Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Mediante a crescente necessidade de aumento na oferta de energia elétrica devido à constante elevação na demanda mundial, esta dissertação avalia o desempenho de um sistema conversor de energia de ondas marítimas em energia elétrica. O sistema em análise é o de coluna de água oscilante com turbina de dupla ação instalado na costa. Utiliza-se um modelo regular de ondas como perturbação à dinâmica de uma câmara semi-submersa gerando fluxo de ar através de uma turbina à ar de dupla ação. O sistema final é não linear e com parâmetros variantes no tempo. A dissertação investiga possibilidades para o aumento do rendimento da turbina em diferentes condições de mar através do método de simulação numérica. Após a modelagem física e matemática do sistema escolhido, inicia-se a síntese de um controlador proporcional derivativo para controle da pressão de ar na turbina em torno da pressão ideal de trabalho da mesma. A análise inclui o comparativo entre os resultados do sistema com e sem controlador e a avaliação de robustez utilizando ondas com amplitude variável. O trabalho apresenta ainda propostas de otimização do sistema para trabalhar em condições similares a região de Pecém no Brasil. Pelos resultados obtidos nas simulações, conclui-se que o rendimento e a robustez do sistema podem melhorar utilizando um sistema controlado. O rendimento do sistema poderá ainda ser otimizado para a região de instalação. / Facing the growing necessity in increasing the electrical energy offer due to the constant rise in worldwide demand, this work evaluates the performance of an ocean wave energy converter into electrical energy. The system under analysis is an oscillating water column with dual action turbine installed in a shore. A regular wave model is used as disturbance to the semi-submerged air chamber dynamic generating an air flow through the dual action air turbine. The final system is nonlinear and contains time varying parameters. This work investigates, through numerical simulation, possibilities to increase the turbine efficiency under different ocean conditions. After the physical and mathematical modeling, it is synthesized a proportional derivative controller to control the air pressure in the turbine around its ideal working pressure. The analysis of results includes a comparison between results obtained for the system with and without controller and a robustness evaluation with amplitude variation in ocean waves. The work also presents optimization proposals for the system working in conditions similar to the Pecém region in Brazil. By the results obtained with simulation, it is concluded that the efficiency and robustness were improved for the controlled system. It is observed that the efficiency can be optimized for the installation area.

Mediante a crescente necessidade de aumento na oferta de energia elétrica devido à constante elevação na demanda mundial, esta dissertação avalia o desempenho de um sistema conversor de energia de ondas marítimas em energia elétrica. O sistema em análise é o de coluna de água oscilante com turbina de dupla ação instalado na costa. Utiliza-se um modelo regular de ondas como perturbação à dinâmica de uma câmara semi-submersa gerando fluxo de ar através de uma turbina à ar de dupla ação. O sistema final é não linear e com parâmetros variantes no tempo. A dissertação investiga possibilidades para o aumento do rendimento da turbina em diferentes condições de mar através do método de simulação numérica. Após a modelagem física e matemática do sistema escolhido, inicia-se a síntese de um controlador proporcional derivativo para controle da pressão de ar na turbina em torno da pressão ideal de trabalho da mesma. A análise inclui o comparativo entre os resultados do sistema com e sem controlador e a avaliação de robustez utilizando ondas com amplitude variável. O trabalho apresenta ainda propostas de otimização do sistema para trabalhar em condições similares a região de Pecém no Brasil. Pelos resultados obtidos nas simulações, conclui-se que o rendimento e a robustez do sistema podem melhorar utilizando um sistema controlado. O rendimento do sistema poderá ainda ser otimizado para a região de instalação. / Facing the growing necessity in increasing the electrical energy offer due to the constant rise in worldwide demand, this work evaluates the performance of an ocean wave energy converter into electrical energy. The system under analysis is an oscillating water column with dual action turbine installed in a shore. A regular wave model is used as disturbance to the semi-submerged air chamber dynamic generating an air flow through the dual action air turbine. The final system is nonlinear and contains time varying parameters. This work investigates, through numerical simulation, possibilities to increase the turbine efficiency under different ocean conditions. After the physical and mathematical modeling, it is synthesized a proportional derivative controller to control the air pressure in the turbine around its ideal working pressure. The analysis of results includes a comparison between results obtained for the system with and without controller and a robustness evaluation with amplitude variation in ocean waves. The work also presents optimization proposals for the system working in conditions similar to the Pecém region in Brazil. By the results obtained with simulation, it is concluded that the efficiency and robustness were improved for the controlled system. It is observed that the efficiency can be optimized for the installation area.