Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-12-18T16:03:32Z No. of bitstreams: 1 2017_ViniciusdeSousadeBritto.pdf: 7679831 bytes, checksum: 4a23eb508617cda9dfdb66a74d8aa311 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-22T13:56:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ViniciusdeSousadeBritto.pdf: 7679831 bytes, checksum: 4a23eb508617cda9dfdb66a74d8aa311 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T13:56:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ViniciusdeSousadeBritto.pdf: 7679831 bytes, checksum: 4a23eb508617cda9dfdb66a74d8aa311 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / O principal objetivo deste trabalho é investigar o comportamento do escoamento jusante de um arranjo de turbinas hidrocinéticas de eixo horizontal, por meio de um estudo numérico, denominado esteira. Deseja-se entender como o comportamento do escoamento entre os rotores pode influenciar a potência. Para realizar esse estudo foram utilizadas variáveis como velocidade média normalizada, energia cinética e intensidade de turbulência ao longo da direção axial. / The main objective of this work is to investigate downstream flow behavior by a numerical study of the turbulent wake in an arrangement of horizontal axis hydrokinetic turbines. It is intended to understand how the flow behavior close to the rotors can influence the power on the turbines. To perform this study, variables such as normalized mean velocity, kinetic energy and turbulence intensity along the axial direction were used.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / O presente trabalho teve como objeto de estudo ensaios de turbinas de eixo horizontal, tanto hidrocinéticas quanto eólicas. O Laboratório de Energia e Ambiente da Universidade de Brasília executa esses ensaios em campo e em túnel de vento, por meio de três módulos: acionamento, controle e monitoramento. O objetivo principal foi aprimorar o sistema de ensaios de turbinas de eixo horizontal, por meio da metodologia de projeto de produtos. A partir da modelagem conceitual foi desenvolvida a síntese funcional do sistema. Ensaios funcionais permitiram a avaliação do sistema e de cada um de seus módulos, promovendo a validação da síntese funcional e contribuindo com a concepção das alternativas de aprimoramento. Os três módulos foram reconfigurados, no sentido de se atender o maior número possível de necessidades dos usuários. Primeiramente, o módulo de acionamento foi ensaiado com o sistema supervisório ScadaBR, considerado mais didático pelos usuários, permitindo os comandos do motor do túnel de vento. Em um segundo momento, o módulo de controle foi reconfigurado através do projeto de um novo controlador de rotação das turbinas, utilizando uma técnica de sintonia automática do Matlab. Essa reconfiguração promoveu flexibilidade na escolha de um controlador mais adequado aos requisitos dos ensaios. Por fim, o módulo de monitoramento foi reconfigurado e implementado na plataforma de turbinas hidrocinéticas do Projeto Hydro-K, instalada no rio Tietê, à jusante da Usina Hidrelétrica de Bariri, estado de São Paulo. Como resultados, esta dissertação apresenta três alternativas de melhorias funcionais para o sistema analisado, fundamentadas pela metodologia aplicada e pelos ensaios funcionais desenvolvidos. As três alternativas ofereceram diferentes configurações ao sistema, sendo que a terceira representa a maior contribuição deste trabalho. Concebida sob o contexto de flexibilidade, a última alternativa proposta sugere operações com os módulos, permitindo que o usuário defina o tipo de ensaio e quais os equipamentos a serem utilizados, de acordo com suas necessidades. A solução para a terceira alternativa, propõe o uso do ScadaBR, que permite a integração das funções dos três módulos e concentra a operacionalização de todo o sistema. Com isso, requisitos de maior confiabilidade e flexibilidade de operação do sistema são atendidos. / The present work had as its object of study horizontal axis turbines tests, both hydrokinetic and wind turbine. The Laboratory of Energy and Environment of the University of Brasilia performs these tests in filed and wind tunnel, through three modules: activation, control and monitoring. The main objective was to improve the horizontal axis turbine tests system, through the methodology of product design. From the conceptual modeling the functional synthesis of the system was developed. Functional tests allowed the evaluation of the system and each of its modules, promoting the validation of functional systhesis and contributing to the design of the improvement alternatives. The three modules have been reconfigured in order to meet the greatest possible number of users’ needs. First, the activation module was tested with the ScadaBR supervisory system, considered more didatic by the users, allowing the wind tunnel motor controls. In a second moment, the control module was reconfigured through the design of a new controller of rotation of the turbines, using the technique of automatic tuning of Matlab. This reconfiguration promoted flexibility in choosing a controller more suited to the test requirements. Finally, the monitoring module was reconfigured and implemented on the hydrokinetic turbines platform of the Hydro-K Project, installed in the Tiete River, downstream of the Bariri Hydropower Plant, in the state of Sao Paulo. As results, this dissertation presents three functional improvement alternatives for the analyzed system, based on the methodology applied and the functional tests developed. The three alternatives offered different configurations to the system, and the third one represents the major contribution of this work. Conceived under the context of flexibility, the last proposed alternative suggests operations with the modules, allowing the user to define the type of test and which equipment to use, according to their needs. The solution to the third alternative, proposes the use of ScadaBR, which combine the functions of the three modules and concentrate the operationalization of the entire system. With this, requirements of greater reliability and flexibility of operation of the system are met.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-05-31T18:28:23Z No. of bitstreams: 1 2016_MarianelaMachucaMacías.pdf: 118682950 bytes, checksum: f7600b3eb8855ac1fa9acbe671dd0f2c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-12-21T11:56:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarianelaMachucaMacías.pdf: 118682950 bytes, checksum: f7600b3eb8855ac1fa9acbe671dd0f2c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-21T11:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarianelaMachucaMacías.pdf: 118682950 bytes, checksum: f7600b3eb8855ac1fa9acbe671dd0f2c (MD5) / O presente trabalho teve como finalidade o estudo de turbinas de eixo horizontal, tanto eólicas como hidrocinéticas. O objetivo principal do estudo foi encontrar uma lei semi-empírica para realizar a transposição de resultados de desempenho de um modelo reduzido operando em ar para seu protótipo em água. Ensaios experimentais foram realizados no interior de um túnel de vento de seção 1,2 x 1,2 m para o modelo reduzido. Foram realizados testes para as velocidades de escoamento de 8, 10 e 12 m/s. A metodologia empregada nos ensaios baseou-se em manter a velocidade do escoamento constante e variar a velocidade de rotação da turbina. Um fator importante durante os ensaios foi o controle da velocidade de rotação por meio de um controlador PID e da técnica de modulação PWM. Velocidade de rotação e torque foram medidas para o levantamento das curvas de desempenho CpvsTSR. Foram colocados 'transitionstrips' sobre as pás para induzir a transição do escoamento do regime laminar para o turbulento, e correções de bloqueio tiveram que ser aplicadas sobre os resultados experimentais para diminuir os efeitos de parede do túnel de vento sobre os resultados medidos. A transposição de resultados foi realizada utilizando os dados de desempenho obtidos dos ensaios experimentais e a lei semi-empírica proposta. A equação de transposição proposta depende exclusivamente dos números de Reynolds do modelo e do protótipo e de um fator de escala, m. Este fator de escala é calculado a partir das equações da metodologia BEM, relacionando os coeficientes de potência com os fatores de indução axial e radial. Simulações numéricas CFD e BEM foram realizadas para modelo, em ar, e protótipo. No modelo reduzido, as simulações foram validades com os dados experimentais de Cp obtidos durante os ensaios em túnel de vento. Por outro lado, as simulações do protótipo foram usadas para validar os resultados obtidos da transposição de resultados. Por meio destes resultados, as metodologias numéricas e experimental foram validades. Cabe ressaltar, que a lei semi-empírica proposta é robusta, confiável e consistente para a turbina estudada neste trabalho. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The aim of this work was to study the horizontal axis hydrokinetic and wind turbines. The main objective of this study was to find a semi empirical law to make the transposition of the performance results of a small turbine, in air, to the prototype, in water. Experimental tests were carried out in a wind tunnel of 1,2 x 1,2 m of section to the small turbine. The tests were realized at wind speed of 8, 10 and 12 m/s. The methodology used in the tests was based in keep constant the wind speed and to varying the rotation velocity of the turbine. A key element of the methodology was the control of the rotation velocity using a PID controller and the modulation technique PWM. During the test torque and rotation velocity were measured. To achieve the expect results were located on the blades transition strips to force the transition from laminar flow to turbulent, and blockage effect of the wind tunnel wall was removed from the measured power data applying a blockage correction method. The transposition of results was carried out using the performance data obtained with the experimental tests and the semi empirical law proposed. The proposed equation dependence of the Reynolds numbers and a scale factor. The scale factor, m, is calculate using the equations of BEM method, which relates the power coefficients with axial and radial induction factors. CFD and BEM numerical simulations were realized to the small turbine, in the air, and the prototype, in water. In the case of the small turbine, the numerical simulations were validated with the Cp experimental data in the wind tunnel. For the other hand, the prototype simulations were used to validate the results obtained with the transposition of results. All that results validate the numerical and experimental methodology used. It should be noted that the semi empirical law proposed is robust for the turbine studied in this case.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-31T12:20:03Z No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-11T16:28:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T16:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5) Previous issue date: 2017-09-11 / O projeto Hydro-K tem como objetivo o desenvolvimento de uma turbina hidrocinética. O protótipo ou o modelo preliminar desta certamente apresenta incertezas e para eliminá-las são necessários testes e coleta de dados. Essa coleta foi feita através de uma plataforma instrumental desenvolvida neste trabalho. Um outro desafio foi o controle da turbina. O controle tradicional das turbinas hidrocinéticas com um eixo horizontal, velocidade variável e um angulo da pá fixo, requer o mapeamento da curva CP da turbina com antecedência. Em seguida, a sua velocidade de rotação é medida e manipulada de modo a manter a máxima eficiência do rotor. Recentemente, o controle do Maximum Power Point Tracking (MPPT) foi aplicado às turbinas eólicas. Esse método de controle elimina a necessidade de mapeamento de curva CP medindo a tensão e a saída de corrente do gerador e ajustando periodicamente a carga elétrica no gerador para manter a potência máxima de saída elétrica. Considerando as semelhanças entre as turbinas hidrocinéticas e as eólicas, é provável que o MPPT possa ser aplicado para os hidrogeradores. Um segundo objetivo desta dissertação é avaliar a eficácia do MPPT para turbinas hidrocinéticas comparando uma estratégia de controle convencional com o MPPT usando simulações no "SIMULINK". A carga elétrica no gerador é variada usando o Pulse Width Modulation (PWM). A turbina hidrocinética do Hydro-K desenvolvida na Universidade de Brasília (UnB) é equipada com um gerador síncrono-trifásico com ímã permanente. Os resultados das simulações e experiências são apresentados comparando os dois métodos de controle acima mencionados sob diferentes condições de velocidade da água, e mostram que o controle MPPT fornece uma saída elétrica superior. / A project named Hydro-K is aimed at developing a hydrokinetic turbine. The prototype or preliminary model of this turbine will inherently present uncertainties. Eliminating them requires testing and data gathering. The data is acquired using an instrumentation platform designed in this dissertation. Another challenge will be controlling the turbine. Controlling traditional horizontal-axis-variable-speed-fixed-pitch hydrokinetic turbines requires mapping its efficiency at various water and rotor speeds, i.e., the CP curve of the turbine, in advance. Whereafter, its rotational velocity is measured and manipulated in order to maintain maximum efficiency of the rotor. Recently, Maximum Power Point Tracking (MPPT) control has been applied to wind turbines. This control method eliminates the necessity of CP curve mapping by measuring the generator’s voltage and current output, and periodically adjusting the electrical load on the generator to maintain the maximum electrical power output. Considering the similarities between hydrokinetic and wind turbines, it is likely that MPPT can be effectively applied for the hydrokinetic variant. Therefore, a second objective is assessing the effectiveness of MPPT for hydrokinetic turbines by comparing a conventional control strategy with MPPT using simulations in "SIMULINK". The electrical load on the generator is varied by using Pulse Width Modulation (PWM). The Hydro-K turbine developed at the University of Brasilia (UnB) is equipped with a three-phase-permanent-magnet-synchronous- generator (PMSG). The results of the simulations are presented by comparing the two aforementioned control methods under different water velocity conditions, and show that MPPT control delivers a superior electrical output.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Este trabalho tem como objetivo a visualização experimental do escoamento em turbinas de eixo horizontal do tipo hidrocinética para um modelo em escala de diâmetro de 230 mm. Modelo este em que se variou o quantitativo de pás, com ensaios para rotores de duas pás, três pás e quatro pás; ainda, foram verificadas as estruturas de escoamento, variando a velocidade do rotor da turbina. Os experimentos foram realizados no túnel de vento com seção de teste em medidas de 2x1x1 m, cuja velocidade de escoamento era de 5 m/s e número de Reynolds Re= 7,9 x 104. Na metodologia, foram empregados dois mecanismos de visualização por fumaça (1. fio de fumaça; 2. Injeção direta por gerador de fumaça). Foram analisadas as propriedades qualitativas referentes ao escoamento na região percebida pela turbina, a partir da utilização de um sistema de controle do túnel de vento e do sistema de aquisição de imagens para posterior observação. Com os resultados obtidos, foram percebidas na esteira próxima, estruturas coerentes e passíveis de caracterização de vórtices de ponta de pá, estes muito bem definidos nos resultados obtidos por imagens a partir do arranjo experimental robusto. / The objective of this work is the experimental visualization of flow in turbines of horizontal axis from the hydrokinetic type for a model with a diameter scale of 230 mm. This model, which was varied the quantitative of blades, perfomed tests for rotors of two, three and four blades, and also verified the flow structures varying the rotor speed of the turbine.The experiments were carried out in the wind tunnel with a test section measuring 2x1x1 m, with flow velocity of 5 m/s and Reynolds's number Re= 7,9 x 104; in the methodology two methods of visualization by smoke (smoke wire and direct injection by smoke generator) were used. The qualitative properties related to the flow in the region perceived by the turbine were analyzed using a wind tunnel control system and an image acquisition system for further observation.With the results obtained, a coherent structure was observed, capable of characterizing vortices of blade tip, these very well defined in the results obtained by images from the robust experimental arrangement.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-03-23T14:45:57Z No. of bitstreams: 1 2014_GuilhermeVazFerreira.pdf: 3585456 bytes, checksum: 6425e3ae3d4609823794236d2711e2a9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2015-04-29T17:49:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_GuilhermeVazFerreira.pdf: 3585456 bytes, checksum: 6425e3ae3d4609823794236d2711e2a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-29T17:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_GuilhermeVazFerreira.pdf: 3585456 bytes, checksum: 6425e3ae3d4609823794236d2711e2a9 (MD5) / As projeções relativas á demanda global por energia elétrica apontam um crescimento muito elevado no consumo nas próximas décadas. Foi mostrado que esse consumo aumentará 93% em 2040, comparado ao do ano de 2010. Atualmente, mais de 60 % da energia elétrica consumida provém de combustíveis fósseis, que são recursos limitados e altamente nocivos ao meio ambiente. Nesse contexto, a utilização de turbinas hidrocinéticas que operam com a correnteza dos rios é uma excelente opção, visto que as mesmas possuem grande previsibilidade e alta densidade de potência. O objetivo principal do presente trabalho é o projeto de uma pá compósita para ser utilizada em uma turbina hidrocinética de eixo horizontal capaz de gerar 500 kW de eletricidade com a correnteza do rio Tucurul no estado do Pará. Essa turbina possui um rotor com 3 pás e diâmetro nominal de 10 m. Foram feitas análises de duas pás: a primeira fabricada com lâminas com reforço unidirecional pré-impregnadas de carbono/epóxi do tipo AS4/3501-6 e a segunda com a liga de alumínio 6061-T6. Os resultados foram obtidos utilizando-se o Ansys. Foram utilizados nós mestres e equações de restrição para a aplicação do carregamento hidrodinámico. Os máximos índices de falha estabelecidos para as pás compósita e metálica foram, respectivamente, de: 0.5 segundo Tsai-Wu e 0.5 segundo von Mises. As massas obtidas para as pás compósita e metálica foram de 221.87 kg e 709.16 kg. respectivamente. As deflexões máximas na ponta da pá foram de 5.65 cm para a pá compósita e 2.45 cm para a pá metálica. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The projections related to the global demand of electricity show a very high growth in consumption in the coming decades. It has been show that this consumption will increase by 93 % in 2040 compared to the one in '2010. Currently, more than 60 % of the energy consumed comes from fossil fuels, which are limited resources and highly harmful to the environment. In this context, the use of hydrokinetic turbines operating with the flow of the rivers is an excellent choice, as they have great predictability and high power density. The main objective of this work is the design of a composite blade to be used in a horizontal axis hydrokinetic which can generate 500 kW of electricity with Tucurui’s river flow in Pará state. This turbine has a rotor with three blades and a nominal diameter of 10 m. Two blades analyses were perfomed: the first one manufactured with carbon/epoxy unidirectional reinforced prepreg laminas type AS4/3501-6 and the second one made with 6061-T6 aluminum alloy. Results were obtained using ANSYS, reputed finite element analysis (FEA) software. Masters nodes and restrained equations were used to apply the hydrodynamic loading. The maximum failure index established for the composite and metallic blades were respectively 0.5 according to Tsai-Wu and 0.5 according to von Mises. The masses obtained for the composite and metallic blades were 221.87 kg and 709.10 kg. respectively. The maximun deflection at the blade tip were 5.65 cm for the composite blade and 2.45 cm to the metallic blade.

Submitted by Ivone Costa (mivone@ufpa.br) on 2018-09-04T12:29:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModeloVazaoVelocidade.pdf: 7237230 bytes, checksum: d46e07c193f9f0b9a8748df691536082 (MD5) / Approved for entry into archive by Ivone Costa (mivone@ufpa.br) on 2018-09-04T12:29:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModeloVazaoVelocidade.pdf: 7237230 bytes, checksum: d46e07c193f9f0b9a8748df691536082 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-04T12:29:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModeloVazaoVelocidade.pdf: 7237230 bytes, checksum: d46e07c193f9f0b9a8748df691536082 (MD5) Previous issue date: 2018-05-25 / A rede de informações hidrológicas brasileira disponibiliza dados de vazões diários, contudo, as informações de velocidades diárias não estão disponíveis em séries históricas. O inventário de velocidades dos rios é importante para muitas aplicações, e uma delas é o estudo de potencial hidrocinético, inclusive a jusante de centrais hidrelétricas. Portanto, o trabalho propõe um modelo denominado VazãoVelocidade que determina a velocidade média diária, a forma geométrica e a distribuição do perfil logarítmico de velocidade da seção transversal de rios a partir de dados de vazão diária. O modelo foi aplicado inicialmente em uma pequena bacia hidrográfica com dados de vazão e a validação foi realizada utilizando o erro médio quadrático – RMSE, o erro médio quadrático relativo - RRMSE, a razão do desvio padrão de observação – RSR e a porcentagem de viés – PBIAS. Posteriormente, o modelo foi aplicado às bacias hidrográficas dos rios Amazonas, São Francisco e Paraná (maiores bacias do Brasil), usando a maior e menor vazão da série histórica. A maior e menor velocidade média encontrada no rio Amazonas foi de 2,27 ms-1 e 0,735 ms-1 na seção transversal de Óbidos para uma vazão de 266 897 m³s-1 e 72 480 m³s-1, respectivamente. Os principais contribuintes do rio Amazonas, com exceções dos rios Trombetas, Madeira e Xingu, apresentam velocidades médias diárias abaixo de 2 ms-1 para o período de cheia, porém, no período de estiagem as velocidades médias diárias de todos são abaixo de 0,5 ms-1. O rio São Francisco, nas seções transversais estudadas ao longo de sua extensão, apresenta velocidades entre 3,087 ms-1 a 1,679 ms-1 para o período de cheia e no período de estiagem as velocidades estão entre 0,437 ms-1 a 0,116 ms-1. Já no rio Paraná, as velocidades estão entre 2,167 ms-1 a 1,504 ms-1 e 0,594 ms-1 a 0,118 ms-1 para a maior e menor vazão, na devida ordem. Verificou-se que o rio Amazonas tem potencial hidrocinético que pode ser explorado durante o ano todo. Na bacia do São Francisco, somente no período de maiores vazões há potencial para a instalação de turbinas hidrocinéticas, idem para a bacia do rio Paraná. É claro que, em pontos dos rios onde existam centrais hidrelétricas essa avaliação deve mudar devido ao despacho das centrais. / The Brazilian hydrological information network provides daily flow data; however, daily velocity information is not available in historical series. The inventory of river velocities is important for many applications, and one of them is the study of hydrokinetic potential, including downstream of hydroelectric plants. Therefore, the work proposes a model called Flow-Velocity that determines the average daily velocity, the geometric form and the distribution of the logarithmic velocity profile of the cross section of rivers from daily flow data. The model was initially applied in a small river basin with flow data and the validation was performed using the mean square error (RMSE), the relative mean square error (RRMSE), the standard deviation of observation (RSR) and the percentage of bias PBIAS. Subsequently, the model was applied to the river basins of the Amazonas, São Francisco and Paraná rivers (Brazil's largest basins), using the highest and lowest flows in the historical series. The highest and lowest average speed found in the Amazon River was 2.27 ms-1 and 0.735 ms-1 in the Óbidos cross-section for a flow of 266 897 m³s-1 and 72 480 m³-1, respectively. The main contributors to the Amazon River, with the exception of the Trombetas, Madeira and Xingu rivers, present average daily speeds below 2 ms-1 for the flood period, but in the dry season the average daily speeds of all are below 0.5 ms-1. The São Francisco river, in the transversal sections studied along its length, presents velocities between 3.09 ms-1 to 1.68 ms-1 for the period of flood and in the period of drought the speeds are between 0,44 ms-1 to 0,12 ms-1. In the Paraná River, velocities are between 2.17 ms-1 to 1.50 ms-1 and 0,59 ms-1 to 0,12 ms-1 for the greater and smaller flow, in due order. It was verified that the Amazon river has hydrokinetic potential that can be explored all year round. In the São Francisco basin, it is only in the period of higher flows that there is potential for the installation of hydrokinetic turbines, similar to the Paraná river basin. Of course, at points in rivers where there are hydroelectric plants, this assessment should change due to the dispatch of power plants.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2019-01-09T15:12:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Avaliacaopotencialhidrocinetico.pdf: 8351249 bytes, checksum: 542dae2d7946a6040cc94eb50f120133 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2019-01-09T15:15:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Avaliacaopotencialhidrocinetico.pdf: 8351249 bytes, checksum: 542dae2d7946a6040cc94eb50f120133 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-01-09T15:15:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Avaliacaopotencialhidrocinetico.pdf: 8351249 bytes, checksum: 542dae2d7946a6040cc94eb50f120133 (MD5) Previous issue date: 2017-12 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / É possível maximizar o rendimento de empreendimentos hidrelétricos, aproveitando a energia remanescente a jusante de barragens a partir da instalação de turbinas hidrocinéticas. Nesse contexto, são apresentados dois estudos de casos de usinas hidrelétricas, um de grande porte Tucuruí, construída no rio Tocantins, na Amazônia, e outro de médio porte Bariri no rio Tietê, no Sudeste do Brasil. Nos projetos de centrais hidrocinéticas, é fundamental o dimensionamento do diâmetro do rotor e da velocidade da água, os quais dependem, respectivamente, das profundidades e velocidades dos rios. Assim, o modelo de Saint-Venant foi aplicado as regiões de estudos. A calibração do modelo foi realizada através de uma regressão linear entre as vazões medidas e simuladas para ambos, resultando em uma correlação de 0,99. A validação foi realizada para um ponto do rio Tocantins com velocidades medidas via ADCP. As velocidades medidas são comparáveis às velocidades simuladas pelo modelo. Assim, foi gerada uma curva de potência entre as vazões medidas e as velocidades simuladas para o ponto que teve suas velocidades validadas, obtendo-se uma correlação de 0,96. Essa mesma curva foi utilizada para estimativas de velocidade, calculando-se a densidade energética e definindo-se a velocidade de projeto para UHEs Tucuruí igual a 2,35 m/s e Bariri 2,25 m/s. Com a velocidade de projeto definida, foram selecionados 10 pontos UHE Tucuruí 1 ponto UHE Bariri para a implantação das turbinas hidrocinéticas. As velocidades desses pontos foram determinadas com o mesmo método usado para a validação das velocidades. Os pontos foram selecionados com base no canal do reservatório de jusante Tucuruí e no final da bacia de dissipação Bariri , o qual possui as maiores profundidades e velocidades sendo convenientes para uma maior geração de energia. Considerando a profundidade do rios e a tecnologia disponível para a sua fabricação, definiu-se para o estudo de grande porte o diâmetro do rotor em 10 m e para o de médio porte 2,1 m. Com a velocidade de projeto definida, o projeto do rotor foi realizado pela metodologia BEM (Blade Element Momentum), permitindo a definição de uma curva de potência instalada da turbina em função da velocidade do rio. Em termos de energia gerada as 10 turbinas podem gerar 2,04 GWh/ano. Esses números demonstram o real potencial do aproveitamento da energia remanescente de usinas hidrelétricas. / The maximization of the performance of hydropower projects by taking advantage of the remaining energy downstream of dams via the installation of hydrokinetic turbines is feasible. In this context, two case studies of the hydroelectric power plants are presented, one of large Tucuruí in the Tocatins river, Amazonia, and another of medium size Bariri in the Tietê river, in the Southeast of Brazil.In central hydrokinetic projects, the design of the rotor diameter and velocity of the water are fundamental and depend on the depth and velocity of the river, respectively. Thus, the Saint-Venant model has been applied to these areas of studies. The calibration of the model was performed by linear regression of the measured and simulated flow rates for both, resulting in a correlation of 0.99. Validation was performed for a point on the Tocantins river using velocities measured with an acoustic Doppler current profiler (ADCP). The measured velocities are comparable to the velocities simulated by the model. Thus, a power curve was generated for the measured flow rates and the simulated velocities for the point at which the velocities were validated, thus obtaining a correlation of 0.96. This same curve was used for estimates of velocity, calculation of the energy density, and defining a design velocity for Tucuruí HPP equal to 2.35 m/s and Bariri 2.25 m/s. After the design was velocity defined, 10 points were selected Tucuruí and 1 point Bariri for the location of hydrokinetic turbines. The velocities of these points were determined with the same method used for the validation of the velocities. The points were selected based on the channel downstream of the reservoir and at the end of the Bariri dissipation basin, with the largest depth and velocity, which are characteristics favorable for greater power generation. Considering the rivers depth and available manufacturing technology, the rotor diameter was defined for the large study in 10 m and for the medium 2.1 m. After the design velocity was defined, the rotor design was implemented using the blade element method (BEM Blade Element Momentum), allowing for the definition of an installed power curve of the turbine as a function of the river velocity. In terms of generated energy, the 10 turbines can generate 2.04 GWh/year. These numbers demonstrate the potential for utilizing the remaining energy of hydroelectric plants.