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K L S E F I C I Ê N C I A E N E R G Efi ciência É T I C A E energética e Q U A L I D qualidade de A D E D E energia E N E R G I A Eficiência energética e qualidade de energia Leidiane Mariani Natalí Nunes dos Reis da Silva © 2017 por Editora e Distribuidora Educacional S.A. Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Editora e Distribuidora Educacional S.A. Presidente Rodrigo Galindo Vice-Presidente Acadêmico de Graduação Mário Ghio Júnior Conselho Acadêmico Alberto S. Santana Ana Lucia Jankovic Barduchi Camila Cardoso Rotella Cristiane Lisandra Danna Danielly Nunes Andrade Noé Emanuel Santana Grasiele Aparecida Lourenço Lidiane Cristina Vivaldini Olo Paulo Heraldo Costa do Valle Thatiane Cristina dos Santos de Carvalho Ribeiro Revisão Técnica Fillipe Matos de Vasconcelos Hugo Tanzarella Teixeira Luís Guilerme Trovó Cassanelli Roberto Mac Intyer Simões Editoração Adilson Braga Fontes André Augusto de Andrade Ramos Cristiane Lisandra Danna Diogo Ribeiro Garcia Emanuel Santana Erick Silva Griep Lidiane Cristina Vivaldini Olo Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Mariani, Leidiane M333e Eficiência energética e qualidade de energia / Leidiane Mariani, Natalí Nunes dos Reis da Silva. – Londrina : Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 208 p. ISBN 978-85-8482-827-2 1. Energia elétrica – Controle de qualidade. 2. Energia elétrica – Conservação. 3. Sistemas de energia elétrica. I. Silva, Natalí Nunes dos Reis da. II. Título. CDD 621.31 2017 Editora e Distribuidora Educacional S.A. Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza CEP: 86041-100 — Londrina — PR e-mail: [email protected] Homepage: http://www.kroton.com.br/ Sumário Unidade 1 | Energia elétrica e o desenvolvimento social 7 Seção 1.1 - Fontes de energia 9 Seção 1.2 - Fontes de energia renovável e não renovável 23 Seção 1.3 - Sistemas de energia monofásicos e polifásicos 39 Unidade 2 | Análise de sistemas elétricos e conservação de energia 59 Seção 2.1 - Equipamentos elétricos e suas características reativas 61 Seção 2.2 - Fator de potência 75 Seção 2.3 - Programas de conservação de energia 87 Unidade 3 | Falhas e distúrbios do sistema elétrico e sua identifi cação 105 Seção 3.1 - Qualidade da energia 107 Seção 3.2 - Falhas no sistema elétrico 119 Seção 3.3 - Indicadores usados nos sistemas elétricos 133 Unidade 4 | Identifi cação das fontes de energias renováveis 151 Seção 4.1 - Desenvolvimento tecnológico e viabilidade das energias renováveis 153 Seção 4.2 - Sistemas eólicos e fotovoltaicos 171 Seção 4.3 - Sistema interligado 187 Palavras do autor Nos últimos anos, a sociedade vem discutindo e se preocupando muito com as questões ambientais, como o aquecimento global. Assim, medidas que reduzam e tornem mais eficiente o consumo energético são essenciais. Além disso, o desenvolvimento dos países e o crescimento populacional vêm aumentando a demanda por energia, e cada vez se exige mais qualidade da energia fornecida para atender ao consumidor e reduzir perdas. Assim, a disciplina de Eficiência energética e qualidade de energia é muito importante para que você, aluno, futuro profissional da área elétrica e eletrônica, possa desenvolver um bom trabalho e estar preparado para atender às expectativas da sociedade. Para isso, é muito importante que você se dedique a estudar o conteúdo dessa disciplina e aproveite os momentos com seu professor para compreender melhor os conceitos e se aprofundar na prática. Dessa forma, espera-se que ao final desta disciplina você tenha conhecido os principais fundamentos, parâmetros e agentes relacionados à eficiência energética e à qualidade de energia elétrica, especialmente no que condiz ao funcionamento do setor energético nacional, às fontes de energia, à conservação e eficiência energética e à qualidade da energia elétrica. Nesse sentido, esperamos que você desenvolva as seguintes competências: • Conhecer os principais fundamentos, parâmetros e agentes relacionados à eficiência energética e à qualidade de energia elétrica. • Ser capaz de distinguir os diferentes tipos de fontes de energia, conhecer seus prós e contras do ponto de vista econômico e social. • Conhecer os equipamentos elétricos residenciais, industriais e comerciais, compreendendo a correção de fatores de potência. • Saber identificar as diferentes falhas e distúrbios existentes em uma rede de energia elétrica. • Compreender o potencial elétrico no contexto nacional e ter visão a respeito do futuro das fontes renováveis. • Identificar as principais perdas no sistema de energia elétrica e informar-se com uma visão geral a transmissão de energia elétrica por linhas de transmissão. • Apresentar a importância do planejamento na rede de energia elétrica. Para que você alcance esses objetivos, a disciplina foi estruturada em quatro unidades, sendo que na primeira estudaremos o conceito de energia e suas formas, as fontes de energia não renováveis e renováveis, os sistemas monofásicos e polifásicos de energia elétrica e como ela é transportada. Na segunda unidade, o objetivo é entender alguns aspectos para a análise do sistema elétrico, como eficiência dos equipamentos, dimensionamento correto de instalações elétricas e correção do fator de potência, além dos programas de conservação de energia elétrica. Na terceira unidade, estudaremos as falhas e os distúrbios que podem ocorrer em um sistema elétrico e como é possível identificá-los, para, assim, melhorar a qualidade da energia. Finalmente, na quarta unidade será o momento de entender como o desenvolvimento tecnológico pode melhorar a eficiência dos equipamentos elétricos e se aprofundar no tema das fontes eólica e solar de energia elétrica e do sistema interligado. Caro aluno, esperamos que você esteja motivado a estudar e aprender os conceitos e as aplicações da eficiência energética e da qualidade da energia! Bons estudos e ótimo aprendizado! Unidade 1 Energia elétrica e o desenvolvimento social Convite ao estudo Caro aluno, nesta unidade, estudaremos o setor energético como um todo, apresentando o conceito de energia e onde se encontram as principais fontes de energia renováveis e não renováveis do país. Também estudaremos como o desenvolvimento social e econômico está atrelado à utilização de energia e suas possíveis consequências do ponto de vista ambiental, social e econômico. Por fim, exploraremos aspectos do transporte de energia, em especial o transporte de energia elétrica e a importância do planejamento de sua expansão. Na primeira seção, estudaremos o conceito e os tipos de energia, as fontes de energia disponíveis e como podem ser utilizadas. Na segunda seção, serão abordadas as fontes não renováveis e renováveis de energia, os aspectos do planejamento energético, focando na energia elétrica, aspectos sociais, ambientais e econômicos e características do setor elétrico nacional. Na última seção, estudaremos os sistemas monofásicos e polifásicos e como é realizada a transmissão de energia elétrica. Portanto, temos como objetivo dessa unidade que você, aluno, seja capaz de distinguir os diferentes tipos de fontes de energia e conhecer seus prós e contras do ponto de vista econômico, social e ambiental. Com isso, você poderá analisar as fontes de energia para projetos de geração de energia e no planejamento energético de uma empresa, região ou país. Esta unidade se insere em uma lógica de entender alguns conteúdos necessários para a elaboração de estudos e projetos de energia, que são base para o planejamento energético. Nesse contexto, você, aluno, é o gestor que lidera uma equipe que realiza estudos para o planejamento energético de um país e precisa entender conceitos e compreender como aplicá-los em uma situação real. Nesse sentido, com o andamento das seções, o nível do planejamento será aprofundado, abordando novas áreas do setor energético e demandando que você construa uma visão integrada do tema. U1 8 Energia elétrica e o desenvolvimento social