O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância. / Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.

O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância. / Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.

Orientador: Nelson Miguel Teixeira / Banca: José Angelo Cagnon / Banca: Isidoro Casal Caminha Junior / Resumo: O Brasil é o país que possui uma das maiores reservas mundiais de hidroenergia, em razão da quantidade imensa de rios em seu território. Em diversas áreas isoladas, tais como grupos populacionais dispersos em áreas rurais, a mais importante alternativa de produção e utilização de energia renovável é representada pelas Micro, Mini e Pequenas Centrais Hidrelétricas, que promovem oferta de energia elétrica utilizando pequenos aproveitamentos hidroenergéticos. Para pequenos aproveitamentos, o projetista de uma central hidrelétrica deve, ao definir o tipo de turbina hidráulica, fixar-se nos rotores Pelton, Francis e Kaplan e nas turbinas Banki, por serem os mais freqüentemente encontrados na prática usual. O projeto destes aproveitamentos hidroenergéticos requer muitos detalhes, regras e cálculos matemáticos que exigem tempo e conhecimento do assunto, tornando desejável uma ferramenta que forneça, de forma rápida e clara, a informação sobre os dados envolvidos no dimensionamento de equipamentos. Na sociedade moderna, tal necessidade de informação é constantemente suprida pela informática, com o uso de softwares específicos para o assunto em foco. Com esta idéia, foi desenvolvido o presente trabalho, considerando-se que a criação de um software que atende aos requisitos dos projetos de aproveitamentos hidroenergéticos executa o papel importante de ser uma ferramenta de desenvolvimento da eletrificação rural. Este trabalho pretende, especificamente para geração de energia elétrica através de pequenas centrais hidrelétricas, estabelecer um roteiro completo para pré-dimensionar turbinas hidráulicas, implementar este roteiro em sistema computacional, e criar uma interface de software de fácil uso. A partir das variáveis: vazão do rio, altura de queda do rio, e altitude local, as quais são fornecidas pelo usuário... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Brazil is the country that possesses one of the largest world reservations of hydraulic power, in reason of the immense amount of rivers in its territory. In diverse isolated areas, such as dispersed population groups in rural areas, the most important alternative of production and use of renewable energy is represented by the Micro, Mini and Small Hydroelectric Power Stations, that promote offer of electric energy using small uses hydroelectric power. For small uses, the planner of hydroelectric power plants, when defining the type of hydraulic turbine, to fix itself in the Pelton, Francis and Kaplan rotors and in the Banki turbines, for they be more frequently the found in the usual practice. The project of these uses hydroelectric power requests many details, rules and mathematical calculations that demand time and knowledge of the subject, turning desirable a tool that supplies, in a fast and simple form, the information on the data involved in the sizing of equipment. In the modern society, such need of information constantly is supplied by computer science, with the use of specific software for the subject in focus. With this idea, the present work was developed, being considered that the creation of a software that assists to the requirements of the projects of uses hydroelectric power executes the important paper of being a tool of development of the rural electrification. This work intends, specifically for generation of electric energy through small Hydroelectric Power Stations, to establish a complete guide of orientation for to make initial calculations of the dimensions of hydraulic turbines, to implement this guide of orientation in computational system, and to create an interface of software of easy use. Starting from the variables: outflow of the river, height of fall of the river, and local altitude, which is supplied by the user... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-07-17Bitstream added on 2014-06-13T21:00:26Z : No. of bitstreams: 1 siqueira_rbp_me_guara.pdf: 4087049 bytes, checksum: 0609f7f47f73265753a9783e604996e8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Para iniciar os estudos técnicos e econômicos para instalação de uma pequena central hidrelétrica (PCH), vários fatores devem ser analisados, sendo estes dependentes das condições e conveniências locais, juntamente com a cojuntura econômica do país em que será implantada a PCH. Na complexidade do mercado, em que todos os setores são influenciados, deve-se atentar para os principais pontos que podem interferir no resultado da viabilidade do projeto de uma usina gerador, analisando a taxa de juros para o financiamento, os preços praticados no mercado por fabricantes de equipamentos e serviços, entre outros fatores. O objetivo desta dissertação é elaborar diagramas de custos de geração de energia em função da altura de queda e vazão liquídas, disponibilizadas no diagrama de utilização do catálogo fornecido pelo fabricante de turbinas com experiência no mercado de PCH. A construção dos diagramas tem o suporte de um programa denominado PB, elaborado para determinar os custos de geração, com base nos valores obtidos no diagrama de custos de investimento em PCH. Os principais componentes de uma PCH, juntamente com as características dos equipamentos são abordados. / To begin the technical and economic studies for installation of a Small Hidroelectric Plant, several factors should be analyzed, being these dependents of the conditions and local conveniences, togheter with the economic conjuncture of the country in that the Small Hidroelectric Plant will be implanted. In the complexity of the market, in that all the sections are influenced, it should be attempted for the main points tha can interfere in the result of the viability of the project of a generating power plant, analyzing the interest rate for the financing, the prices practiced in the market by suppliers of equipments and services, among other factors. The objective of this dissertation is to elaborate diagrams of energy generation costs in function of the fall height and liquid flow, showed in the user diagram from the catalog supplied by the manufacturer of turbines with experience in the market of PCH. The construction of the diagram has the support of a denominated program PB elaborated to determine the generation costs, with base in the values obtained in the diagram of investment cost in PCH. The main components of a PCH, togheter with the characteristics of the equipments they are approached.

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batalha_TiagoPeres_M.pdf: 29669933 bytes, checksum: 83773b03eb136ff18c60979de7ceaffe (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Áreas rurais ou isoladas são geralmente abastecidas com energia baseada na queima de óleo diesel. No entanto, estratégias melhores podem ser implementadas utilizando-se recursos de energia renováveis disponíveis na região como recursos hidráulicos, biomassa entre outros. A tecnologia hidrocinética está entre as mais promissoras soluções uma vez que é relativamente barata, de fácil manufatura, confiável e adequada para a maioria das áreas amazônicas devido à grande capacidade hidráulica e predominância de assentamentos de baixa densidade populacional localizados nas margens de rios. Esta dissertação desenvolve uma metodologia de simulação numérica de dinâmica dos fluidos com aplicação das equações de RANS (Reynolds Average Navier Stokes) e malhas bi e tridimensionais para caracterização e projeto de turbinas hidrocinéticas de eixo vertical. Diferentes perfis de pá foram analisados, tais como placa plana, arco circular, NACA simétrico e assimétrico. Os efeitos de número de pás, perfil da pá e velocidade do fluxo de água sobre os coeficientes de torque e potência são apresentados e discutidos. As vantagens desse tipo de turbina incluem operação independente da direção da corrente, reversibilidade, possibilidade de agrupamento, construção barata e sistemas de transmissão simples. Um sistema de apenas uma turbina de 0,5 m de raio e 1 m de altura com sete lâminas submetida à razão de velocidade da ponta de 2,5 com velocidade de fluxo de água de 2 m/s teria potência de aproximadamente 1,6 kW, o que é suficiente para alimentar aproximadamente 7 casas de padrão de consumo médio no Brasil / Abstract: Rural and isolated areas are usually served by diesel based energy supply. However, better strategies can be implemented using renewable energy sources available in the area such as hydraulic, biomass and others. The hydrokinetic technology is among the promising technologies since it is relatively cheap, easy to manufacture, reliable and suitable for most of the Amazon areas because of the large hydraulic capacity and low density population settlements near rivers borders. This dissertation uses CFD, RANS (Reynolds Average Navier Stokes) equations and two and three-dimensional meshes to characterize and develop a methodology of numerical simulation of a vertical axis hydrokinetic turbine. In the simulations, different blade profiles were used such as flat plate, circular arc, symmetric and asymmetric NACA profiles. The effects of the number of blades, blade profile and water flow velocity on the turbine torque and power coefficients were presented and discussed. The advantages of this type of turbines include operation independent of current direction, reversibility, possibility of stacking, cheap construction and simple transmission systems. A system with only one turbine with radius of 0.5 m and height of 1 m with seven blades submitted to a tip speed ratio of 2.5 with water flow velocity of 2 m/s would have power of approximately 1.6 kW, what is enough to supply energy to 7 standard homes in Brazil / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-19T02:30:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peres_GustavoSchultz_M.pdf: 3246760 bytes, checksum: 3e597eb1e2f79e14822d3a7a24d80128 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O método de elevação artificial através do bombeio centrífugo submerso (BCS) é amplamente conhecido na produção de petróleo. Uma alternativa a este método é o hydraulic submersible pump (HSP) que consiste de uma bomba submersa acoplada ao mesmo eixo de uma turbina hidráulica, que é acionada através do fluido a elevada pressão fornecido por uma bomba booster na superfície. As vantagens do sistema HSP em comparação ao (BCS) nas aplicações offshore tem sido discutidas, principalmente devido as suas características de ampla faixa operacional, altas velocidades de rotação e maior tempo médio entre falhas. Em vista disto, o presente estudo avalia o desempenho de uma bomba centrífuga operando como turbina, ou seja, operando em modo reverso, para o acionamento de outras bombas em sistemas de elevação de petróleo. O rotor de uma bomba submersa convencional, operando como turbina, foi investigado. Um arranjo experimental específico foi construído para as medidas dos parâmetros de desempenho, torque, velocidade de rotação, vazão e altura manométrica na turbina, coletados de acordo com dois procedimentos propostos. Curvas de desempenho de altura manométrica, potência de eixo e eficiência são apresentadas e uma comparação com o desempenho do mesmo rotor operando como bomba é discutida. Um método disponível na literatura para estimar os parâmetros de desempenho da turbina a partir dos respectivos parâmetros da bomba, foi utilizado para comparação com os dados experimentais / Abstract: The method of artificial lift through a conventional electrical submersible pump (ESP) is well known in petroleum production. The alternative hydraulic submersible pump technology (HSP) consists of a submersible pump coupled to the same shaft of a hydraulic turbine, which is driven by high pressure water from a surface booster pump. The advantages of the HSP system over the conventional ESP for offshore applications have been discussed, mainly due to its characteristics of wider operating range, higher rotation speeds and higher mean time to failure (MTTF). In view of this, the present study is aimed at the performance evaluation of a centrifugal pump working as turbine (PAT), i.e., operating in reverse mode, to drive another pumps in artificial lift systems. The impeller of a conventional submersible pump operating as turbine was investigated. A specific apparatus was built for measurement of performance parameters such as torque, rotation speed, flow rate and pressure drop through the turbine, collected according two proposed procedures. Performance curves such as head, brake power and efficiency are presented and a comparison with the performance of the same impeller operating as pump is discussed. A method available in the literature to derive the turbine performance parameters from the correspondent pump performance was used for comparison with data / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T21:45:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_GregoryBregion_D.pdf: 5439822 bytes, checksum: 616b0f86a01472d86d7a1b9dc7943ea0 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento termohidrodinâmico de mancais hidrodinâmicos segmentados e avaliar a influência da temperatura nas características dinâmicas (coeficiente equivalente de rigidez e de amortecimento) desses mancais. Por esse motivo, foi desenvolvido um modelo termohidrodinâmico para análise em mancais segmentados, permitindo assim determinar a distribuição de pressão no filme lubrificante juntamente com a distribuição de temperatura. O método de volumes finitos é utilizado na discretização do modelo termohidrodinâmico desenvolvido para resolução da equação de Reynolds e da equação de energia. A partir da distribuição de pressão e de temperatura no filme lubrificante do mancal pode-se calcular as forças hidrodinâmicas atuantes no mancal, a posição de equilíbrio do eixo no mancal e, consequentemente, os coeficientes equivalentes de rigidez e de amortecimento. Os resultados obtidos através do modelo termohidrodinâmico (THD) foram então comparados com os resultados obtidos através do modelo hidrodinâmico clássico (HD), em que o filme lubrificante é considerando isoviscoso, possibilitando analisar a influência da variação da temperatura do filme lubrificante na determinação dos coeficientes equivalentes de rigidez e de amortecimento do mancal. A validação experimental do modelo termohidrodinâmico desenvolvido é realizada a partir de dados de temperatura obtidos em um mancal hidrodinâmico segmentado operando em uma turbina a vapor. Os resultados apresentados neste trabalho mostram as distribuições de pressão, as distribuições de temperatura, a posição de equilíbrio do eixo e dos segmentos do mancal, as forças hidrodinâmicas no mancal, os coeficientes equivalentes de rigidez e de amortecimento na forma completa e na forma reduzida (síncrono e não síncrono), o que permite realizar uma análise das condições de lubrificação e do comportamento dinâmico de mancais hidrodinâmicos segmentados / Abstract: This work aims to analyze the thermohydrodynamic behavior of tilting pad journal bearings and evaluate the temperature influence on the dynamics characteristics (equivalent stiffness and damping coefficients) of these bearings. For this reason, a thermohydrodynamic model was developed to analyze tilting pad journal bearings, leading to the evaluation of the pressure distribution in the oil film jointly with the temperature distribution. The Finite Volume Method is applied in this thermohydrodynamic model to solve the Reynolds' Equation and the Energy Equation. From the distributions of pressure and temperature in the oil film, it is possible to determine the hydrodynamic forces on the bearing, the equilibrium position of the shaft in the bearing and, consequently, the equivalent stiffness and damping coefficients. The results obtained through the thermohydrodynamic model (THD) were compared with the results obtained through the hydrodynamic model (HD), in which the oil film is considered isoviscous, what enables the analysis of the influence of the temperature variation of the oil film in the determination of the equivalent stiffness and damping coefficients of the bearing. The experimental validation of the developed thermohydrodynamic model was accomplished using the temperature measurements obtained in a tilting pad journal bearing operating in a steam turbine. The results presented in this work show the pressure distribution, the temperature distribution, the equilibrium position of the shaft and the pads in the bearing, the hydrodynamic forces in the bearing and the equivalent stiffness and damping coefficients in the full and reduced form (synchronous and non-synchronous), bringing to the analysis of the lubrication condition and the dynamic behavior of tilting pad journal bearing / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:31:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 QuinterosPanesi_AndreRicardo_M.pdf: 5200860 bytes, checksum: 50a776e6a73c01814b4bfb64919bb6d7 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Foi projetada e construída uma bomba de diafragma para um sistema de refrigeração por absorção de água-amônia que opera empregando vapor expandido entre os mesmos níveis de pressão de bombeamento. Através de uma bancada experimental, verificaram-se as condições de funcionamento da bomba que simula um sistema de absorção nas fases de sucção e recalque da solução água-amônia do absorvedor para o gerador através de um nível de baixa pressão para um nível de alta pressão. No teste utilizou-se um recipiente contendo água sujeito a baixa pressão no reservatório representando o absorvedor, um cilindro hermético a alta pressão com entradas e saídas necessárias para a tomada de ar e água representando o gerador, um compressor de ar para pressurização do sistema e dispositivos de controle e comando para a automação do sistema. Foi demonstrada a viabilidade de operação do equipamento como também as limitações encontradas do protótipo / Abstract: Was projected and constructed one diaphragm pump for one system of refrigeration for water-ammonia absorption that operates using expanded vapor it enters the same levels of pump action pressure. Through an experimental group of benches, the conditions of functioning of the pump had been verified that simulates a system of absorption in the suction phases and stresses of the solution water-ammonia of the absorber for the generator through an leveI of low pressure for an high-pressure leveI. In the test one container was used contains water subject to lowers pressure in the reservoir representing the absorber, an air-tight cylinder the high pressure with entrances and necessary exits for the water and air scoop representing the generator, an air compressor for pressurization of the system and devices of control and command for the a automation of the system. The viability of operation of the equipment was demonstrated as also the joined limitations of the archetype / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Récemment, les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire, sont devenues des éléments essentiels des réseaux électriques en tant qu’alternatives d’énergie propre aux combustibles fossiles. Cependant, la qualité de la production de telles ressources énergétiques dépend de différents facteurs incertains, tels que les conditions météorologiques. Par conséquent, la gestion intermittente des sources d’énergie renouvelables est l’un des principaux défis à relever pour une utilisation à plus grande échelle.Une solution possible pour réduire les effets de l'intermittence des ressources énergétiques sur la production d'énergie et la stabilité du réseau consiste à utiliser les technologies de stockage d'énergie. Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) semblent être la méthode de stockage propre unique qui peut être utilisée pour lutter contre la nature intermittente de l’énergie éolienne et solaire. Les STEP utilisent des pompes-turbines réversibles pouvant fonctionner comme des pompes pour stocker l'excès d'énergie électrique dans le réseau et comme des turbines pour générer de l'énergie électrique, lorsque davantage d'énergie électrique est nécessaire. Ainsi, les STEP aident à stabiliser le réseau en présence de ressources en énergies renouvelables intermittentes.Ce travail met l’accent sur les conditions de fonctionnement de la turbine pour le démarrage des STEP. Dans les STEP, la condition de fonctionnement de démarrage est généralement visitée plusieurs fois, à la suite d'un basculement entre les modes de pompage et de turbine. Ainsi, l'amélioration des performances des régulateurs de vitesse utilisés pour le démarrage devient plus importante lorsque l'on traite avec des STEP afin de permettre une récupération rapide de la tension.Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet pluridisciplinaire INNOVHYDRO, qui regroupe différents laboratoires et entreprises tels que, GIPSA-lab où cette thèse a été préparée, G2Elab, GE et EDF.Dans cette thèse, une architecture de contrôleur prenant en compte les limitations informatiques des microcontrôleurs existants utilisés chez GE est proposée. Elle apporte une solution au problème du démarrage rapide de la turbine tout en évitant l'excitation de fortes oscillations de pression. De plus, les contraintes de couple s'intègrent facilement pour permettre un démarrage en douceur, ce qui réduit la fatigue des composants mécaniques, résultant du démarrage répétitif des turbines.Des solutions sont proposées pour ajuster les gains du contrôleur, tout en tenant compte de la dynamique non linéaire de l'actionneur utilisé chez GE. Pour commencer, une méthodologie de réglage est décrite pour garantir la stabilité asymptotique et les performances en boucle fermée, tout en minimisant la limite supérieure de l'erreur de suivi en sortie. De plus, une approche d'optimisation systématique est développée pour sélectionner les gains du contrôleur afin de minimiser le temps nécessaire pour obtenir une connexion stable au réseau, tout en respectant les contraintes de couple maximales. De plus, des algorithmes sont utilisés pour choisir les paramètres du contrôleur de sorte que des certificats de robustesse soient obtenus sur le contrôleur résultant.De plus, un simulateur a été développé pour les centrales hydrauliques et utilisé pour tester le contrôleur proposé. Le simulateur est constitué d’un système d’équations différentielles continues qui modélisent systématiquement le comportement des différents composants de la centrale hydraulique, tels que les conduites forcées, les tunnels, les réservoirs et les cheminées d’équilibre. De plus, le comportement non linéaire et les caractéristiques en S des régions instables des turbines hydrauliques, généralement modélisées par des diagrammes de Hill, sont pris en compte avec succès. De plus, la dynamique non linéaire de l'actionneur est incluse dans le modèle mathématique complet. / Recently, renewable energy resources such as, wind and solar energy, have become integral parts of electric grids as clean energy alternatives to fossil fuels. However, the quality of production of such resources of energy depends on different uncertain factors, for instance, weather conditions. Therefore, dealing with the intermittent nature of renewable energy resources is one of the main challenges when using them on a larger scale.A possible solution to reduce the effects of energy resources intermittency on energy production and grid's stability, is to use energy storage technologies. Pumped storage power plants (PSPs) seem to be the unique clean storage method that can be used to counteract the intermittent nature of wind and solar energy. PSPs make use of pumps-turbines which are capable of working as pumps to store excess electric energy in the grid, and as turbines to generate electric energy, when more electric energy is needed. Thus, PSPs help in stabilizing the grid in the presence of intermittent renewable energy resources.The emphasis in this work is on turbine start-up operating mode for PSPs. In PSPs, the start-up operating mode is usually visited multiple times, as a result of switching back and forth between pumping and turbine modes. Thus, enhancing the performance of the speed governors used for starting-up becomes more important when dealing with PSPs to enable a rapid voltage recovery.This PhD thesis is part of the multidisciplinary INNOVHYDRO project that includes different laboratories and enterprises such as, GIPSA-lab where this thesis was prepared, G2Elab, GE and EDF.In this thesis, a controller architecture that takes into account the computational limitations of existing microcontrollers in use at GE, is proposed. It provides a solution to the problem of fast turbine start-up, while avoiding the excitation of sharp pressure oscillations. In addition, torque constraints are easily integrated to achieve smoother start-up, which reduces the fatigue of the mechanical components, resulting from repetitive start-up of turbines.Different approaches are proposed to tune the controller gains, while taking into account the nonlinear dynamics of the actuator used at GE. To begin with, a tuning methodology is outlined to guarantee the asymptotic stability and the closed-loop performance, while minimizing the guaranteed upper bound on the output tracking error. In addition, a systematic optimization approach is developed to select the controller gains to minimize time needed to get a stable start-up, while respecting maximum torque constraints. Moreover, randomized algorithms are used to choose the controller parameters such that robustness certificates are obtained on the resulting controller.Furthermore, a simulator has been developed for hydraulic power plants and used to test the proposed controller. The simulator constitutes of a system of continuous differential equations, which systematically model the behavior of the different components of the hydraulic power plant such as, penstocks, tunnels, reservoirs and surge tanks. In addition, the nonlinear behavior and unstable regions 'S-characteristics' of hydraulic turbines, usually modeled by Hill charts, are successfully taken into consideration. Moreover, the actuator's nonlinear dynamics are included in the overall mathematical model.

Orientador: José Luz Silveira / Banca: José Nédilo Carrinho de Castro / Banca: José Rui Camargo / Resumo: Para iniciar os estudos técnicos e econômicos para instalação de uma pequena central hidrelétrica (PCH), vários fatores devem ser analisados, sendo estes dependentes das condições e conveniências locais, juntamente com a cojuntura econômica do país em que será implantada a PCH. Na complexidade do mercado, em que todos os setores são influenciados, deve-se atentar para os principais pontos que podem interferir no resultado da viabilidade do projeto de uma usina gerador, analisando a taxa de juros para o financiamento, os preços praticados no mercado por fabricantes de equipamentos e serviços, entre outros fatores. O objetivo desta dissertação é elaborar diagramas de custos de geração de energia em função da altura de queda e vazão liquídas, disponibilizadas no diagrama de utilização do catálogo fornecido pelo fabricante de turbinas com experiência no mercado de PCH. A construção dos diagramas tem o suporte de um programa denominado "PB", elaborado para determinar os custos de geração, com base nos valores obtidos no diagrama de custos de investimento em PCH. Os principais componentes de uma PCH, juntamente com as características dos equipamentos são abordados. / Abstract: To begin the technical and economic studies for installation of a Small Hidroelectric Plant, several factors should be analyzed, being these dependents of the conditions and local conveniences, togheter with the economic conjuncture of the country in that the Small Hidroelectric Plant will be implanted. In the complexity of the market, in that all the sections are influenced, it should be attempted for the main points tha can interfere in the result of the viability of the project of a generating power plant, analyzing the interest rate for the financing, the prices practiced in the market by suppliers of equipments and services, among other factors. The objective of this dissertation is to elaborate diagrams of energy generation costs in function of the fall height and liquid flow, showed in the user diagram from the catalog supplied by the manufacturer of turbines with experience in the market of PCH. The construction of the diagram has the support of a denominated "program PB" elaborated to determine the generation costs, with base in the values obtained in the diagram of investment cost in PCH. The main components of a PCH, togheter with the characteristics of the equipments they are approached. / Mestre