A inclusão de fontes alternativas no sistema de energia elétrica possibilita a otimização dos recursos naturais disponíveis para geração. A conexão dessas fontes deve ser efetuada de forma a evitar índices de qualidade de energia incondizentes aos limites estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Nesse contexto, sistemas de Geração Distribuída (GD) conectados à rede de distribuição via controle tensão/potência utilizam controladores Proporcional+Ressonantes (P+R) para produzir tensões com mínimas distorções na presença de cargas não lineares. Além disso, esse tipo de solução apresenta resultados satisfatórios na presença de outros tipos de carga (linear, não linear e conexão de máquina de indução), entretanto, para uma carga RLC com frequência de ressonância igual à frequência fundamental, o sistema de GD torna-se instável e as distorções harmônicas ultrapassam os limites mínimos estabelecidos para assegurar a qualidade de energia. Dessa forma, essa dissertação de mestrado propõe a substituição do controlador P+R da frequência fundamental por um controlador de ordem fracionária PIλ, projetado através de um algoritmo de otimização heurística. Os resultados obtidos através de simulação demonstram que o controlador proposto apresenta resultados satisfatórios para todas as cargas testadas: Não Linear; Motor de Indução Trifásico e RLC com frequência de ressonância igual à fundamental da rede. Entretanto, os resultados experimentais mostraram uma sensibilidade quanto à mudança de carga e quanto aos parâmetros de discretização do controlador, sugerindo a necessidade de uma análise mais rigorosa na etapa de projeto de modo a se ter robustez quanto à variação de carga. / The insertion of alternative sources in the power system enables the optimization of natural resources available for electrical generation. The connection of these sources to the grid has to be made in order to avoid indices of power quality greater than the limits established by national and international standards. In this context, a Distributed Generation (DG) systems connected to the grid via voltage/power control use a proportional+resonant (P+R) controller to produce not only the fundamental frequency but also to reduce the voltage distortion when nonlinear loads are connected to the DG terminals. Additionally, this type of solution shows satisfactory results for linear, balanced, unbalanced and direct connection of induction machine as well. However, for parallel RLC load with frequency of resonance equals to the fundamental frequency of the grid, the DG system operation becomes unstable with high levels of harmonic distortions and an oscillatory behavior. In this context, we propose the replacement of the PR controller for the fundamental frequency by a fractional order controller PIλ designed via a heuristic optimization algorithm. To prove the feasibility of the proposed approach a set of simulations are presented, however, the experimental prototype shown the sensitivity of the controller for different loads and for the controller discretization parameters suggesting the need for more analysis during the design procedures of the PIλ controller to achieve the expected robustness.

O aprimoramento de técnicas e dispositivos aplicados à conversão de energia provenientes de fontes alternativas de energia, no contexto da geração distribuída, possui um papel importante para o estabelecimento definitivo de um novo paradigma de despacho e consumo de energia elétrica. Neste contexto, esta tese de doutorado aborda uma proposta de gerenciamento de energia e controle de uma microrede com célula a combustível e painel fotovoltaico como fontes primárias, operando juntamente com elementos armazenadores. Nesta proposta, destaca-se o uso de duas principais técnicas: droop k-sharing e Maximum Power Point Tracking with Saturation Technique (MPPT-ST). A técnica droop k-sharing permite associar uma dinâmica preestabelecida à célula a combustível, de forma que as baterias absorvam o espectro complementar. Adicionalmente, o uso da variável k-sharing com a adição da técnica droop permite o compartilhamento de potência entre as duas fontes sem a necessidade de comunicação entre elas. Já a técnica MPPT-ST, permite a operação de painéis fotovoltaicos no Maximum Power Point (MPP) e fora do MPP utilizando um saturador dinâmico. Por fim, propõe-se uma técnica para o acoplamento dos modelos dinâmicos dos conversores CC-CC por meio do equacionamento da tensão do barramento Corrente Contínua (CC) em espaços de estados, tornando possível analisar a estabilidade da microrede com o método indireto de Lyapunov. Para validar as técnicas propostas, são apresentados resultados de simulação e experimentais. / The improvement of techniques and devices applied to the energy conversion of alternative energy sources, in the distributed generation context, has an important role for the definitive establishment of the new paradigm of energy delivery and consumption. In this context, this PhD thesis addresses a proposal of an energy management strategy for microgrids with fuel cells and photovoltaic panels as primary sources, operating with storage devices. In the proposed control scheme, it is possible to highlight two control techniques: droop k-sharing and MPPT-ST. With the droop k-sharing technique, it is possible to design a specific dynamic behavior for the Fuel Cell, while the battery absorbs the complementary (high frequency) spectrum. Additionally, the use of the k-sharing variable with droop technique makes it possible to share the energy between the two sources without the need of a high-speed communication link. On the other hand, with the MPPT-ST technique, the photovoltaic modules can be operated in the MPP or off-MPP by using a simple dynamic anti-windup strategy. For the stability analysis using the Lyapunov Indirect Method, it is proposed a state space technique to couple the DC-DC converters models using the DC-link capacitor. Finally, to evaluate the proposed theoretical algorithm and analysis, simulations and experimental results are presented.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims at the development of an instrumentation prototype to monitor, control and drive a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and its ancillary equipment. The first stage of this work is related to PEMFC stack modeling and the second is focused on electronic instrumentation to obtain practical data regarding to the stack behavior. Several theoretical models are analyzed. However, more attention is paid to the electronic model. Considering other electronic PEMFC models, changes were made to make it a more accurate. In this way, this modified model was validated by laboratory static and dynamic tests. These tests were compared with real data, available from the manufacturer s manual and other information from literature. To evaluate the variation in the main external parameters (reactant pressures, temperature, humidity of the membranes and coolant fluids, stoichiometric ratio, power, current and voltage) a full fuel cell instrumentation circuitry was developed to monitor and control them. This software is fully implemented in Labview, so as to verify and to control the whole fuel cell efficiency by using only a computer-based terminal. Additionally, the whole instrumentation system is presented and discussed. Finally, experimental tests were carried out to evaluate a by-pass technique (set of controlled shortcircuits) to maximize the stack output power. / Esta dissertação refere-se ao desenvolvimento de um sistema de monitoramento, acionamento e controle de uma pilha de células a combustível (CaC) do tipo PEM e de seu equipamento auxiliar. A primeira etapa deste trabalho é relacionada à modelagem da CaC e a segunda refere-se à instrumentação eletrônica para obtenção de dados práticos da pilha. Para os estudos teóricos vários modelos matemáticos são estudados, com maior ênfase à modelagem eletrônica de CaC. Para o modelo eletrônico são propostas modificações em relação a sua proposta original e sua validação é realizada através de testes estáticos e dinâmicos, e pela comparação dos dados obtidos com dados de fabricantes e também de outros autores. De modo a avaliar o impacto que a variação das principais grandezas de controle causam na eficiência da CaC é apresentado um sistema de monitoramento e controle baseado no programa Labview. Este sistema foi implementado em um protótipo de laboratório que faz uso de uma placa de aquisição para coleta de dados e geração de sinais PWM de controle. Também é apresentada a instrumentação eletrônica necessária para o mesmo protótipo. A pressão de entrada dos reagentes, a temperatura de operação, a umidade da membrana, o fluxo de ar e a razão estequiométrica são as principais variáveis a serem monitoradas e controladas. Também são realizados ensaios de funcionamento dinâmico da pilha com a aplicação da técnica de by-pass ou curtos-circuitos entre o anodo e o catodo.

As edificações comerciais, públicas e residenciais foram responsáveis em 2014 por 50% do consumo de eletricidade no país. Considerando os últimos dez anos, enquanto o consumo médio dos diferentes setores da economia cresceu 3,5% ao ano, o consumo do setor comercial cresceu 5,4%. Os edifícios de escritórios corporativos representam grandes consumidores de energia, chegando a valores superiores aos 200 kWh/m2.ano. A geração distribuída é uma solução que vem sendo estudada no país, primeiramente pela aprovação da Resolução Técnica 482:2012 da ANEEL, que regulamenta a geração de eletricidade na baixa tensão e depois pela aprovação da Portaria 381:2015 que dispõe sobre a geração de eletricidade na média tensão. Apesar do crescimento da geração por fontes fotovoltaicas no mundo, no Brasil essa geração ainda é mínima frente às fontes hídricas e térmicas. Nos edifícios de escritórios corporativos a instalação de painéis fotovoltaicos na cobertura é bastante limitada, devido à disputa de espaço com outros serviços, como as áreas técnicas e heliponto. Nesse contexto, as fachadas aparecem como oportunidade para geração de eletricidade, através da tecnologia fotovoltaica integrada na arquitetura (BIPV). Nesse estudo foi avaliada a viabilidade técnica e financeira da geração integrada à arquitetura dos edifícios de escritórios corporativos da cidade de São Paulo a partir do uso de vidros fotovoltaicos. Os resultados indicam que existe um potencial de redução de 15% no consumo de eletricidade anual, considerando tanto a geração de eletricidade, quanto a redução do consumo do sistema de ar condicionado, que tem sua carga térmica reduzida com o uso dos vidros fotovoltaicos. A tecnologia já é viável financeiramente no mercado brasileiro quando associada ao vidro refletivo, apresentando um tempo de retorno simples de 2,9 anos, uma TIR de 34,2% e um VPL de 1.779.257,53, para um edifício em torre com 28.010 m2 de área condicionada e 21 andares. / Commercial, public and residential buildings accounted in 2014 for 50% of electricity consumption in Brazil. Considering the last ten years, while the average consumption of the different sectors of the economy increased by 3.5% per year, the consumption of the commercial sector grew 5.4%. Corporate buildings are major energy consumers, reaching values in the range of 200 kWh/m2.year. Distributed generation is a solution that has been studied in the country, primarily with the approval of the Technical Resolution 482:2012, which regulates the generation of electricity at low voltage and then with the approval of the General Ordinance 381:2015 which regulates the generation of electricity at medium voltage. Despite the growth in generation from photovoltaic sources in the world, in Brazil this generation is still minimal when compared to other sources, like hydro and thermal plants. In commercial buildings, the space to install photovoltaic panels on the roof is quite limited. In this context the facades appear as an opportunity to generate electricity through photovoltaic technology integrated in the architecture (BIPV). In this study we evaluated the technical and financial feasibility of the integrated generation to the architecture of corporate buildings in the city of Sao Paulo. The results indicate a 15% reduction potential in annual electricity consumption, considering both the electricity generation and the reduction of the consumption by the air conditioning system, which has a reduced thermal load when photovoltaic glass is used. The BIPV technology is already feasible in the Brazilian market when coupled with reflective glass, showing a simple payback of 2.9 years, an IRR of 34.2% and a NPV of 1,779,257.53, for a building with 28,010 m2 and 21 floors.

A necessidade de mitigação dos danos ambientais e preservação do meio ambiente fez com que os países repensassem suas formas de produção e consumo, despontando, dentre outras, a preocupação de estimular a produção e o uso de bens ambientais em detrimento aos convencionais. Diante disso, questões sobre a definição e classificação de bens ambientais emergem nas negociações comerciais e se estendem aos meios acadêmicos, e, mais recentemente, se inserem no âmbito conceitual da Economia Verde. Frente a esse cenário e à evolução da discussão sobre os bens ambientais particularmente na Organização Mundial do Comércio (OMC), é importante debater o papel do Brasil como player nesse mercado. Isto porque o volume de exportação e, principalmente, importação desses bens pelo país é significativo, particularmente para as energias renováveis; e também pelo seu potencial de produção nesse setor, com significativos investimentos previstos para os próximos anos. O objetivo deste trabalho é avaliar a trajetória do saldo comercial brasileiro de energias renováveis, adotando como base a lista proposta pela OCDE para negociação no CTE-SS da OMC, e identificar as variáveis que afetam as importações e exportações desses bens no Brasil. Além disto, pretende-se discutir a questão tarifária para a balança comercial brasileira de bens ambientais, especificamente as energias renováveis. A abordagem metodológica utilizada tem como base Castro e Cavalcanti (1997), e emprega um VEC (Modelo de Autoregressão Vetorial com correção de Erro). O período de análise compreende janeiro de 2005 a dezembro de 2010, utilizando-se dados mensais. Além da análise das estatísticas de comércio internacional, discutiram-se os investimentos e projeções para o setor energético no Brasil e no mundo, com base nos relatórios feitos pela ONU e por consultorias independentes. O Brasil, com exceção do etanol, é um importador líquido de bens ambientais na categoria de energiais renováveis, considerada a lista de bens proposta pela OCDE no CTE-SS, sendo que esta pauta compreende basicamente equipamentos para a produção de energias renováveis. Se se levar em conta os relatórios de expansão da oferta enegética para as próximas décadas, elaboradas pelo Ministério de Minas e Energia, e a própria opção brasileira por depender mais de fontes renováveis, pode-se inferir que a importação desses equipamentos pode aumentar nos próximos anos. Os resultados do modelo proposto apontam que as variáveis explicam pouco mais de 41% dos fluxos comerciais brasileiros de energias renováveis para o modelo de exportação e pouco mais de 35% para o modelo de importação. No modelo de exportação dos bens ambientais, destaca-se o PIB mundial; enquanto o PIB brasileiro se destaca como variável relevante no modelo de importação. Com relação às tarifas, observa-se que a média tarifária incidente sobre os bens exportados pelo Brasil é superior à média tarifária sobre os bens que o Brasil importa, dando destaque à elevada tarifa sobre o etanol. Como principais conclusões observa-se que, primeiro, o Brasil carece em certa medida de uma indústria de equipamentos para produção de energias renováveis que atenda à sua demanda, e que gere capacidade competitiva de exportação. Segundo, as decisões políticas e acordos de redução da emissão de gases de efeito estufa, podem ter influenciado nos resultados do modelo, uma vez que o período proposto para a análise foi marcado por acordos e programas de promoção dos renováveis, tanto no âmbito internacional quanto no nacional. Portanto, para futuros trabalhos de modelagem do comércio de energias renováveis é interessante incorporar variáveis representativas desses acordos. / The need for mitigation of damages and preservation of the environment has led countries to rethink their ways of producing and consuming goods, which in turn, generates concern to encourage the production and use of environmental goods in detriment of conventional ones. Questions about definition and classification of environmental goods emerge in the commercial sector and extend to academic environment and, more recently, to the conceptual framework of the Green Economy. In this scenario and due to discussions over evolution of environmental goods particularly in the World Trade Organization (WTO), it is important to discuss the role of Brazil as a player in this market. This is because the volume of exports and especially imports of these goods throughout the country is significant, particularly for renewable energy. In addition, because Brazil has potential in this sector, with significant investment planned for the upcoming years. The objective of this study is to assess the trajectory of the trade surplus of renewable energy, taking as basis the list proposed by the OECD for negotiation in the CTE-SS WTO, and to identify the variables that affect imports and exports of these goods in Brazil. Moreover, we aim to discuss the issue concerning tariffs to the Brazilian balance of trade in environmental goods, specifically renewable energy. The methodological approach is based on Castro and Cavalcanti (1997), and employs a VEC (vector autoregression model with error correction). The analysis period ranges from January 2005 to December 2010, using monthly data. Besides the analysis of international trade statistics, we discussed the investments and projections for the energy sector in Brazil and abroad, based on reports made by the UN and independent consultants. Brazil, with the exception of ethanol, is a net importer of environmental goods in the category of renewable energy, based on the list of goods proposed by the OECD in the CTE-SS, and this agenda basically comprises equipment for the production of renewable energy. Reports of energy supply expansion for the upcoming decades, prepared by the Ministry of Mines and Energy, and the Brazilian option to rely more on renewable sources allow to infer that imports of such equipment may increase in the upcoming years. The results show that the variables of the proposed model explain just over 41% of Brazilian trade flows of renewable energy for the export model and just over 35% for the import model. The export model of environmental goods highlights the world\'s GDP, while Brazil\'s GDP stands out as a relevant variable in the model import. With regard to tariffs, it is observed that the average tariff, levied on goods exported by Brazil, is higher than the average tariff on goods that Brazil imports, where there is focus on high tariffs on ethanol. The main conclusions are that Brazil lacks a certain extent of industrial equipment for renewable energy production that meets its demands and increases export competitiveness. Second, political decisions and agreements to reduce emissions of greenhouse gases may have influenced the results of the model, since the proposed period of analysis was marked by agreements and programs to promote renewable energy, both internationally and nationally. Therefore, it is interesting to incorporate variables representing these agreements for future work on modeling trade of renewable energy.

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.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Willian Secco.pdf: 1974581 bytes, checksum: 429ddde6626b1b1db2dede74db8d187b (MD5) Previous issue date: 2013-02-08 / The biofuel has been assuming an incresingly important role on the environmental and economic impacts caused by fossil fuels. The biodiesel represents one of the most important biofuel in the current scenery of the expanding renewable fuels, in the energy matrix. The transesterification has prevailed as the companies, which produce this biofuel, most used process. Furthermore, the chicken oil, offal of the slaughtering industry, has good position to contribute with the expansion and diversification of biodiesel, in regions naturally vocationated by the development of the chicken slaughter industry. Moreover, this kind of oil does not compete with the food chain. The reaction of the chicken oil with short-chains alcohols using heterogeneous catalyst allow greatly the cost-cutting, by the fact that heterogeneous catalyst can be reusable in the process of the production of the biodiesel, and also because the chicken oil is an offal of low added value; the same does not occur with the homogeneous catalyst. Given this, the aim of this work was to evaluate some catalysts in the production of esters from the crude and neutral chicken oil. The following catalysts were evaluated: Amberlyst-15, Aberlite IR-120, KSF, ZnO, CaO e methanol as alcohol reagent. The preliminary reactions occurred at 60°C e 80°C, with 5% of catalyst relative to the mass of oil, time of reaction of 5 hours and molar ratio alcohol:oil of 9:1. In this conditions, the catalyst which showed higher conversions, around 77% in esters in the preliminary tests, was the calcium oxide (CaO). A pretreatment was made with the chicken oil, with the aim of improve its properties, reducing its acidity, and with that, a performance comparative outline was made between the crude oil and the neutral one. This comparision allowed the analysis of the use effect of heterogeneuous catalysts that preaches the benefits of using impure oils in biodiesel production reactions. New tests were made with the catalyst CaO by an experimental design in which 3 variables of the transesterification reaction were evaluated: temperature, molar ratio alcohol:oil, and percentage by weight of catalyst. The highest conversions were obtained in the order of 79.8% and 83% for crude and neutral oil respectively, in the conditions of 90ºC of temperature, molar ratio alcohol:oil of 6:1 and 4% in weight of catalyst. The kinetics of the reaction was also evaluated in the following conditions: temperatures of 40ºC, 60ºC and 80ºC, methanol molar ratio: 9:1 oil and 4% by weight of catalyst; in the kinetics tests were obtained conversions of up to 94.11% ester with reaction time of 24 hours. The obtained data of the best performance of the kinetics were used for the evaluation of the mathematical modeling. / Os biocombustíveis tem assumido um papel cada vez mais importante diante dos impactos ambientais e econômicos causados pelos combustíveis fósseis. O biodiesel figura como um dos mais importantes biocombustíveis no atual cenário de ampliação de combustíveis renováveis na matriz energética. A transesterificação tem prevalecido como sendo o processo mais empregado pelas indústrias produtoras desse biocombustível. Além disso, o óleo de frango, resíduo da indústria frigorífica, tem boas condições de contribuir com a ampliação e diversificação da oferta de biodiesel em regiões naturalmente vocacionadas pelo desenvolvimento da indústria de abate de frango. Ademais, esse tipo de óleo não compete com a cadeia de alimentos. A reação do óleo de frango com álcoois de cadeia curta empregando catalisadores heterogêneos possibilitam largamente a redução de custos, pelo fato de que catalisadores heterogêneos podem ser reutilizados no processo de produção de biodiesel, e também pelo fato de o óleo de frango ser um resíduo de baixo valor agregado; o mesmo não ocorre com a catálise homogênea. Diante disso, o objetivo desse trabalho foi avaliar alguns catalisadores na produção de ésteres a partir do óleo de frango bruto e neutro. Foram avaliados os seguintes catalisadores: Amberlyst-15, Aberlite IR-120, KSF, ZnO, CaO e metanol como álcool reagente. As reações preliminares ocorreram a 60°C e 80°C, com 5% de catalisador em relação a massa de óleo, tempo de reação de 5 horas e razão molar álcool:óleo de 9:1. Nessas condições, o catalisador que apresentou maiores conversões, em torno de 77% em ésteres nos ensaios preliminares, foi o óxido de cálcio (CaO). Foi realizado um pré-tratamento com o óleo de frango, visando melhorar suas propriedades, reduzindo sua acidez, e com isso, esboçou-se um comparativo de desempenho entre o óleo bruto e o óleo neutro. Tal comparativo permitiu a análise do efeito do emprego de catalisadores heterogêneos que prega o benefício do uso de óleos impuros nas reações de produção de biodiesel. Foram realizados novos testes com o catalisador CaO por meio de um planejamento experimental no qual foram avaliados 3 variáveis da reação de transesterificação: temperatura, razão molar álcool:óleo, e percentagem mássica de catalisador. As maiores conversões obtidas foram da ordem de 79,8% e 83% para os óleos bruto e neutro respectivamente, nas condições de 90ºC de temperatura, razão molar álcool:óleo de 6:1 e 4% em massa de catalisador. Avaliou-se também a cinética da reação nas seguintes condições: temperaturas de 40ºC, 60ºC e 80ºC, razão molar metanol:óleo de 9:1 e 4% em massa de catalisador; nos ensaios cinéticos foram obtidos conversões de até 94,11% de éster com tempo reacional de 24 horas. Os dados obtidos do melhor desempenho da cinética foram empregados para a avaliação da modelagem matemática.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elciane Regina Zanatta.pdf: 2986638 bytes, checksum: 991258b95a723fd86b0b377dcb73d253 (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The agro-industries have generated significant amounts of waste, which raises the importance reviewing its destination in the supply chain, being an economic problem, due to waste, it is also a serious environmental problem. These residues also called biomass, due to the insignificant impact on the greenhouse, are an interesting response to the growing demand of renewable energy. Biomass is characterized as a mixture of reference components: cellulose, hemicellulose and lignin. Within this context, the main objective of this study was to investigate the kinetics pyrolysis of biomass: cassava bagasse, soy hulls and sugar cane bagasse. The study was conducted in an inert atmosphere of nitrogen, with temperatures ranging from 60 ° C to 950 ° C for four heating rates: 5, 10, 15, and 20 ° C / min for single-component cellulose, hemicellulose and lignin and temperature ambient to 900 ° C for five heating rates: 5, 10, 15, 20 and 30 ° C / min for biomass. The determination of kinetic parameters was performed using two non-isothermal differential methods: Flynn Wall Ozawa (FWO) and Kissinger. And a full non-isothermal method was used to model the conversion of single components. In the thermal analysis, pyrolysis of hemicellulose and cellulose occurred quickly. The main weight loss of hemicellulose rappened from 208 to 447 ° C and cellulose from 332 to 384 ° C. The lignin was more difficult to decompose, like the weight loss happening in a wide temperature range from 174 to 701 ° C. The weight loss of sugar cane bagasse occurred at temperatures from 270 to 480 ° C, the cassava bagasse from 270 to 540 ° C, and soy hulls from 230 to 560 ° C. The results obtained for activation energy Ea, for the pyrolysis of cellulose, for hemicellulose and lignin are in the range: 132,02 to 161,25 kJ / mol, 39,36 to 77,83 kJ / mol, 54,59 to 735,99 kJ / mol, respectively. The activation energy of biomass pyrolysis of sugar cane bagasse, cassava bagasse and soy hulls are in the range: 126,62 to 148,80 kJ / mol, 157,64 to 227,74 kJ / mol, 140,81 to 195,52 kJ / mol respectively. The results demonstrate how the behavior of decomposition and its kinetic parameters are influenced by the species or type of biomass and by the rate of heating of the process. / As agroindústrias têm gerado quantidades expressivas de resíduos, o que torna necessário rever a sua destinação na cadeia produtiva, pois além de ser um problema econômico, devido ao desperdício, é também, um sério problema ambiental. Estes resíduos também chamados de biomassas, devido ao impacto insignificante no efeito estufa, são uma resposta interessante à crescente demanda de energia renovável. A biomassa é caracterizada como uma mistura de componentes de referência: celulose, hemicelulose e lignina. Dentro deste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi investigar a cinética da pirólise das biomassas: bagaço de mandioca, casca de soja e bagaço de cana. O estudo foi realizado em atmosfera inerte de nitrogênio, com temperaturas variando entre 60°C a 950 °C, para quatro taxas de aquecimento: 5, 10, 15, e 20 °C / min, para os mono componentes celulose, hemicelulose e lignina e da temperatura ambiente até 900 °C para cinco taxas de aquecimento: 5, 10, 15, 20 e 30 °C / min, para as biomassas. A determinação dos parâmetros cinéticos foi realizada utilizando dois métodos diferenciais não isotérmicos: Flynn Wall Ozawa (FWO) e Kissinger. Um método integral não isotérmico foi utilizado para modelar a conversão dos mono componentes. Na análise térmica, a pirólise da hemicelulose e celulose ocorreu rapidamente.A principal perda de massa da hemicelulose aconteceu entre 208 - 447 °C e de celulose entre 332 - 384 °C. A lignina foi mais difícil para se decompor, com a perda de massa acontecendo uma ampla faixa de temperatura entre 174 - 701 °C. A perda de massa do bagaço de cana ocorreu na temperatura entre 270 480 °C, do bagaço de mandioca entre 270 540 °C e da casca de soja entre 230 560 °C. Os resultados obtidos para energia de ativação Ea, da pirólise de celulose, hemicelulose e lignina estão na faixa: 132,02 161,25 kJ / mol, 39,36 77,83 kJ / mol, 54,59 735,99 kJ / mol, respectivamente. A energia de ativação da pirólise das biomassas bagaço de cana, bagaço de mandioca e casca de soja estão na faixa: 126,62 148,80 kJ / mol, 157,64 227,74 kJ / mol, 140,81 195,52 kJ / mol respectivamente.Os resultados obtidos demonstram como o comportamento da decomposição e seus parâmetros cinéticos são influenciados pala espécie ou tipo de biomassa e pela taxa de aquecimento do processo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation presents a project of a integrated system with distinct energy generating modules using a wind generator, photovoltaic generator, fuel cells stack (FCs) and an accumulator of energy formed by a bank of batteries. This system was implemented in the Center of Studies in Energy and Environment-CEEMA-UFSM. The alternative sources of energy were connected in such a way as to inject current to a common DC bus avoiding so current circulation among sources due to individual voltage differences. The bus voltage is controlled by modulation of a secondary load in parallel with the main load. Along all tests, it was used the algorithm "Hill Climbing Control" (HCC) to maximize the generated power in the wind generator and in the photovoltaic generator. The FC operating principles are shown in more details with respect to their static and dynamic characteristics. In this MSc dissertation a FC simulator was used connected to real electric loads. A DC-DC Boost-type converter connects each primary source to the DC bus, and a Buck-Boost DC-DC converter with an integrated to control the charge and discharge states of the storage system (bank of batteries). Finally, numerical results were presented for all electric simulations so completing the hybrid system. After discussion of these results, a practical implementation was made to verify the numerical simulations with variable loads fed by the maximized generated powers from the sources. / Esta dissertação refere-se ao desenvolvimento de um sistema de integração entre uma pilha de células a combustível (CaCs), e outros módulos geradores de energia alternativa utilizando gerador eólico, gerador fotovoltaico e um acumulador de energia formado por um banco de baterias. Este sistema foi implementado no Centro de Estudos em Energia e Meio Ambiente-CEEMA, no Centro de Tecnologia da UFSM. As fontes alternativas de energia foram conectadas de forma a injetarem corrente CC em um barramento comum de forma a evitar a circulação de corrente entre as fontes devido à diferença de tensão das mesmas. A tensão no barramento é controlada pelo chaveamento de uma carga secundária em paralelo com a carga principal. É utilizado o algoritmo "Hill Climbing Control" (HCC) para maximizar a potência gerada pela associação do gerador eólico com o gerador fotovoltaico. Evidencia-se neste estudo o princípio de funcionamento das CaCs, suas características elétricas estáticas e dinâmicas quando associada a outras fontes de energia. No desenvolvimento dos trabalhos usou-se um simulador de CaC com cargas elétricas reais. Um conversor CC-CC do tipo Boost conecta cada fonte primária ao barramento CC e para o banco de baterias utiliza-se um conversor CCCC do tipo Buck-Boost para controle do estado de carga e descarga. Os resultados obtidos nas simulações do sistema híbrido e em seguida os resultados dos ensaios de laboratório foram obtidos com a implementação prática de um protótipo que permite variações de cargas e variação da potência gerada nas fontes.

Este trabalho estuda a interação entre os métodos anti-ilhamento aplicados em sistemas fotovoltaicos residenciais, operando simultaneamente em uma rede de distribuição de baixa tensão. Os sistemas fotovoltaicos em geral interagem entre si, com a rede de distribuição da concessionária e com outras fontes de geração distribuída. Uma consequência importante dessa interação é a ocorrência do ilhamento, que acontece quando as fontes de geração distribuída fornecem energia ao sistema elétrico de potência mesmo quando esta se encontra eletricamente isolada do sistema elétrico principal. A função anti-ilhamento é uma proteção extremamente importante, devendo estar presente em todos os sistemas de geração distribuída. Atualmente, são encontradas diversas técnicas na literatura. Muitas delas oferecem proteção adequada quando um inversor está conectado à linha de distribuição, mas podem falhar quando dois ou mais funcionam simultaneamente, conectados juntos ou próximos entre si. Dois destes métodos são analisados detalhadamente nesse estudo, avaliados em uma rede de distribuição residencial de baixa tensão. Os resultados obtidos mostram que a influência de um método sobre o outro é dependente da predominância de cada um deles dentro do sistema elétrico. Contudo, nas condições analisadas o ilhamento foi detectado dentro do limite máximo estabelecido pelas normas pertinentes. / This work studies the interaction between islanding detection methods applied in residential photovoltaic systems, operating simultaneously in a low voltage distribution network. Photovoltaic systems, in general, interact with themselves, with the utility grid and other distributed generation sources. An important consequence of this interaction is the islanding occurrence, which happens when distributed generation sources supply energy to the electrical power system even when it is electrically isolated from the main electrical system. The anti-islanding function is an extremely important protection, and should be present in all distributed generation systems. Actually, many techniques are found in the literature. Most of them provide suitable protection when one inverter is connected to the distribution line, but can fail when two or more work simultaneously, connected at the same point or close to each other. Two of these methods are analyzed in detail in this study and evaluated in a residential low voltage distribution line. The obtained results show that the influence of a method over another one is dependent of the predominance of each one within the electrical system. However, in the analyzed condition the islanding was detected within the maximum allowed time established by applicable rules.