Engenharia de Energia - Power engineering

Uma turbina a vapor usada para fornecer energia elétrica.

Engenharia de energia , também chamada de engenharia de sistemas de energia , é um subcampo da engenharia elétrica que lida com a geração, transmissão, distribuição e utilização de energia elétrica e os aparelhos elétricos conectados a esses sistemas. Embora grande parte do campo esteja preocupado com os problemas de energia CA trifásica - o padrão para transmissão e distribuição de energia em grande escala no mundo moderno - uma fração significativa do campo está preocupada com a conversão entre energia CA e CC e o desenvolvimento de sistemas de energia especializados, como os usados ​​em aeronaves ou para redes ferroviárias elétricas. A engenharia de energia extrai a maior parte de sua base teórica da engenharia elétrica .

História

Um esboço da Pearl Street Station, a primeira usina elétrica movida a vapor da cidade de Nova York

Anos pioneiros

A eletricidade tornou-se um assunto de interesse científico no final do século XVII. Nos dois séculos seguintes, várias descobertas importantes foram feitas, incluindo a lâmpada incandescente e a pilha voltaica . Provavelmente, a maior descoberta com respeito à engenharia de energia veio de Michael Faraday, que em 1831 descobriu que uma mudança no fluxo magnético induz uma força eletromotriz em uma alça de fio - um princípio conhecido como indução eletromagnética que ajuda a explicar como geradores e transformadores funcionam.

Em 1881, dois eletricistas construíram a primeira estação de energia do mundo em Godalming, na Inglaterra. A estação empregava duas rodas d'água para produzir uma corrente alternada que era usada para fornecer sete lâmpadas de arco Siemens a 250 volts e 34 lâmpadas incandescentes a 40 volts. No entanto, o fornecimento era intermitente e em 1882 Thomas Edison e sua empresa, The Edison Electric Light Company, desenvolveram a primeira estação de energia elétrica movida a vapor em Pearl Street, na cidade de Nova York. A Pearl Street Station consistia em vários geradores e inicialmente alimentava cerca de 3.000 lâmpadas para 59 clientes. A usina usava corrente contínua e operava com uma única tensão. Uma vez que a energia da corrente contínua não podia ser facilmente transformada nas tensões mais altas necessárias para minimizar a perda de energia durante a transmissão, a distância possível entre os geradores e a carga foi limitada a cerca de 800 m.

Naquele mesmo ano, em Londres, Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs demonstraram o primeiro transformador adequado para uso em um sistema de potência real. O valor prático do transformador de Gaulard e Gibbs foi demonstrado em 1884 em Torino, onde o transformador foi usado para iluminar quarenta quilômetros (25 milhas) de ferrovia a partir de um único gerador de corrente alternada. Apesar do sucesso do sistema, a dupla cometeu alguns erros fundamentais. Talvez o mais sério fosse conectar as primárias dos transformadores em série, de modo que ligar ou desligar uma lâmpada afetaria outras lâmpadas mais adiante. Após a demonstração, George Westinghouse , um empresário americano, importou vários transformadores junto com um gerador Siemens e colocou seus engenheiros para experimentá-los na esperança de melhorá-los para uso em um sistema de energia comercial.

Um dos engenheiros da Westinghouse, William Stanley , reconheceu o problema de conectar transformadores em série em vez de em paralelo e também percebeu que tornar o núcleo de ferro de um transformador um loop totalmente fechado melhoraria a regulação de tensão do enrolamento secundário. Usando esse conhecimento, ele construiu o primeiro sistema de energia de corrente alternada baseado em transformador prático em Great Barrington, Massachusetts em 1886. Em 1885, o físico e engenheiro elétrico italiano Galileo Ferraris demonstrou um motor de indução e em 1887 e 1888 o engenheiro sérvio-americano Nikola Tesla arquivou uma série de patentes relacionadas a sistemas de energia, incluindo uma para um motor de indução de duas fases prático que Westinghouse licenciou para seu sistema de CA.

Em 1890, a indústria de energia floresceu e as empresas de energia construíram milhares de sistemas de energia (tanto de corrente contínua como alternada) nos Estados Unidos e na Europa - essas redes eram efetivamente dedicadas ao fornecimento de iluminação elétrica. Durante esse tempo, uma rivalidade feroz nos Estados Unidos conhecida como a " guerra das correntes " surgiu entre Edison e Westinghouse sobre a forma de transmissão (corrente contínua ou alternada) superior. Em 1891, Westinghouse instalou o primeiro grande sistema de energia que foi projetado para acionar um motor elétrico e não apenas fornecer iluminação elétrica. A instalação alimentou um motor síncrono de 100 cavalos (75 kW) em Telluride, Colorado, com o motor sendo ligado por um motor de indução Tesla. Do outro lado do Atlântico, Oskar von Miller construiu uma linha de transmissão trifásica de 20 kV 176 km de Lauffen am Neckar a Frankfurt am Main para a Exposição de Engenharia Elétrica em Frankfurt. Em 1895, após um processo demorado de tomada de decisão, a estação geradora Adams No. 1 em Niagara Falls começou a transmitir energia de corrente alternada trifásica para Buffalo a 11 kV. Após a conclusão do projeto das Cataratas do Niágara, novos sistemas de energia cada vez mais escolheram a corrente alternada em vez da corrente contínua para a transmissão elétrica.

Século vinte

Engenharia de energia e bolchevismo

Pôster de 1929 por Gustav Klutsis

A geração de eletricidade foi considerada particularmente importante após a tomada do poder pelos bolcheviques . Lenin afirmou que "o comunismo é o poder soviético mais a eletrificação de todo o país." Posteriormente, ele apareceu em muitos pôsteres, selos, etc. soviéticos apresentando essa visão. O plano GOELRO foi iniciado em 1920 como a primeira experiência bolchevique em planejamento industrial e na qual Lenin se envolveu pessoalmente. Gleb Krzhizhanovsky foi outra figura importante envolvida, tendo estado envolvido na construção de uma central elétrica em Moscou em 1910. Ele também conhecia Lenin desde 1897, quando ambos estavam no capítulo de São Petersburgo da União de Luta pela Libertação do Classe trabalhadora .

Engenharia de energia nos EUA

Em 1936, a primeira linha comercial de corrente contínua de alta tensão (HVDC) usando válvulas de arco de mercúrio foi construída entre Schenectady e Mechanicville, Nova York . HVDC tinha sido alcançado anteriormente com a instalação de geradores de corrente contínua em série (um sistema conhecido como sistema Thury ), embora isso sofresse de sérios problemas de confiabilidade. Em 1957, a Siemens demonstrou o primeiro retificador de estado sólido (os retificadores de estado sólido são agora o padrão para sistemas HVDC), no entanto, foi somente no início dos anos 1970 que essa tecnologia foi usada em sistemas de energia comerciais. Em 1959, a Westinghouse demonstrou o primeiro disjuntor que usava SF 6 como meio de interrupção. O SF 6 é um dielétrico muito superior ao ar e, nos últimos tempos, seu uso foi estendido para produzir equipamentos de comutação muito mais compactos (conhecidos como disjuntores ) e transformadores . Muitos desenvolvimentos importantes também vieram da extensão das inovações no campo das TIC para o campo da engenharia de energia. Por exemplo, o desenvolvimento de computadores significou que os estudos de fluxo de carga poderiam ser executados com mais eficiência, permitindo um planejamento muito melhor dos sistemas de energia. Os avanços na tecnologia da informação e telecomunicações também permitiram um controle remoto muito melhor do quadro de distribuição e dos geradores do sistema de energia.

Poder

As linhas de transmissão transmitem energia através da rede .

A Engenharia de Energia lida com a geração , transmissão , distribuição e utilização de eletricidade , bem como o projeto de uma variedade de dispositivos relacionados. Isso inclui transformadores , geradores elétricos , motores elétricos e eletrônicos de potência .

Os engenheiros de energia também podem trabalhar em sistemas que não se conectam à rede. Esses sistemas são chamados de sistemas de energia fora da rede e podem ser usados ​​preferencialmente aos sistemas na rede por uma variedade de razões. Por exemplo, em locais remotos pode ser mais barato para uma mina gerar sua própria energia em vez de pagar pela conexão à rede e, na maioria das aplicações móveis, a conexão à rede simplesmente não é prática.

Campos

A geração de eletricidade cobre a seleção, projeto e construção de instalações que convertem energia de formas primárias em energia elétrica.

A transmissão de energia elétrica requer a engenharia de linhas de transmissão de alta tensão e instalações de subestações para fazer a interface com os sistemas de geração e distribuição. Os sistemas de corrente contínua de alta tensão são um dos elementos de uma rede elétrica.

A engenharia de distribuição de energia elétrica cobre os elementos de um sistema de energia de uma subestação até o cliente final.

A proteção do sistema de energia é o estudo das maneiras pelas quais um sistema de energia elétrica pode falhar e os métodos para detectar e mitigar tais falhas.

Na maioria dos projetos, um engenheiro de energia deve se coordenar com muitas outras disciplinas, como engenheiros civis e mecânicos, especialistas ambientais e pessoal jurídico e financeiro. Grandes projetos de sistemas de energia, como uma grande estação geradora, podem exigir dezenas de profissionais de design, além dos engenheiros do sistema de energia. Na maioria dos níveis de prática profissional de engenharia de sistemas de potência, o engenheiro exigirá tanto em termos de habilidades administrativas e organizacionais quanto conhecimento de engenharia elétrica.

Sociedades profissionais e organizações de padrões internacionais

Tanto no Reino Unido quanto nos Estados Unidos, sociedades profissionais existem há muito tempo para engenheiros civis e mecânicos. O IEE foi fundado no Reino Unido em 1871, e o AIEE nos Estados Unidos em 1884. Essas sociedades contribuíram para a troca de conhecimento elétrico e o desenvolvimento do ensino de engenharia elétrica. Em nível internacional, a Comissão Eletrotécnica Internacional , fundada em 1906, prepara padrões para engenharia de energia, com 20.000 especialistas eletrotécnicos de 172 países desenvolvendo especificações globais com base em consenso.

Veja também

Referências

links externos