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Princípio básico de funcionamento de um transformador

Os transformadores desempenham um papel fundamental no sistema elétrico de potência, atuando como protagonistas essenciais. Eles são responsáveis por ajustar os níveis de tensão da energia elétrica produzida nas usinas para que possa ser transmitida de maneira eficiente e segura através das linhas de transmissão. Além disso, os transformadores também desempenham um papel crucial na distribuição de energia elétrica. Eles reduzem a tensão para níveis que podem ser usados com segurança em residências e empresas. Isso garante que a energia elétrica chegue aos consumidores finais de maneira segura e eficiente.

Distribuição de energia elétrica
Fonte: brgfx / Freepik

Descobertas que contribuíram para o desenvolvimento do transformador

Faraday, em 1831, percebeu que é possível gerar tensão elétrica através do movimento relativo entre um condutor e um campo magnético, sem que haja a necessidade de contato físico entre os elementos. A Lei de Lenz, posteriormente formulada, estabeleceu que tanto o movimento resultante de uma força mecânica, quanto o fluxo magnético concatenado, podem induzir uma tensão elétrica.

Essa tensão, quando em um circuito fechado, produz uma corrente cujo campo magnético tende a se opor à variação do fluxo magnético que a gerou. Além disso, a tensão induzida será diretamente proporcional ao número de espiras de fio da bobina que possuem o mesmo fluxo passando sobre elas e a taxa de variação do fluxo em relação ao tempo. E o seu sinal será negativo devido a expressão da lei de Lenz. Na forma de equação, temos

    \[e_{ind} = -N\frac{d\phi}{dt}\]

em que
e_{ind} = tensão induzida na bobina
N = número de espiras de fio da bobina
\phi = fluxo que passa através da bobina

Princípio de funcionamento de transformador ideal

O princípio de funcionamento de um transformador baseia-se na aplicação desses conceitos citados anteriormente. Através de um campo magnético variável no tempo, induz-se uma tensão em uma bobina quando esse campo a atravessa. E em um transformador típico, existem duas bobinas, a primária e a secundária. Quando uma corrente alternada é aplicada à bobina primária, ela cria um campo magnético variável que induz uma tensão nos terminais da bobina secundária. Com isso, o transformador é capaz de transferir a energia, por meio de indução eletromagnética, do primário para o secundário.

Desenho de um transformador ideal
Fonte: Autoria própria

No secundário do transformador, a frequência permanece a mesma, porém, a corrente e a tensão mudam, sendo a magnitude de ambas dependentes da relação entre número de espiras do primário e do secundário.

Então, considerando um transformador ideal, que não possui perdas em seus enrolamentos de entrada e saída. A relação entre a tensão vp(t) aplicada no lado do enrolamento primário do transformador e a tensão vs(t) produzida no lado do secundário é

    \[\frac{v_p(t)}{v_s(t)} = \frac{N_S}{N_p} = a\]

Onde a é definido a relação de espiras ou relação de transformação do transformador:

    \[a = \frac{N_p}{N_s}\]

A relação entre a corrente ip(t) que entra no lado primário do transformador e a corrente is(t) que sai do lado secundário do transformador é

    \[N_pi_p(t) = N_si_s(t)\]

ou

    \[\frac{i_p(t)}{i_s(t)}= \frac{1}{a}\]

Existem dois tipos de transformadores: os abaixadores e os elevadores de tensão. O transformador abaixador de tensão é aquele em que a tensão no secundário é menor do que a tensão no primário. O transformador elevador de tensão é aquele em que a tensão no secundário é maior do que a tensão no primário. Os transformadores elevadores são normalmente usados para elevar os níveis de tensão produzidos nas usinas para as linhas de transmissão, enquanto os abaixadores são bastante utilizados para reduzir os níveis de tensão para o consumo.

A potência do transformador ideal

A potência ativa de entrada Pentrada fornecida ao transformador pelo circuito primário é dada pela equação

    \[P_{entrada} = V_pI_pcos\theta_p\]

\theta_p = o ângulo entre a tensão primária e a corrente primária

Por outro lado, a potência ativa Psaída fornecida pelo circuito secundário do transformador à sua carga é dada pela equação

    \[P_{saída}  =  V_{s}I_{s}cos\theta_{s}\]

\theta_{s} = o ângulo entre a tensão secundária e a corrente secundária

Como, em transformador ideal, o fator de potência não muda do primário para o secundário, o ângulo entre a tensão e a corrente também não se altera, então

    \[P_{saída} = V_{s}I_{s}cos\theta_{s} = P_{entrada}\]

Logo, a potência de um transformador ideal é igual tanto na saída quanto na entrada.

Conclusão

Em suma, os transformadores desempenham um papel crucial no sistema elétrico de potência ao ajustar os níveis de tensão. Além disso, eles são essenciais na distribuição de energia, reduzindo a tensão para uso seguro em residências e empresas. Os transformadores podem ser abaixadores ou elevadores de tensão, sendo os primeiros usados para consumo e os segundos para transmissão de energia das usinas para as linhas de transmissão.
Neste artigo, foi feito um breve resumo do princípio de funcionamento de um transformador, com foco nos transformadores ideais. Para aprofundar ainda mais o assunto, recomendo a leitura dos livros listados nas referências e também da nossa apostila sobre transformadores. No futuro, mais conceitos serão abordados através de outros artigos.

Referências

ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. Fundamentos de Circuitos Elétricos. [s.l: s.n.].

CHAPMAN, S. J. Fundamentos de Máquinas Elétricas – 5ed. [s.l.] AMGH Editora, 2013.

KOSOW, I. L. Electric Machinery and Transformers. [s.l.] Pearson Educación, 1991.

MENEZES, M.; VERGNE, M. APOSTILA DE TRANSFORMADORES SISTEMAS DE POTÊNCIA. [s.l.] Grupo de Sistemas Elétricos de Potência Integrados, [s.d.].

História da eletricidade do Brasil: quais foram os primeiros passos?

O passo inicial para a introdução da energia elétrica em nosso país é resultado do apreço de D. Pedro II com a cultura e, principalmente, com a ciência. Isso porque o então imperador do Brasil, em sua segunda viagem internacional, decide visitar a exposição universal de 1876 na Filadélfia, que reunia novidades dos campos das artes, cultura e ciência. Nesse cenário, D. Pedro II autorizou que Thomas Edison introduzisse suas invenções no Brasil, além de protagonizar o memorável episódio com Alexander  Graham  Bell, em que o imperador testa pela primeira vez a invenção do telefone.

Assim, em 1879 é implementado o primeiro sistema de iluminação a partir de energia elétrica no Brasil, com seis lâmpadas do tipo Jablockhov na Estação Central da Estrada de Ferro D. Pedro II (atual Estrada de Ferro Central do Brasil) no Rio de Janeiro, acionadas por dois dínamos movidos por máquinas a vapor. Após esse pontapé inicial, elencamos os seguintes marcos da iluminação pública brasileira:

  • Em 1883, D. Pedro II inaugurou o primeiro sistema de iluminação pública elétrico da América do Sul, na cidade de Campos (RJ), contando com 39 lâmpadas acionadas por dínamos.
  • Porto Alegre é a primeira capital do Brasil a implementar um sistema de iluminação pública elétrica em 1887. Também, no mesmo ano, foi implementado um sistema na capital do Rio de Janeiro com cerca de 100 lâmpadas. Alimentados por termelétricas.

Figura 1: Estrada de Ferro Central do Brasil (1889) 

Fonte: Marc Ferrez/Coleção Gilberto Ferrez/Acervo Instituto Moreira Salles

Outra exposição universal é decisiva para a história da energia elétrica no Brasil, a exposição universal de 1878 em Paris, após visita-la Bernardo Mascarenhas decide criar a primeira usina hidrelétrica de maior porte (250 kW), considerando os padrões da época, da América do Sul – Marmelos Zero – com objetivo de suprir sua fábrica têxtil (Companhia Têxtil Bernardo Mascarenhas) e a iluminação pública de Juiz de Fora (MG). Marmelos é inaugurada em 1889, fazendo parte da Companhia Mineira de Eletricidade, fundada em 1888.

É importante ressaltar, que já havia sido construída outra usina hidrelétrica de menor porte em Diamantina (MG) em 1883, porém voltada a suprir o maquinário empregado na mineração de diamantes em uma mina da cidade.

Figura 2: Marmelos Zero (Atual, Museu Usina Marmelos Zero) 

A usina foi construída em 1889 pela Companhia Mineira de Eletricidade por iniciativa de Bernardo Mascarenhas — Foto: Cemig/Divulgação

Fonte: Cemig/Divulgação

A fim de compreender mais profundamente os próximos desenvolvimentos do sistema elétrico brasileiro, há de se lembrar que o fim do império do Brasil aconteceu em 1889, dando lugar ao período da República Velha (1889-1930) que durante todo seu período não fixou uma legislação federal sólida sobre os serviços de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Portanto, a autorização para exploração de recursos energéticos era concedida pelos próprios municípios, ou em certos casos pelo governo do estado.

Tal estrutura legislativa foi atrativa para investimentos estrangeiros no setor, principalmente de origem canadense e estadunidense. Sendo o principal exemplo a Light, que em 1899 cria a São Paulo Railway, Light and Power Company Limited, empresa de origem canadense que detinha aprovação da Câmara Municipal de São Paulo para atuar nas linhas de bondes elétricos e na geração e distribuição de energia elétrica. Os desenrolamentos desse período levaram ao controle da maioria das usinas do país por duas empresas estrangeiras, a Light e a Amforp, mas esse tópico ainda será detalhado em um post futuro…

Referências:

CENTRO DA MEMÓRIA DA ELETRICIDADE NO BRASIL. Energia elétrica no Brasil: 500 anos. Rio de Janeiro: Centro da Memória da Eletricidade no Brasil, 2000. Disponível em: https://www.memoriadaeletricidade.com.br/acervo/10640/energia-eletrica-no-brasil-500-ano. Acesso em: 22 dez. 2023.

GOMES, João Paulo Pombeiro; VIEIRA, Marcelo Milano Falcão. O campo da energia elétrica no Brasil de 1880 a 2002. Revista de Administração Pública, v. 43, p. 295-321, 2009.

MARCELINO, J. H. Dom Pedro II nos Estados Unidos (1876) : Impressões do roteiro de um monarca viajante. Epígrafe, [S. l.], v. 10, n. 1, p. 247-272, 2021. DOI: 10.11606/issn.2318-8855.v10i1p247-272. Disponível em: https://www.revistas.usp.br/epigrafe/article/view/172256. Acesso em: 22 dez. 2023.

MORTATI, D. A arquitetura da eletricidade: O surgimento das Pequenas Centrais Hidrelétricas e o processo de urbanização das cidades do interior de São Paulo (1890-1930). Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, p. 330. 2013.

Proteção de inversores string contra danos causados por raios

Energia solar fotovoltaica

Levando em conta a necessidade da utilização de fontes renováveis de energia elétrica, o sistema fotovoltaico tem sido bem aceito e tem ocupado uma posição significativa na distribuição das matrizes energéticas de cada país. Segundo a ABSOLAR (Associação Brasileira de energia solar fotovoltaica), a previsão de crescimento dos sistemas fotovoltaicas seria de 42% no ano de 2023, cerca de 10 GW, chegando a 34 GW de potência instalada. Na Alemanha, em 2021, foram instaladas mais 5,3GW de potência elétrica gerada a partir de sistemas fotovoltaicos. Para o Brasil, a previsão da ABSOLAR considerou que dos 34GW de potência instalada, 21,6 GW são oriundas das gerações distribuídas realizadas em residências, prédios, propriedades rurais e 12,4 GW são das grandes usinas, também chamadas de geração centralizadas.

Com essa crescente, faz-se necessário a preocupação com a continuidade da operação e preservação dos equipamentos das usinas fotovoltaicas, haja vista o alto custo de instalação e os contratos de compra e venda de energia elétrica entres os proprietários das usinas e os consumidores. Portanto, a proteção dos inversores strings contra danos causados por raios tem sido tema relevante dentro da engenharia elétrica.

Usina solar fotovoltaica.
Fonte: PIXABAY. Disponível em: https://pixabay.com/pt/photos/fotovoltaicas-c%C3%A9lulas-solares-491702/

Descargas atmosféricas em Usinas Fotovoltaicas

De modo geral, os sistemas fotovoltaicos estão sujeitos a correntes de impulso (10/350 us) e a correntes de surtos induzidas (8/20 us), ambas provenientes das descargas atmosféricas. A primeira é observada nas instalações que recebem a descarga atmosférica diretamente, enquanto a segunda é originada da indução eletromagnética na rede elétrica proveniente da descarga atmosférica.

Tanto a corrente de impulso quanto a corrente de surto induzida dispõem de uma grande quantidade de energia. Sendo assim, é essencial utilizar de dispositivos de proteção contra surtos (DPS) para garantir a vida útil dos equipamentos elétricos, por exemplo, os inversores strings utilizados nas usinas fotovoltaicas, evitando danos totais ou parciais. Dessa forma, os fabricantes dos inversores strings já integram no seu projeto de circuito interno os DPS Classe II, capazes de promover a proteção contra a corrente de surto induzida. No entanto faz-se necessário a utilização de DPS Classe I do lado c.a. (corrente alternada) do inversor.

Usina fotovoltaica.
Fonte: stonos. Disponível em: https://www.stonos.com.br/blog/qual-e-o-melhor-inversor-para-o-meu-sistema-de-energia-solar-microinversor-x-inversor-string/

Toda usina fotovoltaica deve dispor de um sistema de aterramento onde existirá apenas um eletrodo de aterramento ou um conjunto de eletrodos que deverá ser interligado eletricamente para que todos estejam no mesmo potencial. Sendo assim, ao ser atingida por uma descarga atmosférica, a usina fotovoltaica utiliza o eletrodo de aterramento para dispersar a corrente de surto para o solo, elevando o potencial do terra nesse ponto. Devido a distância entre a usina e o transformador do sistema elétrico de potência, haverá uma diferença de potencial entre os aterramentos do transformador e da usina fotovoltaica, gerando um fluxo de corrente entre esses pontos pelo caminho de menor impedância.

Esse fluxo de corrente permite que o DPS Classe I direcione o fluxo de corrente do lado c.a. para o eletrodo de aterramento, impedindo a passagem de corrente de impulso para o inversor string, uma vez que este está equipotencializado no mesmo eletrodo de aterramento da usina fotovoltaica, e o fluxo de corrente é do eletrodo de aterramento da usina para o eletrodo de aterramento do transformador do sistema elétrico de potência. Dessa forma, o inversor string está protegido contra as correntes de impulso e apenas dissipa a energia proveniente da corrente de surto induzida através dos DPS Classe II instalados no seu interior.

É crucial ressaltar a importância da coordenação dos estágios de proteção entre os DPS Classe I e Classe II, garantindo que apenas a corrente de surto induzida seja presente no interior do inversor string, enquanto toda energia proveniente da corrente de impulso seja dissipada pelo DPS Classe I. Para alcançar esse objetivo, é necessário utilizar dispositivos certificados e construídos com tecnologia adequada para assegurar funcionamento correto.

É possível encontrar DPS Classe I do tipo centelhador, cuja função é comutar tensão na faixa dos nanossegundos, reduzindo a sobretensão para a faixa de operação da alimentação do sistema. Outra tecnologia é o DPS Classe I utilizando varistor, que limita a tensão durante toda a passagem da corrente de impulso.

Dessa forma, as especificidades da proteção contra descargas atmosféricas devem ser cuidadosamente consideradas para garantir o correto projeto e instalação da proteção contra descargas atmosféricas (PDA), tanto do sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) quanto nas medidas de proteção contra surtos (MPS), visando preservar os equipamentos dispostos nas usinas fotovoltaicas e assegurar a continuidade estável do sistema.

Referências:

Lopez, Maria José: Proteção de inversores de string contra danos causados por raios. Revista FotoVolt nº 63, Agosto de 2023, pág. 32-37.

ABSOLAR. Capacidade de energia solar no Brasil deve crescer 42% em 2023, a 34 GW, prevê ABSOLAR. Disponível em: https://www.absolar.org.br/noticia/capacidade-de-energia-solar-no-brasil-deve-crescer-42-em-2023-a-34-gw-preve-absolar/#:~:text=%E2%80%9CProjetamos%20um%20crescimento%20consistente%20da,administra%C3%A7%C3%A3o%20da%20ABSOLAR%2C%20em%20nota. Acesso em: 13 dez. 2023.

2° Circuito de Palestras: Iluminando o Futuro Sustentável: Desafios e Oportunidades da Energia Solar

Nós, do Grupo de Sistemas Elétricos de Potência Integrado (G-SEPi) e do IEEE Power and Energy Society UFBA temos o prazer de anunciar o nosso 2° Circuito de Palestras: Iluminando o Futuro Sustentável: Desafios e Oportunidades da Energia Solar. O evento contará com a participação de profissionais da área de energia solar, os quais permitirão promover maior contato com as diferentes oportunidades ofertadas por esse campo.

Palestras:
🟩 Navegando pelas Oportunidades: IEEE, PES e WIP na Engenharia
🟩 Manutenção dos seguidores solares
🟩 Qual o perfil de estudante que o mercado espera?
🟩 Situação atual do mercado de energia solar

As palestras acontecerão presencialmente na Escola Politécnica da UFBA.
Data: 15/12/2023
Horário: 16h30
Local: Auditório Leopoldo Amaral – Escola Politécnica da UFBA

Não perca a chance de obter seu certificado de participação! Inscreva-se agora através deste link: https://forms.gle/5FUrfCN7VjkhCyQq8

Transformadores Verdes no Cenário da Potência

Os transformadores são equipamentos imprescindíveis para a transmissão da energia elétrica. A parte ativa do transformador (enrolamentos e núcleo) fica disposta dentro da estrutura em contato com material dielétrico, que na maioria das vezes se trata de óleo. Historicamente, muitos tipos de óleos isolantes foram largamente utilizados nos transformadores, como: óleo mineral tipo A, óleo mineral tipo B, óleo sintético, e mais recentemente, óleo vegetal. Os transformadores que utilizam óleo vegetal são comumente chamados de “Transformadores Verdes”.

Transformador de potência.
Fonte: T&DWORLD

Elemento renovável:

O óleo vegetal se tornou uma alternativa mais sustentável ao óleo mineral por sua origem renovável. Enquanto os OMIs são advindos do petróleo, fonte esgotável, os OVIs são extraídos a partir de grãos, como o milho, a soja, e o babaçu. Os óleos vegetais podem ser utilizados como dielétricos nos equipamentos e máquinas, desde que sigam as especificações da norma NBR 15422. Dessa forma, a substituição do isolante mineral pelo vegetal está sendo cada vez mais bem quista.

Tabela ABNT 2015.
Fonte: SIMONE, 2017.

Resfriamento:

As perdas por histerese magnética, por correntes parasitas e pelo cobre ocorrem durante a operação do transformador, e de forma inevitável. Elas são convertidas em calor, o que gera a necessidade de um mecanismo de refrigeração dentro do equipamento. O óleo, portanto além de isolar, é responsável pelo controle de temperatura do trafo, através da passagem do óleo pelos radiadores, o que ocasiona troca de calor por convecção. Para que a troca de calor seja adequada, o óleo deve ter baixa viscosidade, para que circule sem empecilhos nos radiadores, o que se torna um problema para os transformadores verdes. O óleo vegetal possui uma alta viscosidade, e gruda nas paredes da estrutura do trafo, podendo diminuir a vida útil do equipamento. Portanto, a estrutura de um transformador verde deve ser diferente da de um comum, tendo seu sistema de refrigeração projetado de modo a facilitar a passagem do óleo denso, como por exemplo, aumentando a largura dos radiadores. 

Demonstração da circulação do óleo e consequente troca de calor.
Fonte: UniverTec.

Biodegradabilidade:

O óleo vegetal, também chamado de éster natural de forma mais generalizada, apresenta maior biodegradabilidade quando comparado ao óleo mineral, por conta da sua origem. Um material de origem vegetal se degrada mais facilmente e com menos impactos à água e ao solo, visto que sua composição química reage mais com estes materiais, degradando-se numa faixa de 89 a 97% em 28 dias.

Estrutura química do éster natural.
Fonte: AMORIM, 2019.

Oxidação do óleo:

Outro aspecto construtivo do transformador verde que o difere do transformador comum é que sua estrutura metálica precisa ser reforçada, e sem a presença do mecanismo de “respiro livre”. O óleo vegetal apresenta alta oxidação, o que torna necessário o uso de mecanismos para evitar a todo custo o contato do oxigênio presente na atmosfera com o óleo presente no equipamento, de modo a prolongar a vida útil do isolante. Desse modo, a solução para a expansão térmica do óleo vegetal do transformador é o uso de conservadores com bolsas de borracha.

Bolsa de borracha para tanque de expansão.
Fonte: Unitec Borrachas

Considerações finais:

Com a urgência da crise climática e ambiental, o mundo procura formas de construir um futuro mais verde, e não é diferente na área da eletricidade. Nos transformadores de potência, ainda é baixa a adesão ao modelo sustentável, pois são equipamentos de vida útil elevada (cerca de 40 anos), e não se torna financeiramente viável substituir equipamentos que utilizam o óleo mineral isolante e ainda funcionam bem. Porém é inegável que o futuro dos transformadores de potência tende a ser sustentável.

Referências:

SANTANA, Ruth Marlene Campomanes e FRIEDENBERG, Luiz Eduardo. “Propriedades de óleos isolantes de transformadores e a proteção do meio ambiente”,. 2014. Disponível em:  <http://www.abes-rs.org.br/qualidade2014/trabalhos/id868.pdf> Acesso em: 31 de Outubro de 2023

CHAVIDI, Venkata Prasad e GNANASEKARAN, Dhorali.“Vegetable Oil based Biolubricants and Transformer Fluids: applications in power plants.”. 2018.

ALMEIDA, Larissa Santos e MUNIZ Pablo Rodrigues “ANÁLISE DE DESEMPENHO DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ISOLADO A ÓLEO VEGETAL EM RELAÇÃO AO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ISOLADO A ÓLEO MINERAL.”. Revista IFes Ciência, 2020.

SIMONE, Giovana, “O USO DE ÓLEO VEGETAL EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA” . 2017 – Universidade Federal De Santa Catarina. Disponível em <https://repositorio.ufsc.br/xmlui/bitstream/handle/123456789/182225/Oleo%20vegetal%20em%20Trafos%20revisao.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. Acesso em: 31 de Outubro de 2023

AMORIM, Cleber Arantes “ADEQUAÇÃO DO PROJETO DE ISOLAMENTO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA NA SUBSTITUIÇÃO DO ÓLEO MINERAL PELO ÉSTER NATURAL”. 2019. Disponível em <https://www.ppgee.ufmg.br/defesas/1602M.PDF>. Acesso em: 29 de Outubro de 2023

“Como o óleo trabalha na refrigeração dos Transformadores” 2022. Disponível em <https://www.romagnole.com.br/noticias/como-o-oleo-trabalha-na-refrigeracao-dos-transformadores/>. Acesso em: 26 de outubro de 2023

Processo Seletivo 2023.2

O Capitulo Técnico exemplar do Conselho Brasil está de portas abertas. Participe do nosso processo seletivo e venha fazer parte do nosso grupo!

Pré-Requisitos

  1. Ser estudante de Engenharia Elétrica da UFBA;
  2. Ter cursado ou estar cursando a disciplina Análise de Circuitos I;
  3. Disponibilidade de 20h semanais.

Calendário

Inscrições até dia 30/09/2023;

Autoavaliações: 25/09/2023 até 03/10/2023;

Entrevistas: a partir do dia 06/10/2023.

Clique aqui para se inscrever!

OBSERVAÇÃO: O estudante que for técnico em eletrotécnica está isento do segundo requisito e pode participar do processo em qualquer momento da graduação.

Reunião Seccional de Ramos IEEE 2023

O Capítulo Estudantil IEEE Power and Energy Society UFBA esteve presente na VII Edição da Reunião Seccional de Ramos Estudantis da Seção Nordeste do IEEE, que ocorreu em Campina Grande, na Paraíba, entre os dias 08 e 10 de setembro.

A RSR é a Reunião Seccional de Ramos Estudantis da Seção Nordeste Brasil. Esse é um evento que ocorre anualmente sendo sediado, realizado e organizado por um Ramo Estudantil da Seção em sua cidade de origem com o objetivo de proporcionar troca de conhecimentos, novas experiências, networking e incentivo às parcerias; promover aprendizagem de habilidades relacionadas à diversas áreas mas, principalmente, de STEM e melhorar a difusão tecnológica e de atividades estudantis e profissionais do IEEE nas comunidades participantes.

Durante o evento nossos membros participaram de diversas atividades como Visitas Técnicas, apresentações de Casos de Sucesso, Reunião de Presidentes de Ramos, Reunião de Capítulos Estudantis, palestras e a cerimônia de premiação do IEEE Seção Nordeste SAC Awards.

Na cerimônia de premiação o IEEE PES UFBA conquistou os seguintes prêmios:

🏆1° Lugar – IEEE PES Outstanding Volunteer Award – Márcio Luís

🏆1° Lugar – Casos de Sucesso Categoria de Desenvolvimento Profissional – 1° Circuito de Palestras IEEE PES UFBA

🏆Menção Honrosa – Casos de Sucesso Categoria de Atividades Técnicas – Pré-SEP

Prêmio IEEE PES Outstanding Volunteer Award

Casos de Sucesso Categoria de Desenvolvimento Profissional

Casos de Sucesso Categoria Atividades Técnicas

Membros do IEEE PES UFBA na UFCG durante o evento

Reunião de Capítulos Técnicos da Seção Nordeste

Reunião de Presidentes da Seção Nordeste

Apresentação de Casos de Sucesso

Apresentação de Casos de Sucesso

Grupos que apresentaram Casos de Sucesso durante a RSR

Cerimônia de Elevação dos Young Professionals da Seção Nordeste do IEEE

Apresentação do IEEE PES UFBA durante a Feira de Ramos

Foto com todos participantes do evento na UFCG

O que são veículos elétricos? O que esperar dessa tendência?

Segundo a ABVE (Associação Brasileira de Veículos Elétricos) a projeção de crescimento do mercado nacional é de 300% a 500% no que se refere aos 5 anos seguintes. Um fato curioso especificamente sobre o mercado de carros elétricos no Brasil é que o aumento da concorrência nos últimos anos vem causando uma queda nos preços, entretanto o país ainda não possui pontos de recargas suficientes para subsidiar a demanda do mercado, barrando o crescimento da comercialização e uso.

Veículos elétricos são meios de transporte que funcionam essencialmente com eletricidade. Também chamados de “VE’s”, eles utilizam um ou mais motores para tração e propulsão. É importante salientar que nem todos VE’s se comportam da mesma maneira, existem categorias híbridas plug-in, os que operam exclusivamente por eletricidade, os que possuem células de combustível de hidrogênio e alguns outros estilos.

Figura Ilustrativa

Outro aspecto a ser levado em consideração é o crescimento do uso de fontes renováveis no mesmo período em que há uma projeção de crescimento do uso de VE’s. Segundo um estudo do Sebrae (Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas), a expectativa é de que, até 2040, a energia solar represente 32% do total da energia produzida no Brasil, liderando todas as matrizes do país. Nos últimos 3 anos, a energia solar centralizada cresceu em 200% e a energia solar para a solução de geração distribuída evoluiu em 2.000%. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) também indica que ainda em 2023 espera-se uma expansão na geração de 10,3 GW de capacidade instalada, sendo que as usinas solares centralizadas e eólicas serão responsáveis por 90% dessa expansão. 

O setor de transporte, segundo a IEA (Agência Internacional de Energia Elétrica) a estimativa é de que 20% das emissões globais de gases do efeito estufa sejam geradas pelo setor, aspecto que no Brasil sofre um agravante e chegando aos 40%. Dessa forma, a combinação das tendências de mudanças na modalidade de transporte urbano e geração de energia elétrica devem ajudar na manutenção e avanços no que diz respeito a desacelerar as mudanças climáticas e ambientais, ajudando também a atingir as metas estabelecidas no Acordo de Paris.

Modalidades e características:

Carro Elétrico Híbrido (HEV):

De maneira geral, essa modalidade utiliza essencialmente combustíveis convencionais, com motor de combustão interna e motor elétrico com suas respectivas baterias operando de maneira complementar ao bom e velho funcionamento baseado na combustão.

Carro Elétrico Híbrido Plug In (PHEV):

Também combina o motor de combustão convencional ao conjunto motor elétrico e baterias. Entretanto, a bateria pode ser abastecida por um cabo de alimentação externa.

Carro elétrico a bateria (BEV):

100% elétrico, utiliza a eletricidade que é armazenada nas baterias que são combinadas ao motor elétrico para operação. Podendo ser recarregado utilizando a rede elétrica.

Carro a Célula de Combustível (FCEV):

Utiliza gás hidrogênio como fonte para produzir eletricidade e alimentar o motor elétrico do carro.

Figura representando as diferentes marcas e modelos

Conclusão:

Os veículos elétricos elétricos, possuem modalidades diversas para necessidades e oportunidades diversas. Mas um aspecto é quase certeiro de afirmar, a tendência de crescimento e participação dessa modalidade de transporte tende a crescer e muito nos próximos anos, a depender dos investimentos estruturais para receber essa evolução nos meios de transporte cada país experimentará em diferentes níveis essa mudança.

Referências:

https://www.portalsolar.com.br/carro-eletrico

https://www.infomoney.com.br/consumo/mais-acessiveis-carros-eletricos-e-hibridos-ja-partem-de-r-120-mil-no-brasil-veja-lista/

https://www.neocharge.com.br/tudo-sobre/carro-eletrico/veiculo-eletrico

http://www.abve.org.br/

https://www.gov.br/aneel/pt-br

https://sebrae.com.br/sites/PortalSebrae/

https://autoesporte.globo.com/eletricos-e-hibridos/noticia/2023/08/veja-os-10-carros-eletricos-mais-baratos-do-brasil-em-agosto-de-2023.ghtml

Funcionamento e Classificação dos Motores de Indução Monofásicos

Existem diversos tipos de máquinas elétricas, cujas aplicações são as mais diversas e dependem das suas estruturas e princípios de funcionamento e de construção. Alguns exemplos são os Motores de Indução, os Motores Síncronos e os Motores de Corrente Contínua (CC). Nesse sentido, o uso de motores de indução é amplamente difundido, principalmente devido a sua versatilidade e diversidade em relação às demais máquinas, tornando-os uma solução confiável e econômica para muitas aplicações industriais, comerciais e residenciais.

Dessa forma, os motores de indução monofásicos possuem muitas aplicabilidades no mercado, sobretudo em equipamentos e aparelhos que requerem baixas potências, sendo mais robustos e mais baratos que os motores de indução trifásicos. Entretanto, esses equipamentos têm, também, algumas limitações, como menores eficiências e a necessidade de alguns dispositivos auxiliares.  

Princípios Construtivos:

Assim como os motores síncronos e motores de indução trifásicos, os motores de indução monofásicos possuem uma parte fixa, chamada de estator, e uma parte móvel girante, o rotor. O estator é uma estrutura composta por um núcleo de ferro laminado com ranhuras, nas quais são inseridos os enrolamentos, que são alimentados pela rede elétrica. Já o rotor é composto, geralmente, por barras de cobre curto-circuitadas entre si nas extremidades por anéis condutores, formando um tipo de rotor chamado “Gaiola de esquilo”. O eixo é conectado ao rotor, o qual gira com o auxílio de rolamentos.

Além disso, para reduzir as perdas, alguns dispositivos de ventilação podem ser utilizados, assim como  equipamentos auxiliares para a partida da máquina, como capacitores adicionais.

Princípio construtivo do motor de indução monofásico

Princípio de funcionamento:

O funcionamento de um motor de indução monofásico é baseado na indução eletromagnética, ou seja, pela interação entre os campos magnéticos criados pela corrente elétrica no estator e no rotor.

Conforme dito anteriormente, o estator contém enrolamentos, nos quais percorre uma corrente alternada que cria um campo magnético giratório ao redor das bobinas. Esse campo induz tensões e correntes no rotor, cujas barras estão curto-circuitadas, fazendo surgir um outro campo magnético girante, desta vez no rotor. O campo magnético gerado pelo rotor, que é oposto ao campo do estator, interage com o campo do estator, criando um torque mecânico, permitindo o movimento rotacional do rotor/eixo.

Para que o rotor consiga rotacionar, é necessário que o campo magnético do estator seja girante. Tomando como base a figura abaixo que representa um modelo simplificado do motor, quando a corrente alternada monofásica é aplicada ao enrolamento principal do estator, ela cria um campo magnético alternado, que varia em intensidade e direção com o tempo. Esse campo magnético alternado é estático e pulsante. Então, diferentemente do motor de indução trifásico, o monofásico não é capaz de realizar a partida sozinho. Portanto, é preciso utilizar alguns dispositivos auxiliares, como enrolamentos adicionais e capacitores de partida, caracterizando algumas técnicas de partida.

  

Representação do motor de indução monofásico

Importante observar que, apesar de apresentar torque nulo de partida, a rotação é mantida quando se consegue partir o motor através dos equipamentos auxiliares, podendo-se desconectá-los para maiores eficiências.

Técnicas de Partida:

Enrolamento de partida: Um enrolamento auxiliar é posicionado a 90° do enrolamento principal, criando um segundo campo magnético que possibilita um torque de partida. Após o motor atingir a velocidade adequada, pode-se desligar esse enrolamento secundário através de uma chave centrífuga.

Capacitor de partida: Nessa técnica, um capacitor é conectado em série com o enrolamento principal do estator. O capacitor cria uma defasagem de fase entre a corrente e a tensão no enrolamento, criando um campo giratório inicial que impulsiona o motor a partir. É possível desconectar tal dispositivo, também, através de um interruptor centrífugo.

Capacitor permanente: O princípio é igual ao da técnica por capacitor de partida, porém o capacitor permanece conectado ao enrolamento principal durante toda a operação da máquina de indução.

Partida direta: Em alguns casos, sobretudo em motores de baixa potência, o motor pode ser acionado manualmente, provocando a rotação do eixo.

Classificação dos motores e aplicações:

Os motores de indução monofásicos são classificados, em geral, através do método de partida utilizado. Alguns exemplos são:

Motor de fase dividida (Split-Phase): Utiliza um enrolamento auxiliar na partida, sendo comumente encontrado em equipamentos que necessitam de baixos ou médios torques de partida, como ventiladores e sopradores.

Motor a Capacitor de partida: O capacitor de partida é usado para iniciar a rotação da máquina e pode ser retirado posteriormente. Aplicado em máquinas que necessitam de maiores torques de partida, como bombas, compressores e refrigeradores.

Motor a Capacitor permanente: É utilizado um capacitor permanente, sendo comum em equipamentos cujas aplicações envolvem baixos ruídos, como máquinas de lavar e centrífugas.

Conclusão:

É evidente que o uso de motores de indução monofásicos em máquinas elétricas é extremamente difundido, principalmente devido a sua versatilidade e ao seu custo-benefício. Portanto, o avanço tecnológico nessa área é de suma importância para garantir maiores eficiências e viabilidades econômicas, tornando-se cada vez mais acessível.

Referências:

SEN, P. C. Principles of Electric Machines and Power Electronics. [s.l.] John Wiley & Sons, 2013.

‌https://circuitdigest.com/tutorial/induction-motor-working-principle-single-phase-and-three-phase-induction-motor

https://www.revistamanutencao.com.br/literatura/tecnica/eletrica/motores-eletricos-componentes-e-suas-aplicacoes.html

Transição energética brasileira e o combate à emissão de gases do efeito estufa

Ao longo da história, a humanidade vem buscando formas de evoluir tecnologicamente de modo a alcançar maior lucro e eficiência na produção, fazendo com que o trabalho seja cada vez mais automatizado e menos dependente do esforço humano. Foi nessa incessante busca por uma sociedade cada vez mais moderna e produtiva que as Revoluções Industriais entraram em cena, fazendo com que novas formas de geração energética se tornassem um fator crucial para a implementação desse modelo de sociedade: maior eficiência energética implica em melhores mecanismos de transporte, comunicação, automatização, dentre outros. Inicialmente, combustíveis fósseis foram usados em massa como forma de alimentar energeticamente as indústrias, o que acarretou em um crescimento descontrolado de gases do efeito estufa (GEE) na atmosfera e trouxe uma das maiores ameaças que a humanidade terá de enfrentar: o aquecimento global.

Nesse sentido, cabe aos diversos países ao longo do globo, incluindo o Brasil, o desenvolvimento de aplicações e pesquisas capazes de tornar a produção energética cada vez menos dependentes de combustíveis fósseis. Para isso, foi estabelecido, em novembro de 2021, na Conferência do Clima das Nações Unidas, o compromisso internacional de atingir uma meta de neutralidade de emissões de GEE até 2050. Uma das formas de alcançar esse objetivo é através da transição energética, isto é, a passagem para uma matriz energética com baixa ou zero emissões de carbono, baseada em fontes renováveis.

Matriz energética brasileira

A matriz energética mundial é composta, em sua maior parte, pelo uso de fontes não renováveis, estando as fontes renováveis ocupando um espaço de 15%. Enquanto isso, a matriz energética do Brasil, de acordo com um levantamento de 2022, se destaca pelo uso de 47,4% destas fontes, como a energia eólica, energia hidráulica, energia solar, biomassa, dentre outras. Sendo assim, possuímos uma das matrizes mais limpas do planeta:

Matriz energética brasileira

Essa característica da matriz energética brasileira é muito importante visto que as fontes de energia renováveis são a que menos transmitem GEE para a atmosfera. No entanto, a aplicação desse tipo de fonte é fortemente depende de fatores climáticos e atmosféricos, além de que sua instalação requer um investimento elevado, o que acarreta em um uso mais acentuado das fontes não renováveis, que ocupam um espaço de 52,6% em nossa matriz e são as maiores responsáveis por efeitos climáticos indesejáveis.

Matriz elétrica brasileira

A matriz elétrica brasileira se destaca ainda mais do que a energética se tratando do uso de fontes renováveis, já que a maior parte da energia elétrica do país vem das usinas hidrelétricas. De fato, no ano de 2022, foram utilizados 87,9% de fontes renováveis para a geração de energia elétrica:

Matriz elétrica brasileira

Assim como na matriz energética, o Brasil ocupa posição de destaque no mundo quanto a produção de eletricidade baseada em fontes renováveis. Para efeitos de comparação, no mundo, somente 28,6% das fontes de geração de energia elétrica são renováveis. Enquanto isso, no Brasil, a utilização de fontes menos poluentes tem apresentado crescimento: somente no primeiro trimestre de 2023, houve uma expansão de 2.746,5 megawatts da capacidade instalada de geração de energia elétrica, motivadas em sua grande parte pela criação de novas usinas eólicas e solares fotovoltaicas.

Transição energética brasileira

Como podemos observar, o Brasil ocupa posição de destaque quanto à renovabilidade de suas fontes no mundo e já deu importantes passos em direção à transição energética. No entanto, isso não significa que estamos em uma posição confortável em relação a emissões de GEE. O diferencial do nosso país é que, apesar da geração de GEE não estar fortemente relacionada à geração de energia, são as mudanças no uso da terra (desmatamento) e agropecuária que, juntas, representam 73% das emissões totais no país.

Foi pensando em como o nosso país pode contribuir para a meta de neutralidade em GEE até o ano de 2050 que o Centro Brasileiro de Relações Internacionais (CEBRI), junto com o Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID) e Empresa de Pesquisa Energética (EPE), elaborou o “Programa de Transição Enérgica” (PTE), em que nele três cenários distintos são avaliados: “Transição Brasileira” (TB), “Transição Alternativa” (TA) e “Transição Global” (TG), os quais convergem para o país dentro de um cenário de neutralidade de carbono até a metade deste século.

Em resumo, o cenário “Transição Brasileira” foi elaborado tendo como base os compromissos assumidos pelo país em sua Contribuição Nacionalmente Determinada (NDC), em que o Brasil transmitiu ao Acordo de Paris o objetivo de neutralidade climática até meados de 2050. Este cenário é focado em indicar trajetórias custo-eficientes para a mitigação de emissões de GEE, independente das ambições e compromissos dos demais países. O cenário “Transição Alternativa” trata-se de uma variação do cenário “Transição Brasileira”, em que neste caso são consideradas as incertezas do processo de difusão tecnológica à medida em que é tido em conta os impactos da própria mudança climática no setor energético. Já o cenário “Transição Global” foi elaborado considerando a contribuição do Brasil em um mundo que pretende limitar o aumento médio da temperatura superficial global em até 1,5°C em 2100, referente aos níveis pré-industriais.

Cenários para uma matriz energética cada vez mais limpa

Ao analisar a matriz energética, o documento mostra que em todos os três cenários avaliados houve queda da utilização de combustíveis fósseis em 2050 e aumento do uso de fontes renováveis. De fato, o estudo indica que em cada cenário de neutralidade climática o uso de fontes renováveis chegará a ocupar um espaço de 70% da matriz energética primária. Isso se deve principalmente ao elevado crescimento da biomassa e de fontes eólicas e solares.

A biomassa terá um papel fundamental quanto a descarbonização do setor de transportes, visto que trata-se de um setor mais difícil de ser eletrificado, como a aviação, o transporte marítimo e o transporte de carga a longa distância, sendo necessário a sua utilização para compensar a emissão de GEE por parte desses segmentos através da produção de biocombustíveis. A energia eólica também se destaca nesse sentido já que, no cenário TA, será responsável por um setor mais eletrificado. Dessa forma, é observada a descarbonização de todos os segmentos do setor de transportes.

O acentuado uso de biocombustíveis é de suma importância também tendo em vista que a sua produção pode estar associada à redução da quantidade de gás carbônico na atmosfera, através de tecnologias capazes de capturar e armazenar esse gás, chamadas de BECCS (BioEnergy with Carbon Capture and Storage), como a síntese do eucalipto ou pinus, plantas que capturam grandes quantidades de CO2 atmosférico durante o seu processo de desenvolvimento. Dessa forma, há uma remoção líquida de CO2 da atmosfera, já que o CO2 capturado no crescimento das árvores de pinus e eucalipto não será integralmente devolvido à atmosfera quando o biocombustível for utilizado em motores. Este processo é ilustrado na figura a seguir.

Fonte: CEBRI.

O petróleo é a fonte que mais reduz participação em todos os cenários, chegando, no cenário TA, a responder por apenas 5% da matriz em 2050. No entanto, a sua produção permanece constante em todos os cenários, transformando o Brasil em um grande exportador desse produto. Isso, por sua vez, contribui para a mitigação das emissões globais de GEE ao substituir óleos de maior intensidade de carbono no mercado, já que o petróleo brasileiro possui de cerca de 15 kg de CO2 por barril de óleo equivalente produzido (kg CO2eq /b) enquanto a média mundial é de 22 kg CO2eq /b.

As fontes hidráulicas e derivados da cana-de-açúcar perdem o seu destaque para outras biomassas, mas continuam a crescer de forma bastante significante em todos os cenários.

Quanto a geração de energia elétrica, o estudo projetou em todos os seus cenários a expansão do uso de fontes eólica e solar. Para a energia eólica, é esperado um aumento de participação para 17%, 47% e 14%, em 2050, nos cenários TB, TA e TG, respectivamente. O crescimento dessas fontes acarreta em uma diminuição da participação relativa da hidroeletricidade. No cenário TB a participação das hidrelétricas se reduz para 55%, no TG para 54% e no TA para 30%, em virtude das limitações físicas para a construção desse tipo de usina, que causa impactos ambientais e sociais.

Políticas públicas a serem adotadas

Ainda de acordo com o relatório, as principais medidas a serem adotadas até o ano de 2030 são aquelas referentes ao setor de uso do solo, visto que é esse o setor com o maior impacto ambiental no país. Para isso, foram recomendadas nove propostas a serem aplicadas nos próximos 7 anos a fim de permitir o sucesso dos cenários de transição energética apresentados ao longo do documento. São elas:

  • Adotar agenda de política energética e desenho de mercados que crie condições para caminhos flexíveis de descarbonização;
  • Minimizar arrependimentos mediante abordagens de mercados abertos, diversos e competitivos;
  • Harmonizar objetivos de desenvolvimento sustentável, transição energética e segurança energética;
  • Aproveitar vantagens competitivas existentes no Brasil para construir e financiar vantagens competitivas do amanhã, requalificando ativos e migrando expertises;
  • Cumprir objetivos/metas já estabelecidas pelo país em linha com o compromisso de neutralidade climática (líquida);
  • Assegurar que o setor energético brasileiro tenha uma transição justa, inclusiva e custo-efetiva;
  • Aperfeiçoar ou estabelecer arcabouços institucional, legal e regulatório que promovam o desenvolvimento e adoção de tecnologias e modelos de negócios com foco na redução de emissões e remoção de carbono de emissões de gases de efeito estufa;
  • Mapear, detalhar e disseminar informações sobre potencial técnico, econômico e de mercado para as alternativas identificadas nos diferentes cenários;
  • Aprofundar estudos sobre resiliência climática das soluções energéticas encontradas no projeto.

Referências

https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/transicao-energetica

https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-energetico-nacional-2023

https://www.gov.br/mme/pt-br/assuntos/noticias/matriz-eletrica-brasileira-apresenta-expansao-de-2-746-mw-no-primeiro-trimestre-de-2023

https://www.gov.br/mre/pt-br/canais_atendimento/imprensa/notas-a-imprensa/2020/apresentacao-da-contribuicao-nacionalmente-determinada-do-brasil-perante-o-acordo-de-paris

https://www.cebri.org/br/doc/309/neutralidade-de-carbono-ate-2050-cenarios-para-uma-transicao-eficiente-no-brasil