Cogeração de Energia e Usinas Geradoras - Exercícios Resolvidos

QUESTÃO 1 MAPA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Usinas Geradoras Olá estudante Tudo bem Seja bemvindoa a nossa atividade MAPA 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 MAPA serão Identificar as características das usinas geradoras Determinar características de projeto e viabilidade econômica 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 matériaprima principal é a cana deaçúcar 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 imaginese 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 PradópolisSP 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 Fonte ABDO J M Usinas Termeletricas de Pequeno Porte no Estado de Sao Paulo São Paulo 2001 Grandeza Valor Unidad e Potência gerada na turbina 1900 0 kW Vazão mássica Temperatura de entrada 300 C Pressão de entrada 20 MPa Entalpia de entrada Temperatura de saída Pressão de saída 015 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 Podese 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 ajudálo 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 total do sistema de 30 Pelétrica Peólicansistesma Para um dia típico onde será instalada a turbina eólica considere a densidade do ar no local como 1 kgm 3 Horári o Velocidade do vento ms Potência Eólica kW Potência Elétrica kW 0000 6 0100 6 0200 5 0300 4 0400 3 0500 2 0600 2 0700 8 0800 15 0900 18 1000 20 1100 20 1200 20 1300 19 1400 18 1500 18 1600 18 1700 20 1800 18 1900 16 2000 16 2100 14 2200 13 2300 11 Tabela 2 Dados de velocidade do vento de Sobral CE no dia 27082022 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 35 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 9000 MW em projetos de PCHs protocolados na Aneel embora cerca de 7000 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 14375 m 3s e os rendimentos são 985 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 g98 ms2 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 RkWano Dados Custo de investimento da Usina 24 milhões de reais 1100 RkW Custo de OM 106 RkWano Vida útil 50 anos Taxa de atualização 10 Energia firme valor da potência encontrada no alternador FC 1 QUESTÃO 1 MAPA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Usinas Geradoras Olá estudante Tudo bem Seja bemvindoa a nossa atividade MAPA 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 MAPA serão Identificar as características das usinas geradoras Determinar características de projeto e viabilidade econômica 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 matériaprima principal é a canadeaçúcar 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 imaginese 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 Ciclo Topping No ciclo Topping a geração de eletricidade é a prioridade principal e o calor residual resultante desse processo é utilizado secundariamente para aplicações térmicas Ou seja o foco inicial é na produção de eletricidade e o calor residual é aproveitado posteriormente Esse ciclo é comumente utilizado em plantas de cogeração onde a geração de eletricidade é a principal necessidade Ciclo Bottoming Por outro lado no ciclo Bottoming a prioridade inicial é o aproveitamento térmico e a geração de eletricidade é uma consequência secundária O calor residual de um processo industrial é utilizado primeiramente para aplicações térmicas como aquecimento de fluidos ou processos industriais e o restante é convertido em eletricidade Esse tipo de ciclo é adequado quando a demanda por calor útil é predominante No contexto da indústria sucroalcooleira a cogeração frequentemente utiliza o ciclo Bottoming uma vez que o calor residual é essencial para os processos industriais como a destilação do etanol e o processamento de açúcar b Você encontrou informações sobre a geradora termoelétrica da Usina São Martinho localizada em PradópolisSP 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 Fonte ABDO J M Usinas Termeletricas de Pequeno Porte no Estado de Sao Paulo São Paulo 2001 Grandeza Valor Unidade Potência gerada na turbina 19000 kW Vazão mássica 013 kg Temperatura de entrada 300 C Pressão de entrada 20 MPa Entalpia de entrada 27247 kJkg Temperatura de saída 11137 C Pressão de saída 015 MPa Entalpia de saída 2936 kJkg Tabela 1 Informações da unidade geradora Fonte o autor 2023 Consultando a tabela de propriedades termodinâmicas se tem Entalpia de entrada 27247 kJkg A 015 kPa se tem entalpia de vapor saturado de 2936 kJkg temperatura de 11137 ºC volume de 11593 m3kg Vazão mássica m 19000 kW m 27247 2936 m 19000 27247 2936 013 kg 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 Podese determinar a potência eólica P disponível no vento que passa por uma seção transversal de área A pela equação PEOLICA½dAV3 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 ajudálo 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 O aerogerador apresentado na Figura 2 é do tipo de eixo horizontal b Qual é a área varrida pelas pás do aerogerador A πD2² A π502² A π25² A π625 A 19635 m² Portanto a área varrida pelas pás do aerogerador é aproximadamente 19635 m² c Complete a tabela com a potência eólica e a potência elétrica gerada considerando uma eficiência elétrica total do sistema de 30 Pelétrica Peólicansistesma Para um dia típico onde será instalada a turbina eólica considere a densidade do ar no local como 1 kgm3 Horário Velocidade do vento ms Potência Eólica kWPotência Elétrica kW 0000 6 21243 6373 0100 6 21243 6373 0200 5 13535 4060 0300 4 7641 2292 0400 3 4260 1278 0500 2 1891 0567 0600 2 1891 0567 0700 8 170948 51284 0800 15 716135 214840 0900 18 1412216 423665 1000 20 2124336 637301 1100 20 2124336 637301 1200 20 2124336 637301 1300 19 1850068 555020 1400 18 1576712 473014 1500 18 1576712 473014 1600 18 1576712 473014 1700 20 2124336 637301 1800 18 1576712 473014 1900 16 1065073 319522 2000 16 1065073 319522 2100 14 657541 197262 2200 13 511692 153507 2300 11 322252 96676 Tabela 2 Dados de velocidade do vento de Sobral CE no dia 27082022 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 35 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 9000 MW em projetos de PCHs protocolados na Aneel embora cerca de 7000 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 As PCHs aproveitam a energia potencial da água que flui em um rio O processo inicia com a captação da água na parte mais alta do rio formando um reservatório Em seguida a água é liberada por meio de tubulações passando por turbinas Essas turbinas são conectadas a geradores que convertem a energia mecânica da água em energia elétrica O declive do terreno é fundamental pois a gravidade impulsiona a água aumentando sua velocidade ao descer Essa aceleração é o que gera a força necessária para girar as turbinas Após passar pelas turbinas a água é devolvida ao rio mantendo o ciclo Esse processo é limpo e renovável pois não envolve a queima de combustíveis fósseis contribuindo para a geração sustentável de energia 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 14375 m3s e os rendimentos são 985 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 g98 ms2 Diferença de Altura ΔH ΔH hmontante hjusante ΔH 210 m 160 m 50 m Potência Disponível no Eixo da Turbina Pt Pt ηsistema ηturbina ρ g Q ΔH Pt 0985 092 1000 98 14375 50 Potência Elétrica na Saída do Alternador Pa Pa ηalternador Pt Pa 094 Pt Agora os valores calculados ΔH 50 m Pt 6369 MW Pa 5986 MW c Com base na potência altura e vazão mostre qual seria as melhores ou a melhor opção de turbina deste projeto Considerando a altura de queda de 50 metros uma boa opção poderia ser a turbina Pelton A turbina Pelton é especialmente eficiente em altas quedas dágua e é comumente utilizada em locais com esse perfil Ela é projetada para aproveitar a energia cinética da água que é direcionada em jatos contra as pás da turbina Dada a altura significativa do seu projeto a Pelton poderia ser uma escolha adequada No entanto é importante ressaltar que a escolha final da turbina deve ser baseada em uma análise mais detalhada considerando também outros fatores específicos do local como a variação na vazão da água Recomendaria consultar especialistas em energia hidrelétrica para uma avaliação mais precisa e personalizada para o seu 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 RkWano Dados Custo de investimento da Usina 24 milhões de reais 1100 RkW Custo de OM 106 RkWano Vida útil 50 anos Taxa de atualização 10 Energia firme valor da potência encontrada no alternador FC 1 Custo Total de Investimento CTI CTI Custo de investimento da Usina Custo de OM Vida útil CTI 24000000 1100 Potência instalada em kW Custo Total Anual CTA CTA Custo de investimento da Usina Taxa de atualização CTA 24000000 01 Energia Firme EF EF Potência instalada em kW EF 5986000 Custo Unitário da Energia Produzida CUEP CUEP CTI CTA EF FC Vida útil CUEP 24000000 1100 5986000 5986000 1 50 Vamos calcular esses valores com base na potência estimada de 5986 MW 5986000 kW CTI 6608600000 R CTA 2400000 R EF 5986000 kW CUEP 2207 RkWano QUESTÃO 1 MAPA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Usinas Geradoras Olá estudante Tudo bem Seja bemvindoa a nossa atividade MAPA 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 MAPA serão Identificar as características das usinas geradoras Determinar características de projeto e viabilidade econômica 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 matériaprima principal é a canadeaçúcar 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 imaginese 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 Ciclo Topping No ciclo Topping a geração de eletricidade é a prioridade principal e o calor residual resultante desse processo é utilizado secundariamente para aplicações térmicas Ou seja o foco inicial é na produção de eletricidade e o calor residual é aproveitado posteriormente Esse ciclo é comumente utilizado em plantas de cogeração onde a geração de eletricidade é a principal necessidade Ciclo Bottoming Por outro lado no ciclo Bottoming a prioridade inicial é o aproveitamento térmico e a geração de eletricidade é uma consequência secundária O calor residual de um processo industrial é utilizado primeiramente para aplicações térmicas como aquecimento de fluidos ou processos industriais e o restante é convertido em eletricidade Esse tipo de ciclo é adequado quando a demanda por calor útil é predominante No contexto da indústria sucroalcooleira a cogeração frequentemente utiliza o ciclo Bottoming uma vez que o calor residual é essencial para os processos industriais como a destilação do etanol e o processamento de açúcar b Você encontrou informações sobre a geradora termoelétrica da Usina São Martinho localizada em PradópolisSP 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 Fonte ABDO J M Usinas Termeletricas de Pequeno Porte no Estado de Sao Paulo São Paulo 2001 Grandeza Valor Unidad e Potência gerada na turbina 19000 kW Vazão mássica 013 kg Temperatura de entrada 300 C Pressão de entrada 20 MPa Entalpia de entrada 27247 kJkg Temperatura de saída 11137 C Pressão de saída 015 MPa Entalpia de saída 2936 kJkg Tabela 1 Informações da unidade geradora Fonte o autor 2023 Consultando a tabela de propriedades termodinâmicas se tem Entalpia de entrada 27247 kJkg A 015 kPa se tem entalpia de vapor saturado de 2936 kJkg temperatura de 11137 ºC volume de 11593 m3kg Vazão mássica m m 19000 27247 2936 013 kg 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 Podese determinar a potência eólica P disponível no vento que passa por uma seção transversal de área A pela equação PEOLICA½dAV3 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 ajudálo 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 O aerogerador apresentado na Figura 2 é do tipo de eixo horizontal Portanto a área varrida pelas pás do aerogerador é aproximadamente 19635 m² c Complete a tabela com a potência eólica e a potência elétrica gerada considerando uma eficiência elétrica total do sistema de 30 Pelétrica Peólicansistesma Para um dia típico onde será instalada a turbina eólica considere a densidade do ar no local como 1 kgm3 Horá rio Velocidade do vento ms Potência Eólica kW Potência Elétrica kW 000 0 6 21243 6373 010 0 6 21243 6373 020 0 5 13535 4060 030 0 4 7641 2292 040 0 3 4260 1278 050 0 2 1891 0567 060 0 2 1891 0567 070 0 8 170948 51284 080 0 15 716135 214840 090 0 18 1412216 423665 100 0 20 2124336 637301 1100 20 2124336 637301 1200 20 2124336 637301 130 0 19 1850068 555020 1400 18 1576712 473014 150 0 18 1576712 473014 160 0 18 1576712 473014 1700 20 2124336 637301 180 18 1576712 473014 0 190 0 16 1065073 319522 200 0 16 1065073 319522 2100 14 657541 197262 220 0 13 511692 153507 230 0 11 322252 96676 Tabela 2 Dados de velocidade do vento de Sobral CE no dia 27082022 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 35 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 9000 MW em projetos de PCHs protocolados na Aneel embora cerca de 7000 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 As PCHs aproveitam a energia potencial da água que flui em um rio O processo inicia com a captação da água na parte mais alta do rio formando um reservatório Em seguida a água é liberada por meio de tubulações passando por turbinas Essas turbinas são conectadas a geradores que convertem a energia mecânica da água em energia elétrica O declive do terreno é fundamental pois a gravidade impulsiona a água aumentando sua velocidade ao descer Essa aceleração é o que gera a força necessária para girar as turbinas Após passar pelas turbinas a água é devolvida ao rio mantendo o ciclo Esse processo é limpo e renovável pois não envolve a queima de combustíveis fósseis contribuindo para a geração sustentável de energia 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 14375 m3s e os rendimentos são 985 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 g98 ms2 Potência Disponível no Eixo da Turbina Pt Pt 0985 092 1000 98 14375 50 Potência Elétrica na Saída do Alternador Pa Pa 094 Pt Agora os valores calculados c Com base na potência altura e vazão mostre qual seria as melhores ou a melhor opção de turbina deste projeto Considerando a altura de queda de 50 metros uma boa opção poderia ser a turbina Pelton A turbina Pelton é especialmente eficiente em altas quedas dágua e é comumente utilizada em locais com esse perfil Ela é projetada para aproveitar a energia cinética da água que é direcionada em jatos contra as pás da turbina Dada a altura significativa do seu projeto a Pelton poderia ser uma escolha adequada No entanto é importante ressaltar que a escolha final da turbina deve ser baseada em uma análise mais detalhada considerando também outros fatores específicos do local como a variação na vazão da água Recomendaria consultar especialistas em energia hidrelétrica para uma avaliação mais precisa e personalizada para o seu 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 RkWano Dados Custo de investimento da Usina 24 milhões de reais 1100 RkW Custo de OM 106 RkWano Vida útil 50 anos Taxa de atualização 10 Energia firme valor da potência encontrada no alternador FC 1 Custo Total de Investimento CTI CTI Custo de investimento da Usina Custo de OM Vida útil CTI 24000000 1100 Potência instalada em kW Custo Total Anual CTA CTA Custo de investimento da Usina Taxa de atualização CTA 24000000 01 Energia Firme EF EF Potência instalada em kW EF 5986000 Custo Unitário da Energia Produzida CUEP CUEP CTI CTA EF FC Vida útil CUEP 24000000 1100 5986000 5986000 1 50 Vamos calcular esses valores com base na potência estimada de 5986 MW 5986000 kW CTI 6608600000 R CTA 2400000 R EF 5986000 kW