Submitted by Sylvia Helena Pinto Chagas Leite null (sylvia.leite@gmail.com) on 2016-07-27T18:21:44Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Sylvia.pdf: 2113082 bytes, checksum: a08b09139550c5b37337fa12a062f1d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-07-29T13:28:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leite_shp_me_guara.pdf: 2113082 bytes, checksum: a08b09139550c5b37337fa12a062f1d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-29T13:28:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leite_shp_me_guara.pdf: 2113082 bytes, checksum: a08b09139550c5b37337fa12a062f1d4 (MD5) Previous issue date: 2016-07-04 / Um dos grandes problemas existentes ainda no mundo diz respeito ao destino dado ao esgotamento doméstico, tanto do ponto de vista ambiental quanto do ponto de vista de planejamento de cidades. Diversas formas de aproveitamento dos resíduos de esgoto podem ser propostas, seja na forma de energia, seja na forma de produção de algum recurso ou matéria prima, tais como biogás, nutrientes, biocombustíveis, bioplásticos, biopesticidas, dentre outros. As tecnologias usualmente empregadas para o aproveitamento energético de resíduos de esgoto são as turbinas, microturbinas e motores adaptados ao uso de biogás. O presente estudo tem por objetivos modelar ciclos térmicos de geração termelétrica e de cogeração movidos por biogás derivado do tratamento de esgotos a partir de levantamento tecnológico, avaliar o custo dos produtos energéticos gerados pelas centrais térmicas analisadas, bem como o potencial de aplicação das centrais geradoras de energia em diferentes escalas de capacidade, visando a maior sustentabilidade energética de cidades. A modelagem é feita com base em dados de três municípios com aproximadamente 10 mil, 100 mil e um milhão de habitantes e são feitas análises para o cenário atual, com análise de sensibilidade ao preço de compra e venda de energia elétrica e à taxa de juros, além de analisar alternativas utilizando comercialização de créditos de carbono, cargas parciais e biogás de aterro sanitário em conjunto com o biogás de esgoto. Como resultado tem-se que em nenhuma análise houve geração de energia para a cidade de 10 mil habitantes e que nas cidades de 100 mil e um milhão de habitantes a energia gerada não supre as necessidades da estação de tratamento de esgotos, resultando na compra de energia da concessionária. / One of the still big problems in the world with regard to the destination of the domestic sewage from an environmental point of view and from the point of view of city planning. Various forms of utilization of sewage waste can be brought, either in the form of energy production is in the form of a resource or raw material, such as biogas, nutrients, biofuels, bioplastics, biopesticides, among others. The technologies usually employed for energy recovery of waste sewage are the turbines, engines and micro turbines adapted to the use of biogas. This study aims to model thermal cycles of thermal generation and cogeneration fueled by biogas derived from sewage treatment from technological survey, assess the cost of energy products generated by the analyzed thermal power plants, as well as the application potential of central power generating capacity at different levels, aimed at greater energy sustainability of cities. The modeling is based on three municipalities data with approximately 10.000, 100.000 and 1 million people and analyzes are made to the current situation, with sensitivity analysis to the purchase and sale price of electricity and interest rate, and analyzing alternatives using the trading of carbon credits, partial loads and landfill biogas with biogas sewage. As a result it has been that in any analysis was generating power to the city of 10.000 inhabitants and in cities of 100.000 and 1 million inhabitants the energy generated does not meet the needs of the sewage treatment plant, resulting in the purchase of utility power.

O Brasil passa por um momento de crescimento e de destaque em investimentos no cenário mundial, o que requer o aumento de sua capacidade instalada de geração de energia elétrica. O país sempre foi um exemplo em termos de sustentabilidade neste setor, com as fontes renováveis, lideradas pelas hidrelétricas, respondendo por aproximadamente 80% da geração anual. Entre 2005 e 2008, entretanto, o país iniciou uma fase de investimentos em termelétricas, fontes altamente nocivas e poluentes para o meio-ambiente. A partir de 2009, os investimentos foram focados em usinas eólicas e grandes hidrelétricas com reservatórios reduzidos, fontes intermitentes que aumentam a volatilidade do sistema elétrico e o risco de problemas por falta temporária de energia. Dentro deste contexto, existe uma alternativa que pode oferecer benefícios nos mais diversos sentidos: os resíduos de cana-de-açúcar. Além de terem sua maior participação no período seco contam com o benefício da localização próxima aos grandes centros de consumo de energia elétrica. Enquanto o IPEA divulgou um plano em 2012 no qual aproximadamente 16 GWmédios poderiam ser adicionados ao sistema elétrico, através dos resíduos desta fonte, diversos autores estimam este valor em 8 GW médios. Apesar de todos os benefícios oferecidos pela fonte, os usineiros tem vendido pouca energia nos leilões para o mercado cativo e também não tem aproveitado as oportunidades de um mercado livre especial (ou incentivado) ainda reduzido. Nesta dissertação estudamos os benefícios e o potencial existente desta fonte para confirmar o baixo aproveitamento na matriz elétrica. Além disso, estudamos os possíveis entraves para o maior desenvolvimento desta fonte, partindo de todas as possíveis alternativas mencionadas pelos usineiros e chegando a quais são os reais motivos do fraco desempenho em comercialização. Com estes entraves mapeados conseguimos sugerir possíveis alternativas que os diversos agentes do setor elétrico podem adotar para conseguir melhorar o desempenho da fonte no setor elétrico. Uma das principais conclusões desta dissertação é que deve existir um interesse coletivo no desenvolvimento desta fonte para que ela possa ter sucesso. Governo, em suas diversas esferas, usineiros e agentes profissionais do setor elétrico devem atuar em união para conseguir reduzir os investimentos necessários, melhorando os preços com o mesmo retorno. Com melhores preços e possibilidade de melhores resultados em leilões, é possível aproveitar as já existentes linhas de financiamento do BNDES para investir nestas transformações e substituições de caldeiras e turbinas. Além disso, é mostrado que não é necessário criar subsídios cruzados ou soluções mais complexas para desenvolver o setor. / Brazil is passing through a moment of growth and is a country highlighted for investments around the world, which requires increases in its installed capacity of electric power. The country has always been an example in terms of sustainability in this sector, with the renewables, led by hydropower, accounting for approximately 80% of annual generation. Between 2005 and 2008, however, the country began a phase of investments in thermo power plants, fountains and highly harmful pollutants for the environment. Since 2009, investments were focused on wind power plants and large hydroelectric with low reservoirs, intermittent sources that increase the volatility of the electrical system and the risk of problems due to temporary power outages. Within this context, there is an alternative that can offer benefits in several ways: waste of sugarcane. Besides having their greater participation in the dry season can be in operations at any time and still have the benefit of the location close to major electricity consumption centers. While IPEA announced a plan in 2012 in which approximately 16 average GW could be added to the electrical system, through waste from this source, several authors estimate this value on 8 average GW. Despite all the benefits offered by the source, the mill owners have sold just a small amount of energy at auctions to the captive market and also had not taken advantage of the opportunities of a special free market (or encouraged) further reduced. In this thesis we study the benefits and the existing potential of the source to confirm the low share in the energy matrix. Furthermore, we studied the possible barriers to the further development of this source, starting in all possible alternatives mentioned by mill owners and reaching what are the real reasons for the poor performance in energy trading. Once these barriers were mapped we could suggest possible alternatives that the different stakeholders of the power sectors can adopt to improve market performance in the electricity industry. One of the main conclusions of this work is that there must be a collective interest in developing this source so she can succeed. Governments, in their various dimensions, mill owners and professional agents in the electricity sector must work in unity to successfully reduce the necessary investments, improving the sale prices with the same expected returns. With the best prices and the possibility of better results in auctions, it is possible to leverage existing financing lines of BNDES, to invest in these transformation and replacement of boilers and turbines. Furthermore, it is shown that it is not necessary to create cross-sector subsidies or more complex solutions to develop the source in the sector.

The modeling, analysis and experimental verification of a two-degree-of-freedom typical aeroelastic section with superelastic shape memory alloy springs are presented. The focus is to investigate the effects of the phase transformation of the shape memory alloy springs on the flutter and post-flutter behaviors of the typical section. The shape memory alloy phase transformation kinetics is described by a modified version of well-known phenomenological models. The shape memory alloy spring model is based on classical spring design (with the pure shear assumption) and modified to account for the nonlinear effects of phase transformation. The cross-section of the shape memory alloy wire is represented by a linear radial distribution of shear strain and nonlinear radial distributions of shear stress and martensitic fraction. The equations of motion of a linear typical section are modified to include the shape memory alloy springs. A linear unsteady aerodynamic model is employed to determine the aerodynamic loads. The proposed model is cast into state-space representation and solved with a Runge-Kutta method. It is numerically and experimentally shown that the phase transformation of shape memory alloy springs can be effectively exploited to enhance the aeroelastic behavior of a typical section by replacing unstable flutter oscillations by stable oscillations of acceptable amplitudes over a range of airflow speeds, providing a useful method of passive aeroelastic control. Since the modified aeroelastic behavior is attractive for wind energy harvesting purposes, electromechanical coupling is also modeled in the plunge degree-of-freedom along with a resistive load in the electrical domain for electrical power estimation. The exploitation of the shape memory alloy phase transformation is more attractive for airfoil-based wind energy harvesting performance than the use of typical concentrated nonlinearities (e.g., hardening steel) in terms of enhanced electrical power output. / A modelagem, análise e verificação experimental de uma seção típica aeroelástica com dois graus de liberdade e molas com memória de forma superelásticas são apresentadas. O foco é investigar os efeitos da histerese pseudoelástica das molas com memória de forma nos comportamentos de flutter e pós-flutter da seção típica. A cinética das transformações de fase nas molas com memória de forma é descrita por uma versão modificada de modelos fenomenológicos amplamente conhecidos. O modelo de molas helicoidais com memória de forma é baseado em teoria clássica de molas (com a hipótese de cisalhamento puro) e modificado para representar os efeitos não lineares de transformação de fase. A seção transversal do fio da mola com memória de forma é representada por uma distribuição radial e linear de deformações de cisalhamento e por distribuições radiais e não lineares de tensões cisalhantes e de frações martensíticas. As equações de movimento de uma seção típica linear são modificadas para incluir as molas com memória de forma. Um modelo aerodinâmico linear não estacionário é utilizado para se determinar as cargas aerodinâmicas. O modelo proposto é representado em espaço de estados e resolvido com um método Runge-Kutta. Mostra-se, numérica e experimentalmente, que a histerese pseudoelástica de molas com memória de forma pode ser efetivamente explorada para melhorar o comportamento aeroelástico de uma seção típica ao transformar oscilações instáveis de flutter em oscilações estáveis e de amplitudes aceitáveis em uma faixa de velocidades do escoamento, provendo um método útil de controle aeroelástico passivo. Como o comportamento aeroelástico modificado (pela histerese pseudoelástica) é atrativo para a coleta de energia do escoamento, um acoplamento eletromecânico é modelado no grau de liberdade de deslocamento linear, juntamente com uma carga resistiva no domínio elétrico do problema para se estimar a potência elétrica gerada. A exploração da histerese pseudoelástica das molas com memória de forma é mais atrativa para a performance da coleta aeroelástica de energia do que o uso de não linearidades concentradas típicas (como o enrijecimento não linear do aço) em termos de melhoria na potência elétrica gerada.

Orientadores: Carla Kazue Nakao Cavaliero, Ennio Peres da Silva / Tese (doutorado) -Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T18:30:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Varella_FabianaKarladeOliveiraMartins_D.pdf: 2814812 bytes, checksum: 2b3d8b0306df42b90c009281f0150f0d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A Lei nº 10.438/02 estabeleceu o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica - PROINFA, único programa nacional a estimular as fontes renováveis alternativas, com o intuito de aumentar a participação da energia elétrica produzida por empreendimentos a partir das fontes eólica, pequenas centrais hidrelétricas - PCHs e biomassa no sistema interligado nacional. Posteriormente, o PROINFA foi revisado pela Lei nº 10.762/03 e alterou em sua regulamentação a obrigatoriedade de um índice mínimo de nacionalização de serviços e equipamentos, que em sua primeira etapa passou a corresponder a 60% do custo total da construção dos projetos contemplados. A energia solar fotovoltaica não foi contemplada pelo Programa, e o objetivo desta tese é estimar o índice de nacionalização para cada um dos três sistemas fotovoltaicos selecionados para estudo (sistema de bombeamento de água, sistema de eletrificação rural e sistema conectado à rede elétrica). Para elaboração desse cálculo foi efetuada uma adaptação da metodologia utilizada pelo PROINFA e considerados somente os custos dos principais equipamentos e não dos serviços. Os resultados obtidos permitiram concluir que os sistemas de bombeamento de água e de eletrificação rural são sistemas que 5% e 35%, respectivamente, dos seus equipamentos já são disponibilizados pela indústria nacional. mesmo não ocorre com os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, que atualmente tem 100% dos seus principais equipamentos importados / Abstract: The Law nº 10.438/02 established the Program of Incentives for Alternative Electric Power Sources - PROINFA, which is the only national program aimed to foster alternative renewable energy sources and to increase the share of electric energy production from enterprises based on wind power, small hydropower plants and biomass in the interconnected national power grid. PROINFA was later modified by the Law nº 10.762/03 which revised the regulation imposing a minimum nationalization index of services and equipment that in its first stage corresponded to 60% of the total cost of the selected projects. Solar photovoltaic power was not included in PROINFA and because of that the objective of this thesis is to estimate the nationalization index of each of the following photovoltaic systems selected for the study: water pumping PV system, rural electrification PV system and grid-connected PV system. In order to carry out the calculations, the methodology used at PROINFA was adapted and only the costs of the key equipment, not the services, were considered. The results led to the conclusion that the water pumping and the rural electrification systems are those in which 5% and 35%, respectively, equipment is already made available by the national industry. The same is not verified for the grid-connected PV systems in which 100% of the key equipment is imported / Doutorado / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

A conversão de energia vibracional do ambiente em energia elétrica através de dispositivos piezelétricos tem recebido crescente atenção na última década. Com intuito de melhorar o desempenho destes tipos de dispositivo, são discutidos os benefícios da introdução de não linearidades nestes sistemas. O dispositivo utilizado é uma viga cantilever tipo bimorph, parcialmente recoberta por material piezelétrico, com massas magnéticas concentradas na extremidade livre da viga que geram forças magnéticas não lineares. Nesse dispositivo, além da não linearidade proveniente dos magnetos, considera-se também a não linearidade inerente ao material piezelétrico. A solução das equações eletromecânicas acopladas, que descreve o movimento do conversor piezelétrico de energia, é encontrada numericamente resolvendo-se um conjunto de equações diferenciais ordinárias com condições iniciais dadas. A resposta em frequência do sistema é aproximada pelo método perturbativo das múltiplas escalas. A potência elétrica gerada é analisada variando-se alguns parâmetros, como intensidade da força de excitação, distância entre os magnetos da extremidade livre da viga e resistor de carga. A estabilidade do sistema também é investigada através de uma análise dinâmica, de onde se conclui a influência da distância entre os magnetos juntamente com a intensidade da força de excitação nesta estabilidade. Estes parâmetros também influenciam na faixa de frequência de operação do dispositivo. É observado que os efeitos não lineares presentes no dispositivo fazem com que este opere em uma ampla faixa de frequência. É realizado o estudo de incertezas em alguns parâmetros do conversor de energia piezelétrico, através de simulações de Monte Carlo, concluindo a influência destes na frequência natural e na potência elétrica gerada pelo dispositivo. Através de ensaios experimentais confirmam-se os benefícios da introdução de não linearidades nos geradores de energia piezelétricos. / Piezoelectric energy harvesting has received great attention over the last years. The main goal of this work is to discuss the potential advantages of introducing nonlinearities in the dynamics of a beam type piezoelectric vibration energy harvester. The device is essentially a cantilever beam partially covered by piezoelectric material with a magnet tip mass. Also, we consider the nonlinear constitutive piezoelectric equations. The electromechanically coupled equations are solved numerically, through the initial value problems for ordinary differential equations. The frequency response of the system is approximated using the method of multiple scales. The electrical power output is calculated by varying the amplitude of the base acceleration, the distance between the magnets and the load resistor. The stability of the system is also investigated. Stochastic variations are introduced in some key parameters and the propagation of these uncertainties is investigated through Monte Carlos simulations. From the numerical results it is found that the influence of the parameters investigated in the frequency range of operation of the device and the nonlinear effects present on the device energy harvester extend the useful frequency range of these. Moreover uncertainty parameters affect the natural frequency and the power output harvester. Through experimental tests it has been confirmed the benefits of introducing nonlinearities in piezoelectric energy harvesters.

O objetivo desse trabalho é a construção de um sistema de geração de energia elétrica, para uso em locais remotos, tendo como fonte primária a energia proveniente de ondas marinhas. Numa primeira etapa foram realizados estudos e análises dos principais parâmetros significativos para a geração da energia elétrica e os dados de consumo de eletroeletrônicos. Este sistema serviu para coletar e armazenar dados que orientam o desenvolvimento de bombas e turbinas para a geração de energia elétrica. Foram também usados para avaliar o seu rendimento em diversas aplicações que necessitavam de energia elétrica. O uso da energia elétrica gerada também foi estudado para melhorar o seu rendimento diante dos vários equipamentos que foram utilizados desde notebooks até geladeiras convencionais. Foram empregados um microcontrolador, da família \"arduino\", vários sensores colocados em pontos estratégicos no local e os dados armazenados em memória durante o período do desenvolvimento. Sensores de pressão, vazão, amplitude das ondas, sentido do vento, temperatura e vários medidores (de tensão e corrente em AC e DC) foram usados para obter valores numéricos para análises de rendimentos de conversão em energia elétrica, vazão e outros parâmetros importantes para uma posterior melhoria no projeto inicial. Os dados foram armazenados em memórias do tipo cartão SD de 16 G bytes. Foi confeccionada uma bomba de água movida pelas ondas marinhas. Sua implantação ocorreu na Ilha do Arvoredo, em Guarujá, SP, onde a energia elétrica era gerada através do uso de motores a diesel. A água é bombeada a uma altura de 30 metros e armazenada em um tanque com capacidade de 20.000 litros. A água armazenada vai diretamente para uma turbina geradora de eletricidade por um sistema controlador de pressão e, pode gerar uma potência elétrica de até 200 W. O excedente de água poderá ser também usado para os viveiros de animais marinhos. A maior parte dos materiais que foram utilizados na fabricação dos equipamentos foi de materiais recicláveis reduzindo o custo do projeto. Esse projeto estará disponível para comunidades carentes que necessitam de energia elétrica em locais remotos, normalmente ilhas, mas podem ser adaptadas em terra desde que possuam quedas de água. O projeto de geração de energia usando ondas marinhas é inovador e com fins sociais para pessoas de baixa renda como os pescadores. Normalmente o pescado conseguido nas proximidades de ilhas isoladas são salgados para serem conservados devido à falta de refrigeração. / The aim of this work is the constructions of an electrical power generation system for use in remote locations, having primary source of energy from sea waves. At a first step were carried out studies and analyzes of the main important parameters for the generation of electricity and electronics power consumption data. This system was used to collect and store data that guide the development of pumps and turbines for generating electricity. Various electronics applications were also used to evaluate the total electricity was required and were studied to improve their performance like notebooks or conventional refrigerators. A microcontroller was employed and several sensors placed at strategic points in the power generation energy system and the data stored in the memory card during the development period. Pressure sensors, flow, amplitude of waves, wind direction, temperature and various electrical sensors (voltage and current in AC and DC) that were used to obtain numerical values for analysis of conversion into electrical energy, water flow and other important parameters for further improvement the initial project. The data were stored on SD memory card of 16 G bytes. A water pump driven by ocean sea waves was made. This work has taken place in Ilha do Arvoredo, in Guarujá, SP, where the electricity was generated using diesel engines. The water is pumped until 30 meters high and stored in a tank with 20.000 liters. This stored water goes directly to the turbine by a pressure system control and generate an electrical power output up to 200 W. When not require, the exceeding water can also be used for marine animals nurseries. Most materials that were used in manufacturing of the equipment is recyclable materials reducing the cost of the project. The final project will be available to poor communities that need electricity in remote locations. Usually the fish achieved near isolated islands are salted to be maintained for lack of refrigeration.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:13:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borges_RicardoTorquato_M.pdf: 3452590 bytes, checksum: db90e4d373020ef903f89b6b280df04a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os impactos causados pela instalação de geradores trifásicos de médio porte (? 1 MVA) diretamente em redes primárias de distribuição de energia elétrica (com tensão ? 10 kV) têm sido intensivamente investigados nos últimos 10 anos. Por conseguinte, atualmente, práticas de análise, operação e proteção são relativamente bem definidas e aceitas. No período de amadurecimento dessa mudança de paradigma em relação à geração de energia elétrica, de forma geral os engenheiros das concessionárias analisam uma solicitação de um novo acessante por vez, emitindo um relatório sobre as necessidades ou não de alteração do projeto. Contudo, com a publicação da Resolução Normativa #482 e outras ações, verifica-se o interesse do governo brasileiro em incentivar a conexão de geração distribuída baseada em fontes renováveis (sobretudo geradores fotovoltaicos) em redes secundárias de forma intensa e extensa. Isso produz um cenário diferente do previamente investigado na maioria dos projetos de pesquisa realizados nos últimos 10 anos, criando a necessidade de novos estudos e metodologias de análise. Neste contexto, esta dissertação de mestrado apresenta uma metodologia de análise probabilística que utiliza simulações Monte Carlo para identificar o impacto agregado de múltiplos geradores fotovoltaicos. São apresentadas técnicas para modelar todas as incertezas do problema, as quais estão relacionadas principalmente com a potência produzida pelos geradores e consumida pelas cargas em cada instante do dia. São desenvolvidas também duas aplicações práticas do método de análise proposto. A primeira aplicação consiste no desenvolvimento de índices técnicos capazes de estimar de forma simples e rápida (sem realizar nenhuma simulação) a potência máxima que pode ser injetada em redes secundárias sem a ocorrência de violações técnicas. A segunda aplicação consiste em uma técnica para estimar o impacto futuro da geração fotovoltaica em determinado alimentador da concessionária, de forma a auxiliar os engenheiros no planejamento da expansão das redes de distribuição. O método de análise e as aplicações apresentadas neste trabalho podem auxiliar na redução do número de barreiras existentes para a conexão de geradores distribuídos fotovoltaicos / Abstract: Impacts caused by the connection of three-phase, medium size generators (? 1 MVA) directly to primary distribution networks (with voltage ? 10 kV) have been intensively investigated over the last 10 years. As a consequence, analysis, operation and protection practices are relatively well defined and accepted. During the maturation of this paradigm change on the electric energy generation, in general, utility engineers used to evaluate new connection requests individually, providing a report with possible requirements for project modifications. However, with the publication of Normative Resolution #482 and other actions, one may notice the interest of Brazilian government on encouraging the connection of renewable-based distributed generation (mainly photovoltaic generation) to secondary distribution networks. Such fact leads to a new scenario, different from the one investigated over the last 10 years, creating the need for new studies and analysis methodologies. In such context, this M.Sc. dissertation presents a probabilistic analysis methodology that adopts Monte Carlo simulations to identify the aggregated impact of multiple photovoltaic generators. Modelling techniques are presented for all problem uncertainties, which are mainly related to the power produced by generators and consumed by loads at each instant of the day. Two practical applications of the proposed method are also developed. The first application consists in developing technical indices that provide a simple and quick estimate (without performing any simulation) of the maximum power that may be injected into secondary networks without the occurrence of technical violations. The second application consists in a technique to estimate the future impact of photovoltaic generation on a utility feeder, in order to support engineers on the expansion planning of distribution networks. The analysis methodology and applications presented in this work can help to overcome the barriers for the interconnection of photovoltaic distributed generators / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Gilberto de Martino Jannuzzi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T07:52:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_BrunoWilmerFontes_M.pdf: 4773788 bytes, checksum: 512d3e82e0e392f642f77b5b058267c2 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O consumo de eletricidade no Brasil cresceu 47% na última década e estima-se que aumente outros 55,6% até 2020. A geração da maior parte da eletricidade no país é baseada no modelo de grandes usinas hidrelétricas, distantes dos centros de consumo, assim como a expansão da capacidade de geração para atender o aumento da demanda, mantendo as grandes perdas na transmissão e distribuição da eletricidade. Uma forma de reduzi-las é através do maior uso da geração distribuída, em que a eletricidade é gerada próxima ou no próprio local de consumo, como por exemplo, integrada a edificações. A partir da viabilização deste modelo de geração e dos edifícios eficientes, criou-se o conceito dos chamados Edifícios de Energia Zero (EEZ). EEZs são edifícios com baixas necessidades energéticas e que, ao longo do ano, geram toda a energia que consomem a partir de fontes renováveis de energia. Em 2010, as edificações foram responsáveis por 46,9% do consumo de eletricidade no Brasil e esta participação deve aumentar até o final da década. Dessa forma, um maior emprego da geração distribuída através de fontes renováveis em edificações e também de novos EEZs pode atender parte desta crescente demanda, e consequentemente, adiar ou evitar a construção de novas grandes hidrelétricas e termelétricas movidas a combustíveis fósseis, e reduzindo os impactos socioambientais causados pela sua construção e operação. Esta dissertação propõe uma metodologia para o projeto de sistemas de geração de energia elétrica em EEZs, visando auxiliar engenheiros e arquitetos no dimensionamento destes sistemas, permitindo uma maior adoção deste tipo de edificação. A metodologia consiste de alguns passos simples, que incluem a análise do consumo de energia do edifício e do potencial energético local, o dimensionamento e simulação do sistema de geração, concluindo com a avaliação dos resultados para averiguar se a energia gerada seria suficiente para classificar o edifício como EEZ. Adicionalmente, a metodologia propõe ferramentas para auxiliar na escolha de um sistema de geração, dentre diversas opções de arranjos e tecnologias, como o custo do sistema, da eletricidade produzida por ele e do tempo de retorno de energia. Esta metodologia foi aplicada em um laboratório de ensino, que será construído na Unicamp e tem como meta ter o menor impacto ambiental durante sua construção e operação além de ser um Edifício de Energia Zero. Foi avaliada a viabilidade e contribuição potencial da geração de eletricidade por fontes renováveis de energia no projeto deste laboratório, no caso energia solar fotovoltaica e pequenas turbinas eólicas, como forma de atender a meta EEZ. Também foram avaliados três sistemas fotovoltaicos, cotados com empresas especializadas durante o projeto do laboratório. Adicionalmente, buscando entender melhor a influência da tecnologia e do posicionamento dos sistemas fotovoltaicos na geração de eletricidade, foram realizadas simulações de sistemas com 1kWp, utilizando diferentes tecnologias e orientações. As simulações foram realizadas utilizando o software Homer Energy, de distribuição gratuita / Abstract: Electricity consumption in Brazil increased 47% in the last decade, and it is estimated that it will increase 55.6% until 2020. Most of the electricity generated in the country is based on large hydroelectric dams, located away from the major cities. The planned expansion of the generation park to meet this increase in the demand is also based on this model, leading to great transmission and distribution losses. One way to reduce these losses is through a greater use of distributed generation, where the electricity is generated near or at the point of consumption, e.g., integrated to buildings. With the viabilization of this model of electricity generation and of energy efficient buildings, the concept of Net Zero Energy Buildings (ZEB) was created. A ZEB is a building with low energy needs which, through the course of a year, generated all the energy which it consumes from renewable energy sources. In 2010, the building sector was responsible for 46.9% of all electricity consumption in Brazil, and this share will increase until the end of the decade. That way, a larger use of the distributed generation from renewable sources integrated to buildings and of new ZEB can meet part of this growing demand, and thus postpone or avoid the construction of new large hydroelectric dams and thermoelectric power plants running on fossil fuels, reducing the social and environmental impacts caused by its construction and operation. This dissertation proposes a methodology for the project of electricity generation systems in ZEBs, aiming to help engineers and architects in the dimensioning of these systems, allowing a greater adoption of this kind of building. The methodology consists of a few simple steps, which includes an analysis of the building energy consumption and of the local energy potential, sizing and simulation of the generation system and comparing the results in order to conclude if it is possible for the building to become a ZEB. Additionally, the methodology proposes tools to help choosing the better option among different systems sizes and technologies, including the cost of the system, of the electricity produced by it and the energy payback time. The methodology will be applied to a university's laboratory, which will be built at Unicamp, which aims to have the lowest environmental impact possible during its construction and operation and to be a Net Zero Energy Building. It was addressed the viability and potential contribution of electricity generation from renewable energy sources, solar photovoltaic and small wind turbines, in the laboratory's project as an strategy to reach the ZEB target. Three photovoltaic systems quoted from specialized companies during the project were also analyzed. Also, in order to address the influence of the technology and positioning of the photovoltaic systems on its performance, several simulations of systems with 1kWp were carried out, in different tilts and orientations, and using different technologies of photovoltaic modules. These simulations were performed using the Homer Energy software, which is free of charge / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Akebo Yamakami, Fabricio Oliveira de França / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rampazzo_PriscilaCristinaBerbert_D.pdf: 3129429 bytes, checksum: 7249077a4a6738637b25e26cc8b8c0d6 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O Planejamento da Operação de Sistemas Hidrelétricos é um problema de otimização de grande porte, dinâmico, estocástico, interconectado e não-linear. Várias funções objetivo podem ser utilizadas na representação dos diferentes aspectos do problema. Neste trabalho foram propostas quatro abordagens para a resolução e estudo do problema. As propostas são baseadas em duas Metaheurísticas Evolutivas - Algoritmos Genéticos e Evolução Diferencial - e consideram o problema com as formulações Monobjetivo e Multiobjetivo. Os métodos trabalham simultaneamente com um conjunto de soluções, realizando exploração e explotação do espaço de busca. Com foco principal na Otimização Multiobjetivo, o intuito é encontrar um conjunto de soluções, obtidas em uma única rodada do algoritmo, que possam agregar explicitamente os diferentes critérios do problema. Os algoritmos propostos foram aplicados em vários testes com usinas pertencentes ao Sistema Hidrelétrico Brasileiro. Os resultados obtidos indicam que as abordagens propostas podem ser efetivamente aplicadas ao problema de Planejamento Hidrelétrico, fornecendo soluções alternativas e eficientes. Este trabalho é uma contribuição tanto para o Problema de Planejamento Hidrelétrico, com a proposição de métodos de resolução que permitem a análise de vários aspectos do problema, quanto para a Computação Evolutiva, com a aplicação das técnicas em um problema importante e real / Abstract: The Operation Planning of Hydroelectric Systems is a large, dynamic, stochastic, interconnected and nonlinear optimization problem. Several objective functions can be used in the representation of different aspects of the problem. In this work we proposed four approaches for the study and resolution of the problem. The proposals are based on two Evolutionary Metaheuristics - Genetic Algorithms and Differential Evolution - and consider the problem with single and multiobjective formulations. The methods work simultaneously with a set of solutions in order to perform exploration and exploitation of the search space. With main focus on Multiobjective Optimization, the intent is to find a set of solutions, obtained in a single round of the algorithm, which can explicitly add the different criteria of the problem. The proposed algorithms were applied to several tests with plants belonging to the Brazilian Hydropower System. The achieved results indicate that the proposed approaches can be effectively applied to the Hydropower Planning, providing efficient and alternative solutions. This work is a contribution so much to the Problem of Hydropower Planning, with the proposition of resolution methods that allow the analysis of various aspects of the problem, as for the Evolutionary Computation, with the application of the techniques in a real and important problem / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Nelson Luis Cappelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-21T23:27:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Russo_Edison_D.pdf: 5119506 bytes, checksum: 164ce3ee3d6ecb77b603406874b8bbfd (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A crescente demanda por acionamentos e sistemas elétricos nas máquinas e implementos agrícolas aponta para a necessidade de disponibilização de energia elétrica, em quantidade e qualidade suficientes para o bom funcionamento das mesmas. Neste sentido, a utilização de alternadores veiculares, instalados diretamente nos implementos agrícolas e com acionamento mecânico a partir da tomada de potência, pode apresentar-se como uma alternativa viável, configurando-se no escopo deste trabalho. Na concepção original, esses alternadores possuem um sistema de regulação da tensão de saída gerada, baseado em um controlador do tipo liga-desliga, com o uso de um banco de baterias. A necessidade do uso de baterias, neste tipo de controlador, pode ser um fator restritivo à sua utilização devido à característica sazonal de operação das máquinas e implementos agrícolas. O presente trabalho teve como hipótese analisar a viabilidade técnica de se obter energia elétrica junto a um implemento agrícola, a partir da tomada de potência do trator, por meio de um alternador veicular, sem a necessidade da utilização de baterias e com um sistema de controle da corrente de excitação de campo, que seja capaz de manter a tensão de saída dentro dos limites de operação toleráveis. Para tanto, obteve-se o modelo matemático do alternador utilizado, avaliou-se e simulou-se o sistema original de controle de tensão do tipo liga-desliga, projetou se e simulou-se um sistema de controle fuzzy e implementou-se e testou-se o mesmo em uma bancada de testes. Optou-se pela implementação de um controlador fuzzy com múltiplas entradas (velocidade angular, erro de tensão gerada e corrente de carga) e uma saída (corrente de excitação de campo), o que impossibilita o uso de um sistema de controle PID convencional. Para a implementação do controlador fuzzy foram criadas as variáveis linguísticas e a base de regras a partir do conhecimento especialista. Os resultados obtidos permitem concluir que o sistema de controle fuzzy, quando comparado com o sistema liga desliga, original do alternador, apresenta nitidamente, um incremento de desempenho, com melhor capacidade do mesmo em manter a tensão de saída na faixa de operação, mesmo quando ocorrem variações na corrente de carga e na velocidade angular de acionamento / Abstract: The increasing demand for electrical systems and drives in agricultural machinery and implements points to the need for provision of electricity in sufficient quantity and quality for the smooth functioning of the same. In this sense, the use of vehicle alternators installed directly on agricultural implements and mechanically driven by the tractor's power take-off may represent a viable alternative, integrating the scope of this work. As built, these alternators have an output-voltage regulator system based on an on-off controller and a battery bank. The necessity of batteries in this type of controller can be a limiting factor to its use due the seasonal characteristic operation of the farm machinery and implements. This work had as hypothesis, to analyze the technical viability of obtaining electricity at an agricultural implement from the tractor's power take-off, through a vehicular alternator, without using batteries and with a field-current excitation control system, capable of maintaining the output voltage within the tolerable operation limits. Therefore, it was obtained the mathematical model of the alternator, simulated and evaluated between the original on-off voltage-control systems, a fuzzy control system was designed and simulated and finally implemented in a test bench. It was opted for the implementation of a fuzzy controller with multiple inputs (angular velocity, and voltage error generated load current) and one output (excitation current field), which precludes the use of a conventional PID control system. For the implementation of the fuzzy controller, were created linguistics variables and an expert knowledge base-rule. The results obtained allow concluding that the fuzzy control system, in comparison within on-off system, has a clearly performance increased, and also, improved ability to maintain the output voltage in its operation range in the occurrence of angular speed and load disorder / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutor em Engenharia Agrícola