Prova Geração de Energia Elétrica - Efeito Fotovoltaico e Dopagem

UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 1 VA2 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Questão 1 4 pontos O efeito fotovoltaico está ligado diretamente com a energia transmitida pela onda eletromagnética da luz solar Essa radiação é denominada fóton Considerando a equação de Planck a energia de um fóton é proporcional a ao meio de propagação b ao comprimento de onda da radiação eletromagnética no vácuo c ao tipo de material em que a luz incide d à energia contida no elétron e à direção de incidência do raio luminoso Questão 2 4 pontos A dopagem de materiais semicondutores consiste em adicionar impurezas próprias para fornecer elétrons em excesso ou lacunas em excesso ao material semicondutor sendo o mais comum deles o silício 4 elétrons na camada de valência O fósforo é muito utilizado na dopagem de materiais do tipo N por ter cinco elétrons na camada de valência Consultando uma tabela periódica que outro material pode ser usado para se obter um material do tipo N a Bismuto b Gálio c Boro d Oxigênio e Ferro Questão 3 4 pontos A associação em série e em paralelo de células fotovoltaicas é necessária para obter os valores desejados de tensão e corrente para a aplicação dos módulos A corrente de uma célula típica é de 15A e sua tensão de 048V Um módulo que tem corrente de 105A e tensão de 24V foi obtido com a configuração de UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 2 a 7 células em série e 50 células em paralelo b 16 células em série e 22 células em paralelo c 22 células em série e 16 células em paralelo d 50 células em série e 7 células em paralelo e 50 células em série e 22 células em paralelo Questão 4 4 pontos As crescentes instalações de micro e de minigeração distribuída provenientes de sistemas fotovoltaicos apresentam pontos negativos que afetam a economia os meios ambientais e o sistema elétrico brasileiro em si Considerando o aumento das instalações fotovoltaicas analise as afirmativas a seguir julgandoas como verdadeiras V ou falsas F e assinale a ordem correta I Há necessidade de investimentos na rede de distribuição II Há liberação de gases de efeito estufa durante a fabricação dos módulos III São responsáveis pela diversificação da matriz elétrica brasileira IV Se nada mudar em breve as pessoas sofrerão os efeitos da curva do pato V O preço dos sistemas solares aumenta proporcionalmente ao do número de instalações a V F V F V b V V F F V c V V V V F d F F V F V e F F F V F Questão 5 4 pontos O estado da Califórnia nos Estados Unidos é um dos vários locais ao redor do globo que estão sofrendo com os problemas decorrentes do efeito da curva do pato Nesse contexto entre as medidas que podem ser tomadas para manter a elevada participação da geração fotovoltaica distribuída e garantir a segurança energética para a população analise as afirmativas a seguir julgandoas como verdadeiras V ou falsas F I Incentivar o desenvolvimento e a aplicação de fontes geradoras de energia que possam ligar e desligar rapidamente UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 3 II Investir em tecnologias de armazenamento de energia elétrica III Aumento da área de comercialização das distribuidoras e permissionárias de energia IV Desligar as usinas fotovoltaicas durante o período das 10h às 15h V Investir em tecnologias de usinas cuja geração possa ser controlada sem que a geradora precise ser desligada Agora assinale a alternativa que apresenta a ordem correta a F F F V F b F V F V F c V F V F V d V V V F V e V V F F V Questão 6 4 pontos A diversificação da matriz elétrica apresenta diversas vantagens como a possibilidade de termos um sistema menos vulnerável a problemas causados pelo aumento do custo de determinada fonte como uma seca generalizada ou um aumento nos preços internacionais do gás natural Faça uma leitura crítica dos gráficos apresentados a seguir UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 4 Analise as afirmativas a seguir julgandoas como verdadeiras V ou falsas F I O uso de fonte solar e eólica foi maior no Brasil do que na média mundial II O uso de carvão foi maior no Brasil do que na média mundial III O uso de energia hidráulica foi maior no Brasil do que na média mundial IV O uso de gás natural foi aproximadamente duas vezes maior no Brasil do que na média mundial V O uso de biomassa foi maior no Brasil do que na média mundial Agora assinale a alternativa que apresenta a ordem correta a V V F V V b V F V F V c F F V V V d F F F V F e F V V F V Questão 7 4 pontos O aproveitamento ótimo da energia eólica com fins de geração de eletricidade tem sido uma busca constante nos locais onde essa fonte energética é empregada pois em virtude da variabilidade natural do recurso seu uso eficiente contribuiria para maior disponibilidade e menores custos associados à energia elétrica Considerando isso assinale a alternativa correta a Um bom local para a instalação de um parque eólico consiste em áreas de proteção ambiental as quais por serem restritas impossibilitariam a circulação de pessoas e eventuais vandalismos às máquinas Nessas áreas sempre ocorrem naturalmente ventos constantes e intensos b A construção de um parque eólico deve ser feita em um local onde haja grande variabilidade das direções em que o vento sopra pois assim podese aproveitar o recurso distribuindo os aerogeradores sob uma grande área Além disso a variabilidade já garante velocidades elevadas naturalmente c A situação mais desejável para o local de instalação de um parque eólico em termos de disponibilidade e aproveitamento do recurso seria aquela em que há uma direção predominante de vento na maior parte do tempo e com velocidades elevadas a fim de garantir constância e intensidade do recurso UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 5 d Na etapa de projeto de um sistema de geração eólica seja ele autônomo ou conectado à rede não há necessidade de se preocupar com as direções que o vento pode tomar pois todas as máquinas têm mecanismos que as guiam automaticamente para as direções que o vento sopra e Em função da dependência cúbica da potência extraída dos ventos com a velocidade destes apenas os valores de velocidade são suficientes para determinar a viabilidade de um projeto eólico sendo dispensável qualquer análise que envolva outros parâmetros de projeto Questão 8 4 pontos Os aerogeradores modernos buscam sempre extrair o máximo possível da energia contida nas massas de ar Para tanto empregam recursos como o controle do ângulo de passo das pás sensores de direcionamento em relação ao vento e projeto de pás aerodinamicamente mais eficientes Sobre a quantidade de potência que pode ser extraída do vento pelos aerogeradores assinale a alternativa correta a Não há nenhum limite preestabelecido para a potência que pode ser extraída sendo esta limitada apenas pelo estágio atual do desenvolvimento tecnológico b A limitação da energia extraída depende diretamente do material de construção das pás e do posicionamento das torres que sustentam as máquinas c Já foi demonstrado experimentalmente que é possível obter em torno de 95 da energia contida nos ventos sem utilizar mecanismos sofisticados d Há um limite teórico máximo de aproximadamente 60 da potência que pode ser extraída dos ventos sendo obtido a partir de uma análise idealizada e O limite para extração da energia dos ventos depende do local de instalação das máquinas sendo maior à medida que as velocidades se aproximam de 7ms Questão 9 4 pontos O emprego de aerogeradores conectados à rede elétrica dividese basicamente em duas categorias sistemas de velocidade fixa e sistemas de velocidade variável Atualmente sistemas de velocidade fixa apesar de apresentarem vantagens sobre os de velocidade variável perderam espaço predominando os sistemas de UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 6 velocidade variável Assinale a alternativa que contém uma das razões para os sistemas de velocidade fixa terem caído em desuso a Empregam conversores dispendiosos demais e por conta disso perdem espaço para as topologias que empregam conversores reduzidos e possibilitam operação em velocidade variável Costumavam ser aplicados em sistemas com conversores full power processando 100 da potência das máquinas b São sistemas que apesar de não empregarem conversores de potência não conseguem efetuar um aproveitamento ótimo da potência disponível no vento em virtude de não conseguirem adaptar sua velocidade às variações desse recurso diferentemente dos sistemas em velocidade variável c Não são sistemas robustos o bastante para conseguir operar com conexão à rede e por isso podem levála a instabilidades Essas instabilidades podem vir a resultar em apagões ou mesmo oscilações de frequência degradando consideravelmente a qualidade da energia fornecida ao sistema d Não empregam caixa de multiplicação de velocidades o que limita seu intervalo de operação podendo vir a causar oscilações de tensão na rede elétrica à qual estão conectados Além disso operam sempre com baixas rotações o que implica em aplicações com baixas velocidades de vento apenas e Têm elevados custos de aquisição o que torna sua aplicação em longo prazo pouco interessante quando comparada àquelas de velocidade variável que têm menores custos iniciais Os custos elevados devemse principalmente ao tamanho do conversor de potência que demandam Questão 10 3 pontos O parâmetro fator de multiplicação de um reator nuclear identificado pela letra k assume três faixas de valores que definem com base na razão entre as sucessivas populações de nêutrons no tempo as condições operacionais do reator Quanto a essas faixas assinale a alternativa correta a Quando k 1 temse uma reação em cadeia autossustentada e com potência constante b Quando k 1 o reator sofre um crescimento exponencial de sua potência ao longo do tempo c Para um reator atingir a criticidade é necessário um k 1 por um longo período de tempo d O reator só permanecerá operando com potência constante se k 1 pois por medidas de segurança k nunca pode atingir 1 e Nenhuma faixa de valor diferente de k 0 é aceitável para reatores nucleares pois tornariam o reator supercrítico UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 7 Questão 11 3 pontos Um reator nuclear de fissão tem sistemas principais que permitem o seu funcionamento Assinale a alternativa que cita um desses sistemas principais com sua respectiva função a Moderador responsável por reduzir a velocidade dos nêutrons rápidos oriundos da fissão transformando os em térmicos para que possam produzir novos eventos de fissão b Hastes de controle são móveis e preenchidas com combustível nuclear quando inseridas aumentam a produção de nêutrons no núcleo do reator aumentando o fator de multiplicação k c Refrigerante tem a função de aquecer o núcleo do reator para que a combustão possa ocorrer de maneira autossustentada além de garantir o fornecimento de nêutrons térmicos d Combustível está disposto em hastes igualmente distribuídas no núcleo e é feito de um material com capacidade de absorver neutrons evitando que novos eventos de fissão ocorram regulando a potência do reator e Moderador consiste no trocador de calor operando como gerador de vapor em um circuito secundário de água isolado da água que circula no núcleo do reator É responsável por enviar vapor para as turbinas Questão 12 3 pontos O processo de geração de energia em uma central nuclear com reator PWR é bastante complexo desde as condições necessárias para as reações nucleares no núcleo até a efetiva geração de energia elétrica Quanto a esses processos assinale a alternativa que sintetiza corretamente parte deles a A água líquida é aquecida sob alta pressão no núcleo do reator pela energia térmica produzida nos eventos de fusão nuclear Essa água circula em um circuito primário isolado e é resfriada em um trocador de calor operando como gerador de vapor O vapor produzido é então enviado para as turbinas que transmitem a energia mecânica para o eixo do gerador elétrico b A água líquida é aquecida até se tornar vapor no núcleo do reator pela energia térmica produzida nos eventos de fissão nuclear O vapor produzido é então enviado para as turbinas que transmitem a energia mecânica para o eixo do gerador elétrico O vapor exaurido nas turbinas vai para um condensador e após arrefecido é devolvido para o núcleo do reator UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 8 c A água líquida é aquecida sob alta pressão no núcleo do reator pela energia térmica produzida nos eventos de fissão nuclear Essa água circula em um circuito primário isolado e é resfriada em um trocador de calor operando como gerador de vapor O vapor produzido é então enviado para as turbinas que transmitem a energia mecânica para o eixo do gerador elétrico d A água líquida é aquecida até se tornar vapor no núcleo do reator pela energia térmica produzida nos eventos de combustão química do isótopo urânio235 O vapor produzido é então enviado para as turbinas que transmitem a energia mecânica para o eixo do gerador elétrico O vapor exaurido nas turbinas vai para um condensador e após arrefecido é devolvido para o núcleo do reator e A água líquida é aquecida sob alta pressão no núcleo do reator pela energia térmica produzida nos eventos de combustão química do isótopo urânio235 Essa água circula em um circuito primário isolado e é resfriada em um trocador de calor operando como gerador de vapor O vapor produzido é então enviado para as turbinas que transmitem a energia mecânica para o eixo do gerador elétrico UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 1 VA1 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Questão 1 3 pontos O território brasileiro tem um dos maiores e melhores potenciais energéticos do mundo com cerca de 85 milhões de quilômetros quadrados sendo mais de 7 mil quilômetros de litoral além de um clima que apresenta condições muito favoráveis para diferentes tecnologias de geração de energia elétrica Considerando o exposto assinale a alternativa correta sobre o planejamento de uma matriz elétrica de modo que seja alcançado o desenvolvimento sustentável para o país a É importante que sejam desenvolvidas e aplicadas estratégias e tecnologias de geração limpa de energia elétrica tais como energia eólica e solar que causam pouco ou nenhuma emissão de gases do efeito estufa por exemplo b Os esforços governamentais devem estar voltados para além de garantir o atendimento da demanda por energia elétrica a utilização e a promoção de fontes renováveis de energia como solar eólica de biomassa e de gás natural c Desenvolver fontes limpas de energia contribui apenas para questões ecológicas do país trazendo diversos benefícios ao planeta mas não representa um fator de importância econômica para o Brasil d A principal fonte de energia continua sendo o petróleo por isso apesar dos benefícios os países desenvolvidos não têm interesse em desenvolver o uso de fontes limpas de energia elétrica e Fontes como a solar e a eólica são mais propensas a falhas pois são sistemas cuja tecnologia não está bem fundamentada apresentando problemas estruturais além da falta de pesquisa no país Questão 2 3 pontos Na natureza a água desempenha diversas funções necessárias e insubstituíveis para a manutenção da vida Para as atividades humanas como produção de bens tecnologias transporte e outras a água também exerce um papel muito importante Nesse sentido sobre o uso da água na geração de energia elétrica assinale a alternativa correta a A água é utilizada em usinas hidrelétricas para a geração de vapor que é responsável por movimentar turbinas ligadas a geradores de eletricidade UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 2 b A energia das marés é utilizada para a produção de energia elétrica através de atenuadores que acionam o gerador elétrico por meio de turbinas c Em uma termelétrica diferentes fontes de calor podem ser utilizadas para aquecer a água formando o vapor que movimenta as turbinas ligadas ao gerador d Em uma usina termelétrica a água passa por atenuadores que convertem a energia potencial em energia elétrica pelo acionamento de gerador e A energia marítima assim como a energia hidrelétrica provém da movimentação das águas sem a obrigatoriedade da movimentação de turbinas Questão 3 3 pontos A eletricidade pode ser gerada a partir de fonte térmica e de fonte não térmica Ao falar em fontes de geração térmica o uso de combustíveis fósseis é mencionado como o gás natural para a geração de calor que movimenta as turbinas Entretanto outras matériasprimas podem ser utilizadas Sobre o exposto assinale a alternativa correta a A biomassa constituída por matéria orgânica pode ser queimada para gerar o calor utilizado em caldeiras em que a água é transformada no vapor que movimenta as turbinas b Entre os combustíveis fósseis utilizados há o biogás formado junto com o petróleo que é utilizado para gerar o vapor que movimenta as turbinas ligadas aos geradores elétricos c A energia nuclear não é considerada uma fonte de geração térmica pois não utiliza combustão tampouco gera calor para a geração do vapor que movimenta as turbinas d O gás natural é utilizado diretamente na geração de energia elétrica de modo a movimentar as turbinas que acionam o gerador sem passar pelo processo de combustão e Diferente do gás natural o biogás não gera poluentes atmosféricos sendo considerado uma fonte limpa de energia usada diretamente para movimentar as turbinas Questão 4 3 pontos Uma máquina elétrica é um dispositivo capaz de converter energia mecânica em energia elétrica gerador ou energia elétrica em energia mecânica motor O transformador também pode ser considerado uma máquina UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 3 elétrica pois é capaz de alterar os níveis de tensão e corrente em sistemas de energia elétrica CA DEL TORO 1994 Em relação ao princípio de funcionamento das máquinas elétricas analise as afirmativas a seguir I Um motor elétrico tem seu funcionamento baseado no fato de que um fio condutor de corrente na presença de um campo magnético é submetido a uma força mecânica II Um gerador elétrico tem seu funcionamento baseado no fato de que um fio se movendo na presença de um campo magnético é submetido a uma tensão induzida III Um transformador tem seu funcionamento baseado no fato de que um campo magnético variável no tempo induzirá uma tensão em uma bobina se o campo passar através dessa bobina Está correto o que se afirma em a II b III c I e III d I e II e I II e III Questão 5 3 pontos A imagem a seguir mostra um pequeno motor CC de 2 polos com armadura composta por 8 enrolamentos de 4 espiras cada Se o terminal positivo da bateria for conectado na escova da esquerda qual será o sentido de rotação desse motor UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 4 a Ausência de rotação b Rotação horária c Rotação antihorária d Alternância entre sentido horário e sentido antihorário e Alternância entre sentido antihorário e sentido horário Questão 6 3 pontos O Esquema Regional de Alívio de Carga ERAC é um sistema de proteção que por meio do desligamento automático e escalonado de blocos de carga utilizando relés de frequência minimiza os efeitos de subfrequência Assinale a alternativa que apresenta um causa de subfrequência no sistema a Entrada de geradores de grande porte ao sistema elétrico b Diminuição repentina de grandes blocos de carga c Aumento repentino da carga solicitada aos geradores d Entrada de um gerador de pequeno porte com uma frequência inferior à da rede e Perda de grandes blocos de potência reativa Questão 7 3 pontos As malhas de controle de frequência são acionadas de forma sequencial com a atuação de uma malha sendo condicionada à estabilização da anterior Uma grande carga está prevista para entrar exatamente às 18h no sistema elétrico A frequência nominal da rede é de 60Hz Qual é a frequência esperada às 18h15min a Menos que 60Hz com a atuação do controle primário em execução b Exatamente 60Hz com a atuação do controle secundário concluída c Acima de 60Hz com entrada do controle terciário d Maior que 60Hz com a atuação do controle secundário concluída e Exatamente 60Hz com a atuação do controle primário em execução UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 5 Questão 8 3 pontos O estatismo é um valor que relaciona a frequência do sistema com a potência injetada por um gerador síncrono Sabese que uma máquina deve ser iniciada com frequência superior ao sistema para injetar potência ativa nele Um gerador síncrono foi colocado em paralelo com um barramento infinito com a frequência inferior à frequência do sistema O que se pode afirmar nessa situação a O gerador irá consumir potência ativa do sistema b O gerador irá injetar potência ativa no sistema c O gerador irá consumir potência reativa do sistema d O gerador irá fornecer potência reativa do sistema e O gerador ficará girando a vazio sem consumir ou gerar potência elétrica Questão 9 3 pontos O regulador de tensão controlará a tensão terminal pela atuação na corrente de campo alterando assim a excitação do gerador síncrono Como consequência qualquer alteração na corrente de campo resultará em alteração no valor da tensão terminal do gerador síncrono independentemente do que estiver conectado aos terminais desse gerador Essa afirmação é classificada como a Verdadeira pois o regulador de tensão obviamente tem o objetivo de manter a tensão terminal regulada sempre b Falsa já que o regulador de tensão nem sempre garantirá a tensão terminal estável visto atuar em corrente contínua c Falsa visto que o regulador de tensão apenas altera a tensão gerada internamente e só considera a tensão terminal quando a vazio d Verdadeira pois a tensão terminal do gerador síncrono será sempre igual independentemente do que esteja conectado nele e Falsa pois o regulador de tensão não atuará mais sobre a tensão terminal caso o gerador seja conectado à rede UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA USU Curso de Graduação Disciplina Geração de Energia Elétrica 2023 1 Professor Geraldo Motta Azevedo Júnior 031088755 6 Questão 10 3 pontos Os geradores síncronos operando em paralelo ou conectados à rede de transmissão no sistema interligado utilizam o regulador de tensão para ajustar os valores de potência reativa entregues ao sistema Em relação ao gerador operando em paralelo à rede e à atuação do sistema de excitação classifique as seguintes afirmações em verdadeiras V ou falsas F I O regulador de tensão poderá desligar o sistema de excitação pois não poderá controlar a tensão terminal II Por meio da atuação do regulador de tensão o gerador pode operar sobrexcitado fornecendo potência reativa ao sistema III Caso a tensão gerada Eaf tensão interna do gerador seja superior à tensão do barramento o gerador consumirá potência reativa do sistema a F V F b F F F c V F V d F V V e V V V