ATIVIDADE 3 - EELE - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54_2025

ATIVIDADE 3 - EELE - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54_2025

Questão 1

Os aerogeradores com tecnologia de rotor de eixo horizontal são amplamente utilizados em usinas eólicas. Esse tipo de aerogerador converte a energia cinética do vento em energia elétrica, utilizando suas pás aerodinâmicas e um conjunto de componentes essenciais, como a nacele e a torre. Esses sistemas modernos possuem mecanismos para ajustar o ângulo das pás e otimizar a captura da energia do vento. A nacele abriga componentes importantes como o gerador, o sistema de controle e, em alguns casos, uma caixa de velocidades que adapta a rotação do rotor à frequência da rede elétrica.

Elaborado pelo professor, 2024. 

Considerando os aerogeradores de eixo horizontal, assinale a alternariva correta que apresenta a principal função da nacele.

Alternativas

Alternativa 1:

Abastecer o gerador com eletricidade proveniente das pás do aerogerador.

Alternativa 2:

Captar a energia cinética do vento e convertê-la diretamente em eletricidade.

Alternativa 3:

Suportar a torre e elevar o rotor à altura adequada para a captação de vento.

Alternativa 4:

Controlar o ângulo de ataque das pás para otimizar a eficiência aerodinâmica.

Alternativa 5:

Acomodar componentes essenciais como gerador, caixa de velocidades e sistema de controle.

Questão 2

Com o aumento das preocupações ambientais e a necessidade de diversificação da matriz energética, muitos países têm investido na utilização de fontes de energia renováveis e não renováveis para geração de eletricidade. As fontes primárias de energia são aquelas que provêm diretamente dos recursos naturais, enquanto as fontes secundárias são o resultado de transformações desses recursos. Além disso, a classificação entre fontes renováveis e não renováveis depende da capacidade de reposição da fonte ao longo do tempo.

Elaborado pelo professor, 2024.

Com base nesse contexto, assinale a alternativa correta que representa uma fonte de energia primária e renovável.

Alternativas

Alternativa 1:

Gasolina.

Alternativa 2:

Óleo diesel.

Alternativa 3:

Gás natural.

Alternativa 4:

Energia solar.

Alternativa 5:

Carvão mineral.

Questão 3

Você foi contratado para avaliar o projeto de uma hidrelétrica na bacia do rio Paraná. Foi pedido que você, como engenheiro eletricista, analise os seguintes dados:
 

Custo da usina: 1.300.000R$ + 6000 R$/kW; 

Custo de operação e manutenção: 6 R$/kW*ano; 

Vida útil: 60 anos; 

Energia firme: 300 MW; 

Taxa de utilização: 13%. 

Baseando-se nas informações fornecidas, calcule o custo unitário anual da usina hidrelétrica do projeto em questão. 

Alternativas

Alternativa 1:

787 R$/kW

Alternativa 2:

832 R$/kW

Alternativa 3:

896 R$/kW

Alternativa 4:

941 R$/kW

Alternativa 5:

1023 R$/kW

Questão 4

As usinas heliotérmicas (também conhecidas como termossolares) são instalações que convertem a irradiação solar direta em energia térmica de alta temperatura, que é subsequentemente usada para gerar eletricidade.

Em projetos de usinas heliotérmicas, o parâmetro principal que dita a viabilidade e a eficiência do ciclo termodinâmico é a temperatura máxima de operação. Qual tecnologia de concentração solar tipicamente alcança as temperaturas mais elevadas?

Alternativas

Alternativa 1:

Disco Parabólico.

Alternativa 2:

Refletor Fresnel Linear.

Alternativa 3:

Coletor de Placa Plana.

Alternativa 4:

Torre Solar de Potência.

Alternativa 5:

Coletor Cilindro Parabólico.

Questão 5

O desempenho hidráulico é um fator crucial na produção de energia hidrelétrica, refletindo a eficiência com que a energia potencial da água é transformada em eletricidade. Em uma usina hidrelétrica, diversas perdas de energia ocorrem ao longo do processo. Entre as principais estão as perdas por fricção da água nas tubulações, assim como a dissipação de energia na forma de calor. Outras fontes de perda incluem vazamentos, atrito em partes mecânicas e ineficiências nas turbinas e geradores. Por isso, otimizar o rendimento hidráulico é essencial para aumentar a eficiência da conversão e minimizar as perdas no sistema.
 

Elaborado pelo professor, 2024. 

A potência elétrica gerada pode ser calculada utilizando a equação a seguir, que leva em consideração as condições do aproveitamento hidrelétrico:
 

​P=ngQH

Onde, P é potência elétrica gerada, n é o rendimento total do sistema, g é a aceleração da gravidade (9,8 m/s2), Q é a vazão e H a altura da queda d'água.

Diante disso, assinale a alternativa que apresenta corretamente o rendimento total do sistema e a potência elétrica gerada respectivamente, considerando um aproveitamento hidrelétrico com uma altura de 90 metros, uma vazão de 35 m³/s e rendimentos de 98% para o sistema hidráulico, 93% para a turbina e 96% para o alternador: 

Alternativas

Alternativa 1:

87,5% e 30870 kW.

Alternativa 2:

92,5% e 30870 kW.

Alternativa 3:

87,5% e 27009 kW.

Alternativa 4:

92,5% e 27009 kW.

Alternativa 5:

89,5% e 30870 kW.

Questão 6

Nos sistemas fotovoltaicos, a energia solar é convertida diretamente em eletricidade através do efeito fotovoltaico, que ocorre nas células fotovoltaicas. Essas células, formadas por materiais semicondutores, como o silício, convertem a radiação solar em corrente contínua. Os módulos fotovoltaicos são compostos por arranjos de células e têm como função captar a radiação solar, transformando-a em energia elétrica. Além disso, são projetados para operar entre 25 e 30 anos, suportando condições climáticas adversas.

Elaborado pelo professor, 2024. 

Considerando um sistema fotovoltaico que utiliza módulos de silício policristalino, com uma eficiência de 18%, uma área total de captação de 50 m² e uma radiação solar incidente de 1000 W/m², utilize a seguinte relação para determinar a potência elétrica gerada pelo sistema.
 

P=nAR

Onde P é a potência elétrica gerada, n é o rendimento do sistema, A é a área de captação dos painéis solares e R é a radiação solar incidente.

Assinale a alternativa correta que apresenta a potência elétrica gerada pelo sistema.

Alternativas

Alternativa 1:

6,0 kW.

Alternativa 2:

7,5 kW.

Alternativa 3:

8,0 kW.

Alternativa 4:

8,5 kW.

Alternativa 5:

9,0 kW.

Questão 7

O Hidrogênio Verde é o hidrogênio produzido a partir da eletrólise da água utilizando exclusivamente energia elétrica gerada por fontes renováveis, como a solar fotovoltaica ou a eólica.

Sendo estas algumas etapas do processo:

1. Separação da Água: Dentro do eletrolisador, a corrente elétrica passa pela água quebrando suas moléculas nos seus componentes básicos: Hidrogênio e Oxigênio
2. Geração Solar: Painéis solares fotovoltaicos captam a luz do sol e a convertem em eletricidade de corrente contínua (CC).

III. Eletrólise: Essa eletricidade renovável é então enviada para um equipamento chamado eletrolisador.

1. Armazenamento: O gás hidrogênio produzido é coletado, purificado e armazenado (em tanques comprimidos ou liquefeitos) para uso posterior. Tendo o oxigênio como subproduto.

Assinale a alternativa que contenha a ordem correta do processo de produção do hidrogênio verde:

Alternativas

Alternativa 1:

II, III, I, IV.

Alternativa 2:

III, I, IV, II.

Alternativa 3:

IV, I, III, II.

Alternativa 4:

IV, II, III, I.

Alternativa 5:

I, II, III, IV.

Questão 8

O Fator de Carga (FC) de um sistema elétrico ou de um consumidor individual é definido como a razão entre a carga média (Pmed) e a carga máxima (ou demanda de pico, Pmax) em um determinado período.

Qual é a principal implicação de um baixo Fator de Carga para o planejamento e a infraestrutura de geração e transmissão de energia?

Alternativas

Alternativa 1:

Exige que o sistema opere exclusivamente com fontes de energia renovável intermitentes para atender ao pico.

Alternativa 2:

Demonstra uma elevada necessidade de energia reativa para compensar o fator de potência indutivo do sistema.

Alternativa 3:

Reflete uma baixa disponibilidade de combustível primário ou recurso natural, o que é medido pelo Fator de Capacidade.

Alternativa 4:

Indica que a usina de geração está operando próximo de sua capacidade nominal na maior parte do tempo, otimizando o investimento em ativos.

Alternativa 5:

Significa que a infraestrutura (geradores, transformadores e linhas) precisa ser dimensionada para a alta demanda de pico, permanecendo subutilizada na maior parte do tempo.

Questão 9

Os aerogeradores desempenham um papel fundamental na geração de energia renovável, aproveitando a energia cinética do vento. A potência disponível para um rotor é influenciada por diversos fatores, incluindo sua área de varredura e a velocidade do vento no local em que está instalado. No caso de um pequeno aerogerador, a análise da potência que o vento pode fornecer é crucial para determinar sua viabilidade como fonte de energia.
 

Elaborado pelo professor, 2024. 

Considere um aerogerador com um rotor de raio de 3 metros, instalado a uma altura de 20 metros em uma área onde a velocidade média do vento nesse nível é de 5,2 metros por segundo. Considere a seguinte equação para calcular a potência do vento:
 

Peólica=1/2 dAv3

Onde Peólica é a potência disponível no vento, d é a densidade, A é a área de varredura das pás e v é a velocidade do vento.

Se a densidade do ar na região for de 1,2 quilogramas por metro cúbico, assinale a alternativa correta que apresenta a potência que o vento fornece a esse rotor na velocidade média mencionada.

Alternativas

Alternativa 1:

2,38 kW.

Alternativa 2:

3,24 kW.

Alternativa 3:

5,64 kW.

Alternativa 4:

8,81 kW.

Alternativa 5:

12,34 kW.

Questão 10

A potência elétrica (P) extraída de um rotor eólico é proporcional a potência gerada pela energia cinética. Então, , onde é o rendimento do sistema, v é a velocidade do vento, A é a área do rotor e rho é a densidade do ar.

Se a velocidade do vento dobrar (aumentar em 2×), qual será o aumento na potência teórica extraída pela turbina, assumindo que o Coeficiente de Potência (Cp​) permaneça constante?

Alternativas

Alternativa 1:

A potência aumentará 2×.

Alternativa 2:

A potência aumentará 4×.

Alternativa 3:

A potência aumentará 6×.

Alternativa 4:

A potência aumentará 8×.

Alternativa 5:

A potência aumentará 9×.