A pesquisa em energia eólica tem crescido substancialmente nos últimos anos, consideravelmente impulsionada pela busca por fontes de energia limpa e renovável. Devido ao grande crescimento na demanda por essas fontes de energia, e também pelo fato da energia eólica ser uma virtual candidata a ocupar lugar de destaque entre elas, a capacidade de geração de energia das turbinas eólicas atuais têm aumentado consideravelmente. E por consequência também o seu tamanho. Assim sendo, aprimoramentos nos métodos de projeto são cada vez mais necessários. Os projetos atuais necessitam, portanto levar em consideração os problemas relacionados com a não estacionariedade do escoamento que passa em torno da pá de uma turbina eólica. Tais efeitos precisam ser levados em conta, sob pena de uma superestimativa dos valores de potência de saída e rendimento aerodinâmico das turbinas. A esmagadora maioria dos procedimentos e pacotes computacionais atuais emprega modelos semiempíricos para representar a influência da esteira do rotor da turbina, sobre desempenho aerodinâmico de suas pás. Propõe-se um novo modelo matemático para representar essa influência. Para isso é empregada a Função de Deficiência de Sustentação (Lift Deficiency Function - LDF) atribuída a Loewy. O modelo físico de Loewy para definir essa função também é conhecido por Problema da Esteira Recorrente (Returning Wake Problem). O emprego de um modelo analítico reduz a dependência de ensaios experimentais para ajuste de parâmetros necessários para calibrar esses modelos semiempíricos. Além disso, a solução analítica é matematicamente mais elegante, computacionalmente viável e suficientemente rápida para fornecer uma função objetivo de otimização para o projeto aerodinâmico da pá da turbina eólica.

With an increasing demand of energy and its associated costs, it is mandatory that different sources of energy are researched, providing the market with more efficient and economically feasible power options. An alternative to hydroelectric power, dominant in Brazil and receiving more investments every day, Wind Power is still more expensive than other sources. Then, the need to study the design, to model, and to optimize it, arises. The purpose of this work is to present the development of a computational tool intended to aid the preliminary structural design of a Wind Turbine Blade, given the aerodynamic geometry (as span, profile and chords). As an applied example, a 2 MW turbine glass-fiber blade model and operational loads are automatically (batch driven) generated and analyzed concerning stress and deformation. Some iterations are made and a structural resistant and light weighted geometry is defined.

ALMEIDA, B. R. de. Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical. 2012. 154 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-02-23T17:43:35Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_bralmeida.pdf: 7924219 bytes, checksum: ecf045bae615528fb4f01b868f586bf8 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-02-23T17:44:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_bralmeida.pdf: 7924219 bytes, checksum: ecf045bae615528fb4f01b868f586bf8 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-02-23T17:44:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_bralmeida.pdf: 7924219 bytes, checksum: ecf045bae615528fb4f01b868f586bf8 (MD5) Previous issue date: 2012-01 / An option to minimize the energetic problems using renewable energy sources is the distributed micro generation in urban areas. In this kind of environment, where the winds are not regular ande turbulent, the efficiencies from vertical axis wind turbines are comparable to those ones from horizontal axis wind turbines, with the additional vantage of producing low mechanical vibrations at low rotation speeds. Thus, in order to explore this technology, this work presents a wind energy conversion system using a 1.5 kW vertical axis wind turbine. Firstly, a two power conversion stages topology is proposed, the first stage is a high frequency, semi controlled, three phase rectifier and the second stage is a classical Buck converter, the proposed topology is controlled by an analog control system. Secondly, in order to achieve size and efficiency improvements, a second topology is proposed, where the classic Buck converter is substituted by a synchronous, interleaved Buck converter, this second topology is fully digitally controlled. For both topologies, qualitative and quantitative analyses have been realized as well as its control systems have been design. Finally, simulation results are presented for both topologies, where an 18.5% input current total harmonic distortion can be verified for both topologies and, a 30% reduction of rms current trough dc link capacitors is verified for the second topology. A 1.5 kW prototype, based on the first proposed topology, was built and tested, achieving a full power efficiency of 91%. / Uma alternativa para minimizar os problemas energéticos utilizando fontes renováveis de energia, é a microgeração distribuída em meios urbanos. Neste ambiente onde os ventos são turbulentos e irregulares, as turbinas eólicas de eixo vertical apresentam uma eficiência muito próxima às turbinas eólicas de eixo horizontal, com a vantagem de possuírem baixas vibrações, por trabalharem com baixas rotações. Assim, com o objetivo de explorar esta tecnologia de eixo vertical, este trabalho apresenta um sistema eólico de conversão de energia utilizando uma turbina de eixo vertical de 1500 watts. Inicialmente é proposta uma topologia composta por dois estágios de conversão, sendo o primeiro um retificador trifásico semicontrolado em alta frequência (RTSCAF) e o segundo estágio um conversor Buck convencional, onde todo o controle é feito de forma analógica. Buscando melhorias com relação ao rendimento e tamanho, é proposta em seguida uma segunda topologia, onde o conversor Buck convencional é substituído por um conversor Buck intercalado síncrono, com controle totalmente digital. Para todos os conversores, foram realizadas as análises qualitativa e quantitativa, sendo realizado também o projeto dos componentes e dos controladores. Ao final são apresentados os resultados de simulação onde se verifica uma distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada de aproximadamente 18,5% para ambas as topologias, e observa-se uma diminuição de 30% na corrente eficaz que circula no banco de capacitores do barramento cc ao utilizar o conversor Buck intercalado síncrono, na segunda topologia. O protótipo experimental de 1500 watts da primeira topologia foi testado e apresentou um rendimento de 91% para potência nominal.

O presente trabalho busca contribuir com a expansão do desenvolvimento tecnológico e científico na geração de energia elétrica da modalidade eólica. O trabalho apresenta em detalhes as principais considerações e carregamentos em como proceder as análises para o dimensionamento de uma torre cônica tubular metálica para um gerador eólico de 100 kW. São considerados os aspectos de vibrações mecânicas e de análise estrutural estática, tanto da estrutura global como a análise detalhada das juntas parafusadas pré-tensionadas. O trabalho se justifica pela necessidade de redução de custo e pelo desenvolvimento de estruturas mais eficientes para as diversas regiões do país que possuem diferentes potenciais energéticos para geração de energia eólica.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho aerodinâmico de geradores eólicos em escala reduzida. Inicialmente é desenvolvido o projeto do rotor eólico com base na aplicação da Teoria de Elemento de Pá, onde são definidas as dimensões características com base na velocidade nominal e a razão de velocidade na ponta da pá. Para o calculo do escoamento é gerado um domínio periódico representando apenas uma pá. A discretização do domínio computacional foi realizada com uma malha hibrida com camadas prismáticas na parede da pá. Para a obtenção da solução numérica 3D é utilizado o software CFX. Resultados como: potencia de eixo, torque, e coeficiente de potencia tanto do modelo como do protótipo foram reportados. Finalmente foi avaliado o desempenho do protótipo e do modelo, com a presença de pequenas diferenças que deram origem à determinação de uma função de transposição mediante a utilização do ajuste de curvas no software Matlab, com a qual é possível obter correlações entre protótipo e modelo em situações de Reynolds diferentes. Esta contribuição permitira auxiliar no projeto de rotores eólicos na determinação do coeficiente de potencia. Entre tanto, esta lei de transposição devera ser validada experimentalmente.

O setor de microgeração eólico no mundo já supera 270MW com milhares de pequenas turbinas com até 100kW de potencia instalada. Em 2010, este setor, no mundo, cresceu mais de 50% em faturamento e deve continuar em alta à medida que a expectativa do preço da energia seja de alta e a consciência ambiental aumente. No Brasil, a microgeração recebeu um grande incentivo com a Resolução Normativa da ANEEL N 482, de 17 de abril de 2012 que estabelece as condições gerais para a conexão de sistemas de microgeração e minigeração distribuída às redes de transmissão de energia elétrica tais como Pequenas Centrais Hidráulicas - PCH, Solar fotovoltaico, Eólico, Biomassa e Cogeração qualificada. Com esta normativa, qualquer cidadão brasileiro, quer seja pessoa física ou jurídica, pode agora montar um sistema de geração de energia de pequeno porte utilizando painel solar fotovoltaico ou aerogerador, conectá-lo na rede pública de energia e receber créditos para abater na sua própria conta de energia. Neste trabalho serão focadas as tecnologias Fotovoltaica e eólica, pois são as que apresentam maior desenvolvimento no país e são mais adequadas à geração distribuída. Como esta resolução normativa é bastante recente, pois entrou em vigor em dezembro de 2013, surgem grandes questionamentos que podem definir o futuro da microgeração distribuída no país: - Compensa investir em sistemas de micro ou minigeração distribuídas de energia, no contexto da normativa 482? - Com quanto tempo o meu investimento trará retorno? Neste contexto o objetivo desta dissertação é aplicar ferramentas de modelagem de processo para detalhar o passo a passo deste novo negócio de geração distribuída de energia, utilizando sistema solar ou eólico, identificando as variáveis envolvidas no processo, principalmente aquelas que podem contribuir para a avaliação da viabilidade econômica do processo em estudo. Para respaldar este estudo, foi desenvolvida toda uma fundamentação teórica envolvendo as principais áreas da tecnologia, necessárias ao bom entendimento do trabalho. Foi proposto um modelo para este novo negócio de geração de energia com 14 subprocessos.O resultado da modelagem deste processo nos trouxe um fluxo de trabalho com 14 subprocessos bastante detalhados, onde foi aplicada a ferramenta SIPOC, que mostrou os fornecedores, as entradas , as saídas e os clientes de cada subprocesso.Por fim, o modelo foi aplicado num projeto real de um sistema fotovoltaico de 50kWp, onde o estudo de viabilidade mostrou que a tecnologia fotovoltaica, na atual realidade brasileira, não se apresenta com uma boa opção de investimento para empresas enquadradas nas tarifas do grupo A.Já para os estabelecimentos do grupo B (tarifa residencial) essa tecnologia já apresenta uma boa atratividade para o investimento.

A demanda por energia elétrica nos últimos anos tem crescido a ritmos constantes. Países em desenvolvimento como a China e a Índia estão apresentando taxas de aumento de consumo de energia elétrica na faixa de 5% a 5,5% anuais, o que faz com que parte deste aumento de consumo seja fornecida através de uma geração com menor emissão de carbono. A energia eólica, por sua vez, é uma das formas de geração que apresenta um dos preços mais altos da energia. Por outro lado, diversos outros desafios se apresentam para que a energia eólica seja utilizada em larga escala e a sua implantação exige altos níveis de cooperação com entidades de proteção do meio-ambiente e governos locais de modo que sua operação seja rentável. O método da quantidade de movimento do elemento de pá (Blade Element Momentum Theory) se baseia no fato de que a variação da quantidade de movimento imposta a um anel do rotor é igual à força que o vento exerce sobre este elemento de pá. Esta aproximação simples, inicialmente concebida por Prandtl e Glauert, deve ser corrigida para diversos fenômenos, como as perdas originadas por arrasto induzido na ponta da pá, a rotação da esteira, o ângulo de inclinação entre o rotor e o vento incidente e demais fatores. Apesar dessas desvantagens, este trabalho mostra que o método do momentum do elemento de pá é uma boa forma de se obter mais rapidamente estimativas que levariam muito tempo de ser avaliadas caso fossem obtidas em um programa computacional comercial de mecânica dos fluidos. O objetivo deste trabalho é a análise e a seleção de uma pá eólica ótima, em estágio de projeto preliminar, utilizando o método do momentum do elemento de pá na sua forma em uma equação. Para tal, foram utilizadas rotinas computacionais menos onerosas que os tradicionais métodos de dinâmica dos fluidos computacional. O tipo de rotina numérica que mais se adequa à geração de parâmetros aerodinâmicos de um perfil é o método dos painéis. O método dos painéis e o método da quantidade de movimento do elemento de pá foram utilizados para se obter maiores coeficientes de potência (o coeficiente de potência CP é a relação entre a energia extraída do fluido e a energia disponível do fluido que passa por um rotor de turbina) de uma pá em um regime de operação pré-determinado.

Este trabalho tem o objetivo de avaliar o desempenho aerodinâmico de uma turbina eólica utilizando as técnicas de dinâmica dos fluidos computacional. Inicialmente, a pá ótima de um gerador eólico de 250kW foi desenvolvido com base na aplicação da Teoria do Elemento de Pá de Glauert, levando em consideração os efeitos de perdas de ponta de pá e rotação da esteira. As características da pá ótima foram definidas através da velocidade do vento e razão de velocidades na ponta da pá. O código utilizado também considera o efeito do ângulo de passo (pitch) e torção geométrica. A avaliação numérica de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) foi desenvolvida através do software comercial ANSYS Fluent v.14.5. Os métodos utilizados para a discretização do domínio computacional e as técnicas de processamento, tais como condições de contorno, modelos de turbulência e critérios de convergência, estão descritos nesta dissertação. A análise do desempenho do rotor para várias condições de ângulo de passo, rotação e velocidade do vento médio serão devidamente apresentadas. Vários resultados são apresentados e analisados, incluindo a potência líquida extraída pelo rotor, eficiência aerodinâmica da pá, desenvolvimento da esteira do rotor, camada limite, gradiente de pressão, entre outros.

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.