Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de sistema capaz de monitorar, adquirir, armazenar e transmitir dados remotamente utilizando diversos sensores e rede de celulares 3G para ser aplicada no projeto de pequenos aerogeradores, tendo como meta gerar um produto que apresente boa relação custo/eficiência, com emprego de materiais e processos de manufatura adaptados à realidade mundial. É apresentado um novo modelo de sistema para aquisição de dados, baseado na integração das novas tecnologias da informação e comunicação e de técnicas de processamento analógico e digital de sinais, visando estudar o desempenho de parâmetros gerados em um pequeno aerogerador de bancada. Através deste modelo será possível monitorar continuamente, dentro dos intervalos previstos de amostragem, a ocorrência de mudanças dos parâmetros analisados através de sensores instalados no aerogerador. Os resultados das análises destes sensores podem ser adquiridos e transmitidos remotamente através da Rede 3G, diretamente para uma sala de operações ou ainda ser disponibilizada na WEB através das novas tecnologias e mídias sociais. As informações aqui estudadas mostram resultados que podem ser úteis para qualquer segmento do mercado e para todas as áreas científicas, econômicas e ambientais, que queiram conhecer e aplicar o modelo de um sistema de aquisição e monitoração de dados para o gerenciamento de aerogeradores de pequeno porte. Apesar de no experimento ter sido utilizado variáveis de um aerogerador, são mostradas outras aplicações possíveis de aquisição de dados, monitoramento e experimentos remotos utilizando-se o canal de comunicação celular 3G e a integração das novas tecnologias de informação e comunicação. / This thesis presents the development of model system that can monitor, acquire, store and transmit data remotely using various sensors and 3G cellular network to be applied in the design of small wind turbines, aiming to generate a product that presents a cost-efficient through use of materials and manufacturing processes adapted to the reality world. It presented a new model system for data acquisition based on the integration of new information technologies and communication and processing techniques of analog and digital signals, to study the performance of parameters generated in a small wind turbine bench and remote. Through this model will be possible to monitor continuously, within the ranges provided for sampling, the occurrence of changes of parameters measured by sensors installed in the turbine. The results of analysis of these sensors can be acquired and transmitted remotely via the 3G network, directly to an operating room or be available on the Web with new technologies and social media. The information studied here show results that may be useful for any market segment and for all scientific, economic and environmental issues, willing to learn and apply the model of an acquisition system and data monitoring for management of small wind turbines. Although the experiment has been used variables of a wind turbine, are shown other possible applications of data acquisition, remote monitoring and experiments using the 3G mobile communication channel and the integration of new information technologies and communication.

Com a busca pela sustentabilidade no abastecimento de energia elétrica, a fonte eólica tem ganhado grande destaque na matriz energética global por possuir modelo de negócio consolidado, pois conta com aerogeradores modernos, naceles instalados em alturas cada vez maiores, geradores elétricos mais potentes e com sistemas de controle altamente tecnológicos. No Brasil, a energia eólica vem sendo a grande vencedora dos leilões de energia, aumentando de forma significativa seu portfólio pela viabilidade na construção de grandes complexos que devido à elevada potência instalada, realiza seu acesso ao Sistema Interligado Nacional (SIN) em níveis de tensão cada vez maiores, ou seja, em pontos mais sensíveis do sistema de transmissão. Motivado por esse crescimento e pela representatividade dos novos parques em pontos vitais do SIN, o objetivo desta dissertação é avaliar as diferentes metodologias e conceitos adotados como premissa no projeto do sistema de proteção aplicado a uma Central de Geração Eólica (CGE), apresentando como conclusão, além dos diagramas de sequência a serem utilizados no cálculo das correntes de curto-circuito, uma metodologia completa de definição dos ajustes de proteção para atender as especificidades construtivas dessas instalações. / Through the search for sustainability in electric power supply, the Eolic source has gained distinction in the global energetic matrix, as it has a consolidated business framework, which counts on modern wind turbines, nacelles installed at higher and higher altitudes, more powerful electric generators with high-technology control systems. In Brazil, Eolic energy has been the great winner in energy auctions, which has increased significantly its portfolio, due to its viability in the construction of large complexes. Having a high installed power capacity, these large projects enable access to the Sistema Interligado Nacional - SIN (National Interconnected System) at higher and higher voltage levels, that is, at more sensitive points of the transmission system. Motivated by all this development and by the representativeness of the new wind farms, installed at vital points of the SIN, the objective of this dissertation is to assess the different methodologies and concepts adopted as premise in the protection system project applied to a Central de Geração Eólica CGE (Eolic Generation Center). The conclusion presented herein, besides the sequence diagrams for the short circuit calculations, provides a complete methodology of definition of the protection adjustments required to comply with the building specificities of these installations.

Aerogeradores, ou turbinas eólicas, são máquinas instaladas em grandes parques eólicos que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. A definição da separação e da interação entre máquinas é um fator fundamental de análise durante a fase de projeto, pois os chamados efeitos de esteira podem inviabilizar o desenvolvimento de um parque eólico. Em geral, a esteira de um aerogerador está caracterizada por um significativo déficit de velocidade e uma intensificação dos níveis de turbulência, o que ocasiona a diminuição da eficiência aerodinâmica e a redução da vida útil das máquinas localizadas a sotavento. Embora existam diferentes pesquisas destinadas à compreensão e previsão dos efeitos de esteira, o problema permanece como uma questão desafiadora que exige a adoção de ferramentas de alta precisão para sua identificação. Este trabalho apresenta uma metodologia experimental em túnel de vento, para a caracterização e avaliação do campo de escoamento na esteira aerodinâmica de um modelo reduzido, sob diferentes condições de escoamento incidente. Especificamente, investiga-se a influência da turbulência atmosférica para quatro perfis de escoamento: i) uniforme-suave; ii) uniforme-turbulento; iii) lei potencial com expoente α = 0,11; iv) lei potencial com expoente α = 0,23. Todos os casos foram conduzidos sob condições de estratificação neutra, e foi utilizado anemômetro de fio-quente para efetivar as medições dos perfis de velocidade média e intensidade da turbulência, em diferentes posições da esteira. Os resultados mostraram diferenças substanciais no comportamento dos perfis de esteira, em função dos níveis de turbulência incidente. Particularmente, observou-se que o incremento da turbulência atmosférica reduz o déficit de velocidade e promove uma maior mistura turbulenta, o que acelera a dissipação dos efeitos de esteira. Assim, a metodologia experimental em túnel de vento evidencia-se como uma importante ferramenta de análise que possibilita amplo espectro para a investigação, precisão e confiabilidade de projetos eólicos. / Wind turbines are machines installed in large wind farms to convert the wind's kinetic energy into electrical power. For an optimal wind farm siting, it is necessary to take into account the interaction between wind turbine wakes. In general, wake effects are associated with velocity deficit and enhanced turbulence intensity. This may reduce the aerodynamic efficiency and lifetime of downwind turbines, making the project unfeasible. Several experimental and numerical studies have been conducted to unravel the behavior of wind turbine wakes under different inflow conditions. However, current wind farm siting tools are incapable of accurately predicting and assessing its effects. This document presents an experimental methodology in the wind tunnel to survey the influence of the atmospheric turbulence on the wake flow field of a wind turbine model. Specifically, four different flow conditions were investigated: i) uniform-laminar; ii) uniform-turbulent; iii) power law exponent α = 0.11; iv) power law exponent α = 0.23. All cases were developed under neutrally stratified conditions. Hot-wire anemometry was used to obtain high-resolution measurements of the mean velocity and turbulence intensity profiles at different downwind positions. Results show that different turbulence intensity levels of the incoming flow lead to substantial differences in the spatial distribution of the wakes. Particularly, higher ambient turbulence promotes a faster wake recovery and lower velocity deficit. In conclusion, the use of wind tunnel experiments is a trustworthy alternative that brings precision and reliability to wind projects.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de sistema capaz de monitorar, adquirir, armazenar e transmitir dados remotamente utilizando diversos sensores e rede de celulares 3G para ser aplicada no projeto de pequenos aerogeradores, tendo como meta gerar um produto que apresente boa relação custo/eficiência, com emprego de materiais e processos de manufatura adaptados à realidade mundial. É apresentado um novo modelo de sistema para aquisição de dados, baseado na integração das novas tecnologias da informação e comunicação e de técnicas de processamento analógico e digital de sinais, visando estudar o desempenho de parâmetros gerados em um pequeno aerogerador de bancada. Através deste modelo será possível monitorar continuamente, dentro dos intervalos previstos de amostragem, a ocorrência de mudanças dos parâmetros analisados através de sensores instalados no aerogerador. Os resultados das análises destes sensores podem ser adquiridos e transmitidos remotamente através da Rede 3G, diretamente para uma sala de operações ou ainda ser disponibilizada na WEB através das novas tecnologias e mídias sociais. As informações aqui estudadas mostram resultados que podem ser úteis para qualquer segmento do mercado e para todas as áreas científicas, econômicas e ambientais, que queiram conhecer e aplicar o modelo de um sistema de aquisição e monitoração de dados para o gerenciamento de aerogeradores de pequeno porte. Apesar de no experimento ter sido utilizado variáveis de um aerogerador, são mostradas outras aplicações possíveis de aquisição de dados, monitoramento e experimentos remotos utilizando-se o canal de comunicação celular 3G e a integração das novas tecnologias de informação e comunicação. / This thesis presents the development of model system that can monitor, acquire, store and transmit data remotely using various sensors and 3G cellular network to be applied in the design of small wind turbines, aiming to generate a product that presents a cost-efficient through use of materials and manufacturing processes adapted to the reality world. It presented a new model system for data acquisition based on the integration of new information technologies and communication and processing techniques of analog and digital signals, to study the performance of parameters generated in a small wind turbine bench and remote. Through this model will be possible to monitor continuously, within the ranges provided for sampling, the occurrence of changes of parameters measured by sensors installed in the turbine. The results of analysis of these sensors can be acquired and transmitted remotely via the 3G network, directly to an operating room or be available on the Web with new technologies and social media. The information studied here show results that may be useful for any market segment and for all scientific, economic and environmental issues, willing to learn and apply the model of an acquisition system and data monitoring for management of small wind turbines. Although the experiment has been used variables of a wind turbine, are shown other possible applications of data acquisition, remote monitoring and experiments using the 3G mobile communication channel and the integration of new information technologies and communication.

Aerogeradores, ou turbinas eólicas, são máquinas instaladas em grandes parques eólicos que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. A definição da separação e da interação entre máquinas é um fator fundamental de análise durante a fase de projeto, pois os chamados efeitos de esteira podem inviabilizar o desenvolvimento de um parque eólico. Em geral, a esteira de um aerogerador está caracterizada por um significativo déficit de velocidade e uma intensificação dos níveis de turbulência, o que ocasiona a diminuição da eficiência aerodinâmica e a redução da vida útil das máquinas localizadas a sotavento. Embora existam diferentes pesquisas destinadas à compreensão e previsão dos efeitos de esteira, o problema permanece como uma questão desafiadora que exige a adoção de ferramentas de alta precisão para sua identificação. Este trabalho apresenta uma metodologia experimental em túnel de vento, para a caracterização e avaliação do campo de escoamento na esteira aerodinâmica de um modelo reduzido, sob diferentes condições de escoamento incidente. Especificamente, investiga-se a influência da turbulência atmosférica para quatro perfis de escoamento: i) uniforme-suave; ii) uniforme-turbulento; iii) lei potencial com expoente α = 0,11; iv) lei potencial com expoente α = 0,23. Todos os casos foram conduzidos sob condições de estratificação neutra, e foi utilizado anemômetro de fio-quente para efetivar as medições dos perfis de velocidade média e intensidade da turbulência, em diferentes posições da esteira. Os resultados mostraram diferenças substanciais no comportamento dos perfis de esteira, em função dos níveis de turbulência incidente. Particularmente, observou-se que o incremento da turbulência atmosférica reduz o déficit de velocidade e promove uma maior mistura turbulenta, o que acelera a dissipação dos efeitos de esteira. Assim, a metodologia experimental em túnel de vento evidencia-se como uma importante ferramenta de análise que possibilita amplo espectro para a investigação, precisão e confiabilidade de projetos eólicos. / Wind turbines are machines installed in large wind farms to convert the wind's kinetic energy into electrical power. For an optimal wind farm siting, it is necessary to take into account the interaction between wind turbine wakes. In general, wake effects are associated with velocity deficit and enhanced turbulence intensity. This may reduce the aerodynamic efficiency and lifetime of downwind turbines, making the project unfeasible. Several experimental and numerical studies have been conducted to unravel the behavior of wind turbine wakes under different inflow conditions. However, current wind farm siting tools are incapable of accurately predicting and assessing its effects. This document presents an experimental methodology in the wind tunnel to survey the influence of the atmospheric turbulence on the wake flow field of a wind turbine model. Specifically, four different flow conditions were investigated: i) uniform-laminar; ii) uniform-turbulent; iii) power law exponent α = 0.11; iv) power law exponent α = 0.23. All cases were developed under neutrally stratified conditions. Hot-wire anemometry was used to obtain high-resolution measurements of the mean velocity and turbulence intensity profiles at different downwind positions. Results show that different turbulence intensity levels of the incoming flow lead to substantial differences in the spatial distribution of the wakes. Particularly, higher ambient turbulence promotes a faster wake recovery and lower velocity deficit. In conclusion, the use of wind tunnel experiments is a trustworthy alternative that brings precision and reliability to wind projects.

Este trabalho apresenta a avaliação experimental em túnel aerodinâmico de características de dois aerogeradores de pequeno porte com cinco pás. Para isso, utilizando-se prototipagem 3D, construíram-se dois modelos em escala reduzida, os quais foram avaliados primeiramente utilizando-se Pás Ótimas de Betz e depois Pás Ótimas de Betz Modificadas. Antes de se avaliar o equipamento determinou-se a distribuição de velocidades na seção transversal do túnel com o auxílio de um tubo de Pitot. Com o perfil de velocidades do túnel conhecido, determina-se o torque estático do protótipo com o uso de um torquímetro digital acoplado ao eixo do equipamento, que registrou todas as leituras para as faixas de velocidade de 1 m/s até 9,88 m/s. Também com o torquímetro avalia-se a influência da posição angular das pás no torque medido. Para tanto, elas são projetadas móveis no hub, o que possibilitou variar sua angulação em relação ao escoamento, mudando assim o ângulo de ataque e, por conseguinte o torque produzido. Empregou-se um foto tacômetro para medir a rotação do modelo em giro livre. Com os dados obtidos, determina-se a curva de torque estático e a curva de RPM em função da velocidade incidente. Através da determinação experimental do perfil de velocidade incidente e do perfil de velocidade na esteira aerodinâmica de cada turbina é avaliada a variação da quantidade de movimento do escoamento e determinada a potência extraída pelos rotores em rotação livre. Este estudo visa contribuir com o projeto de um aerogerador real, prevendo as características aerodinâmicas que o equipamento apresentará se construído com o presente layout. Com os dados analisados se faz uma previsão para as curvas de potência dos protótipos. Os resultados experimentais de torque e potência demonstram boa aproximação com os resultados obtidos por avaliação analítica pelo método do elemento de pá. A prototipagem 3D administrada se mostrou eficaz traduzindo realismo e excelente custo-benefício. A turbina construída com Pás Ótimas de Betz apresentou torque estático 17,8% superior à construída com as Pás Modificadas e extraiu 22% a mais de potência do escoamento de ar. / This paper presents the experimental evaluation in wind tunnel of two small wind turbines features five blades. Therefore, using 3D prototyping, two models were built on a reduced scale, which were first evaluated using Optimal Blade Betz and Optimal Blade Betz Modified. Prior to evaluating the distribution machine at speeds determined in the tunnel cross-section with the aid of a Pitot tube. With the known tunnel velocity profile, determines the static torque of the prototype with the use of a digital torquimeter coupled to the machine axis, which recorded all the readings for the speed range of 1 m/s to 9,88 m/s. Also with the torquimeter evaluates the influence of the angular position of the blades in the measured torque. Therefore, it is mobile designed in the hub, allowing vary their angle in the outflow, thereby changing the angle of attack and therefore the torque produced. Employed a photo tachometer for measuring the rotation of the model in free spin. With the data, determines the static torque curve and RPM curve as a function of incident speed. Through experimental determination of the incident velocity profile and the velocity profile in the aerodynamic wake of each turbine is evaluated the variation of the amount of movement of the flow and determined the power extracted by the rotor in free rotation. This study aims to contribute to the design of a real wind turbine informing the aerodynamic characteristics of the equipment shall be constructed with this layout. With the data analyzed to make a prediction for the prototype power curves. The experimental results demonstrate torque and power good approximation to the results obtained by evaluation by analytical element of the paddle method. The turbine constructed with Optimal Betz Blades presented static torque 17,8% higher than constructed with the Modified Blades and extracted 22% more power air outflow.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de sistema capaz de monitorar, adquirir, armazenar e transmitir dados remotamente utilizando diversos sensores e rede de celulares 3G para ser aplicada no projeto de pequenos aerogeradores, tendo como meta gerar um produto que apresente boa relação custo/eficiência, com emprego de materiais e processos de manufatura adaptados à realidade mundial. É apresentado um novo modelo de sistema para aquisição de dados, baseado na integração das novas tecnologias da informação e comunicação e de técnicas de processamento analógico e digital de sinais, visando estudar o desempenho de parâmetros gerados em um pequeno aerogerador de bancada. Através deste modelo será possível monitorar continuamente, dentro dos intervalos previstos de amostragem, a ocorrência de mudanças dos parâmetros analisados através de sensores instalados no aerogerador. Os resultados das análises destes sensores podem ser adquiridos e transmitidos remotamente através da Rede 3G, diretamente para uma sala de operações ou ainda ser disponibilizada na WEB através das novas tecnologias e mídias sociais. As informações aqui estudadas mostram resultados que podem ser úteis para qualquer segmento do mercado e para todas as áreas científicas, econômicas e ambientais, que queiram conhecer e aplicar o modelo de um sistema de aquisição e monitoração de dados para o gerenciamento de aerogeradores de pequeno porte. Apesar de no experimento ter sido utilizado variáveis de um aerogerador, são mostradas outras aplicações possíveis de aquisição de dados, monitoramento e experimentos remotos utilizando-se o canal de comunicação celular 3G e a integração das novas tecnologias de informação e comunicação. / This thesis presents the development of model system that can monitor, acquire, store and transmit data remotely using various sensors and 3G cellular network to be applied in the design of small wind turbines, aiming to generate a product that presents a cost-efficient through use of materials and manufacturing processes adapted to the reality world. It presented a new model system for data acquisition based on the integration of new information technologies and communication and processing techniques of analog and digital signals, to study the performance of parameters generated in a small wind turbine bench and remote. Through this model will be possible to monitor continuously, within the ranges provided for sampling, the occurrence of changes of parameters measured by sensors installed in the turbine. The results of analysis of these sensors can be acquired and transmitted remotely via the 3G network, directly to an operating room or be available on the Web with new technologies and social media. The information studied here show results that may be useful for any market segment and for all scientific, economic and environmental issues, willing to learn and apply the model of an acquisition system and data monitoring for management of small wind turbines. Although the experiment has been used variables of a wind turbine, are shown other possible applications of data acquisition, remote monitoring and experiments using the 3G mobile communication channel and the integration of new information technologies and communication.

Este trabalho foi desenvolvido como parte das atividades relacionadas ao projeto de cooperação internacional Brasil-Alemanha intitulado "Bulk metal formed parts for power plants" pertencente ao BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa Colaborativa em Tecnologia de Manufatura), realizado em parceria entre o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e o Instituto de Conformação Mecânica (IBF) da Universidade Técnica de Aachen (RWTH), Alemanha. Este projeto visa o desenvolvimento do processo de forjamento a quente em matriz aberta para a produção de um eixo vazado para aplicação em aerogeradores de energia, em substituição à eixos maciços usualmente obtidos por fundição, visando aumento de desempenho mecânico e redução de peso da estrutura. Neste trabalho buscou-se analisar, por meio de simulação numérica computacional empregando o método de elementos finitos, diferentes parâmetros de forjamento, de modo a indicar a configuração operacional que se mostra mais adequada para a produção de um eixo vazado para a aplicação pretendida. Para isto, foram realizados cinco experimentos numéricos, avaliando a influência de parâmetros de forjamento na qualidade do produto forjado. Alguns parâmetros analisados foram: a sequência operacional de forjamento, geometrias e combinações de matrizes utilizadas industrialmente, razão de mordida, etc. Para as simulações termomecânicas foi utilizado o software de Elementos Finitos PEP/Larstran acoplado ao módulo de simulação de microestrutura Strucsim. O material utilizado nas simulações foi o aço DIN 42CrMo4 (AISI 4140). Os resultados mostraram que, dentre as diferentes combinações e geometrias de matrizes analisadas, o emprego de um par de matrizes côncavas, aplicando a sequência operacional-A analisada, tende a propiciar um produto de mais alta qualidade, promovendo maior uniformidade de deformação e microestrutura mais homogênea. Também, a razão de mordida influencia diretamente na qualidade do produto, sendo que uma razão de mordida na ordem de 0,6 induz graus de deformação maiores e mais profundos na peça forjada, ao mesmo tempo em que exige maiores cargas de conformação. Comparativos entre resultados da simulação e resultados experimentais de ensaios de compressão a quente de corpos de prova cilíndricos foram realizados para validação do software de simulação numérica. Os resultados experimentais mostraram que o software de simulação numérica pode prever com boa aproximação o fluxo de material e a evolução microestrutural durante o forjamento a quente do aço DIN 42CrMo4. / This work was developed as a part of the activities related to the international cooperation project between Brazil and Germany titled "Bulk formed metal parts for power plants" belonging to BRAGECRIM (Brazil-Germany Initiative for Collaborative Research in Manufacturing Technology). This project is in partnership between the Metal Forming Laboratory (LdTM) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the Institute of Metal Forming (IBF), from Technical University of Aachen (RWTH), Germany. The project aims the development of an open die forging process to produce a hollow shaft for application in wind turbines, replacing the solid shafts usually obtained by casting, in order to increase the mechanical performance and providing weight reduction to wind turbines. The present work aimed to analyze different forging parameters, using Finite Element Method, in order to indicate most suitable forging configuration to the production of a hollow shaft. Five numerical experiments were performed, evaluating the influence of various forging parameters on the quality of the forged product, such as the forging sequence, tool geometries and tool combinations and bite ratio. For thermomechanical simulations the Finite Element software PEP/Larstran was used, coupled to the microstructure simulation module Strucsim. The material used for the numerical simulations was the DIN 42CrMo4 steel (AISI 4140). The results showed that, among the different parameters analyzed, the use of concave dies, applying the operational sequence-A, tends to provide a forged with higher quality, promoting uniform strain distribution and homogeneous microstructure. Also, results showed that a bite ratio around 0,6 provides higher and deeper strain degrees, but requires higher forming loads. Hot compression tests using cylindrical specimens were performed to validate the numerical simulation software, including microstructure evolution. Comparison between simulation and experimental results showed that the numerical simulation software can predict with good approximation the material flow and microstructure evolution during hot forging for DIN 42CrMo4 steel.

Esta dissertação propõe um projeto de aerogerador que é composto de uma turbina eólica de cinco pás, acoplada a um difusor e um gerador elétrico, com a finalidade de gerar energia elétrica com ventos de velocidade a partir de 4 m/s. São apresentados os pressupostos teóricos referentes ao estudo e dimensionamento aerodinâmico de uma pá, baseados principalmente na teoria do disco atuador e na teoria aerodinâmica, através do método de Betz. É feito o estudo de um difusor para ser acoplado à turbina com o objetivo de aumentar o aproveitamento energético. No final foram estudadas as principais topologias utilizadas para a geração eólica e é selecionado o gerador síncrono de ímãs permanentes. A seguir foram estudadas e dimensionadas as partes ativas do gerador (diretamente envolvidas na conversão eletromagnética). É projetado um aerogerador trifásico com enrolamentos distribuídos. O rotor, que é acoplado às pás, localiza-se internamente. Os ímãs permanentes de Neodímio-Boro-Ferro são montados na superfície do rotor. Conclui-se com a avaliação do aerogerador proposto com base nas simulações computacionais de seu desempenho. / This thesis proposes a wind generator design which combines a five blade wind turbine that is attached to a diffuser and an electrical generator. The design aims to produce electric power from 4 m/s starting wind speeds. It presents the theoretical study concerning the design and aerodynamics of a blade, commonly based on the theory of actuator disc and aerodynamic theory, through the method of Betz. A study was conducted on a diffuser to be coupled to the turbine in order to increase the energy utilization. In the end, the main topologies used for wind generation were presented, and the permanent magnet synchronous generator was selected. Next, all the active parts of the generator (directly involved in electromagnetic conversion) were studied and determined. An outer stator with three-phase distributed windings was designed. The rotor, which is coupled to the blades, is located internally. The Neodymium-Iron-Boron permanent magnets are mounted on the rotor surface. It is concluded with an evaluation of the proposed wind generator in accordance with its behavior computational simulations.

Aerogeradores, ou turbinas eólicas, são máquinas instaladas em grandes parques eólicos que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. A definição da separação e da interação entre máquinas é um fator fundamental de análise durante a fase de projeto, pois os chamados efeitos de esteira podem inviabilizar o desenvolvimento de um parque eólico. Em geral, a esteira de um aerogerador está caracterizada por um significativo déficit de velocidade e uma intensificação dos níveis de turbulência, o que ocasiona a diminuição da eficiência aerodinâmica e a redução da vida útil das máquinas localizadas a sotavento. Embora existam diferentes pesquisas destinadas à compreensão e previsão dos efeitos de esteira, o problema permanece como uma questão desafiadora que exige a adoção de ferramentas de alta precisão para sua identificação. Este trabalho apresenta uma metodologia experimental em túnel de vento, para a caracterização e avaliação do campo de escoamento na esteira aerodinâmica de um modelo reduzido, sob diferentes condições de escoamento incidente. Especificamente, investiga-se a influência da turbulência atmosférica para quatro perfis de escoamento: i) uniforme-suave; ii) uniforme-turbulento; iii) lei potencial com expoente α = 0,11; iv) lei potencial com expoente α = 0,23. Todos os casos foram conduzidos sob condições de estratificação neutra, e foi utilizado anemômetro de fio-quente para efetivar as medições dos perfis de velocidade média e intensidade da turbulência, em diferentes posições da esteira. Os resultados mostraram diferenças substanciais no comportamento dos perfis de esteira, em função dos níveis de turbulência incidente. Particularmente, observou-se que o incremento da turbulência atmosférica reduz o déficit de velocidade e promove uma maior mistura turbulenta, o que acelera a dissipação dos efeitos de esteira. Assim, a metodologia experimental em túnel de vento evidencia-se como uma importante ferramenta de análise que possibilita amplo espectro para a investigação, precisão e confiabilidade de projetos eólicos. / Wind turbines are machines installed in large wind farms to convert the wind's kinetic energy into electrical power. For an optimal wind farm siting, it is necessary to take into account the interaction between wind turbine wakes. In general, wake effects are associated with velocity deficit and enhanced turbulence intensity. This may reduce the aerodynamic efficiency and lifetime of downwind turbines, making the project unfeasible. Several experimental and numerical studies have been conducted to unravel the behavior of wind turbine wakes under different inflow conditions. However, current wind farm siting tools are incapable of accurately predicting and assessing its effects. This document presents an experimental methodology in the wind tunnel to survey the influence of the atmospheric turbulence on the wake flow field of a wind turbine model. Specifically, four different flow conditions were investigated: i) uniform-laminar; ii) uniform-turbulent; iii) power law exponent α = 0.11; iv) power law exponent α = 0.23. All cases were developed under neutrally stratified conditions. Hot-wire anemometry was used to obtain high-resolution measurements of the mean velocity and turbulence intensity profiles at different downwind positions. Results show that different turbulence intensity levels of the incoming flow lead to substantial differences in the spatial distribution of the wakes. Particularly, higher ambient turbulence promotes a faster wake recovery and lower velocity deficit. In conclusion, the use of wind tunnel experiments is a trustworthy alternative that brings precision and reliability to wind projects.