The renewable sources of energies are shown as an interesting alternative to minimize the problem of the electric power lack faced by the rural man, mainly in the remote places where the difficulties of distribution of the electrification lines, above all in the economical aspect, they are big being shown unviable. The energy eolic besides other purposes, can be taken advantage of in bombs of water for irrigation. Like this, enormous amount of energy consumed for bombeament of water can be saved by the introduction of bombs of Catavento, because it is a consolidated technology, no pollutant and through studies, it was already proven that the bombeament of water using the speed of pumping of Catavento is very economical. This Dissertation intends to present, starting from a concept of maintainable development anchored in seven dimensions of the sustentabilidade (ecological, economical, social, space, cultural, technological and politics), a project of generators eolics of small load, developing to leave of that project, a group of criteria capable to contribute for evaluation of the viability of the same. It is also presented an example of project of energy eolic, that seeks to reduce the energy dependence in the agriculture and to contribute for the superation of the current problems of provisioning of the energy section. Finally, these criteria are tested to analyze the viability of this alternative project and the applicability of this technology, with the purpose of increasing the exploration of that type of alternative energy, promoting the maintainable development and benefitting the small producer. As result, was ended that the volume of water pumped by Catavento is enough for small overhead irrigations, storage in reservoirs for a subsequent use for gravity or to have his/her direct use for the human consumption or of animals always depending on the height manometric and of the amount of water requested by the user. . / As fontes renováveis de energias mostram-se como uma alternativa interessante para minimizar o problema da falta de energia elétrica enfrentada pelo homem rural, principalmente nos locais remotos onde as dificuldades de distribuição das linhas de eletrificação, sobretudo no aspecto econômico, são grandes mostrando-se inviáveis. A energia eólica além de outros propósitos pode ser aproveitada em bombas d'água para irrigação. Assim, enorme quantidade de energia consumida para bombeamento d'água pode ser poupada pela introdução de bombas de Catavento, pois é uma tecnologia consolidada, não poluente e através de estudos, já foi provado que o bombeamento d'água usando a velocidade de bombear do Catavento é muito econômico. Esta Dissertação pretende apresentar, a partir de um conceito de desenvolvimento sustentável ancorado em sete dimensões da sustentabilidade (ecológica, econômica, social, espacial, cultural, tecnológica e política), um projeto de geradores eólicos de pequeno porte, desenvolvendo a partir desse projeto, um conjunto de critérios capazes de contribuir para avaliação da viabilidade do mesmo. É também apresentado um exemplo de projeto de energia eólica, que visa reduzir a dependência energética na agricultura e contribuir para a superação dos atuais problemas de abastecimento do setor energético. Por fim, estes critérios são testados para analisar a viabilidade deste projeto alternativo e a aplicabilidade desta tecnologia, com o propósito de aumentar a exploração desse tipo de energia alternativa, promovendo o desenvolvimento sustentável e beneficiando o pequeno produtor. Como resultado, concluiu-se que o volume de água bombeado pelo Catavento é suficiente para pequenos sistemas de irrigação, armazenamento em reservatórios para uma posterior utilização por gravidade ou ter o seu uso direto para o consumo humano ou de animais dependendo sempre da altura manométrica e da quantidade de água solicitada pelo usuário.

O presente trabalho analisa o papel que a avaliação da conformidade de produtos, pessoas, serviços e instalações apresenta dentro do processo da construção de infraestrutura predial para a distribuição e uso dos gases combustíveis. Analisam-se as condições obrigatórias para a garantia de segurança ao consumidor final na expansão desse mercado nos países em desenvolvimento como o Brasil. Discute-se a necessidade do controle de um conjunto de objetos (elementos e agentes) diretamente vinculados a essa infraestrutura e a sua correlação com os aspectos de qualidade e segurança no setor. Parte-se do levantamento dos conceitos de avaliação da conformidade e das metodologias e critérios de seleção, aplicáveis a cenários específicos para determinação dos sistemas ideais a serem utilizados. Esse aparato conceitual é aplicado ao estudo de caso dos sistemas de avaliação da conformidade existentes no segmento do gás em países representantes dos principais blocos econômicos internacionais. Realiza-se uma análise comparativa entre os diversos cenários pesquisados, apresentando um exercício de reflexão a respeito da situação de integração dos sistemas de avaliação da conformidade para o setor do gás. O trabalho desenvolve uma análise crítica do cenário brasileiro, a partir do estabelecimento de um modelo ideal de sistema integrado de avaliação da conformidade, contemplando os principais objetos vinculados à infraestrutura para distribuição e uso do gás no segmento residencial. Avaliam-se detalhes da situação de conformidade de materiais, mão de obra, empresas instaladoras e instalações no Brasil, em contraponto ao modelo ideal e a realidade internacional. A observação da situação dos sistemas de avaliação da conformidade no cenário internacional indica a necessidade de sistemas integrados e aplicáveis aos objetos (materiais, mão de obra, serviços e instalações prediais) vinculados à infraestrutura predial para distribuição e uso residencial de gases combustíveis. Igualmente, relaciona a existência desses sistemas com a diminuição de acidentes e o aumento da segurança no setor. A análise crítica sobre a situação brasileira, em comparação com os sistemas de avaliação da conformidade ideais e a realidade internacional, revela fragilidades e dificuldades nacionais que precisam ser superadas. / This paper examines the role that the conformity assessment of products, persons, services and installations presents within the process of building infrastructure construction for gas distribution and use. Analyze the conditions required for the security guarantee to the consumer in the expansion of this market in developing countries like Brazil. It discusses the need for control of a set of objects (elements and agents) directly linked to this infrastructure and its correlation with quality and safety aspects in the industry. Part of the survey of conformity assessment concepts and methodologies and selection criteria, which apply to specific scenarios for determination of ideal systems to be used. This conceptual framework is applied to the case study of conformity assessment systems existing in the segment of the gas in countries representatives of major international economic blocs. Performs a comparative analysis between the various scenarios surveyed, showing an exercise of reflection on the situation of conformity assessment integrated systems for the gas sector. The work develops a critical analysis of the Brazilian scenario, from the establishment of an ideal model of conformity assessment integrated system, covering key subjects related to the infrastructure for distribution and use of gas in the residential segment. Assesses compliance situation details of materials, labor, installation companies and facilities in Brazil, in contrast to the ideal model and international reality. The observation of the conformity assessment systems situation in the international scenario indicates the need for integrated systems and applicable to objects (material, labor, services and facilities) related to building infrastructure for distribution and residential use of gas. Also, relates the existence of these systems with the decrease of accidents and increased security in the industry. Critical analysis on the situation in Brazil, compared with the ideals conformity assessment systems and international reality, reveals weaknesses and national problems that must to be overcome.

O presente trabalho analisa o papel que a avaliação da conformidade de produtos, pessoas, serviços e instalações apresenta dentro do processo da construção de infraestrutura predial para a distribuição e uso dos gases combustíveis. Analisam-se as condições obrigatórias para a garantia de segurança ao consumidor final na expansão desse mercado nos países em desenvolvimento como o Brasil. Discute-se a necessidade do controle de um conjunto de objetos (elementos e agentes) diretamente vinculados a essa infraestrutura e a sua correlação com os aspectos de qualidade e segurança no setor. Parte-se do levantamento dos conceitos de avaliação da conformidade e das metodologias e critérios de seleção, aplicáveis a cenários específicos para determinação dos sistemas ideais a serem utilizados. Esse aparato conceitual é aplicado ao estudo de caso dos sistemas de avaliação da conformidade existentes no segmento do gás em países representantes dos principais blocos econômicos internacionais. Realiza-se uma análise comparativa entre os diversos cenários pesquisados, apresentando um exercício de reflexão a respeito da situação de integração dos sistemas de avaliação da conformidade para o setor do gás. O trabalho desenvolve uma análise crítica do cenário brasileiro, a partir do estabelecimento de um modelo ideal de sistema integrado de avaliação da conformidade, contemplando os principais objetos vinculados à infraestrutura para distribuição e uso do gás no segmento residencial. Avaliam-se detalhes da situação de conformidade de materiais, mão de obra, empresas instaladoras e instalações no Brasil, em contraponto ao modelo ideal e a realidade internacional. A observação da situação dos sistemas de avaliação da conformidade no cenário internacional indica a necessidade de sistemas integrados e aplicáveis aos objetos (materiais, mão de obra, serviços e instalações prediais) vinculados à infraestrutura predial para distribuição e uso residencial de gases combustíveis. Igualmente, relaciona a existência desses sistemas com a diminuição de acidentes e o aumento da segurança no setor. A análise crítica sobre a situação brasileira, em comparação com os sistemas de avaliação da conformidade ideais e a realidade internacional, revela fragilidades e dificuldades nacionais que precisam ser superadas. / This paper examines the role that the conformity assessment of products, persons, services and installations presents within the process of building infrastructure construction for gas distribution and use. Analyze the conditions required for the security guarantee to the consumer in the expansion of this market in developing countries like Brazil. It discusses the need for control of a set of objects (elements and agents) directly linked to this infrastructure and its correlation with quality and safety aspects in the industry. Part of the survey of conformity assessment concepts and methodologies and selection criteria, which apply to specific scenarios for determination of ideal systems to be used. This conceptual framework is applied to the case study of conformity assessment systems existing in the segment of the gas in countries representatives of major international economic blocs. Performs a comparative analysis between the various scenarios surveyed, showing an exercise of reflection on the situation of conformity assessment integrated systems for the gas sector. The work develops a critical analysis of the Brazilian scenario, from the establishment of an ideal model of conformity assessment integrated system, covering key subjects related to the infrastructure for distribution and use of gas in the residential segment. Assesses compliance situation details of materials, labor, installation companies and facilities in Brazil, in contrast to the ideal model and international reality. The observation of the conformity assessment systems situation in the international scenario indicates the need for integrated systems and applicable to objects (material, labor, services and facilities) related to building infrastructure for distribution and residential use of gas. Also, relates the existence of these systems with the decrease of accidents and increased security in the industry. Critical analysis on the situation in Brazil, compared with the ideals conformity assessment systems and international reality, reveals weaknesses and national problems that must to be overcome.

Esta tese trata de dar um passo na direção de revisar o problema de estabilidade transitória e a teoria do método PEBS para incluir em seus fundamentos modelos de fontes alternativas e seus limites operacionais. A conceituação do método direto com restrição é estabelecida via teoria de sistemas dinâmicos restritos e do conceito de região de estabilidade restrita. Particularmente, avalia-se a estabilidade de velocidade das principais configurações de aerogeradores equipados com gerador de indução, considerando como requisito operacional a curva de suportabilidade a afundamentos de tensão, ou curva LVRT. Um sistema dinâmico auxiliar aumentado é desenvolvido para representar a curva LVRT, que é um requisito dependente do tempo, por meio de uma restrição invariante no tempo descrita em termos de uma variável de estado auxiliar. Este sistema auxiliar tem sua região de estabilidade irrestrita igual à região de estabilidade restrita do sistema dinâmico restrito. Os modelos são apresentados na forma de equações algébricas e diferenciais. O problema de estabilidade de velocidade e o problema de violação de limites de tensão são investigados via análises da região de estabilidade do ponto de equilíbrio estável do sistema pós-falta e dos tempos críticos de abertura obtidos para várias perturbações. Os resultados mostram que: i) para distintos limites operacionais e para distintos parâmetros da máquina de indução, as regiões de estabilidade para um dado ponto de equilíbrio podem ser significativamente diferentes, ii) na maioria dos casos analisados, os limites de tensão são violados antes dos aerogeradores perderem a estabilidade de velocidade, o que mostra como é importante considerar limites operacionais nas avaliações de estabilidade via método direto para evitar que o sistema elétrico de potência fique vulnerável e iii) as funções energia desenvolvidas, tanto para avaliar o problema de estabilidade de velocidade, como para avaliar o problema de violação de limites de tensão, são em geral capazes de realizar boas estimativas dos tempos críticos de abertura. Os estudos elaborados nesta tese sobre a avaliação da estabilidade de aerogeradores via método direto, contribuem com aplicações inéditas que podem ser utilizadas nas análises de segurança em tempo real de sistemas elétricos de potência que contemplem fontes alternativas e seus limites operacionais. / This thesis gives a step forward in the direction of reviewing the problem of transient stability and the theory of PEBS method to include models of renewable power plants and their operational limits. The formulation of direct methods with constraint is accomplished by exploring the theory of constrained dynamic systems and the concept of constrained stability region. In particular, the speed stability of the main wind turbine configurations equipped with an induction generator is analyzed, considering the low voltage ride-through requirement, or LVRT curve, as a constraint to the model. An augmented auxiliary dynamical system is developed to represent the time-dependent LVRT constraint as an equivalent time invariant constraint written in terms of an auxiliary state variable. This auxiliary system has its unconstrained stability region equals to the constrained stability region of the constrained dynamic system. The models are described in the form of algebraic and differential equations. The problem of speed stability and the problem of disconnection of wind turbines due to voltage limits violation are investigated via analysis of stability region of the post-fault equilibrium point and critical clearing times obtained for several perturbations. The results show that: i) for different operational limits and for different parameters of the induction machine, the stability regions for a given operating point can be significantly different, ii) in most cases, the violation of the LVRT curve occurs before the speed instability, which reveals the importance of include operational limits in transient stability analysis and in the formulation of direct methods and iii) in most cases, the developed energy functions to evaluate the problem of speed stability and the problem of voltage limits violation, are generally capable of making good estimates of critical clearing times. The developed studies about the transient stability assessment of different models of wind turbines via direct method contribute with applications that can be used in real-time security assessments of power systems that contemplate renewable power plants and their operational limits.

A captação eficaz da energia eólica ocorre por meio de turbinas de três pás com ângulo de passo e velocidade de rotação ajustáveis, sendo o ajuste do ângulo de passo utilizado para limitar a captação de energia na ocorrência de ventos muito fortes e o ajuste da velocidade de rotação utilizado para maximizar a captação da energia cinética dos ventos fracos. Neste regime de operação, o gerador deve converter a energia mecânica de entrada, caracterizada por velocidade de rotação e conjugado variáveis, em energia elétrica de saída nos padrões da rede elétrica a que estão conectados, caracterizada por tensão de valor eficaz e freqüência constantes. No presente trabalho, a conversão eletromecânica de energia é realizada por um gerador de indução duplamente alimentado, excitado pelos enrolamentos rotóricos por meio de um conversor eletrônico. O comportamento estocástico dos ventos e as não linearidades significativas da turbina eólica e do gerador motivaram a utilização de controladores difusos, elaborados de acordo com a seguinte metodologia: a base de regras foi estabelecida a partir dos princípios físicos e da dinâmica desejada para o sistema em malha fechada; as funções de pertinência de entrada foram distribuídas de maneira a garantir uma maior sensibilidade nas regiões próximas ao valor de referência; a distribuição das funções de pertinência de saída proporciona um aumento significativo da intensidade da ação de controle conforme a saída do sistema se afaste do valor de referência; e, a sintonia fina foi feita pelo dimensionamento dos universos de discurso de maneira a garantir a estabilidade do sistema em malha fechada e a dinâmica desejada para a variável controlada. Os resultados das simulações computacionais de variações em degrau nos valores de referência, tanto da velocidade de rotação quanto da potência reativa, demonstram dinâmica estável, sem overshoot ou erro de regime permanente. Destaca-se que, em relação ao estado-da-arte, o controlador difuso da velocidade de rotação proporciona uma dinâmica semelhante, mas com uma ação de controle desprovida de transitórios e picos 65% menores e o controlador difuso de potência reativa impõe uma resposta 64% mais rápida. Os resultados de simulações computacionais de regimes reais de ventos ilustram as atuações do sistema de controle, no ângulo de passo e na velocidade de rotação da turbina, para proporcionar ao aerogerador uma operação suave e estável sob diversos regimes de vento, desde os mais fracos até os mais intensos e turbulentos. / The efficient capture of aeolic-energy occurs by means of three blades turbines with adjustable pitch-angle and angular-speed. The pitch-angle adjustment is utilized to limit the aeolic-energy capture when occur very strong winds and, the angular speed adjustment is utilized to maximize the capture of kinetic energy of weak winds. In this mode of operation the generator must convert the input mechanical energy, which is characterized by variable angular speed and variable torque, in the output electrical energy that must obey the standards of the electrical network with constant RMS-voltage and frequency, where the aeolic-generator is connected. In this work the electromechanical energy conversion is done by one double-fed induction generator excited by means of an electronic converter applied to the rotor winding. The air masses complex dynamics, the wind regime stochastic nature, and the turbine and generator non-linear behavior motivated the use of the fuzzy controllers, elaborated in agreement with the following methodology: the rule base was established from the system\'s physical principles and from the desired closed loop dynamics; the input membership functions was distributed so that ensure a bigger sensibility in the regions near the reference value; the output membership functions distribution provide a control action significant increase as the systems output move away from the reference value; and, the fine tuning was made via scaling universes of discourse. The computer simulation\'s results of the, rotational speed and reactive power, reference values step, demonstrated stable dynamics, without overshoot or steady state error. It is emphasize that, in relation to state-of-art, the fuzzy speed controller provide similar dynamic, but with a control action without transients and peaks 65% smaller and the fuzzy reactive power controller impose a 64% faster response. Some computer simulations of the wind real regime show the pitch-angle and turbine angular speed reactions so that to supply the wind generator with a soft and stable operation, from the weak winds up to the most strong and turbulent winds.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increased demand for energy, the possibility of reducing the supply of conventional fuels and growing concerns about the preservation of the environment have led to several researches and development of alternative energy sources which are clean, renewable and with minor environmental impact. Among the various alternative energy sources, PV solar has been considered an excellent option as it is free, abundant, clean and distributed through all places. Solar energy incident on Earth\'s surface is estimated at about ten thousand times the total energy consumed in the world. Even with all the advantages offered by the generation of energy through the use of photovoltaic panels, the initial cost of deployment is high and the efficiency of energy conversion is currently still low. Thus, it is essential to use techniques to extract the maximum power from these panels to increase the system operation efficiency. This work aims to present studies of a complete photovoltaic solar system, connected to low voltage power grid including the solar panel, a step-up voltage converter, its corresponding Maximum Power Point Tracking (MPPT) control, the voltage inverter with its control, the phase locked loop, and by means of an inductive coupling, the connection of the whole system to the grid. For modeling and simulations of the solar photovoltaic system, it was used the Alternative Transients Program - ATP. Initially it is presented simulation results with parts that comprises the PV array, and only at the end, it is performed a case study with the complete PV system developed in this work. / O aumento da demanda de energia, a possibilidade de redução do suprimento de combustíveis convencionais e a crescente preocupação com a preservação do meio ambiente têm levado a várias pesquisas e desenvolvimento de fontes alternativas de energia que sejam limpas, renováveis e com menor impacto ambiental. Dentre as diversas fontes alternativas de energia, a solar fotovoltaica tem sido considerada uma excelente opção já que é livre, abundante, limpa e distribuída. A energia solar incidente na superfície da Terra é estimada em cerca de dez mil vezes a energia total consumida no mundo. Mesmo com todas as vantagens apresentadas pela geração de energia por meio do uso de painéis fotovoltaicos, a eficiência da conversão de energia é atualmente ainda baixa e com custo inicial de implantação elevado. Assim, é imprescindível o uso de técnicas para extração da máxima potência destes painéis para aumentar a eficiência de operação do sistema. Este trabalho visa apresentar estudos de um sistema fotovoltaico completo conectado à rede elétrica de baixa tensão, compreendendo o painel solar, um conversor elevador de tensão, seu correspondente controle de rastreamento de máxima potência, o inversor de tensão com seu controle, a malha de captura de fase e, por meio de um indutor de acoplamento, a conexão de todo este sistema à rede elétrica. Para a modelagem e simulações do sistema solar fotovoltaico foi utilizado o Alternative Transients Program - ATP. Inicialmente são apresentados resultados de simulação de partes constituintes do arranjo fotovoltaico e somente ao final, é realizado um estudo de caso com o sistema completo desenvolvido neste trabalho. / Mestre em Ciências

A captação eficaz da energia eólica ocorre por meio de turbinas de três pás com ângulo de passo e velocidade de rotação ajustáveis, sendo o ajuste do ângulo de passo utilizado para limitar a captação de energia na ocorrência de ventos muito fortes e o ajuste da velocidade de rotação utilizado para maximizar a captação da energia cinética dos ventos fracos. Neste regime de operação, o gerador deve converter a energia mecânica de entrada, caracterizada por velocidade de rotação e conjugado variáveis, em energia elétrica de saída nos padrões da rede elétrica a que estão conectados, caracterizada por tensão de valor eficaz e freqüência constantes. No presente trabalho, a conversão eletromecânica de energia é realizada por um gerador de indução duplamente alimentado, excitado pelos enrolamentos rotóricos por meio de um conversor eletrônico. O comportamento estocástico dos ventos e as não linearidades significativas da turbina eólica e do gerador motivaram a utilização de controladores difusos, elaborados de acordo com a seguinte metodologia: a base de regras foi estabelecida a partir dos princípios físicos e da dinâmica desejada para o sistema em malha fechada; as funções de pertinência de entrada foram distribuídas de maneira a garantir uma maior sensibilidade nas regiões próximas ao valor de referência; a distribuição das funções de pertinência de saída proporciona um aumento significativo da intensidade da ação de controle conforme a saída do sistema se afaste do valor de referência; e, a sintonia fina foi feita pelo dimensionamento dos universos de discurso de maneira a garantir a estabilidade do sistema em malha fechada e a dinâmica desejada para a variável controlada. Os resultados das simulações computacionais de variações em degrau nos valores de referência, tanto da velocidade de rotação quanto da potência reativa, demonstram dinâmica estável, sem overshoot ou erro de regime permanente. Destaca-se que, em relação ao estado-da-arte, o controlador difuso da velocidade de rotação proporciona uma dinâmica semelhante, mas com uma ação de controle desprovida de transitórios e picos 65% menores e o controlador difuso de potência reativa impõe uma resposta 64% mais rápida. Os resultados de simulações computacionais de regimes reais de ventos ilustram as atuações do sistema de controle, no ângulo de passo e na velocidade de rotação da turbina, para proporcionar ao aerogerador uma operação suave e estável sob diversos regimes de vento, desde os mais fracos até os mais intensos e turbulentos. / The efficient capture of aeolic-energy occurs by means of three blades turbines with adjustable pitch-angle and angular-speed. The pitch-angle adjustment is utilized to limit the aeolic-energy capture when occur very strong winds and, the angular speed adjustment is utilized to maximize the capture of kinetic energy of weak winds. In this mode of operation the generator must convert the input mechanical energy, which is characterized by variable angular speed and variable torque, in the output electrical energy that must obey the standards of the electrical network with constant RMS-voltage and frequency, where the aeolic-generator is connected. In this work the electromechanical energy conversion is done by one double-fed induction generator excited by means of an electronic converter applied to the rotor winding. The air masses complex dynamics, the wind regime stochastic nature, and the turbine and generator non-linear behavior motivated the use of the fuzzy controllers, elaborated in agreement with the following methodology: the rule base was established from the system\'s physical principles and from the desired closed loop dynamics; the input membership functions was distributed so that ensure a bigger sensibility in the regions near the reference value; the output membership functions distribution provide a control action significant increase as the systems output move away from the reference value; and, the fine tuning was made via scaling universes of discourse. The computer simulation\'s results of the, rotational speed and reactive power, reference values step, demonstrated stable dynamics, without overshoot or steady state error. It is emphasize that, in relation to state-of-art, the fuzzy speed controller provide similar dynamic, but with a control action without transients and peaks 65% smaller and the fuzzy reactive power controller impose a 64% faster response. Some computer simulations of the wind real regime show the pitch-angle and turbine angular speed reactions so that to supply the wind generator with a soft and stable operation, from the weak winds up to the most strong and turbulent winds.