elementos num composto, ou dos compostos

numa reação.

38. O que é Comburente?

R: Que ou aquilo que alimenta a combustão.

39. O que é Combustível?

R: Que arde ou tem a propriedade de arder; adustível, combustivo. OU

Qualquer substância, material ou produto que se utiliza para produzir combustão.

40. O que é Combustível enriquecido?

R: Material que contém nuclídeos físseis em proporção superior àquela em que são

encontrados em estado natural.

41. O que é Combustível fóssil?

R: Combustível que se forma a partir de restos de organismos vivos, rico em carbono ou em

hidrogênio, como, p. ex., o carvão, o petróleo e o gás natural.

42. Na prática, como é o consumo de comburente?

R: É sempre maior que o estequiométrico porque as máquinas térmicas devem garantir a

queima completa do combustível.

43. Porque o excesso de ar deve ser maior quando se utiliza combustíveis sólidos do que quando

se utiliza combustíveis gasosos?

R:

44. O que é Poder Calorífico Superior (PCS)?

R: Representa o calor liberado pela combustão tendo toda a água resultante na fase líquida.

45. O que é Poder Calorífico Inferior (PCI)?

R: Representa o calor liberado pela combustão estando toda a água resultante no estado

gasoso.

46. O que é mol?

R: Quantidade de substância cuja massa, medida em gramas, é igual à sua massa molecular;

OU Quantidade de uma substância em que o número de moléculas é igual à constante de

Avogadro.

3 - GERAÇÃO TÉRMICA - COMBUSTÍVEIS - INTRODUÇÃO

1. O que é Combustível?

R: É qualquer substância cuja reação química seja exotérmica.

2. O que limita o número de combustíveis usados na geração de energia elétrica?

R: As condições de preço, de disponibilidade na natureza ou de processo de fabricação em

quantidade comercial.

3. Quais são as propriedades básicas dos combustíveis?

R: Poder Calorífico e Temperatura da Chama.

4. Qual é a principal característica de qualquer combustível?

R: É gerar energia, normalmente na forma de calor.

5. A energia liberada pela reação é dada por qual equação?

R: Q = Hp - Hr. Onde Q é a energia liberada pela combustão, Hp é a entalpia dos produtos da

combustão, Hr é a entalpia dos reagentes da combustão.

6. Quando a variação de entalpias é denominada de entalpia de formação?

R: Quando os reagentes são estáveis e a reação química ocorre em condições de temperatura

e pressão constantes.

7. De que tipo podem ser as entalpias de formação?

R: Podem ser positivas ou negativas.

8. Qual a diferença entre substâncias com entalpia de formação positiva e substâncias com

entalpia de formação negativa?

R: Substâncias com entalpia de formação positiva necessitam de energia para serem formadas

- reações endotérmicas; Por outro lado, substâncias com entalpia de formação negativa

liberam energia quando formadas - reações exotérmicas.

9. Quando a variação de entalpia é chamada de entalpia de combustão?

R: Quando a reação química em questão é uma combustão completa, a temperatura e pressão

constantes.

10. Quando a entalpia de combustão é chamada de Poder Calorífico Superior - PCS?

R: Quando os produtos da combustão contém água no estado líquido.

11. Quando a entalpia de combustão é chamada de Poder Calorífico Inferior - PCI?

R: Quando os produtos da combustão contém água no estado gasoso.

12. A diferença entre os valores PCS e PCI é igual a quê?

R: Ao calor de vaporização em condições padrão.

13. O que é poder calorífico?

R: É a quantidade de energia, possível de ser liberada pela combustão de determinado

combustível em condições estequiométricas, por unidade de massa.

14. Quais são as substâncias químicas com maior poder calorífico?

R: São o hidrogênio, seguido pelo metano, propano, carbono, etanol e metanol.

15. Qual substância apresenta o menor poder calorífico?

R: Carbono.

16. Por que os combustíveis derivados de petróleo substituíram o carvão após a revolução

industrial?

R: Porque os combustíveis derivados do petróleo possuem poder calórico mais elevado que do

que o carbono, que é o elemento básico do carvão.

17. Como são obtidos o PCS e o PCI?

R: O Poder Calorífico Superior é normalmente medido em laboratório e o PCI inferior é obtido

indiretamente por cálculo.

18. Porque a água contida nos gases de combustão se encontra sempre no estado de vapor? No

que isso implica?

R: Porque a temperatura dos gases de combustão é muito elevada nas máquinas térmicas.

Deve-se considerar sempre o poder calorífico inferior e não o superior nos cálculos de

eficiência de usinas termelétricas e na comercialização de combustíveis.

19. Qual é a importância da temperatura da combustão?

R: Este dado é fundamental para o projeto e dimensionamento de equipamentos e máquinas

térmicas.

20. De que forma é calculada a temperatura teórica da chama?

R: É calculada considerando que todo o calor resultante da combustão é transferida sem

perdas para os produtos da combustão.

21. O que é um processo adiabático?

R: É um processo sem troca de calor.

22. Qual é a outra denominação para temperatura da chama?

R: Temperatura adiabática de chama.

23. Quantas temperaturas adiabáticas de chama existem?

R: Duas. Uma para combustão a pressão constante. Outra para combustão a temperatura

constante.

24. Por que o gás acetileno é muito utilizado na prática em maçaricos?

R: Porque apresenta a maior temperatura adiabática de chama.

25. Qual gás possui maior temperatura de chama, o metano ou o propano?

R: O propano.

26. Qual o parâmetro que mais influência a temperatura de chama?

R: É a relação entre o número de moléculas de Carbono e o número de moléculas de

Hidrogênio (C/H). Quanto maior a relação C/H maior será a temperatura adiabática da chama.

27. O que é processo Exotérmico?

R: É o processo ou reação química que ocorre em um sistema, e em que há liberação de calor

para o meio externo.

28. Dê uma definição para calor específico.

R: É definido como sendo a quantidade de calor necessário para elevar a temperatura de uma

unidade de massa da substância em um grau.

29. Na prática, o Poder Calorífico é definido em que unidades de energia por unidade de massa?

R: As principais unidades são:

kcal/ton;

kcal/kg;

kWh/kg.

30. No caso de combustíveis líquidos e gasosos, o Poder Calorífico pode ser expresso em unidades

de energia por unidades de volume. Quais são as principais unidades?

R:

kcal/m3;

MMBtu/m3;

kWh/m3.

4 - GERAÇÃO TÉRMICA - COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS

1. Quais são os combustíveis sólidos utilizados na geração de energia?

R: são o Carvão, o Coque de Petróleo, o Bagaço de Cana e resíduos diversos.

2. Do ponto de vista de geração, qual é o mais importante?

R: Carvão.

3. A combustão de combustíveis sólidos envolvem processos químicos e físicos e é representada

por uma equação simplificada. Quais são as principais simplificações nesta reação?

R: Ausência de O2 no combustível; Ausência de Nitrogênio no combustível; Ausência de

substâncias inorgânicas.

4. Quais são as partículas componentes do combustível sólido?

R: Umidade, Voláteis, Carbono e Cinzas.

5. Qual é a função dos componentes sólidos?

R: Apenas absorvem parte da energia do combustível para evaporar e sair do processo com os

gases resultantes da combustão em forma de vapor.

6. Quais são as fontes de umidade para o combustível sólido?

R: A umidade do ar, do solo e da chuva.

7. Em função de quê a umidade permanece mais ou menos impregnada na partícula?

R: Em função da porosidade e do tipo de combustível.

8. Que componentes são as substâncias presentes nas partículas que, ao serem aquecidas, se

desprendem das partículas sólidas e se transformam em gases combustíveis?

R: Os componentes voláteis.

9. Qual é a função dos componentes voláteis?

R: Absorvem parte da energia da combustão para se separar da parte sólida da partícula mas,

ao se misturar com ar com temperatura adequada, entra em combustão e libera energia.

10. Que parte do combustível sólido permanece neste estado durante todo processo de

combustão deste combustível?

R: O carbono sólido.

11. Quais são os compostos inorgânicos que permanecem no estado sólido e ou líquido durante o

processo de combustão e não entram em combustão?

R: As cinzas. Logo, elas não fornecem energia mas absorvem parte da energia da combustão

no seu aquecimento.

12. Em função da estrutura do combustível, quais são as etapas da combustão de combustíveis

sólidos?

R: Aquecimento; Pirólise; Combustão dos voláteis; Combustão dos Sólidos; e Emissões e

Cinzas.

13. Por que o combustível sólido é previamente processado (uniformização dos tamanhos das

partículas)?

R: Para aumentar a eficiência do processo.

14. Qual é a relação do tamanho da partícula com a combustão?

R: Quanto menor o tamanho da partícula de combustível, mais rápido será o processo de

combustão. Por outro lado, quanto menor este tamanho, mais energia deve ser gasta no

processamento do combustível.

15. Na fase de aquecimento de combustíveis sólidos, onde encontram-se parte da umidade?

R: Como as partículas são porosas, parte da umidade encontra-se no interior do combustível.

Por isso, durante a fase de aquecimento, é comum a explosão da partícula formando partículas

ainda menores.

16. Como é o processo de aquecimento dos combustíveis sólidos em relação ao calor?

R: O processo de aquecimento é endotérmico e, por isso, absorve calor. Por isso, combustíveis

auxiliares são necessários para iniciar a combustão dos combustíveis sólidos.

17. Fale um pouco sobre a Pirólise.

R: Uma vez que não existe mais água para ser vaporizada, a temperatura da partícula volta a

subir mas o Oxigênio é insuficiente para oxidar o Carbono, Hidrogênio e Enxofre existentes no

combustível. Nesta fase, hidrocarbonetos são quebrados formando Alcatrão e Carvão e o calor

necessário continua sendo obtido da combustão ocorrida anteriormente. A quantidade de

Alcatrão e Carvão gerados dependem da tempertatura da câmara de combustão e da

composição do combustível.

18. Fale um pouco sobre a Combustão dos Voláteis.

R: Envolve diversas reações químicas complexas que ocorrem muito rapidamente. As reações

são catalizadas pela existência de radicais livres, principalmente os OH. Eles são os mais

importantes porque iniciam as reações e as propaga de forma extremamente rápidas. A partir

da combustão dos voláteis, a partícula de combustível sólido começa a liberar energia.

19. Fale um pouco sobre a Combustão dos Sólidos.

R: A matéria sólida restante após a queima dos voláteis é chamada de carvão,

independentemente do combustível sólido inicialmente utilizado. A combustão deste carvão

começa quando o oxigênio consegue encontrar a superfície da partícula sólida aquecida acima

da sua temperatura mínima de combustão.

20. Por que às vezes ocorre combustão parcial do carbono, levando a formação de monóxido de

carbono que posteriormente é queimado?

R: Porque há dificuldade do oxigênio penetrar na superfície porosa do combustível, dessa

forma nem sempre ocorre a combustão completa do carbono.

21. Qual é a consistência do carvão (rocha orgânica sedimentária)?

R: Ele consiste em moléculas de carbono, hidrogênio, oxigênio e, parcelas menores, de

nitrogênio e enxofre formadas a partir de processos bio-físico-químicos. A parcela inorgânica

sempre encontrada no carvão é denominada genericamente de cinzas e funciona como uma

mistura e não participa da composição química da parcela orgânica. O carvão não é um

produto homogênio. Na verdade, sua composição e, consequentemente, suas propriedades de

combustível variam de mina para mina.

22. Como o carvão é classificado?

R: Por conveniência, toda a gama contínua de carvões é classificada em:

Antracito;

Betuminoso;

Sub-betuminoso;

Lignito ou linhito.

Esta classificação está diretamente relacionada com a idade geológica do carvão, onde o

primeiro grupo, Antracito, é o mais antigo e o último, Lignito, é o mais novo.

23. Os critérios internacionais utilizados para a classificação dos carvões baseam-se em quais

propriedades?

R:

Poder calorífico;

Conteúdo de material volátil;

Conteúdo de carbono fixo;

Propriedades de coqueificação.

24. O valor comercial do carvão também é afetado por propriedades que independem de sua

idade geológica, quais são elas?

R:

umidade;

cinzas;

conteúdo de enxofre, fósforo, nitrogênio, etc.

25. Como a Comissão Econômica Européia classifica o carvão?

R: Em dois grupos:

i. Hard Coal - Carvões com poder calorífico bruto maior do que 5.700 kjcal/kg (23,9 GJ/t)

medido sem cinza mas com umidade e com reflectância aleatória média maior que 0,6.

ii. Brown Coal - Carvões com poder calorífico bruto menor do que 5.700 kjcal/kg (23,9

GJ/t) com conteúdo volátil maior do 31% em base seca.

26. Em termos comerciais e de aplicação, como o carvão é classificado?

R:

i. Coque;

ii. Carvão Térmico.

27. O que é Coque?

R: É um Carvão Duro (Hard Coal) utilizado na produção de aço e, por isso, precisa ter a

capacidade de resistir mecanicamente ao peso de uma carga de fornos siderúrgicos.

28. O que é Carvão Térmico (Steam Coal)?

R: É um Carvão Duro (Hard Coal) que não precisa dessa característica mecânica porque é

utilizado para a geração de vapor. Este vapor gerado pode ser usado tanto para a geração de

eletricidade ou como fonte de calor em processos industriais. Como as caldeiras modernas

utilizam carvão pulverizado, é desejável que o Carvão Térmico não tenha a mesma resistência

mecânica que a do coque para facilitar a moagem.

29. Para a IEA, como é calculado o Hard Coal? E o Brown Coal?

R: Hard Coal é a soma do Coque e do Carvão Térmico, que é igual a soma dos carvões

classificados como Antracito e Sub-Betuminoso. Brown Coal é a soma dos carvões Sub-

Betuminosos e Lignitos.

30. O que são carvões Sub-Betuminoso?

R: São carvões não aglomerados com poder calorífico bruto entre 4165 kcal/kg e 5700 kcal/kg.

31. O que são carvões Lignitos?

R: são carvões não aglomerados com poder calorífico bruto abaixo de 4165 kcal/kg.

32. Podemos gerar energia a partir de qualquer tipo de carvão?

R: Sim. Teoricamente, é possível gerar energia elétrica com todos os tipos de carvão. Contudo,

aspectos econômicos, logísticos e tecnológicos levaram a geração de energia elétrica ser feita

apenas com carvão térmico.

33. Por que não utilizar o carvão metalúrgico para geração de energia?

R: Não tem sentido utilizar carvão metalúrgico para geração de energia porque deixaríamos de

produzir aço e teríamos dificuldade de transformar o carvão em pó para as caldeiras. Por isso, o

carvão metalúrgico é utilizado totalmente na siderurgia e seu preço é normalmente superior ao

preço do carvão térmico ou energético.

34. Vale a pena utilizar o Brown Coal para geração de energia?

R: A utilização de Brown Coal para a geração de energia elétrica é possível mas, como seu

poder calorífico é menor, é necessário queimar uma quantidade maior de carvão para a

geração de mesma quantidade de eletricidade. Isto só é economicamente viável se o preço do

combustível for muito mais barato e/ou se o custo de transporte for inferior. Por isso, a

utilização de Brown Coal na geração de energia elétrica está registrita aos países produtores

deste carvão e ele é pouco comercializado no mercado internacional devido ao custo do

transporte.

35. Quais são os dois tipos de análise para a classificação do carvão e/ou controle de qualidade?

R:

Análise Aproximada (Proximate Analysis);

Análise Detalhada (Ultimate Analysis).

36. Quais dados a Análise Aproximada fornece?

R: Apenas os dados de umidade, cinzas e matéria volátil.

37. Qual é a importância da determinação correta da Umidade? E como é feito?

R: Porque a Umidade presente no combustível reduz o seu poder calorífico, logo, a sua correta

determinação é fundamental. A umidade de uma amostra (ar) é determinada pelo

aquecimento da amostra a 105°C em atmosfera inerte (sem oxigênio) durante uns 90 minutos.

A perda de peso da amostra antes e depois do aquecimento é considerada igual ao peso da

umidade.

5 - GERAÇÃO TÉRMICA - COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS

1. Quais são os combustíveis líquidos utilizados para geração de energia?

R:

diesel;

óleo combustível;

petróleo cru;

biodiesel.

2. Qual é o uso do diesel?

R: O diesel é utilizado em geração de emergência e de ponta.

3. Qual é o uso do óleo combustível?

R: O óleo combustível é utilizado na geração de base em determinados sistemas.

4. Qual é o uso do óleo cru?

R: O óleo cru é utilizado apenas em aplicações especiais, como oleodutos.

5. O que é o diesel?

R: O diesel é um composto de hidrocarbonetos saturados (parafínicos e naftênicos) e

aromáticos. A composição relativa depende do processo de fabricação e da qualidade do

petróleo bruto utilizado.

6. Quais são as propriedades importantes na utilização do diesel?

R:

Número de Cetano;

Densidade;

Viscosidade;

Propriedades em baixa temperatura;

Conteúdo de enxofre;

Conteúdo Aromáticos;

Volatilidade;

Ponto de fulgor.

7. O que é o Número de Cetano?

R: O número de Cetano (NC), assim como o número de Metano e de Octano, é uma medida da

qualidade da ignição do diesel. Quanto maior o número de Cetano menor será o atraso da

ignição do combustível por compressão. Este número está relacionado com a composição

química do combustível.

8. Qual é o valor máximo do Número de Cetano? E o mínimo?

R: Máximo é 100 (n-hexadecano). Mínimo é 0 (1MN).

9. Como é definida a temperatura de auto-ignição?

R: É definida como sendo a temperatura mais baixa em que ocorre a auto-ignição sem a

presença de centelha ou chama.

10. Quando ocorre o início da auto-ignição?

R: Inicia-se em elevadas temperaturas quando o oxigênio do ar pode começar a interagir com

os hidrocarbonetos e provocar uma oxidação exotérmica.

11. Por que o Cetano é o mais indicado para operar em motores diesel?

R: Porque o Cetano apresenta a menor temperatura de auto-ignição e o menor atraso de

ignição.

12. O que valores elevados de Cetano acarretam? Quais são esses valores?

R: Acarretam em explosão parcial e prematura, que reduz a potência da máquina e aumenta as

emissões. Número de Cetano deve ser superior a 50.

13. O que valores baixos de Cetano acarretam? Quais são esses valores?

R: Acarretam em elevado atraso de ignição, que provoca uma grande explosão simultânea nos

cilindros, elevada variação de pressão e detonação. Valores abaixo de 40 são inaceitáveis e

entre 45 e 50 são indesejáveis. A norma ANP brasileira estabelece o valor mínimo de 42 e 46

para este número. Isto comprova que os combustíveis brasileiros apresentam qualidade

inferior à qualidade internacional.

14. Em que se baseia o cálculo do valor do Índice de Cetano?

R: Baseia-se na densidade e volatilidade.

15. Fale um pouco sobre Densidade.

R: Definida como sendo a massa por unidade de volume à determinada temperatura. Este

parâmetro é importante porque, como a medição de volume é mais simples do que a medição

de massa, a maioria dos sistemas e a comercialização utilizam o volume e não a massa.

16. O que é viscosidade? Qual é a sua unidade?

R: É uma medida da força de atrito do fluido em movimento. A unidade de viscosidade é o

poise, definida como sendo a força necessária para mover um fluido a uma velocidade de 1

cm/s através de 1 cm2. O excesso de viscosidade é prejudicial porque reduz a potência do

motor. Por outro lado, viscosidades muito baixas reduzem a lubrificação do sistema e

produzem vazamentos.

17. O que é viscosidade cinemática? Qual a sua unidade?

R: É definida como sendo a viscosidade dividida pela densidade. Sua unidadde é o Stoke (St) e

dimensão de cm2/s.p

18. O que é Ponto de Fulgor?

R: É a menor temperatura que o combustível deve ser aquecido para se vaporizar e manter a

combustão iniciada por uma fonte externa.

6 - GERAÇÃO TÉRMICA - COMBUSTÍVEIS GASOSOS

1. Como os combustíveis gasosos são obtidos?

R: Os combustíveis gasosos são obtidos como subprodutos de processos industriais ou são

extraídos de reservatórios naturais. Neste caso, é chamado de gás natural.

2. Quais são os gases obtidos a partir do refino de petróleo?

R: Propano e Butano.

3. O gás natural é dominado por qual tipo de gás?

R: Metano. Mas a composição do gás natural varia muito de poço para poço.

4. Quando dois gases são considerados perfeitamente intercambiáveis?

R: Quando a substituição de um pelo outro não altera o funcionamento da máquina térmica.

5. O que é o Índice de Wobbe?

R: Índice que mede o fluxo de energia térmica, considerando a pressão do gás e o diâmetro do

oridício constantes.

6. Um gás ou vapor combustível não entra em combustão, quando misturado com ar ou oxigênio,

se sua concentração for muito alta ou muito baixa. Em função disso, o que é definido?

R: Define-se os limites de inflamabilidade ou explosividade.

7. O que é limite inferior de inflamabilidade?

R: É definido como sendo a menor concentração de gás ou vapor no ar ou no oxigênio que

consegue estabelecer uma combustão auto-sustentada.

8. O que é limite superior de inflamabilidade?

R: O limite superior de inflamabilidade é definido como sendo a maior concentração de gás ou

vapor de combustível que consegue manter a combustão sem a necessidade de uma fonte

externa de calor.

9. Quando a quantidade de energia liberada pela reação é máxima? E mínima?

R: É máxima quando a combustão é estequiométrica. É mínima quando se aproxima dos

limites de inflamabilidade.

10. Qual é a composição do gás natural?

R: O gás natural consiste basicamente em metano – 80% a 90%, etano – 5% a 10% e outros

gases em menor proporção – Propano, Butanos, Pentanos, Hexanos, gás carbônico, nitrogênio

e gases raros.

11. Como o gás natural é encontrado na natureza?

R: Ele é encontrado na natureza associado ou não ao petróleo.

12. Quais são as três formas básicas de “utilizar” o gás associado?

R:

Queimá-lo na atmosfera no local da extração;

Transportá-lo para processamento e posterior consumo;

Reinjetá-lo no poço de petróleo.

13. Como o gás natural é produzido?

R: Ele é produzido a partir do processamento de gás extraído de reservatório que apresenta

normalmente gases inertes, tais como nitrogênio e dióxido de carbono, bem como traços de

outros constituintes.

7 - GERAÇÃO TÉRMICA - MÁQUINAS TÉRMICAS - INTRODUÇÃO

1. Toda máquina térmica opera segundo um ciclo termodinâmico. Quais os dois ciclos?

R: Ciclo Fechado e Ciclo Aberto.

2. O que é Ciclo fechado? Dê exemplo.

R: É quando o fluido de trabalho sofre uma série de processos mas retorna o estado inicial. É o

caso das centrais a vapor.

3. O que é Ciclo aberto? Dê exemplo.

R: É quando o fluido de trabalho, no final do processo apresenta uma combinação química

diferente ou está num estado termodinâmico diferente do original. É o caso do motor de

combustão interna e das turbinas a gás.

4. Como podem ser classificadas as máquinas térmicas?

R: Combustão Interna e Combustão Externa.

5. Fale sobre a Combustão Interna.

R: Na máquina de combustão interna o fluído de trabalho é a mistura de gases formados pela

combustão. As principais máquinas de combustão interna são os motores de combustão

interna e as turbinas a gás. A grande vantagem das máquinas de combustão interna é a

ausência de trocadores de calor no fluído de trabalho. Isto simplifica o projeto e reduz as

perdas inerentes aos processos de transferência de calor.

6. Fale sobre a Combustão Externa.

R: Na máquina de combustão externa o fluído de trabalho é completamente separado do ar e

do combustível. O calor da combustão é transferido para o fluído de trabalho através de

trocadores de calor. O exemplo da máquina de combustão externa é a caldeira a vapor. O

fluído de trabalho é a água e ele não entra em contato com os gases da combustão.

7. Quais máquinas térmicas são importantes do ponto de vista de geração de energia elétrica?

R:

Turbinas a Vapor;

Turbinas a Gás;

Motores de Combustão Interna;

Máquinas auxiliares;

o Chiller de Absorção;

o Caldeiras;

o Trocadores de Calor.

8. Onde as turbinas a vapor podem ser utilizadas? Quais combustíveis são utilizados?

R: Em qualquer usina termelétrica, mas são largamente empregadas em termelétricas que

utilizam combustíveis sólidos; carvão, urânio e biomassa.

9. Onde as turbinas a gás podem ser utilizadas? Quais combustíveis são utilizados?

R: Em usinas termelétricas que utilizam combustível gasoso ou combustível líquido leve.

10. Onde os motores de combustão interna podem ser utilizados? Quais combustíveis são

utilizados?

R: Em termelétricas movidas a combustível líquido e gasoso.

11. Em função de quê é feita a escolha da máquina térmica a ser utilizada?

R: Em função dos aspectos econômicos e do combustível utilizado.

8 - GERAÇÃO TÉRMICA - MÁQUINAS TÉRMICAS - GERAÇÃO A VAPOR

1. Quais foram as primeiras turbinas a vapor?

R: As primeiras turbinas a vapor foram do tipo impulso e do tipo reação.

2. A geração de energia elétrica a partir do vapor baseia-se em que equipamentos?

R:

Queimador; Caldeira; Turbina; Gerador Condensador; Trocador de Calor

Bomba.

3. O ciclo da turbina a vapor é estudo pela termodinâmica a partir de qual ciclo teórico?

R: Ciclo Rankine.

4. Defina o Ciclo Rankine.

R: O Ciclo Rankine é o ciclo termodinâmico que mais representa o processo de geração de

energia a partir do vapor d´água. Contudo, outros fluidos também podem ser utilizados em

aplicações especiais, como na geração geotérmica. Ele se baseia em quatro processos

termodinâmicos.

5. Quais são os quatro processos termodinâmicos usados?

R:

Bombeamento adiabático na bomba;

Transformação da água em vapor a pressão constante na caldeira;

Expansão adiabática na turbina;

Condensação do vapor a pressão constante no condensador.

6. O que significa adiabático?

R: É onde o processo de transformação em um sistema onde não ocorrem trocas térmicas com

o exterior.

7. Desenho o Ciclo Rankine explicando o que acontece em cada etapa.

R: Em anexo.

8. O rendimento térmico do ciclo Rankine é dado por que equação?

R:

Onde:

Wliq é o trabalho líquido executado; qH é o calor fornecido ao sistema;

qL é o calor retirado do sistema; Wt é o trabalho realizado pela turbina; Wb é o trabalho realizado pela bomba.

9. Compare o Ciclo Rankine com o Carnot, em relação ao rendimento.

R: O rendimento do ciclo Rankine ideal é inferior ao rendimento térmico do ciclo

de Carnot operando com temperatura máxima igual a temperatura de vaporização e mínima

igual à temperatura de condensação.

10. O que fazer para aumentar a eficiência do ciclo Rankine?

R:

Redução da pressão na saída da turbina;

Aumento da pressão na caldeira;

Superaquecer o vapor.

11. Como se define o estado do Vapor?

R: É definido por quaisquer duas das sete propriedades termodinâmicas:

Temperatura;

Pressão;

Volume específico;

Energia Interna;

Entalpia;

Entropia;

Título;

12. Quais são as limitações fundamentais da Redução da pressão do vapor na saída da turbina?

R: Provoca condensação do vapor. Esta água condensada forma gotículas que destroem as

palhetas da turbina.

13. Quais são as limitações fundamentais do Aumento da pressão na caldeira?

R: Aumenta a temperatura e, consequentemente, os esforços termo-mecânicos no

equipamento aumentam. Portanto, esta solução está limitada à tecnologia dos materiais

existentes.

14. Quais são as limitações fundamentais da solução de Superaquecer o vapor?

R: Esta solução está limitada pela tecnologia de materiais disponível no mercado.

15. O que é feito na prática para aumentar a eficiência do ciclo Rankine?

R: Utilizam-se dois sistemas básicos: Reaquecimento; Regeneração.

16. Qual é a característica básicas das Caldeiras?

R: Permitir a queima de praticamente qualquer tipo de combustível sólido, líquido ou gasoso.

17. Quais são as grandezas de entrada e de saída do sistema de caldeiras?

R: ENTRADA: a água; o ar; e o combustível.

SAÍDA: o vapor; os gases resultantes da combustão.

18. Discorra sobre o ciclo de Carnot.

R:

9- GERAÇÃO TÉRMICA - MÁQUINAS TÉRMICAS - TURBINAS A GÁS

1. De acordo com a aplicação, como são classificadas as turbinas a gás?

R: Industriais e Aeroderivativas.

2. Em relação aos aspectos construtivos, como elas podem ser classificadas?

R: Eixo Simples; Eixo Duplo; Compressor Dual; Regenerador; Resfriador Intermediário.

3. Qual é a constituição básica de uma turbina a gás?

R: Compressor, câmara de combustão e a turbina.

4. Resuma o processo da turbina a gás.

R: O compressor comprime o ar atmosférico até à câmara de combustão utilizando parte do

trabalho mecânico da turbina. Por sua vez, o combustível queimado na câmara de combustão

aumenta a temperatura dos gases. Estes gases aquecidos entram na turbina e se expandem

realizando trabalho mecânico, que aciona o compressor e a carga. Finalmente, os gases da

saída da turbina são jogados de volta para a atmosfera que os esfria.

5. Considerando a turbina a gás como sendo uma máquina térmica ideal, quais são os quatro

processos envolvidos no seu funcionamento?

R:

Compressão Isotrópica;

Adição de calor;

Expansão;

Retirada de calor.

6. Qual é o nome do ciclo termodinâmico de funcionamento de uma turbina a gás?

R: É chamado de ciclo Brayton.

7. Quais são as hipóteses consideradas no ciclo de Brayton?

R:

O fluído de trabalho é um gás perfeito com calor específico e composição constantes;

Os processos de compressão e expansão são reversíveis, isótrópicos e adiabáticos;

As parcelas de energia cinética são desprezíveis;

Não existem perdas de pressão;

O fluxo de massa é constante em todo o ciclo;

O processo de combustão é representado por um processo de transferência de calor a

partir de uma fonte quente;

O ciclo é completado pela transferência de calor para o meio ambiente;

Todos os processos são reversíveis;

8. Quais sãos os dois parâmetros básicos apresentados pelo projeto das turbinas a gás?

R: Taxa de Compressão (rc) e Coeficiente de Temperatura (t).

9. O que é a Taxa de Compressão?

R: É a relação entre a pressão na saída e a na entrada do compressor.

10. O que é o Coeficiente de Temperatura?

R: É a relação entre a temperatura na saída da câmara de combustão e a temperatura do ar na

entrada do compressor, em graus Kelvin.

11. Qual a taxa de compressão de uma turbina aeroderivativa? E o Coeficiente de Temperatura?

R: Taxa de Compressão entre 20 e 30. Coeficiente de temperatura entre 5 e 5,5.

12. Qual temperatura máxima limitada pela tecnologia ?

R: Da ordem de 1500°C.

13. Do que depende o rendimento do Ciclo de Brayton?

R: O rendimento do ciclo Brayton depende apenas da relação de pressão e do calor específico.

14. Do que depende o trabalho do Ciclo de Brayton?

R: O trabalho do ciclo Brayton depende da relação de pressão, do calor específico e também da

relação de temperatura.

15. O que é Entropia?

R: É uma propriedade extensiva decorrente da segunda lei da termodinâmica, é apenas função

do estado inicial e final de ciclos termodinâmicos. Sua unidade é kJ/kg.K. A referência da

entropia, é, por definição, o valor da entropia na temperatura zero absoluta.

16. Fale sobre as Turbinas Industriais.

R: São as mais robustas e podem ser encotradas entre 10kW e 350MW. Quando comparadas

com as Turbinas Aeroderivativas, são:

Mais pesadas;

Mais robustas;

Menos eficientes;

Menor taxa de compressão;

Maior temperatura de exaustão;

Possuem manutenção mais simples;

Mais baratas;

17. Fala sobre as Turbinas Aeroderivativas.

R: São baseadas nas turbinas de avião. Quando comparadas com as Turbinas Industriais, são:

Mais leves;

Mais barulhentas;

Mais eficientes;

Maior taxa de compressão;

Menor temperatura de exaustão;

Manutenção mais complexa e na fábrica;

Mais cara;

10- GERAÇÃO TÉRMICA - MÁQUINAS TÉRMICAS - MOTORES

1. Quais são as máquinas térmicas mais eficientes encontradas no mercado?

R: Motores a combustão. É possível encontrar motores com 50% de eficiência.

2. Quais tipos de combustíveis os motores podem utilizar?

R: Líquidos ou Gasosos.

3. Como podem ser classificados os motores de combustão interna?

R: Ciclos - Otto ou Diesel; Tempos - 2 ou 4.

4. Qual ciclo é utilizado quando o motor necessita de uma ação externa para iniciar a combustão?

Dê um exemplo.

R: Otto. No caso de automóveis, são utilizados a faísca elétrica produzida por uma corrente

elétrica (vela de ignição).

5. Qual ciclo é utilizado pelo motor com combustão por compressão?

R: Diesel.

6. Como funciona o motor de 2 tempos? Onde são utilizados?

R: Funciona com uma explosão a cada revolução do eixo enquanto. São menores que os

motores de 4 tempos de mesma potência e velocidade. A admissão de combustível é feita

simultaneamente com a exaustão dos gases de combustão o que acarreta emissões mais

elevadas (é o motivo de não serem utilizados nos automóveis). São utilizados na propulsão de

navios onde sua baixa rotação é ideal para acoplamento direto das hélices.

7. Como funciona o motor de 4 tempos? Onde são utilizados?

R: Funciona com uma explosão a cada duas voltas do eixo. Devido às questões de emissões, os

motores de 4 tempos dominam praticamente todo o mercado de geração de energia elétrica.

8. Quais outras formas de classificação dos motores de combustão interna? Qual relação com

número de tempo?

R: Podem ser classificados de acordo com a velocidade. Baixa rotação (<300 rpm); Média

rotação (entre 300 e 1000 rpm); Alta rotação (>1000 rpm). Os motores de baixa rotação são

normalmente de 2 tempos. Os outros de 4 tempos.

9. Fale sobre o princípio básico de funcionamento dos motores de combustão interna.

R: O motor, possui o Pistão, que se desloca entre o Ponto Morto Superior e o Ponto Morto

Inferior. Essa distância entre os Pontos Mortos é o Stroke (S), que é duas vezes o raio do

virabrequim. O Ponto Morto Superior representa a referência zero para o ângulo do

virabrequim e, nesta posição, o volume no cilindro atinge seu valor mínimo, denominado

volume de folga. Já o Ponto Morto Inferior, representa o ângulo de virabrequim de 180° e o

volume máximo do cilindro.

10. O que é a Taxa de Compressão?

R: A Taxa de Compressão - r - é definida como sendo a relação entre o volume máximo e

mínimo.

11. Compare a Taxa de Compressão de Motores e das Turbinas a Gás?

R: A Taxa de Compressão dos motores é uma relação de volume enquanto nas turbinas a gás é

uma relação das pressões.

12. O que é o Volume de Deslocamento do Motor (Vd)?

R: É a variação de volume do cilindro multiplicado pelo número de cilindros do motor.

Expresso em litros ou cm3. Está relacionado diretamente com o volume da máquina.

13. Como é dado o trabalho realizado pelo pistão?

R: É dado pelo produto do Volume de Deslocamento pela pressão média efetiva do ciclo.

14. A velocidade médio do pistão é outro parâmetro de projeto importante. Qual é a distância

percorrida pelo pistão e como é dada a sua velocidade média?

R: O pistão percorre duas vezes a distância S (Stroke) por volta, e a velocidade média é dada

por: Up = 2.N.S

15. Como é dada a potência do motor?

R: É dada pelo produto do torque vezes a velocidade.

16. A eficiência do Ciclo Otto depende de quê?

R: Depende da compressão do motor e da relação de calor específico. Pode ser calculado

através do Ciclo de Carnot.

17. Descreva, basicamente, o Ciclo Otto.

R: Inicia-se no Ponto Morto Inferior (estado 1), quando o pistão inicia a compressão da mistura

gás/combustível e termina no Ponto Morto Superior (estado 2). Neste ponto, a mistura é

detonada e a pressão aumenta subitamente (ciclo passa para o estado 3). Este aumento de

pressão força o pistão na direção do Ponto Morto Inferior (estado 4) produzindo trabalho. A

partir do momento em que as válvulas de exaustão são abertas, os gases de exaustão são

liberados para a atmosfera

11- GERAÇÃO TÉRMICA - ENERGIA NUCLEAR - INTRODUÇÃO

1. Baseados em quê os reatores nucleares funcionam?

R: Baseados na "fórmula de Einstein" (E=mc2) e a partir de fissão de núcleos de átomos.

2. Qual é a unidade utilizada nas reações nucleares?

R: eV. 1 eV = 1,6022e-19 J

3. Com relação a energia nuclear, quais as forças são relevantes?

R: Eletromagnética, Força Nuclear Forte, Força Nuclear Fraca.

4. Qual o átomo mais leve? E o mais pesado?

R: Hidrogênio. Urânio.

5. Quanto vale uma massa atômica (u)?

R: 1 u = 1,66 e-27 Kg.

12- GERAÇÃO TÉRMICA - ENERGIA NUCLEAR - REAÇÕES NUCLEARES

1. De que é formado o núcleo dos átomos?

R: Núcleons (A) , Prótons (Z), Nêutrons (N).

2. Como também é conhecido o número de prótons (Z)? E o que ele define?

R: Número atômico. Define suas propriedades químicas.

3. O que o número Núcleons (A) determina?

R: Determina a massa atômica. A massa atômica é igual a soma do número de prótons e

nêutrons do átomo.

4. Qual é a relação entre a massa atômica e o número atômico?

R: A massa atômica é sempre maior ou igual ao número atômico.

5. O que são Isótopos?

R: Núcleos com o mesmo número atômico mas massa atômica diferentes. Possuem as mesmas

propriedades químicas mas o peso é diferente devido ao número de nêutrons diferentes.

6. As Reações Nucleares obedecem à quais leis?

R: Conservação da carga e Conservação de Núcleons. Estes princípios estabelecem que a

quantidade de cargas e de núcleons devem permanecer constantes apesar da reação. Isto

significa que o somatório dos índices subescritos e sobrescritos devem ser iguais nos dois lados

da equação.

7. O que é Radioatividade?

R: É o resultado do decaimento radioativo de núcleos instáveis.

8. Como são descritos o comportamento dos elementos radioativos?

R: De forma estatística.

9. Como ocorrem as reações nucleares (etapas)?

R: Em mais de um estágio. Inicialmente, um núcleo instável é gerado e posteriormente se

divide em dois componentes.

10. Fale sobre o decaimento de isótopos?

R: Necessita de um determinado tempo para se completar e este tempo depende do isótopo

em questão. Pode variar de milisegundos a anos.

11. O que é Meia Vida de um isótopo?

R: É definida como sendo o tempo necessário para que metade dos núcleons de um isótopo

radioativo decaia.

12. O que é Defeito de Massa?

R: É a diferença de massas existentes entre determinado átomo e o somatório das massas dos

seus núcleons. É sempre positivo para todos os elementos.

13. O que é Energia de Ligação do núcleo?

R: É o Defeito de Massa multiplicado pela velocidade da luz ao quadrado. Quanto maior é esta

energia, mais estável é o núcleo. Portanto, a energia de ligação representa a energia

necessária para separar totalmente os núcleons de determinado núcleo.

14. De que forma a reação nuclear tem utilidade na geração de energia?

R: Quando ela é exotérmica.

15. Quais são os tipos de reações nucleares que podem ser utilizadas na geração de energia?

R: Fusão de dois núcleos leves (gerando núcleo mais pesado e com maior energia de ligação) e

Fissão de um núcleo pesado (gerando núcleos mais leves e com maior energia de ligação)

16. Para a Fusão Nuclear, quais são os isótopos que podem ser melhor aproveitados como

combustíveis?

R: Maiores energias ocorrem com massa atômica 3 e 4. Logo, os melhores isótopos são os de

Hidrogênio.

17. O que é o Deutério?

R: Único isótopo de Hidrogênio estável (Meia Vida) disponível na natureza. É o combustível

inicial para a geração de energia a partir da Fusão Nuclear. Sua Massa Atômica é igual a 2.

18. Quais as três melhores maneiras de se proteger contra a radiação nuclear?

R: Tempo, Distância e Blindagem. A radiação decai com o quadrado da distância.

13- GERAÇÃO EÓLICA - INTRODUÇÃO

1. A Energia Eólica é a fonte de energia renovável que mais cresce atualmente no mundo. Qual o

crescimento (%)?

R: Em torno de 25% ao ano.

2. Qual é a participação da Eólica em Energia Renovável no mundo?

R: Apenas 3%.

3. Qual é a participação das Eólicas nos países desenvolvidos? Onde ocorre o maior crescimento?

R: A Eólica é responsável por 8% no países desenvolvidos. O maior crescimento ocorre na

Europa, devido aos fortes subsídios governamentais.

4. Para as Eólicas, qual é a relação entre a Energia gerada e a Potência Instalada?

R: A Energia gerada é muito inferior à potência instalada.

5. Qual é a geração (%) das turbinas eólicas em relação à sua capacidade máxima? Por que?

R: As turbinas eólicas geram apenas 20% da sua capacidade máxima devido à variação do

vento.

6. Fale sobre o Fator de Capacidade das Eólicas?

R: Está relacionado com o quanto as turbinas conseguem gerar, em relação a sua capacidade

máxima. Ele é extremamente dependente da localização da usina e da tecnologia dos

aerogeradores. Logo, para as Eólicas, o Fator de Capacidade está em torno de 20% a 23%.

7. Fale um pouco sobre a Potência e o tamanho das turbinas eólicas?

R: Estes dois fatores estão evoluindo (aumentando) nos últimos anos, porém a potência das

unidades ainda é pequena, quando comparadas com as térmicas e hidráulicas. Isto dificulta a

inserção da energia eólica na matriz energética.

8. Quais são os 4 maiores produtores de energia eólica no mundo (em Potência Instalada)?

R: China, EUA, Alemanha, Espanha.

9. Quais os problemas ambientais da geração de Energia Eólica?

R:

Poluição visual;

Barulho;

Interferência Eletromagnética;

Afeta o clima nas regiões próximas;

Ameaça os pássaros;

10. Qual é o Potencial Eólico no Brasil?

R: Estima-se em 144GW. Porém este valor é extremamente elevado e precisa ser analisado

cuidadosamente. Se tivéssemos turbinas eólicas de 2MW cada, seriam necessárias 72000

unidades para aproveitar este potencial.

11. Como são definidos o Fator de Carga de um consumidor de energia e o Fator de Capacidade de

um gerador ?

R: FC = E/p.t

FC = Eanual/ Pinstalada . 8760

E [MWh] = energia gerada no período

P [MW] = Potência Instalada

t [h] = intervalo de tempo considerado.

12. Como podemos interpretar o Fator de Carga?

R: É adimensional, variando de entre 0 e 1. Nos diz o percentual de tempo, do período

considerado, no qual a usina operou a plena carga; A potência média gerada, em percentual da

potência total, no intervalo de tempo considerado.

14- GERAÇÃO EÓLICA - TURBINAS EÓLICAS

1. Como podem ser classificadas as turbinas eólicas?

R: Horizontais e Verticais.

2. Qual é a vantagem da turbina vertical?

R: Ela independe da direção do vento.

3. Quais turbinas dominam o mercado?

R: Horizontais.

4. Qual o princípio de funcionamento das turbinas eólicas?

R: O mesmo das turbinas hidráulicas, com diferença no fluido de trabalho, sendo o ar com fluxo

externo.

5. Faça uma análise das turbinas eólicas (horizontais)?

R: Sua análise é complexa pois envolve aerodinâmica e mecânica dos fluidos. A energia contida

no vento horizontal é basicamente sua energia cinética, uma vez que não há variação de

pressão nem variação de altitude. De forma simplificada, poderíamos utilizar a equação da

energia cinética. Porém, temos dificuldades para determinar a velocidade e massa, onde são

necessárias melhores explicações (deduções).

6. A potência de um gerador eólico é proporcional a quê?

R: É proporcional ao cubo da velocidade do vento e à área do rotor da turbina eólica.

7. O que é Coeficiente de Potência (Cp)?

R: É definido como sendo a potência extraída pelo rotor dividida pela potência existente no

vento. Representa a fração máxima da energia contida no vento que pode ser extraída pela

turbina.

8. Qual é a potência máxima que podemos extrair do vento?

R: Segundo os cálculos de Albert Betz, não é possível aproveitar mais do que 60% da potência

existente no vento.

9. Como podemos otimizar a potência eólica?

R: Operando a turbina com velocidade variável e proporcional à velocidade do vento.

10. Fale um pouco mais sobre o funcionamento da turbina eólica?

R: A maneira como a energia do vento é transformada em energia mecânica depende do

projeto específico da turbina eólica. No entanto, a maioria das turbinas atuais, utiliza rotores

com determinado número de pás que giram com velocidade angular (w), paralela à direção do

vento e ortogonal ao plano das pás. As pás giram ao longo de uma área (Ap) e, devido ao seu

projeto aerodinâmico, criam a diferença de pressão ao longo da área que é responsável pela

redução do momento no fluxo do vento e pela conversão de energia da energia do vento em

energia mecânica. O eixo do rotor da turbina é acoplado a um gerador de energia elétrica que

completa a conversão da energia mecânica em energia elétrica. Neste processo, o gerador

gera um torque, em sentido contrário ao torque exercido pelo vento, que é proporcional à

energia elétrica gerada. Em condições de equilíbrio, estes torques se igualam e a velocidade

angular permanece constante. A geração do torque no rotor pela passagem do vento produz

um torque igual e contrário no ar. Isto significa que o ar, após o rotor da turbina, adquiri um

momento angular com rotação contrária à rotação do rotor, que inexistia no vento a montante

da turbina. Esta variação de momento e velocidade angular representa um aumento na

energia cinética, que é compensado pela queda de pressão no ar a jusante do rotor.

15- GERAÇÃO EÓLICA - ANÁLISE DO VENTO

1. O que é necessário para estimarmos a energia possível de ser extraída dos ventos?

R: Fazer um estudo estatístico da velocidade do vento.

2. Do ponto de vista energético, qual é a principal característica do vento? Como é influenciado?

R: É a variação da sua velocidade. O vento é provocado principalmente pela energia recebida

do sol e pela rotação da terra. Isto significa que ele varia no tempo e de região para região.

3. O que é rajada de vento? O que ela afeta nas turbinas?

R: É o aumento rápido da intensidade e/ou direção do vento, mas com pouca duração. Ela não

é importante do ponto de vista energético mas é determinante no projeto estrutural das

turbinas eólicas.

4. Quais outros fatores que também influenciam nos ventos?

R: Relevo e Vegetação.

5. Qual distribuição estatística que melhor representa a velocidade do vento?

R: Distribuição de Weibull.

6. O que é Velocidade Média Anual?

R: É o valor médio de amostras suficientemente representativas em múltiplos anuais e sem as

variações sazonais.

7. O que é Velocidade de Corte Inferior (Cut-in)?

R: É a velocidade mínima do vento, na altura do cone (Hub) do rotor e em regime permanente

e sem turbulência, que permite o início de geração de energia elétrica.

8. O que é Velocidade de Corte Superior (Cut-off)?

R: É a velocidade máxima do vento, na altura do centro do rotor e em regime permanente e

sem turbulência, que ainda permite a geração de energia elétrica.

9. O que é Velocidades Extremas de Vento?

R: É a maior velocidade do vento, amostrada em média móvel de t segundos, com

probabilidade anual de ser excedida de 1/N anos. São utilizadas para o projeto estrutural das

turbinas.

10. O que é Velocidade Nominal?

R: É a menor velocidade do vento, na Altura do Cone, capaz de produzir a potência nominal da

turbina.

11. O que é Altura do Cone?

R: É a altura do centro da área de captação do vento. Em turbinas de eixo horizontal, esta

altura coincide com a altura do centro das pás da turbina.