Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

EMENTA

Fontes Renováveis de energia. Sistemas de Aquecimento Solar. Sistemas Fotovoltaicos Autônomos  e Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica.

JUSTIFICATIVA

A componente curricular ensina os fundamentos de energia solar e energia eólica acoplada a grade curricular como dependência a outras componentes curriculares. É de grande importância para o conhecimento do aluno.

OBJETIVO

PROGRAMA

Cap.1 – Ekos/Vitae – Utilização Geral da Energia Solar

1. – Introdução
2. – Arquitetura Bioclimática
3. – Energia Térmica
4. - Energia Solar Fotovoltaica

Cap.2 – Ekos/Vitae – Aquecimento Solar Térmico

2.1– Introdução

2.2 – Residencial Unifamiliar

2.3 – Residencial Multifamiliar

2.4 – Projetos para Distribuição de Água Quente

2.5 – Setor de Serviços

2.6 – Setor Industrial

2.7 – Aquecimento de Piscina

2.8 – Integração Arquitetônica

2.9 – Aquecimento Distrital

Cap.4 – Ekos/Vitae – Entendendo um Sistema de Aquecimento Solar

4.1– Premissas para um Bom Projeto de Uso de Energia Solar

4.2 – Sistema de Aquecimento Solar

4.3 – Modelos de Coletores Solares

 Cap.5– Ekos/Vitae – Princípios de Funcionamento de uma Instalação de Aquecimento Solar

5.1– Classificação dos Sistemas de Aquecimento Solar

5.2 – Componentes de um Sistema de Aquecimento Solar

5.3 – Termossifão Convencional

5.4 – Termossifão Acoplado

5.5 – Termossifão Integrado

5.6 – Regras para Garantir o Termossifão

5.7 – Circulação Forçada Convencional

5.8 – Sistema Anticongelamento para a Circulação Forçada

5.9 – Aquecimento de Piscina

Cap.6– Ekos/Vitae – Passo a Passo de um Projeto de Instalação de Aquecimento Solar

6.1– Dimensionamento

6.2 – Etapas do Projeto de Sistemas de Aquecimento Solar

Cap.1 – Villalva & Gazoli – Energia e Eletricidade

            1.1 – Fontes renováveis

            1.2 – Fontes limpas de energia

            1.3 – Fontes alternativas de Energia

            1.4 – Exemplos de fontes renováveis

                        1.4.1 – Energia hidrelétrica

                        1.4.2 – Energia solar térmica

                        1.4.3 – Energia solar fotovoltaica

                        1.4.4 – Energia eólica

                        1.4.5 – Energia oceânica

                        1.4.6 – Energia geotérmica

                        1.4.7 – Energia da biomassa

            1.5 – Geração e uso de eletricidade no mundo

            1.6 – Geração distribuída de energia elétrica

            1.7 – Fontes renováveis de energia no Brasil

            1.8 – A energia solar fotovoltaica no Brasil

                        1.8.1 – Situação atual

                        1.8.2 – Potencial de utilização

                        1.8.3 – Obstáculos

                        1.8.4 – Normas e regulamentação

Cap.2 – Villalva & Gazoli – Conceitos Básicos

            2.1 – Radiação Solar

            2.2 – Massa de ar

            2.3 – Tipos de radiação solar

            2.4 – Energia solar

                        2.4.1 – Irradiância

                        2.4.2 - Insolação

            2.5 – Orientação dos módulos fotovoltaicos

            2.6 – Ângulo azimutal

            2.7 – Movimentos da Terra

            2.8 – Declinação Solar

            2.9 – Altura solar

            2.10 – Ângulo de incidência dos raios solares

            2.11 – Escolha do ângulo de inclinação do módulo solar

            2.12 – Regras básicas para a instalação de módulos solares

            2.13 – Rastreamento automático da posição do sol

            2.14 – Espaçamento de módulos em usinas solares

Cap.3 – Villalva & Gazoli – Células e Módulos Fotovoltaicos

            3.1 – Células fotovoltaicas

            3.2 – Um pouco de história

            3.3 – Tipos de células fotovoltaicas

                        3.3.1 – Silício monocristalino

                        3.3.2 – Silício policristalino

                        3.3.3 – Filmes finos

                        3.3.4 – Comparação entre as diferentes tecnologias

            3.4 – Módulo, placa ou painel fotovoltaico

            3.5 – Funcionamento e características dos módulos fotovoltaicos comerciais

                        3.5.1 – Curvas características de corrente, tensão e potência

            3.6 – Influência da radiação solar

            3.7 – Influência da temperatura

            3.8 – Características dos módulos fotovoltaicos comerciais

                        3.8.1 – Folha de dados

                        3.8.2 – Identificação e informações gerais

                        3.8.3 – Características elétricas em STC

                        3.8.4 – Características elétricas em NOCT

                        3.8.5 – Características térmicas

            3.9 – Conjuntos ou arranjos fotovoltaicos

                        3.9.1 – Conexão de módulos em série

                        3.9.2 – Conexão de módulos em paralelo

                        3.9.3 - Conexão de módulos em série e paralelo

            3.10 – Sombreamento dos módulos fotovoltaicos

            3.11 – Conexões elétricas

Cap.4 – Villalva & Gazoli – Sistemas Fotovoltaicos Autônomos

4.1 – Aplicações dos sistemas fotovoltaicos autônomos

4.2 – Componentes de um sistema fotovoltaico autônomo

4.3 – Baterias

                        4.3.1 – Bancos de baterias

                         4.3.2 – Tipos de baterias

                        4.3.3 – Baterias de ciclo profundo

                        4.3.4 – Vida útil da bateria

                        4.3.5 – Características das baterias estacionárias de chumbo ácida

4.4 – Controlador de carga

         4.4.1 – Funções do controlador de carga

         4.4.2 – Modo de utilização do controlador de carga

         4.4.3 – Principais tipos de controladores de carga

4.5 – Inversor

        4.5.1 – Principio de funcionamento

        4.5.2 – Modo de conexão

        4.5.3 – Características principais dos inversores

        4.5.4 – Tipos de inversores

4.6 – Módulos fotovoltaicos para sistemas autônomos

4.7 – Organização dos sistemas fotovoltaicos autônomos

        4.7.1 – Sistemas para a alimentação de consumidores em corrente alternada

        4.7.2 – Sistemas para a alimentação de consumidores em corrente contínua

        4.7.3 – Sistemas sem baterias

        4.7.4 – Sistemas fotovoltaicos autônomos de grande porte

4.8 – Cálculo da energia produzida pelos módulos fotovoltaicos

        4.8.1 – Método da insolação

        4.8.2 – Método da corrente máxima do módulo

4.9 – Dimensionamento do banco de baterias

4.10 – Levantamento do consumo de energia do sistema fotovoltaico autônomo

4.11 – Exemplo de dimensionamento de um sistema fotovoltaico autônomo

Cap.5 – Villalva & Gazoli – Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica

5.1 – Introdução

5.2 – Categorias de sistemas fotovoltaicos conectados à rede

5.3 – Sistemas de tarifação

5.4 – Inversores para conexão à rede elétrica

5.5 – Características dos inversores

5.6 – Recursos e funções dos inversores para a conexão de sistemas fotovoltaicos è rede elétrica

5.7 – Requisitos para a conexão de sistemas fotovoltaicos à rede elétrica

5.8 – Inversores comerciais para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica

5.9 – Organização dos conjuntos fotovoltaicos

5.10 – Componentes dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica

5.11Conexões elétricas nos sistemas conectados à rede de distribuição de baixa tensão

5.12 – Dispositivos de proteção de surto para sistemas fotovoltaicos

5.13 – Exemplo de dimensionamento de um sistema fotovoltaico de microgeração conectado à rede elétrica

Cap.7 – Mauricio Tolmasquim - Fontes Renováveis de Energia no  Brasil

7.1 - Evolução do mercado e estado da arte da tecnologia no mundo

7.2 – Evolução da dinâmica tecnológica do setor no Brasil

7.3 – Descrição da Tecnologia

                        7.3.1 – Cilindro Parabólico

                        7.3.2 – Torre Central

                        7.3.3 – Disco Parabólico

7.4 – Identificação e análise dos impactos ambientais da Tecnologia

Cap.1 – Milton Pinto – Introdução

1.1 – Introdução

Cap. 2 – Milton Pinto – A Evolução Histórica

            2.1 – As Origens do Moinho de Vento

            2.2 – Os Primeiros Geradores Eólicos

            2.3 – Poul la Cour e a Dinamarca

            2.4 – Os Projetos da Alemanha

            2.5 – A Primeira Grande Turbina Americana

            2.6 – Cenário Pós-Segunda Guerra Mundial

            2.7 – A Energia Eólica Após a Crise Energética

            2.8 – As Turbinas Eólicas da NASA

            2.9 – O Sucesso Dinamarquês

            2.10 – O Nascimento do Mercado Eólico Norte-Americano

            2.11 – O Mercado Eólico e Sua Previsão

Cap. 3 – Milton Pinto – O Mercado Eólico Moderno

            3.1 – O Mercado Eólico Moderno

            3.2 – A Questão Nuclear e a Energia Eólica

            3.3 – O Google e a Energia Eólica

Cap. 4 – Milton Pinto – O Vento

4.1 – As Fontes do Vento

4.2 – A Atmosfera Terrestre

4.3 – A Circulação Geral da Atmosfera

4.5 – Ventos Próximos à Superfície

4.6 – Ciclones, Anticiclones e Tornados

4.7 – Escalas do Vento         

4.8 – A Circulação Geral do Vento e os Modelos de Circulação Global

4.9 – A Circulação Secundária do Vento

            4.9.1 – Os Furacões

            4.9.2 – As Monções

            4.9.3 – Ciclones Extratropicais

            4.9.4 – As Massas de Ar

            4.9.5 – As Frentes

4.10 – A Circulação Terciária do Vento

            4.10.1 – A Brisa Marítima e Terrestre

            4.10.2 – Brisas do Vale e da Montanha

Cap. 5 – Milton Pinto – A Energia Eólica

5.1 – A Potência do Vento

5.2 – Fatores Influentes na Energia do Vento

5.3 – Natureza Estocástica do Vento

5.4 – Distribuição de Weibull

5.5 – A Direção do Vento

Cap. 6 – Milton Pinto – As Turbinas Eólicas

            6.1 – A Conversão de Energia

            6.2 – Classificação das Turbinas Eólicas

                        6.2.1 – Turbinas com Eixo Vertical

                        6.2.2 – Turbinas com Eixo Horizontal

            6.3 – O Torque de uma Turbina

            6.4 – As Forças de Sustentação e Arrasto

            6.5 – A Eficiência Energética

            6.6 – O Material das Pás

            6.7 – O Limite de Lanchester-Betz-Joukuwsky

            6.8 – Para Além do Limite de Betz

                        6.8.1 – O Modelo GGS

                        6.8.2 – Acima do Limite de Betz

                        6.8.3 – O Limite de Sabinin

            6.9 – O Coeficiente e a Curva de Potência de uma Turbina Eólica

            6.10 – O Número de Pás de uma Turbina Eólica

            6.11 – A Solidez de uma Turbina Eólica

            6.12 – Os Elementos de uma Pá

            6.13 – Aerofólios e Aerodinâmica

            6.14 – O Controle de Potência de uma Turbina Eólica

            6.15 – A Disponibilidade Técnica de uma Turbina

            6.16 – A Eficiência de uma Turbina

            6.17 – o Fator de Capacidade de uma Turbina

            6.18 – As Classes das Turbinas Eólicas

            6.19 – Rendimento do Gerador de uma Turbina Eólica

            6.20 – As Microturbinas Eólicas

            6.21 – A Modelagem da Turbina Eólica

            6.22 – Os Fabricantes de Turbinas Eólicas

            6.23 – As Maiores Estruturas

            6.24 – Repotenciação das Turbinas Eólicas

                        6.24.1 – A Repotenciação na Dinamarca e Alemanha

                        6.24.2 – A Repotenciação na Espanha

                        6.24.3 – A Repotenciação na Califórnia

                        6.24.4 – Os Efeitos da repotenciação

                        6.24.5- Os Benefícios para a Repotenciação

                        6.24.6 – Os Obstáculos para a Repotenciação

                        6.24.7 – Instrumentos para Incentivar a Repotenciação

            6.25 – O Ciclo de Vida de uma Turbina Eólica

            6.26 – A Vibração de uma Turbina Eólica

            6.27 – As Novas Arquiteturas de Turbinas Eólicas

Cap.7 – Milton Pinto – O Terreno

            7.1 – A Camada-limite

            7.2 – O Impacto da Altura no Vento

            7.3 – A Rugosidade e a Orografia do Solo

            7.4 – Turbulência e Intensidade de Turbulência

            7.5 – Indicadores Biológicos

            7.6 - Obstáculos

Cap.8 – Milton Pinto – A Medição do Vento

            8.1 – Instrumentos de Medição

            8.2 – Tipos de Anemômetros

            8.3 – Sistemas de Sensoriamento Remoto

            8.4 – O Datalogger

            8.5 – A Campanha de Medição

            8.6 – A Calibração

            8.7 – A Montagem dos Anemômetros

            8.8 – Instruções para as Medições Anemométricas no Brasil

            8.9 – Custos na Medição

            8.10 – A Avaliação dos Recursos Eólicos

            8.11 – As Ferramentas Computacionais para Uso em Energia Eólica

Cap.9 – Milton Pinto – Os Aerogeradores

            9.1 – Os Componentes de um Aerogerador

            9.2 – Máquinas Elétricas

Cap.11 – Milton Pinto – Conexão com a Rede

            11.1 – Conexão com a Rede

            11.2 – Cuidados com a Conexão

            11.3 – As Linhas de Transmissão

            11.4 – O Armazenamento de Energia

            11.5 – A Potência de Curto-Circuito

            11.6 – O Custo da Transmissão Elétrica

            11.7 – O Nível de Compartilhamento Eólico da Energia

            11.8 – A Qualidade de Energia Elétrica

Cap. 12 – Milton Pinto – Impacto Ambiental

            12.1 – O Impacto Visual

            12.2 – Impacto Sonoro – Emissão de Ruído

                        12.2.1 – A Física do Ruído

                        12.2.2 – O Ruído mecânico

                        12.2.3 – O Ruído Aerodinâmico

                        12.3.4 – A Legislação e os Valores Praticados do Ruído

            12.3 – O Impacto nas Aves

                        12.3.1 – Acidentes com Morcegos

            12.4 – Impacto Devido à Interferência com Ondas de Rádio e TV

12.5 – Impacto em Sítios Arqueológicos

12.6 – Análise Crítica Ambiental

12.7 – O Outro Lado da Moeda

            12.7.1 – O Fenômeno “NIMBY”

12.8 – A Síndrome da Turbina Eólica

Cap.13 – Milton Pinto – Proteção, Aterramento e Fundação

            13.1 – A Proteção contra Raios

            13.2 – O Aterramento

            13.3 – A Fundação

Cap.14 – Milton Pinto – Acidentes com Turbinas Eólicas

            14.1 – Acidentes Documentados

            14.2 – Sobre a CWIF

METODOLOGIA

As aulas serão expositivas utilizando recurso multimídia com o uso de plataforma Microsoft Teams. Periodicamente o aluno deverá entregar trabalhos propostos como atividade assíncrona. Serão resolvidos exercícios durante às aulas sempre que necessário. A seguir, um cronograma da distribuição das aulas:

Cronograma de desenvolvimento do programa 2020/1

AVALIAÇÃO

A avaliação será composta por duas provas escritas, objetivas, individuais e sem consulta valendo 40 pontos cada uma e trabalhos no valor de 20 pontos. As provas serão  realizadas nos dias  12/04 e 16/06.

BIBLIOGRAFIA

Básica

1. EL-SHARKAWI, MOHAMED A.  Wind Energy: An Introduction – CRC Press, Seattle, 1^st Edition, 2016, 320pp

2.  VILLALVA, MARCELO GRADELLA; GAZOLI, JONAS RAFAEL. Energia Solar Fotovoltaica – Conceitos e Aplicações - Editora Érica, São Paulo, 1ª edição, 2012, 224pp

3. NELSON, VAUGHN. Wind Energy Renewable energy and the Environmente – CRC Press, 2009, 1^st Edition, 298pp.

4.  PINTO, MILTON DE OLIVEIRA. – Fundamentos de Energia Eólica, GEN/LTC, 2013, 368pp

Complementar

3. UNIVERSITÄT KASSEL - Photovoltaic Systems Technology SS 2003

4. REIS, LINEU BELICO DOS. Geração de Energia Elétrica – Tecnologia, Inserção Ambiental, Planejamento, Operação e Análise de Viabilidade. Editora Manole Ltda, São Paulo, 1ª edição, 2003, 324pp.

5. REIS, LINEU BELICO DOS; FADIGAS, ELIANE A. AMARAL; CARVALHO, CLÁUDIO ELIAS  . Energia, Recursos Naturais e a Prática do desenvolvimento Sustentável. Editora Manole, 1ª edição, 2005, 1ª reimpressão, 2009, 415pp.

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

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Documento assinado eletronicamente por Aidson Antonio de Paula, Professor(a) do Magistério Superior, em 08/02/2021, às 18:36, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

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A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 2553312 e o código CRC 589FE99D.

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