Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-25T17:36:15Z No. of bitstreams: 1 2016_BrunoBatistaSuehara.pdf: 6751035 bytes, checksum: 0dd1bcc9580dd606f254f041995047ec (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-25T17:37:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_BrunoBatistaSuehara.pdf: 6751035 bytes, checksum: 0dd1bcc9580dd606f254f041995047ec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T17:37:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_BrunoBatistaSuehara.pdf: 6751035 bytes, checksum: 0dd1bcc9580dd606f254f041995047ec (MD5) Previous issue date: 2018-04-25 / A crescente utilização da energia proveniente dos ventos em todo o mundo vem trazendo desafios aos desenvolvedores de turbinas eólicas. Mais especificamente, o desenvolvimento de controladores capazes de aumentar a potência produzida pelos aerogeradores e otimizar a resposta gerada para as trajetórias nominais torna-se de suma importância para as indústrias do setor eólico, as quais buscam melhores resultados a cada dia. Um dos principais desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas eólicas é a complexa aerodinâmica envolvida no sistema eólico, que é particularmente não-linear, o que gera regiões de alta instabilidade para determinados pontos de operação em regime permanente. Neste contexto, o presente trabalho propõe um método de controle para velocidade angular de turbinas eólicas por meio de técnicas de planejamento de trajetória. Este método é denominado controle por planicidade diferencial, também conhecido apenas como Flatness, que juntamente com a utilização de um filtro de Kalman, irá produzir uma solução ótima para a resposta do sistema mesmo considerando-se a hipótese da presença de ruídos. Um controlador linear quadrático gaussiano será aplicado ao modelo do sistema com o intuito de comparar seus resultados com as saídas do controlador via planicidade diferencial. / The increasing use of energy from the winds around the world has brought challenges to developers of wind turbines. More specifically, the development of controllers able to increase the power produced by wind turbines and optimize the response generated for nominal trajectories becomes very important for the sector’s industries wind, which searches better results every day. One of the main challenges faced by wind turbine manufacturers is the complex aerodynamics involved in the wind power system, which is particularly non-linear, generating high instability regions for certain operating points on a steady state. In this context, this paper proposes a method to control the angular velocity of wind turbines through trajectory planning techniques. This method is named flatness based control, also known only as Flatness, with together the use of a Kalman filter, will produce an optimum solution to the system response even considering the possibility of the presence of noise. A linear quadratic gaussian controller will be applied to the model in order to compar its results to the outputs of the flatness based control.

Este trabalho trata da dinâmica de sistemas deposicionais eólicos costeiros, com ênfase na influência de variáveis climáticas, oceanográficas e fisiográficas sobre a evolução de campos de dunas. As variáveis controladoras da dinâmica dos sistemas eólicos costeiros incluem o regime de chuvas e ventos, a amplitude de maré, o aporte sedimentar costeiro e a fisiografia da costa. O entendimento da relação entre variáveis atuantes no sistema deposicional e os produtos sedimentares gerados é de extrema importância para a interpretação e descrição de depósitos sedimentares antigos. Além disto, o entendimento desta relação permitiria a elaboração de modelos de sistemas deposicionais com capacidade de inferência da dinâmica do sistema em termos dos seus produtos e vice-versa. Este estudo é organizado em seis capítulos. O capítulo um trata da exposição de conceitos, tais como complexidade, não-uniformidade e descontinuidade, que devem ser considerados ao se estudar sistemas deposicionais. Neste capítulo, destaca-se o controle dos processos sedimentares por variávies aleatórias. Isto sustenta o uso de abordagem probabílistica na descrição de sistemas deposicionais. O capítulo dois envolve uma breve síntese bibliográfica sobre sistemas deposicionais eólicos costeiros. O capítulo três contempla análises estatísticas de características morfométricas dos campos de dunas da costa brasileira medidas em imagens de satélite. Estas análises tiveram como objetivo a avaliação da relação entre características morfométricas dos campos de dunas e fatores climáticos, oceanográficos e fisiográficos. Tais análises revelaram que a ocorrência, o tamanho e a forma dos campos de dunas são controlados mais por fatores ligados à fisiografia da costa e ao aporte sedimentar costeiro do que por fatores climáticos (regime de ventos e chuva). O capítulo quatro envolve a simulação númerica de um modelo conceitual de sistema eólico costeiro. Experimentos de simulação permitiram avaliar a influência do aporte sedimentar costeiro, da amplitude de maré e do regime de ventos e chuvas sobre o desenvolvimento de campos de dunas e a migração da linha de costa. Os experimentos realizados evidenciaram que a sedimentação eólica e a migração da linha de costa são mais sensíveis ao aporte sedimentar costeiro do que às demais variáveis envolvidas no modelo. Isto encontra correspondência com os resultados das análises morfométricas do capítulo três. A evolução de campos de dunas costeiros pode ser influenciada pela dinâmica de migração da linha de costa. Linha de costa estável ou transgressiva favoreceria o desenvolvimento de campos de dunas enquanto que linha de costa regressiva provocaria diluição do aporte sedimentar eólico, o que seria desfavorável à manutenção e crescimento de campos de dunas. Sob certas condições, a intensificação da freqüência de ocorrência de chuvas pode estabilizar a linha de costa e facilitar o desenvolvimento de campos de dunas. Este resultado, de certo modo paradoxal, demonstra que o clima pode afetar de modo indireto a sedimentação eólica costeira. Assim, a relação entre clima e formação de dunas pode ser complexa. A influência da migração da linha de costa sobre a sedimentação eólica permite ainda analisar o desenvolvimento dos campos de dunas em termos de variações do nível relativo do mar. Nos capítulos cinco e seis são apresentados exemplos de análises de depósitos eólicos sob a óptica dos conceitos derivados dos capítulos anteriores. O capítulo 5 apresenta a análise do significado genético das sucessões de fácies eólicas das unidades Pirambóia, Botucatu, Serra Geral e Cauiá. O capítulo 6 apresenta o modo como modelos de sistemas deposicionais eólicos podem ser utilizados na caracterização das heterogeneidades de reservatórios eólicos de hidrocarbonetos. Independente dos resultados alcançados, esta tese procurou demonstrar que para uma melhor compreensão do registro sedimentar é necessário o estudo do funcionamento dos sistemas deposicionais. O entendimento da dinâmica de sistemas deposicionais permite modos mais 2 precisos e dedutivos de descrição e interpretação dos depósitos sedimentares. Algumas conclusões, tais como a influência indireta do clima sobre a sedimentação eólica (através da migração da linha de costa), destoam do senso comum, cujo conhecimento advém de observações de curto intervalo de tempo em sistemas deposicionais ativos. Neste contexto, a simulação coloca-se como ótima ferramenta para o estudo de sistemas deposicionais, pois permite análises que contemplam o longo intervalo de tempo envolvido na evolução dos sistemas deposicionais. / This study deals with the relation between coastal eolian system dynamics and variables acting on the coastal zone. These variables include rain and wind regime, tidal range, coastal physiography and sedimentary supply. The knowledge of the relation between variables responsible for eolian system dynamics and their products is of large importance for the interpretation and description of ancient eolian sediments. Furthermore, the understanding of coastal eolian system dynamics would allow the construction of depositional system models with general and deductive character. This work is divided in six chapters. Chapter one shows the concepts of complexity, non-uniformity and discontinuity which may be considered in the study of depositional systems. The main point of this chapter is the random behavior of sedimentary processes which supports a probabilistic model for depositional systems. Chapter two presents a brief revision of eolian depositional systems. Chapter three comprises statistical analyzes of geographic distribution and morphometric properties of Quaternary dunefields of the Brazilian coast. These analyzes were based on satellite images data and the main objective was to verify the influence of tidal range, coastal phisiography, wind and rain regime and coastal sedimentary supply on the development and morphology of dunefields. An important conclusion is that the development, size and morphology of dunefields are more associated with coastal phisiography and sedimentary supply than with climatic factors. Chapter four presents the simulation of a conceptual coastal eolian system model. Simulations allow to analyze the eolian system dynamics with a more analytical approach. The simulations showed that dunefield growth and coastline migration are more sensitive to coastal sedimentary supply than to other variables, like wind velocity and frequency of rain occurrence. This is in agreement with conclusions derived from analyzes of morphometric properties and geographic distribution of dunefields (chapter three). The coastline behavior may be very important to dunefield evolution. Stable or transgressive coastline favor the sand supply to the dunefield while regressive coastline dilutes the eolian sand supply. Therefore, dunefield maintenance and growth are favored by transgressive or stable coastline. The increasing of rain frequency can induce coastline stability under some conditions. Thus, there is a complex relation between climate and coastal eolian sedimentation. Chapters five and six present examples of how the concepts about dunefields dynamics, derived from chapters three and four, can be used to interpret ancient eolian deposits and to understanding the heterogeneities of eolian hydrocarbon reservoirs. This work attempts to demonstrate that for better comprehension of the sedimentary record it is necessary to study how depositional systems behave. The understanding of depositional system dynamics permits a more deductive description and interpretation of the sedimentary record. The relation between climate and coastal dunefield growth disagree with conclusions from common sense whose knowledge is provided by short time observations of active depositional systems. In this context, simulation is a powerful tool to study depositional systems since it allows to analyze depositional systems behavior in their real and long time span.

Este trabalho trata da dinâmica de sistemas deposicionais eólicos costeiros, com ênfase na influência de variáveis climáticas, oceanográficas e fisiográficas sobre a evolução de campos de dunas. As variáveis controladoras da dinâmica dos sistemas eólicos costeiros incluem o regime de chuvas e ventos, a amplitude de maré, o aporte sedimentar costeiro e a fisiografia da costa. O entendimento da relação entre variáveis atuantes no sistema deposicional e os produtos sedimentares gerados é de extrema importância para a interpretação e descrição de depósitos sedimentares antigos. Além disto, o entendimento desta relação permitiria a elaboração de modelos de sistemas deposicionais com capacidade de inferência da dinâmica do sistema em termos dos seus produtos e vice-versa. Este estudo é organizado em seis capítulos. O capítulo um trata da exposição de conceitos, tais como complexidade, não-uniformidade e descontinuidade, que devem ser considerados ao se estudar sistemas deposicionais. Neste capítulo, destaca-se o controle dos processos sedimentares por variávies aleatórias. Isto sustenta o uso de abordagem probabílistica na descrição de sistemas deposicionais. O capítulo dois envolve uma breve síntese bibliográfica sobre sistemas deposicionais eólicos costeiros. O capítulo três contempla análises estatísticas de características morfométricas dos campos de dunas da costa brasileira medidas em imagens de satélite. Estas análises tiveram como objetivo a avaliação da relação entre características morfométricas dos campos de dunas e fatores climáticos, oceanográficos e fisiográficos. Tais análises revelaram que a ocorrência, o tamanho e a forma dos campos de dunas são controlados mais por fatores ligados à fisiografia da costa e ao aporte sedimentar costeiro do que por fatores climáticos (regime de ventos e chuva). O capítulo quatro envolve a simulação númerica de um modelo conceitual de sistema eólico costeiro. Experimentos de simulação permitiram avaliar a influência do aporte sedimentar costeiro, da amplitude de maré e do regime de ventos e chuvas sobre o desenvolvimento de campos de dunas e a migração da linha de costa. Os experimentos realizados evidenciaram que a sedimentação eólica e a migração da linha de costa são mais sensíveis ao aporte sedimentar costeiro do que às demais variáveis envolvidas no modelo. Isto encontra correspondência com os resultados das análises morfométricas do capítulo três. A evolução de campos de dunas costeiros pode ser influenciada pela dinâmica de migração da linha de costa. Linha de costa estável ou transgressiva favoreceria o desenvolvimento de campos de dunas enquanto que linha de costa regressiva provocaria diluição do aporte sedimentar eólico, o que seria desfavorável à manutenção e crescimento de campos de dunas. Sob certas condições, a intensificação da freqüência de ocorrência de chuvas pode estabilizar a linha de costa e facilitar o desenvolvimento de campos de dunas. Este resultado, de certo modo paradoxal, demonstra que o clima pode afetar de modo indireto a sedimentação eólica costeira. Assim, a relação entre clima e formação de dunas pode ser complexa. A influência da migração da linha de costa sobre a sedimentação eólica permite ainda analisar o desenvolvimento dos campos de dunas em termos de variações do nível relativo do mar. Nos capítulos cinco e seis são apresentados exemplos de análises de depósitos eólicos sob a óptica dos conceitos derivados dos capítulos anteriores. O capítulo 5 apresenta a análise do significado genético das sucessões de fácies eólicas das unidades Pirambóia, Botucatu, Serra Geral e Cauiá. O capítulo 6 apresenta o modo como modelos de sistemas deposicionais eólicos podem ser utilizados na caracterização das heterogeneidades de reservatórios eólicos de hidrocarbonetos. Independente dos resultados alcançados, esta tese procurou demonstrar que para uma melhor compreensão do registro sedimentar é necessário o estudo do funcionamento dos sistemas deposicionais. O entendimento da dinâmica de sistemas deposicionais permite modos mais 2 precisos e dedutivos de descrição e interpretação dos depósitos sedimentares. Algumas conclusões, tais como a influência indireta do clima sobre a sedimentação eólica (através da migração da linha de costa), destoam do senso comum, cujo conhecimento advém de observações de curto intervalo de tempo em sistemas deposicionais ativos. Neste contexto, a simulação coloca-se como ótima ferramenta para o estudo de sistemas deposicionais, pois permite análises que contemplam o longo intervalo de tempo envolvido na evolução dos sistemas deposicionais. / This study deals with the relation between coastal eolian system dynamics and variables acting on the coastal zone. These variables include rain and wind regime, tidal range, coastal physiography and sedimentary supply. The knowledge of the relation between variables responsible for eolian system dynamics and their products is of large importance for the interpretation and description of ancient eolian sediments. Furthermore, the understanding of coastal eolian system dynamics would allow the construction of depositional system models with general and deductive character. This work is divided in six chapters. Chapter one shows the concepts of complexity, non-uniformity and discontinuity which may be considered in the study of depositional systems. The main point of this chapter is the random behavior of sedimentary processes which supports a probabilistic model for depositional systems. Chapter two presents a brief revision of eolian depositional systems. Chapter three comprises statistical analyzes of geographic distribution and morphometric properties of Quaternary dunefields of the Brazilian coast. These analyzes were based on satellite images data and the main objective was to verify the influence of tidal range, coastal phisiography, wind and rain regime and coastal sedimentary supply on the development and morphology of dunefields. An important conclusion is that the development, size and morphology of dunefields are more associated with coastal phisiography and sedimentary supply than with climatic factors. Chapter four presents the simulation of a conceptual coastal eolian system model. Simulations allow to analyze the eolian system dynamics with a more analytical approach. The simulations showed that dunefield growth and coastline migration are more sensitive to coastal sedimentary supply than to other variables, like wind velocity and frequency of rain occurrence. This is in agreement with conclusions derived from analyzes of morphometric properties and geographic distribution of dunefields (chapter three). The coastline behavior may be very important to dunefield evolution. Stable or transgressive coastline favor the sand supply to the dunefield while regressive coastline dilutes the eolian sand supply. Therefore, dunefield maintenance and growth are favored by transgressive or stable coastline. The increasing of rain frequency can induce coastline stability under some conditions. Thus, there is a complex relation between climate and coastal eolian sedimentation. Chapters five and six present examples of how the concepts about dunefields dynamics, derived from chapters three and four, can be used to interpret ancient eolian deposits and to understanding the heterogeneities of eolian hydrocarbon reservoirs. This work attempts to demonstrate that for better comprehension of the sedimentary record it is necessary to study how depositional systems behave. The understanding of depositional system dynamics permits a more deductive description and interpretation of the sedimentary record. The relation between climate and coastal dunefield growth disagree with conclusions from common sense whose knowledge is provided by short time observations of active depositional systems. In this context, simulation is a powerful tool to study depositional systems since it allows to analyze depositional systems behavior in their real and long time span.