Este trabalho tem como objetivo o projeto, construção e análise do funcionamento de uma máquina elétrica síncrona trifásica com núcleo do rotor produzido a partir da metalurgia do pó e ímãs de neodímio-ferro-boro para aplicação em aerogeradores. Tomando como base a máquina elétrica modelo VTOP da fabricante Grupo Voges, foram realizadas mudanças na forma construtiva dos núcleos do estator e do rotor. O pacote chapas que compõem o núcleo do estator foi montado de maneira que as ranhuras apresentem um ângulo de inclinação de 10º ao longo de toda a extensão da máquina. Para o rotor, foi projetado e construído um núcleo através do processo de metalurgia do pó utilizando como matéria-prima pó de ferro puro. A esse novo núcleo foram acrescentados ímãs de neodímio-ferro-boro. Após a montagem dos componentes, a máquina elétrica foi ensaiada em uma bancada de testes. Paralelamente com a confecção do núcleo foi efetuada a simulação computacional da máquina com três tipos diferentes materiais no núcleo do rotor. Os resultados encontrados indicaram que a metalurgia do pó é uma alternativa viável para produção do núcleo de máquinas elétricas. Entretanto alterações na topologia e na forma de fixação dos ímãs são necessárias para um melhor desempenho. / This work aims at the design, construction and performance analysis of a three-phase synchronous electric machine with a rotor core produced by powder metallurgy and neodymium-iron-boron magnets for application in wind turbines. Based on the electric machine VTOP model of the manufacturer Grupo Voges, changes were carried out in the constructive form of the stator and rotor cores. The bundle of plates that make the role of stator core were mounted with a 10º slope along the entire length of the machine. For the rotor, a core was designed and built by employing powder metallurgy process using pure iron powder as raw material. The neodymium-iron-boron magnets were added to this new core. After assembling the components, the electric machine was tested on a test bench. Simultaneously with the core fabrication, the machine was simulated with three different materials in the rotor core. The results indicated that powder metallurgy is a viable alternative to produce the core of electric machines. However, changes in the topology and shape of the magnets are necessary for better assembly, improving the performance.

Este trabalho tem como proposta desenvolver um difusor aerodinâmico compacto para uma turbina eólica de pequena escala, objetivando alcançar um melhor start rotacional (menor torque de partida para rotacionar) em baixas velocidades de vento. Um difusor é uma estrutura em forma de aro envolta ao rotor da turbina eólica, sua função é amplificar a captação e aceleração do vento, explorando os efeitos aerodinâmicos das zonas de vórtices de baixa pressão na saída do difusor. O estudo concentrar-se-á na manipulação da geometria dos difusores, analisando como seu design impacta no seu comportamento aerodinâmico impacta na capacidade do difusor equacionar as zonas de alta e baixa pressão ao longo de sua estrutura, essa relação é determinante para o efeito aerodinâmico que acelera o escoamento de ar, resultando em um start rotacional em baixas velocidade de vento. O ponto de partida para este trabalho são os estudos desenvolvidos por Ohya et al. (2010) sobre difusores compactos-flangeados (compact-type brimmed diffuser) para turbinas eólicas, denominado Wind-lens Technology. Para alcançar os objetivos, esta pesquisa vai utilizar simulações por CFD com software de túnel de vento virtual e ensaios experimentais em túnel de vento físico para avaliar o comportamento dinâmico (turbina + difusor). Foram desenvolvidas dezenove geometrias a partir de uma área construtiva padronizada para o design de difusores. Desenvolveu-se também, a partir dos resultados encontrados, um MFI (microseparador de fluxo interno), que consiste em uma estrutura adicional com função de potencializar as zonas de vórtices (baixa pressão) no plano de saída do escoamento de ar dos difusores. Os resultados mostraram que a manipulação da geometria do difusor produziu resultados promissores em comparação com o modelo de referência, alcançando em algumas geometrias de difusores um melhor start rotacional. O MFI mostrou-se eficaz para potencializar as zonas de baixa pressão e melhorou o start rotacional. Ao final, definiu-se dois modelos de difusores e suas respectivas versões com MFI como as melhores opções para o start rotacional. / This work aims to develop a compact wind turbine for a turbine and a small scale, aiming at a better rotational start at low wind speeds (lower starting torque to rotate). A diffuser is a rim-shaped structure wrapped around the wind turbine rotor, its function is to amplify the wind uptake and acceleration, exploiting the aerodynamic effects of the low-pressure vortex zones at the diffuser outlet. The study will focus on the manipulation of the diffuser geometry, analyzing how its design impacts on its aerodynamic behavior, especially on the diffuser's ability to equate the high and low pressure zones along its structure, this relation is decisive for the aerodynamic effect that accelerates the air flow, resulting in a rotational start at low wind speeds. The basis for this work are studies developed by Ohya et al. (2010) on compact-flanged diffusers for wind turbines, called Wind-lens Technology. To achieve the objectives, this research will use CFD simulations with virtual wind tunnel software and experimental tests in physical wind tunnel to evaluate the dynamic behavior (turbine + diffuser). Nineteen geometries were developed from a standardized design area for the design of diffusers. An MFI (internal flow microseparator) has also been developed, which is an additional structure whose function is to potentiate the low pressure zones of the diffusers. The results showed that the manipulation of the diffuser geometry produced promising results in comparison to the reference model, reaching in some conditions superior results in RPM and initial start. The MFI proved to be effective in boosting the low pressure zones and improved the initial start. At the end, two models of diffusers and their respective versions with MFI were defined as the best options for the initial start.

Wind energy, one of the most promising sources of clean energy, has developed rapidly over the last two decades. Wind turbines (WT) are arguably clean during operation, offering minimal pollution and zero CO2 emissions, but significant amounts of energy are used and CO2 emitted during their manufacture, and, furthermore, the turbines are environmentally problematic at end-of-life (EoL), especially the blades. WT blades are mainly made with composite materials comprising thermosetting resin and glass fibre. They are lightweight and strong but problematic to recycle. Large volumes of waste will be generated when these WT blades are decommissioned and environmental concerns have been raised. The main aim of this study is to understand the environmental impact of wind turbine blades and to find solutions to reduce it. A quantitative method is adopted, first evaluating the WT blade waste inventory then calculating its environmental impact, and finally analysing the differences between all possible EoL options in terms of environmental and financial performance. The results firstly identify the global wind turbine blade waste inventory with detailed generation time and location which could help policy makers to gain an understanding of the size and severity of this problem. Secondly, the outputs indicate where most impact is generated and identify what to prioritise to reduce waste and reduce environmental impact, which is of value to blade manufacturers and other stakeholders. Moreover, this work highlights previous incorrect assumptions and provides findings to build on for future work. Thirdly, ‘optimal’ EoL options for the WT blade waste have been characterized: the current ‘optimal’ EoL option is life extension; mechanical recycling is the current ‘optimal’ recycling option; chemical recycling will be the ‘optimal’ option for the future. Future research is suggested as aiming to improve the performance of recycled fibre or to reduce the energy consumption of recycling processes.

abstract: This study uses Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling to analyze the dependence of wind power potential and turbulence intensity on aerodynamic design of a special type of building with a nuzzle-like gap at its rooftop. Numerical simulations using ANSYS Fluent are carried out to quantify the above-mentioned dependency due to three major geometric parameters of the building: (i) the height of the building, (ii) the depth of the roof-top gap, and (iii) the width of the roof-top gap. The height of the building is varied from 8 m to 24 m. Likewise, the gap depth is varied from 3 m to 5 m and the gap width from 2 m to 4 m. The aim of this entire research is to relate these geometric parameters of the building to the maximum value and the spatial pattern of wind power potential across the roof-top gap. These outcomes help guide the design of the roof-top geometry for wind power applications and determine the ideal position for mounting a micro wind turbine. From these outcomes, it is suggested that the wind power potential is greatly affected by the increasing gap width or gap depth. It, however, remains insensitive to the increasing building height, unlike turbulence intensity which increases with increasing building height. After performing a set of simulations with varying building geometry to quantify the wind power potential before the installation of a turbine, another set of simulations is conducted by installing a static turbine within the roof-top gap. The results from the latter are used to further adjust the estimate of wind power potential. Recommendations are made for future applications based on the findings from the numerical simulations. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Mechanical Engineering 2017

Este trabalho tem como objetivo o projeto, construção e análise do funcionamento de uma máquina elétrica síncrona trifásica com núcleo do rotor produzido a partir da metalurgia do pó e ímãs de neodímio-ferro-boro para aplicação em aerogeradores. Tomando como base a máquina elétrica modelo VTOP da fabricante Grupo Voges, foram realizadas mudanças na forma construtiva dos núcleos do estator e do rotor. O pacote chapas que compõem o núcleo do estator foi montado de maneira que as ranhuras apresentem um ângulo de inclinação de 10º ao longo de toda a extensão da máquina. Para o rotor, foi projetado e construído um núcleo através do processo de metalurgia do pó utilizando como matéria-prima pó de ferro puro. A esse novo núcleo foram acrescentados ímãs de neodímio-ferro-boro. Após a montagem dos componentes, a máquina elétrica foi ensaiada em uma bancada de testes. Paralelamente com a confecção do núcleo foi efetuada a simulação computacional da máquina com três tipos diferentes materiais no núcleo do rotor. Os resultados encontrados indicaram que a metalurgia do pó é uma alternativa viável para produção do núcleo de máquinas elétricas. Entretanto alterações na topologia e na forma de fixação dos ímãs são necessárias para um melhor desempenho. / This work aims at the design, construction and performance analysis of a three-phase synchronous electric machine with a rotor core produced by powder metallurgy and neodymium-iron-boron magnets for application in wind turbines. Based on the electric machine VTOP model of the manufacturer Grupo Voges, changes were carried out in the constructive form of the stator and rotor cores. The bundle of plates that make the role of stator core were mounted with a 10º slope along the entire length of the machine. For the rotor, a core was designed and built by employing powder metallurgy process using pure iron powder as raw material. The neodymium-iron-boron magnets were added to this new core. After assembling the components, the electric machine was tested on a test bench. Simultaneously with the core fabrication, the machine was simulated with three different materials in the rotor core. The results indicated that powder metallurgy is a viable alternative to produce the core of electric machines. However, changes in the topology and shape of the magnets are necessary for better assembly, improving the performance.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / The use of wind energy is today a reality in the Brazilian energetic context, because it meets the requirement of complementarity to the national energy system and its exploitation generates relatively few environmental impacts. In this context family agriculture, which lives together with semiarid, passes per great bottlenecks with relation to the access, and the cost of two resources fundamental for its development, water and energy. This project was developed with bias in the supply of water and energy to small rural properties focused on horticultural. So that wind energy can be an important solution for the process of production of agriculture, because it can supply the needs of the small producer. Thus the objective of this research was to investigate the possibility of a wind turbine to generate electricity to put in action an water pumping system which represses water to an elevated reservoir, and possibly could be used for irrigation per gravity drip. It was used a 1 kW wind generator power, model H3.1-1KW, Hummer mark, where it and the pumping system were installed at the Federal University of CearÃ, Campus do Pici. With the experimental arrangement ready, it was conducted to collect data on wind speed, current and voltage generated by, and pressure and flow rate of the motor pump. As a result it was verified a pumped volume averaged 3750.5 L day-1. Concluding that can be used in irrigated horticultural production family agriculture and would also be useful in animal production and consumption own. This conclusion presents wind power as a good alternative for family agriculture live with the semiarid in the sense which will enable the use of renewable energy linked the rational use of water. / O uso da energia eÃlica à hoje uma realidade no contexto energÃtico brasileiro, pois atende o requisito de complementaridade ao sistema nacional de energia e sua exploraÃÃo gera relativamente poucos impactos ambientais. Neste contexto a agricultura familiar que convive com semiÃrido passa por grandes gargalos com relaÃÃo ao acesso, e o custo de dois recursos fundamentais para o seu desenvolvimento, Ãgua e energia. Este projeto foi desenvolvido com viÃs no fornecimento de Ãgua e energia para pequenas propriedades rurais focadas em hortÃculas. De modo que a energia eÃlica possa ser uma soluÃÃo importante para o processo de produÃÃo da agricultura, pois pode suprir as necessidades do pequeno produtor. Assim o objetivo desta pesquisa foi verificar um aerogerador na geraÃÃo de energia elÃtrica para acionamento de um sistema de bombeamento de Ãgua, o qual realizava o recalque da Ãgua para um reservatÃrio elevado, e que possa ser utilizado na irrigaÃÃo por gotejamento gravitacional. Utilizou-se um aerogerador de 1 kW de potÃncia, modelo H3.1-1KW, marca Hummer, onde o mesmo e o sistema de bombeamento foram instalados na Universidade Federal do CearÃ, Campus do Pici. Com o arranjo experimental pronto, foi efetuada a coleta de dados da velocidade do vento, corrente e tensÃo do aerogerador, e pressÃo e vazÃo do conjunto motobomba. Como resultado verificou-se o volume bombeado em mÃdia de 3.750,5 L dia-1. Concluindo que o mesmo pode ser usado na produÃÃo irrigada de hortÃculas da agricultura familiar e tambÃm seria Ãtil na produÃÃo animal e prÃprio consumo. Enfim a energia eÃlica apresenta-se como uma boa alternativa para o agricultor familiar conviver com o semiÃrido, no sentido que possibilitarà o uso de energia renovÃvel atrelada ao uso racional da Ãgua.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2008. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-19T22:26:07Z No. of bitstreams: 1 Estudo Do Potencial Eólico Do Pontal Do Abreu – Município De Viamão - RS.pdf: 3173026 bytes, checksum: 65d094e3a89f3d6f6b5c9bd8fe86c064 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-10T18:14:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Estudo Do Potencial Eólico Do Pontal Do Abreu – Município De Viamão - RS.pdf: 3173026 bytes, checksum: 65d094e3a89f3d6f6b5c9bd8fe86c064 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-10T18:14:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estudo Do Potencial Eólico Do Pontal Do Abreu – Município De Viamão - RS.pdf: 3173026 bytes, checksum: 65d094e3a89f3d6f6b5c9bd8fe86c064 (MD5) Previous issue date: 2008 / Este trabalho tem por objetivo calcular a energia anual, o FC (fator de capacidade) e o potencial eólico da regiãodo Pontal do Abreu, no município de Viamão no Rio Grande do Sul, para uma instalação contendo umúnico aerogerador do tipo FURLANDER com torre de 100m de altura do cubo, raio do rotor de 50m, potência nominal de 2500kW, velocidade de partida de 3m/s e velocidade de corte de 25m/s. As ferramentas utilizadas no tratamento dos dados levantados foram a planilha Excel e o software WindPro, fazendo um comparativo dos resultados obtidos. Foram usados dois métodos distintos para o cálculo: O método “Measure” baseado nos dados brutos baixados do computador de vento e o método “Weibull” baseado na distribuição de probabilidade de Weibull com parâmetros de escala c de forma k. A densidade de potência a altura do cubo considerada (100m) tem um valor em torno de 500 W/m². A direção predominante do vento é L (leste) seguida de SE (sudeste) e SO (sudoeste). A energia anual calculada fica em torno de 10.000 MWh. O FC para instalação considerada fica em torno de 45%. É apresentada também uma introdução aos principais tópicos que dizem respeito a potencial eólico, cálculos energéticos e parques eólicos. / This work has the finality to calculate the annual energy yield, the capacity factor and the site assessment related to wind potential of Pontal do Abreu, a site located in the town of Viamão, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil based upon a study with a single Wind Generator Fuhrlaender Model FL2500 100. The chosen Wind Generator has a hub height on 100 m and a rotor diameter of 100 m too that is well fitted for wind characteristics found in this region, cut in wind speed of 3 m/s and a cut out wind speed of 25m/s. The used tools toperform the studies to do wind data site investigation were the Excel spreadsheet and the software Wind Pro. A comparison of results with both soft wares was documented. It was used two methods in the calculations: The method “Measure” based on row data read from a data logger installed on siteand the method “Weibull” that use a scale factor and a shape factor to define the distribution function that better represent the wind speed measure. The power density at the considered hub height(100m) was found to be 500 W/m². The predominant wind directions in the site are E (East), followed by SE (Southeast) and SO (Southwest) according data collect from wind vanes and register on data logger. The energy yield computed by both methods is about 10000 MWh. The Capacity Factor assessed by data is around 45%. There are presented an introduction of mean topics related to wind potential,energy yield findings and wind farms projects.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Realizou-se o levantamento de curvas de eficiÃncia utilizando odelos numÃricos RANS de uma e duas equaÃÃes para um erogerador com 3m de diÃmetro, utilizando pÃs projetadas para operar em diferentes condiÃÃes de λ com perfis NACA 0012, 4412 e 6412. A parametrizaÃÃo da geometria da malha para a dimensÃo do rotor, juntamente com a parametrizaÃÃo do refinamento frente à capacidade dos modelos RANS obteve a independÃncia da malha à soluÃÃo. Posteriormente a anÃlise numÃrica realizou a comparaÃÃo do melhor resultado â pà projetada λ=6 com o perfil NACA 6412 â com dados experimentais. O aparato experimental foi capaz de coletar dados de rotaÃÃo e torque do rotor simultaneamente com a mediÃÃo da velocidade do vento, no qual foi obtido um valor mÃximo de eficiÃncia de aproximadamente 25% e uma faixa de operaÃÃo limitada a λ=6. Conclui-se que os modelos fornecem boa precisÃo em predizer a faixa operacional de λ, no entanto os valores de Cp foram subestimados. O modelo k-ω SST apresentou o melhor resultados dentre todos. / A survey was conducted, consisting of efficiency curves applying RANS turbulence numerical models of one and two equations for a wind turbine with a diameter of 3m, using blades designed to operate under different λ with NACA 0012, 4412 and 6412 profiles. The parameterization of the mesh geometry to the size of the rotor, together with the parameterization of the refinement level compared to the ability of RANS models reached independence from the grid to the solution. Later, a numerical analysis was performed to compare the best result â a blade designed to operate under λ = 6 with the NACA 6412 profile - against experimental data. The experimental apparatus was able to collect data rotation and torque of the rotor simultaneously with the measurement of wind velocity, which obtained a maximum efficiency of approximately 25% and an operating range limited to λ = 6. It can be concluded that the models provide good accuracy in predicting the operating range of λ, however the values of Cp were underestimated. The k-ω SST model showed the best results among all.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-09-05T19:29:21Z No. of bitstreams: 2 Henrique Gnoatto.pdf: 1824405 bytes, checksum: df18529d92f82ade1042c294e7401634 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-05T19:29:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Henrique Gnoatto.pdf: 1824405 bytes, checksum: df18529d92f82ade1042c294e7401634 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / The World nations want to supplement their energy matrixes by using cleaner energy sources. This fact is justified because of the environmental impacts of the traditional forms of power generation, as well as the search for new energy sources. Brazil has natural resources conducive to the holding of clean energy, such as wind. The increase in the consumption and the growing political and environmental pressure to sustainable development, has made the energy matrixes planning more strict on the use of alternative energy sources. The work consists in the study of technical and economic viability for the implementation of wind turbines in rural properties in the cities of Cascavel, Londrina and Palmas, all located in the state of Paraná. Wind direction and velocity data collected by SIMEPAR were used from January 1, 2011 to December 30, 2015. The Weibull distribution was chosen as a probabilistic statistical model to represent the wind behavior in the localities. The study regions were chosen due to the geographic location and three models of rural properties were defined, taking into account the daily consumption of electric energy. The implantation of aerogenerators was technically feasible in the rural properties of the cities of Cascavel and Palmas, and not feasible in the rural properties of Londrina. However, all research scenarios were considered economically unviable. / As nações do globo buscam complementar suas matrizes energéticas utilizando fontes de energia mais limpas. Este fato se justifica devido aos impactos ambientais causados pelas formas tradicionais de geração de energia elétrica, assim como a busca por novas fontes de energia. O Brasil apresenta recursos naturais favoráveis à exploração de energias limpas, tais como a eólica. O aumento do consumo e a crescente pressão política e ambiental para um desenvolvimento sustentável, tem feito com que o planejamento para as matrizes energéticas seja mais rigoroso quanto à utilização de fontes alternativas de energia. Este trabalho teve por objetivo o estudo de viabilidade técnica e econômica para a implantação de turbinas eólicas em propriedades rurais nas cidades de Cascavel, Londrina e Palmas, todas situadas no Estado do Paraná. Foram utilizados dados de direção e velocidade de ventos, coletados pelo SIMEPAR, no período de 1 de janeiro de 2011 a 30 de dezembro de 2015. A distribuição de Weibull foi escolhida como modelo estatístico probabilístico para representar o comportamento do vento nas localidades. As regiões para estudo foram escolhidas devido à localização geográfica e foram definidos três modelos de propriedades rurais, levando em consideração o consumo diário de energia elétrica. A implantação de aerogeradores mostrou-se tecnicamente viável nas propriedades rurais das cidades de Cascavel e Palmas, e inviável nas propriedades rurais de Londrina. Porém, todos os cenários da pesquisa foram considerados inviáveis economicamente.

Reliability of wind turbine components and maintenance optimisation are among the critical aspects of wind power development closely related to profitability and future development. The main reason for research in these areas is lowering the cost of energy production for wind power, specifically important in offshore environment. Continuous monitoring of specific wind turbine components can be valuable for wind farm operators and, subsequently, wind farm owners.  Also, health assessment of critical components can be useful in estimating the possibilities for life extension of wind turbines. Expensive Condition Monitoring Systems (CMSs) are not always available, particularly in older wind farms, and additionally installing CMSs on wind turbines is not always economically feasible. However, most of modern wind turbines are equipped with the Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) system which is recording 10-minute average values of parameters that depict operation of the turbine. That being said, SCADA data contains a vast amount of information that can be used for analysis of wind turbine components health. Therefore, this project will present an application of previously published methodology for SCADA data condition monitoring on real wind farm data. The goal of this project is to investigate on the possibilities of the SCADA monitoring methodology and what can be the added value of the application for wind farm operators, owners and other stakeholders. The methodology for condition monitoring through SCADA data was applied on real data gathered from two wind farms in Germany and one in the Netherlands. During the project the methodology had to be modified in order to ensure the best possible industrial application. Results of the project showed that the SCADA data condition monitoring approach is not capable of predicting failures. However, the technique has been proven successful for detecting the changes of trends in dependencies of working parameters, specifically monitoring parameters related to the turbine generators. Continuously monitoring the dependencies of working parameters can be used as an additional source of information for maintenance scheduling and assessment of components health. The approach presented in this paper can be valuable to asset managers and wind farm owners.