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16.3. Dimensionamento de Usinas Termelétricas (16.3.1. Usinas…

- - - - Caracterização do mercado de energia elétrica, quanto ao seu crescimento e oferta de geração.
        
        Definição da carga a ser suprida.
        
        Definição do financiamento do projeto: financiamento tradicional ou por meio de uma operação do tipo project finance.
        
        Definição dos incentivos fiscais por parte dos governos municipais, estaduais e federal.
        
        Política tributária.
        
        Localização da área em que será construído o empreendimento.
        
        Estudo da viabilidade de conexão da usina com a rede elétrica pública.
        
        Elaboração do estudo de impacto ambiental (EIA) e do relatório de impacto ambiental (RIMA) ou simplesmente EIA-RIMA.
    - - Definição do contrato de fornecimento da energia a ser gerada: contrato de compra e venda de energia para operação contínua (operação inflexível) ou para despacho da usina pelo órgão de controle do sistema elétrico por necessidade de geração (operação flexível), que, no Brasil, é de responsabilidade do operador nacional do sistema (ONS)
        
        Definição dos contratos de conexão, denominados contrato de conexão da distribuição e contrato de conexão de transmissão, e dos contratos de uso do sistema, custos de uso do sistema de distribuição e custo do uso do sistema de transmissão.
        
        Definição do tipo de máquina a ser adquirida: contratos com os fabricantes de turbinas e demais componentes de uma planta termelétrica.
    - - Elaboração do projeto executivo
        
        Especificação dos equipamentos empregados
        
        Aquisição dos equipamentos
    - - Construção da usina
        
        Construção do sistema de transmissão.
    - - Comissionamento
        
        Operação Comercial
- - - - São aqueles fabricados para atender às cargas consideradas normais, como motores, iluminação, resistores, etc.
    - - São aqueles fabricados para aplicação em áreas extremamente agressivas. Como existem peças fabricadas especialmente para atender a esse requisito, seu custo é significativamente elevado.
    - - São aqueles fabricados para aplicação em embarcações, devendo obedecer a requisitos de segurança previstos em norma.
    - - São aqueles fabricados com características específicas de forma a evitar interferência no sistema de telecomunicação, alimentando cargas de alto conteúdo harmônico devido à presença de retificadores em abundância.
  - - - Natureza da carga a ser alimentada: iluminação, motores de indução, fornos a arco, etc.
        
        Características do local de instalação: altitude, temperatura ambiente, nível de poluição e natureza do contaminantes.
        
        Regime de operação: emergência, horário de ponta de carga e regime permanente (base load).
      - Fórmulas página 747
      - A norma ISO 3046-1 para motores a diesel estabelece três diferentes valores de potência da máquina, sendo normalmente encontrada no catálogo dos fabricantes:
        
        a) Potência nominal - É aquela declarada pelo fabricante do sistema.
        
        b) Potência Básica - É aquela que o motor pode fornecer no seu eixo durante um período de tempo limitado. Assim, pode-se ter uma máquina com potência básica de 80 % da potência nominal e 100 % da sua capacidade durante um período anual de 500 horas.
        
        c) Potência contínua - É aquela que o motor pode fornecer continuamente operando com carga igual a 100 % de sua potência nominal, durante um período de tempo não limitado, com possibilidade de sobrecarga de 10 % durante duas horas a cada 24 horas.
        
        d) Potência de Emergência - É a máxima potência que o motor pode fornecer durante 3.500 horas do ano, normalmente expressa nos catálogos dos fabricantes.
      - De forma geral, a queda de tensão nos terminais do gerador não deve ser superior a 15 % e a frequência não deve variar mais de 10 % em relação à frequência nominal. Em alguns casos, pode-se admitir uma queda de tensão de até 20 % quando existirem motores elétricos durante o processo de partida. No entanto, podem-se estabelecer valores limites inferiores, a depender da sensibilidade da carga.
      - Os geradores, em geral, são dimensionados para operar com fator de potência igual a 0,80, podendo alimentar a maioria das cargas industriais.
      - Um dos fatores que influenciam na potência líquida fornecida pela usina de geração é o comprimento dos dutos de tomada de ar e de exaustão dos gases quentes. Muitas vezes, em razão da localização da usina de geração, esses dutos são projetados com grandes extensões. Outro cuidado a ser tomado refere-se à posição da tomada de ar, que deve ficar distante da posição dos gases de exaustão. Neste caso, sua localização deve ser definida pela direção dos ventos.
      - Cabe salientar que a potência do motor a diesel varia em conformidade com a velocidade do eixo do motor.
        
        No caso de motores a diesel aplicados a geradores de corrente alternada, a velocidade do eixo do motor pode variar levemente.
        
        No caso de motores a diesel aplicados a geradores de corrente contínua, a velocidade do motor diesel pode variar em uma grande faixa de valores. Neste caso, são utilizados motores a diesel apropriados.
    - - É, por definição, a usina de geração concebida para gerar somente energia elétrica para as necessidades próprias do empreendedor, podendo vender o excesso de energia gerada para terceiros.
      - O uso de unidades de geração com fornecimento de potência contínua ocorre em locais em que a concessionária não dispõe de rede de energia elétrica pública ou quando a indústria opta por uma unidade de autogeração.
      - Para se dimensionar uma unidade de geração, voltada para atender cargas variáveis, de tipo e potência, devem-se seguir as seguintes instruções:
        
        Somar todas as cargas lineares da instalação industrial, em kW.
        
        Somar todas as cargas não lineares da instalação industrial, dadas em kW.
        
        Avaliar a distorção harmônica da carga, se houver.
        
        Determinar a corrente de partida do maior motor da instalação.
        
        É aconselhável que o gerador seja dimensionado para uma potência nominal de 10 % acima dos valores da soma das cargas lineares e não lineares (para valores inferiores a 20 % da carga total e distorção harmônica menor ou igual a 5 %).
        
        A partida do motor não deve provocar uma queda de tensão superior a 20 %, aconselha-se valores inferiores a 15 %.
        
        A potência aparente de partida do motor elétrico não deve ser superior a 120 % da potência nominal do gerador.
        
        Mais informações (importantes mas já entendo), pág 750 a 760
    - - Será discutido na seção 16.5
    - - Se a usina termelétrica é destinada a serviço emergencial, devem-se considerar as seguintes condições de projeto:
        
        Estudar e definir um sistema de rejeição de carga para evitar a saída intempestiva da geração.
        
        Dimensionar a máquina considerando a corrente de partida dos motores elétricos acionados em conformidade com o tipo de chave de manobra, ou seja, diretamente da rede, chave soft-starter etc.
        
        Dimensionar a máquina para suportar a corrente de magnetização dos transformadores elevadores da unidade de geração.
        
        Definir um sistema de partida rápida e confiável no instante de operação da unidade de geração.
        
        Dimensionar um sistema em rampa para operar, momentaneamente, em paralelo com a rede pública da concessionária quando a unidade de geração é também destinada a suprir a unidade consumidora durante o horário de ponta de carga.
      - A geração de emergência pode ser concentrada em um único ponto da planta industrial ou em vários pontos, dependendo do layout da indústria.
      - Para indústrias de pequeno porte, normalmente a unidade de geração é projetada para fornecer energia em baixa tensão, conectando-se ao QGF da subestação de potência.
      - Para indústrias de médios portes, a unidade de geração é dotada de uma subestação elevadora e conectada ao sistema industrial na média tensão.
      - Há grandes vantagens em se concentrar a geração de emergência em um único ponto.
        
        Custos menores por KVA instalado.
        
        Custos menores para manter uma capacidade reserva.
        
        Facilidade de reversão da alimentação da concessionária para a unidade de geração.
      - O tempo de partida de uma unidade de geração é de normalmente 10 segundos.
      - A bateria é o sistema mais comum utilizado na partida de uma unidade de geração. Em alguns casos, é utilizado o sistema de ar comprimido.
      - Mais informações, pág 761 e 762 (muita coisa importante, principalmente sobre UPS e correntes harmônicas)
      - Para o dimensionamento da usina de geração, deve-se complementar com os seguintes critérios:
        
        A demanda da carga do gerador deve corresponder, no máximo, a 85 % de sua capacidade nominal.
        
        A conexão do gerador com a UPS deve, de preferência, ser em rampa.
        
        A reatância transitória do eixo direito do gerador não deve ser superior a 15 % na base da potência e tensão nominais do gerador.
        
        O regulador de tensão deve ser do tipo estático.
        
        O gerador deve ser especificado para a classe de temperatura F ou H.
        
        A potência nominal do gerador deve ser selecionada para operação contínua.
  - - - No primeiro caso, o custo médio de uma usina varia aproximadamente R$ 620,00 a R$ 860,00/kW de capacidade instalada, dependendo se o conjunto motor-gerador é de origem nacional ou importada.
      - Para usinas associadas a projetos de cogeração, o custo pode elevar para R$ 900,00 a R$ 1.500,00/kW de capacidade instalada.
    - - Motores associados aos equipamentos auxiliares: 47%.
        
        Geradores associados aos equipamentos auxiliares: 13%.
        
        Subestação elevadora: 9%.
        
        Montagem e comissionamento: 12%.
        
        Transporte: 3%.
        
        Obras civis: 16%.
    - - Os motores a diesel são normalmente fornecidos na versão a 2 e 4 tempos. Os motores a 2 tempos são os de menor capacidade.
- - - - Tomadas de Gás
        
        Turbina a gás natural
        
        Chaminé de gases exaustos
        
        Gerador
      - Informações de cada uma das partes está na página 780 com imagens