Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: In this study a new type of gearless, direct-drive wind generator, which can be connected directly to the grid, is proposed. The working characteristics of this generator are based upon the principles of the permanent magnet induction generator (PMIG). By omitting the need for a gearbox and power electronic converter this generator type has several advantages regarding cost and reliability. Although the PMIG is proposed in previous studies as favourable for wind power generation, the mechanical complexity and difficult construction associated with these types of generators, seems to be the main reason why these generator systems are not used. The design methods presented in this study are intended to alleviate these constructional issues by proposing the split-PMIG (S-PMIG), where the stator winding and the induction cage-rotor windings are electromagnetically separated. The machine is basically split into two permanent magnet (PM) machines, a grid connected synchronous generator (SG) unit and a turbine connected induction generator (IG) unit. These two units are mechanically linked by a common PM-rotor. To evaluate this concept a finite element (FE) design analysis is done independently for both machine components. The emphasis of the design optimisation is the minimisation of the cogging torque, while still having a decent performing, easily constructible generator. This generator should also have low load ripple content. Cogging torque can result in the failure of the turbine to start up, especially at low wind speeds. As this is a directly grid connected generator, torque ripple transferred to the common PM-rotor can destabilise the generator. Based upon the FE designs a preliminary S-PMIG system is constructed and practically evaluated. Due to the modular nature of the design it is possible to implement the synchronous generator part of the S-PMIG in conjunction with a grid-connected solid state converter (SSC). This allows for a useful comparison with the S-PMIG system. Promising results are obtained from initial tests of the S-PMIG directly connected to the grid. It is shown that the operation of this generator is stable under a wide range of wind load conditions. However, some important machine design issues are identified from these practical results, which could prove vital in the implementation of future S-PMIG designs. / AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie studie word 'n nuwe ratkaslose direk-aangedrewe wind generator voorgestel, wat direk aan die krag netwerk gekoppel kan word. Hierdie generator is gebaseer op die beginsels waarop permanente magneet induksie generators (PMIG’s) werk. Deur die ratkas en drywings-elektroniese omsetter uit te laat, het hierdie generator verskeie voordele rakende koste en betroubaarheid. Alhoewel vorige studies hierdie generator voorstel as 'n belowende opsie vir gebruik in wind-energie-stelsels, lyk dit of die meganiese kompleksiteit en moeilike konstruksie die hoof rede is hoekom hierdie generator stelsels tans nie gebruik word nie. Die ontwerpsmetodes wat in hierdie studie voorgestel word poog om die genoemde konstruksie probleme op te los deur die gesplete-PMIG (S-PMIG), waar die stator wikkelings en die induksie masjien kou-rotor wikkelings elektromagneties ontkoppel is, voor te stel. Hierdie masjien is basies verdeel in twee permanente magneet (PM) masjiene, 'n netwerk gekoppelde sinchroongenerator (SG) eenheid en 'n turbine gekoppelde induksie generator (IG) eenheid. Hierdie twee eenhede word gekoppel deur 'n gemeenskaplike PM-rotor. Om hierdie konsep te evalueer word eindige element analise onafhanklik vir beide masjiene gedoen. Die fokus van die ontwerp optimering is die minimalisering van die vertandingsdraaimoment, terwyl die generator steeds goed presteer en maklik is om te vervaardig. Vertandingsdraaimoment kan tot die gevolg hê dat die turbine versuim om te begin draai, veral by lae windsnelhede. Dit is ook belangrik dat die generator 'n lae rimpel inhoud onder las bevat. Omrede hierdie generator direk aan die netwerk gekoppel is, kan draaimoment pulsasies, oorgedra aan die gemeenskaplike PM-rotor, die masjien destabiliseer. Gebaseer op die eindige element ontwerpe, is 'n voorlopige gesplete-PMIG gebou en prakties geëvalueer. As gevolg van die modulêre struktuur van die ontwerp, is dit moontlik om die SG gedeelte van die gesplete- PMIG saam met 'n drywings-elektroniese omsetter te implementeer. Dit laat toe vir 'n nuttige vergelyk tussen die twee stelsels. Belowende eerste toets resultate is verkry van die gesplete-PMIG direk gekoppel aan die netwerk. Daar word gewys dat hierdie generator stabiel oor 'n wye operasionele gebied kan funksioneer. Verskeie belangrike masjien ontwerpsfaktore word ook uitgelig met die praktiese evaluering van die gesplete-PMIG. Hierdie faktore kan uiters belangrik wees in die ontwerp en implementering van toekomstige gesplete-PMIG stelsels. / Sponsored by the Centre for Renewable and Sustainable Energy Studies

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-13T15:28:50Z No. of bitstreams: 1 POLLYANNA KELLY DE OLIVEIRA SILVA - TESE (PPGMet) 2017.pdf: 11004478 bytes, checksum: 0d5e098181f432beffc2fd8155027f1e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-13T15:28:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 POLLYANNA KELLY DE OLIVEIRA SILVA - TESE (PPGMet) 2017.pdf: 11004478 bytes, checksum: 0d5e098181f432beffc2fd8155027f1e (MD5) Previous issue date: 2017-08-30 / CNPq / O vento como fonte para geração de energia elétrica é analisado neste trabalho através de sua variabilidade e da obtenção de previsões de curto prazo para o ano de 2010, período de atuação de El Niño-Oscilação Sul (ENOS) moderado. Modelos de séries temporais propostos por Box-Jenkins e o indicador de desempenho de predição MMREE são usados para obter as melhores estimativas da velocidade do vento com base nas séries observadas. São utilizados dados anemométricos do Projeto SONDA situado às margens do Rio São Francisco em Petrolina – PE, e de dois parques eólicos localizados no litoral do Estado do Ceará: Quixaba (litoral leste), na cidade de Aracati, e Lagoa Seca (litoral oeste), na cidade de Acaraú. O ciclo diário do vento tem velocidades mais baixas (altas) no período da madrugada-início da manhã (pela manhã e final da noite, com exceção do litoral oeste, cujas máximas ocorrem no final da tarde). Um cisalhamento vertical negativo, no vento local, é observado em períodos distintos do dia nas três áreas de estudo. No Ceará ele ocorre no período da manhã (início da tarde e meio da noite) no litoral leste (oeste) e no Lago de Sobradinho durante a noite até o início da manhã. Foi observado que no litoral leste os ventos são mais fortes, provavelmente devido à curvatura côncava do litoral. As estimativas da velocidade do vento no horizonte de 24 horas pelo modelo SARIMA, com dados horários dos 30 dias anteriores ao dia da previsão para treino (Caso 2), mostraram redução nos erros e melhora significativa na série estimada no período da madrugada-início da manhã; no Lago de Sobradinho essas estimativas são mais precisas, quando comparadas àquelas feitas com base em toda a série de dados (Caso 1). Os resultados indicam que o modelo SARIMA com período de entrada de dados menor pode ser aplicado para a previsão da velocidade do vento em áreas de potencial eólico, dando suporte ao operador da rede elétrica na programação da geração despachável para o dia seguinte. / The wind as a source for power generation is analyzed in this work by means of its variability and short-range wind forecasts for the year of 2010, period of moderate El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Time series models proposed by Box-Jenkins and the indicator of forecast accuracy MMREE are used to obtain the best wind speed estimates based on the observed series. Anemometric data of the SONDA Project located on the shore of the São Francisco River in Petrolina-PE, and of two wind power plants located on the coast of the Ceará State, Quixaba (east coast), in the city of Aracati, and Lagoa Seca (west coast), in the city of Acaraú, are used. The daily wind cycle has lower (higher) speeds in late night-early morning (in the morning and end of the night, with exception of the west coast, whose maxima occur in late afternoon). A negative vertical shear in the local wind is observed in distinct periods of the day in the three study areas. In Ceará it occurs in the morning (early afternoon and middle of the night) on the east (west) coast and on Sobradinho Lake at night until early in the morning. It was observed that the winds are stronger on the east coast, probably due to the coast’s concave curvature. The wind speed estimates in a 24-hour horizon by the SARIMA model, with hourly data of the 30 days that precede the forecast day for training (Case 2), showed reduction in the errors and significant improvement in the estimated series in late night-early morning; in Sobradinho Lake these estimates are more accurate, as compared to the estimates based on the entire data series (Case 1). The results indicate that the SARIMA model with horter time series as input may be applied to forecast wind speed in areas of eolic potential, giving support to the system operator in programming the dispatchable distributed generation for the next day.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-06-29T20:39:34Z No. of bitstreams: 1 ManassésMR_DISSERT.pdf: 1809872 bytes, checksum: 757d323e5e3db9973cf5d715d5004fd2 (MD5) / Rejected by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br), reason: Corrigir referência. on 2017-07-03T12:21:34Z (GMT) / Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T14:37:19Z No. of bitstreams: 1 ManassésMR_DISSERT.pdf: 1809872 bytes, checksum: 757d323e5e3db9973cf5d715d5004fd2 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T16:48:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ManassésMR_DISSERT.pdf: 1809872 bytes, checksum: 757d323e5e3db9973cf5d715d5004fd2 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T16:58:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ManassésMR_DISSERT.pdf: 1809872 bytes, checksum: 757d323e5e3db9973cf5d715d5004fd2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-04T17:03:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ManassésMR_DISSERT.pdf: 1809872 bytes, checksum: 757d323e5e3db9973cf5d715d5004fd2 (MD5) Previous issue date: 2017-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Wind energy is a renewable source that has grown in application and technological development. Moreover, the generation of electricity from these systems does not compromise the environment as traditional systems such as the hydraulic and thermal generation of electricity. Responsible for capturing and converting wind energy into electricity, the wind turbine is the main component of wind power generation systems. Due to the nonlinear wind behavior, the development of a mathematical model that describes the behavior of such a system is a complex and sometimes impractical task. However, some applications involving modern controls systems can be used with the aim of optimizing the use of wind. One possibility is the use of a control system based on Fuzzy Logic, since this technique does not require the mathematical detailing of the system. Thus, this work aims to analyze the behavior of a Fuzzy Controller applied to a variable-speed wind turbine with permanent magnet synchronous generator (PMSG) connected to the grid. The main focus was the use of the system to simulate a real load composed by the network to flow the generated energy. The performance of the Fuzzy Controller was verified when compared to that of a Classical Proportional Controller. The results show that the Fuzzy Control presents a higher efficiency and increases the capacity of power generation with reduction in the time of accommodation and less error in permanent regime / A energia eólica é uma fonte renovável que tem crescido em aplicação e desenvolvimento tecnológico. Além do mais, a geração de eletricidade a partir desses sistemas não compromete o meio ambiente como os sistemas tradicionais como, por exemplo, as gerações hidráulica e térmica de energia elétrica. Responsável por captar e converter as energias dos ventos em energia elétrica, a turbina eólica é o principal componente dos sistemas eólicos de geração de eletricidade. Devido ao comportamento não linear do vento, o desenvolvimento de um modelo matemático que descreva o comportamento de tal sistema é uma tarefa complexa e, algumas vezes, impraticável. Contudo, algumas aplicações envolvendo sistemas de controle moderno podem ser utilizados com o objetivo de otimizar o aproveitamento do vento. Uma possibilidade é a utilização de um sistema de controle baseado em Lógica Fuzzy, uma vez que essa técnica não requer o detalhamento matemático do sistema. Desse modo, este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento de um Controlador Fuzzy aplicado a um sistema eólico de velocidade variável com gerador síncrono de irmãs permanentes (do inglês Permanent Magnet Synchronous Generator - PMSG) conectado à rede. O foco principal, foi a utilização do sistema para simular uma carga real composta pela rede para escoamento da energia gerada. Verificou-se o desempenho do Controlador Fuzzy quando comparado ao de um Controlador Proporcional Clássico. Os resultados obtidos mostram que o Controle Fuzzy apresenta uma maior eficiência e aumenta a capacidade de geração de potência com redução no tempo de acomodação e menor erro em regime permanente / 2017-06-29

Este trabalho apresenta um estudo para aerogerador de pequeno porte projetado inicialmente para uso residencial. A ênfase está na modelagem e simulação virtual da estrutura das pás em compósito de fibra de vidro. A modelagem geométrica foi feita com software para desenho assistido por computador (CAD 3D). Para o projeto, foi escolhido o perfil MH110 que apresenta boa relação entre coeficiente de sustentação e coeficiente de arrasto e facilidade de fabricação. Os parâmetros como o diâmetro do rotor, a corda e a torção da pá, as relações entre velocidades e a aplicação de cargas na estrutura do material utilizado foram definidos segundo bibliografia específica, software para análise de perfil aerodinâmico e simulações pelo método dos elementos finitos. Procurou-se buscar sempre a maior eficiência, segurança e economia. O material considerado para o projeto das pás foi projetado para resistir às tensões decorrentes de operação em condições consideradas normais e para rajadas de vento. A simulação pelo método dos elementos finitos foi conduzida com ferramenta computacional e levou em conta os limites de falha do material utilizado. A geometria foi simulada sem reforço interno e apresentou baixo deslocamento quando submetida às cargas aerodinâmicas de empuxo e rotacional. Ao realizar simulação com critério de falha, foi possível determinar a espessura mais adequada para o material compósito e verificar seu comportamento de acordo com diferentes velocidades de vento. / This work presents a study for small wind generator designed for residential usage. The emphasis is modeling and virtual simulation of the blade structure made in composite material (fiberglass). Geometric modeling was performed by computer aided design (CAD 3D) software. The MH110 profile was chosen for design because it presents good ratio of lift coefficient and drag coefficient, and manufacturing facility. Parameters such as rotor diameter, chord and blade twist, the relationship between the blade speeds, and the application of loads on the material used were defined according to specific bibliography, software for airfoil analysis and simulations by finite element method. It tried to always seek most efficiency, safety and economy. The material was designed to withstand the stresses arising from operation under conditions considered normal and wind gusts. The simulation by finite element method was conducted by computational tool and took into account the material failure criterion. The geometry was simulated without internal reinforcement and presented low displacement when subjected to aerodynamic loads of thrust and rotational forces. When performing simulation with the failure criterion, it was possible to determine the most appropriate thickness for the composite material and verify its behavior under different wind speeds.

The objective of this work is to characterize the patterns of wind in the state of Alagoas, assessing whether conditions are favorable for electricity generation through aerogenerators, and relate these patterns with local parameters, observing the behavior of atmospheric stability through different methods. We sought for determine the seasonal pattern of wind speed and direction, air temperature, intensity of turbulence and squall factor of three distinct regions of the state: Sertão, Agreste and Litoral, and evaluate the behavior of atmospheric stability in its annual cycle through the calculation of stability parameters. Daily, monthly and annual means cycles of meteorological variables that could possibly describe the wind pattern in the state of Alagoas were examined. The founded patterns were rather different among the three regions, and the most satisfactory wind behavior for wind power production was found in the Agreste region (Girau do Ponciano). The Sertão region (Água Branca), demonstrated an influence of an usual annual Brazilian Northeast wind system known as Aracati. The Aracati leads the wind speeds to reach its maximum values during the night period, what is found to be an unusual behavior. There were positive associations between air temperature peaks and wind speed in many seasons, and positive associations among the prevalence between NE and SE (interval where the sea breeze effect is predominant) and the maximum values of wind speed, indicating a possible wind intensification due to the sea breeze. It was found a decrease of the wind speed in land breeze occurrences, indicating that the southern trade winds tend to reduce the wind speed in the coastal region, and sometimes bringing land breezes occurrences to vanish. The wind speed patterns were higher in stations placed inland(Girau Ponciano, Palmeira dos Índios and Água Branca) than the coastal stations (Feliz Deserto, Roteiro e Maragogi), possibly because the inland stations are placed in higher altitudes. The atmospheric turbulence recorded in the six stations showed relatively lower values than those found in the literature, which is a good indicator for wind power usage . The atmospheric stability in Feliz Deserto was greater during the summer, decreasing with the winter approaching, and the stability estimation by the Richardson number and Brunt-Vaisala frequency methods were quite consistent, showing a maximum variation of 5% between them. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho teve o objetivo de caracterizar os padrões de vento no Estado de Alagoas, avaliando se existem condições propicias para a geração de energia elétrica através de aerogeradores no Estado, e relacionar os padrões de vento com parâmetros locais, observando o comportamento da estabilidade atmosférica através de diferentes métodos. Procurou-se determinar o padrão sazonal da velocidade e direção do vento, temperatura do ar, intensidade de turbulência e fator de rajadas em três regiões distintas do Estado: Litoral, Agreste e Sertão, e avaliar o comportamento da estabilidade atmosférica no seu ciclo anual através do cálculo de parâmetros de estabilidade. Foram analisados ciclos médios diários, mensais e anuais de variáveis meteorológicas que pudessem descrever o padrão de vento no Estado de Alagoas. O padrão evidenciado foi relativamente diferente entre as regiões, tendo seu comportamento para aproveitamento eólico se mostrado mais satisfatório na região do Agreste (Girau do Ponciano). A região do Sertão (Água Branca) evidenciou uma influência anual de um regime de ventos comum na região Nordeste Brasileira, conhecido como Aracati, que faz com que as velocidades do vento obtenham seus máximos no período noturno, o que é um fato fora do padrão. Houve associações positivas entre picos de temperatura do ar e de velocidade do vento em muitas estações, e associações positivas com as predominâncias entre NE e SE (intervalo onde se encontra a predominância do efeito de brisa marítima) e os máximos valores de velocidade do vento, indicando uma possível intensificação do vento através da brisa marítima. Foi observada uma frenagem da velocidade do vento em situações de brisa terrestre, indicando que os ventos alísios tendem a diminuir a velocidade do vento na região Litorânea, e por vezes desconfigurar a ocorrência da brisa terrestre. Os padrões de velocidade do vento foram maiores nas estações situadas no interior (Girau do Ponciano, Palmeira dos Índios e Água Branca) do que no Litoral (Feliz Deserto, Roteiro e Maragogi), possivelmente devido às estações localizadas no interior estarem em maiores altitudes. A turbulência atmosférica nas seis estações apresentou valores relativamente menores do que os encontrados na literatura, sendo um bom indicativo para aproveitamento eólico. A estabilidade atmosférica em Feliz Deserto se mostrou maior durante o Verão, diminuindo à medida que se aproxima o Inverno, sendo que a estimativa da estabilidade pelos métodos do número de Richardson e da freqüência de Brunt- Vaisala foram bastante coerentes, apresentando no máximo 5% de diferença entre eles.

This work is based on bibliographical research with approach in alternative sources and renewable of energy in the State of Pernambuco, Brazil, especially solar and wind. The state is pioneering in the use and development of research involving energy proceeding from the sun and the winds. In the construction of this work, we verify that the majority of the projects of electric generation involving the use of photovoltaics solar panels, over all the installed ones in the region of the hinterland, function precariously or simply they are disactivated. The projects referring to the use of the wind energy, are only available in the city of Olinda and the Island of Fernando de Noronha, with power generated considered irrelevant in the state energy balance. With the mapping of these renewable sources in the state, has been possible to show that the question of the energetic sustainability and environmental is something still utopian, in the actual structure of electric generation available. The environmental degradation relative to the energy question, is more directly related to the use of the biomass, mainly of the firewood, that participates with considerable numbers in the state energy matrix. In this study, we also treat of the implications related with the use of the energy, before only concern of environmentalists and scientists. Without an internal energy policy, especially directed to the research, development and use of renewable energies, Pernambuco gives to signals of that walks for a not sustainable way of development, with serious implications to the environment, over all in some economically active polar regions of the state. Finally, we conclude by the importance of the opening from debate about existing renewable energy potential, exactly with emphasis only in the deriving electric generation of biomass, solar and wind. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho está baseado em pesquisa bibliográfica focada no estudo de fontes alternativas e renováveis de energia no estado de Pernambuco, especialmente solar e eólica. Esta unidade da federação é pioneira no uso e desenvolvimento de pesquisas envolvendo energia proveniente do sol e dos ventos. Na construção deste trabalho, verifica-se que a maioria dos projetos de geração elétrica envolvendo o uso de painéis solares fotovoltaicos, sobretudo os instalados na região do sertão, funcionam precariamente ou simplesmente estão desativados. Os projetos referentes ao uso da energia eólica estão apenas disponíveis na cidade de Olinda e na Ilha de Fernando de Noronha, com potência gerada considerada irrelevante no balanço energético do estado. Com o mapeamento destas fontes renováveis no estado, tem sido possível mostrar que a questão da sustentabilidade energética e ambiental é algo ainda utópica, considerando a estrutura de geração elétrica disponível. A degradação ambiental relativa à questão energética, está mais diretamente relacionada ao uso da biomassa, principalmente lenha, que participa com números consideráveis na matriz energética estadual. Neste estudo, também tratamos das implicações ambientais relacionadas com o uso da energia, antes preocupação apenas de ambientalistas e cientistas. Sem uma política energética interna, especialmente voltada à pesquisa, desenvolvimento e uso de energias renováveis, Pernambuco dá sinais de que caminha por uma via não sustentável de desenvolvimento, com graves implicações ao meio ambiente, sobretudo em alguns pólos economicamente ativos do estado. Por fim, conclui-se com a importância da abertura do debate sobre o potencial energético renovável existente, mesmo com ênfase apenas na geração elétrica oriunda de energia de biomassa, solar e eólica.

Este trabalho apresenta a avaliação experimental em túnel aerodinâmico de características de dois aerogeradores de pequeno porte com cinco pás. Para isso, utilizando-se prototipagem 3D, construíram-se dois modelos em escala reduzida, os quais foram avaliados primeiramente utilizando-se Pás Ótimas de Betz e depois Pás Ótimas de Betz Modificadas. Antes de se avaliar o equipamento determinou-se a distribuição de velocidades na seção transversal do túnel com o auxílio de um tubo de Pitot. Com o perfil de velocidades do túnel conhecido, determina-se o torque estático do protótipo com o uso de um torquímetro digital acoplado ao eixo do equipamento, que registrou todas as leituras para as faixas de velocidade de 1 m/s até 9,88 m/s. Também com o torquímetro avalia-se a influência da posição angular das pás no torque medido. Para tanto, elas são projetadas móveis no hub, o que possibilitou variar sua angulação em relação ao escoamento, mudando assim o ângulo de ataque e, por conseguinte o torque produzido. Empregou-se um foto tacômetro para medir a rotação do modelo em giro livre. Com os dados obtidos, determina-se a curva de torque estático e a curva de RPM em função da velocidade incidente. Através da determinação experimental do perfil de velocidade incidente e do perfil de velocidade na esteira aerodinâmica de cada turbina é avaliada a variação da quantidade de movimento do escoamento e determinada a potência extraída pelos rotores em rotação livre. Este estudo visa contribuir com o projeto de um aerogerador real, prevendo as características aerodinâmicas que o equipamento apresentará se construído com o presente layout. Com os dados analisados se faz uma previsão para as curvas de potência dos protótipos. Os resultados experimentais de torque e potência demonstram boa aproximação com os resultados obtidos por avaliação analítica pelo método do elemento de pá. A prototipagem 3D administrada se mostrou eficaz traduzindo realismo e excelente custo-benefício. A turbina construída com Pás Ótimas de Betz apresentou torque estático 17,8% superior à construída com as Pás Modificadas e extraiu 22% a mais de potência do escoamento de ar. / This paper presents the experimental evaluation in wind tunnel of two small wind turbines features five blades. Therefore, using 3D prototyping, two models were built on a reduced scale, which were first evaluated using Optimal Blade Betz and Optimal Blade Betz Modified. Prior to evaluating the distribution machine at speeds determined in the tunnel cross-section with the aid of a Pitot tube. With the known tunnel velocity profile, determines the static torque of the prototype with the use of a digital torquimeter coupled to the machine axis, which recorded all the readings for the speed range of 1 m/s to 9,88 m/s. Also with the torquimeter evaluates the influence of the angular position of the blades in the measured torque. Therefore, it is mobile designed in the hub, allowing vary their angle in the outflow, thereby changing the angle of attack and therefore the torque produced. Employed a photo tachometer for measuring the rotation of the model in free spin. With the data, determines the static torque curve and RPM curve as a function of incident speed. Through experimental determination of the incident velocity profile and the velocity profile in the aerodynamic wake of each turbine is evaluated the variation of the amount of movement of the flow and determined the power extracted by the rotor in free rotation. This study aims to contribute to the design of a real wind turbine informing the aerodynamic characteristics of the equipment shall be constructed with this layout. With the data analyzed to make a prediction for the prototype power curves. The experimental results demonstrate torque and power good approximation to the results obtained by evaluation by analytical element of the paddle method. The turbine constructed with Optimal Betz Blades presented static torque 17,8% higher than constructed with the Modified Blades and extracted 22% more power air outflow.

xvii, 191 p. : ill. A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number. / For over a century, researchers from diverse intellectual disciplines have tried to explain the emergence of regional business clusters. I contribute to research on cluster emergence by applying an institutional logics framework to model how cluster emergence is influenced by such factors as supportive institutional logics, knowledge spillover, labor pooling, and technological uncertainty. This study is guided by the research question: How do institutions, specifically, varying levels of a congruous institutional logic, affect regional cluster emergence? Using the passage of the 1978 Public Utility Regulatory Policies Act (PURPA) as a catalyst for business cluster emergence in the renewable energy sector, this study examines the emergence of wind and solar energy manufacturing clusters. I test hypotheses about the positive influences of a congruous institutional logic across U.S. metropolitan statistical areas to see if the relative prevalence of a congruous institutional logic results in more firms and greater levels of clustering. For example, a pro-environmental sentiment among human populations aligns, or in other words, is congruous, with renewable energy manufacturing. I use fixed effects estimation to test several hypotheses regarding positive direct and moderating effects of institutional alignment on cluster emergence. I find that congruous institutional logics have a positive direct influence on clustering, and as technological uncertainty increases, this positive direct influence is enhanced. I find only partial support for the moderating influence of congruous institutional logics on the positive direct effect of positive externalities on clustering. This study contributes to practice and theory by building a model and supporting hypotheses on the influence of institutional fit on regional cluster emergence. / Committee in charge: Michael Russo, Chairperson, Management; Jennifer Howard-Grenville, Member, Management; Alan Meyer, Member, Management; Glen Waddell, Outside Member, Economics

Turbinas eólicas usualmente são agrupadas em grandes parques, reduzindo o custo de instalação, transmissão da energia e manutenção periódica. A superposição das esteiras sobre turbinas adjacentes normalmente reduz consideravelmente a capacidade total, objeto de estudo de Micrositing. Porém, por vezes o “efeito Venturi” ocasionado pelas turbinas à montante induz maior velocidade às turbinas adjacentes aumentando o potencial eólico disponível nas linhas consecutivas. De forma inovadora empregar o Design Constructal de Bejan, o modelo do disco atuador genérico e a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para obter a melhor disposição geométrica das turbinas em uma área plana e não rugosa, com foco à maior potência extraída por área de turbinas instaladas. Para tal, modelar e predizer o comportamento da esteira é fundamental, assim como conhecer os modelos de esteira e a aplicabilidade dos métodos empregados. O Design Constructal é a fonte dos parâmetros geométricos base das simulações: o espaçamento entre as turbinas e as razões de diâmetros. Após 64 simulações semi-iterativas e mais de 60 iterativas verifica-se que o maior ganho em potência disponível por área é de 7,37% para a configuração V = 7m/s, S = 3D, d/D = 0.5, L = 3D e 8,48% para a configuração V = 11m/s, S = 3D; d/D = 0.25 & 0.5, L= 0.75D, valor relativo à execução de somente um diâmetro de 100 metros. / Usually wind turbines are grouped in large parks, reducing the cost of installation, energy transmission and periodic maintenance. But the overlapping of the aerodynamical wakes on adjacent turbines reduces the total capacity, Micrositing study. However, the "Venturi effect" caused by the turbines upstream sometimes increases the speed to the adjacent turbines increasing the wind potential available in straight lines. Innovatively employing the Design Constructal Bejan, the model of the actuator disc and Computational Fluid Dynamics (CFD) to search the best geometrical layout of the turbines on a roughless and flat area, focus on higher power extracted by area. To do this, model and predict the wake of behavior is fundamental, as well as know the aerodynamical wakes models and the applicability of the methods employed. The Design Constructal is the source of the simulation’s parameters: spacing between the turbines and the diameter’s ratio. After concluded 64 semi-iterative and iterative simulations, and more than 60 verifies, the best gain in available power per area is 7.37% for the configuration V = 7 m/s; S = 3d; d/D = 0.5; L = 3D. And the gain of 8.48% for the configuration V = 11m/s, s = 3D; d/D = 0.25 & 0.50; L = 0.75D, comparing to the implementation of just 100 meters diameter.

Esta dissertação propõe um projeto de aerogerador que é composto de uma turbina eólica de cinco pás, acoplada a um difusor e um gerador elétrico, com a finalidade de gerar energia elétrica com ventos de velocidade a partir de 4 m/s. São apresentados os pressupostos teóricos referentes ao estudo e dimensionamento aerodinâmico de uma pá, baseados principalmente na teoria do disco atuador e na teoria aerodinâmica, através do método de Betz. É feito o estudo de um difusor para ser acoplado à turbina com o objetivo de aumentar o aproveitamento energético. No final foram estudadas as principais topologias utilizadas para a geração eólica e é selecionado o gerador síncrono de ímãs permanentes. A seguir foram estudadas e dimensionadas as partes ativas do gerador (diretamente envolvidas na conversão eletromagnética). É projetado um aerogerador trifásico com enrolamentos distribuídos. O rotor, que é acoplado às pás, localiza-se internamente. Os ímãs permanentes de Neodímio-Boro-Ferro são montados na superfície do rotor. Conclui-se com a avaliação do aerogerador proposto com base nas simulações computacionais de seu desempenho. / This thesis proposes a wind generator design which combines a five blade wind turbine that is attached to a diffuser and an electrical generator. The design aims to produce electric power from 4 m/s starting wind speeds. It presents the theoretical study concerning the design and aerodynamics of a blade, commonly based on the theory of actuator disc and aerodynamic theory, through the method of Betz. A study was conducted on a diffuser to be coupled to the turbine in order to increase the energy utilization. In the end, the main topologies used for wind generation were presented, and the permanent magnet synchronous generator was selected. Next, all the active parts of the generator (directly involved in electromagnetic conversion) were studied and determined. An outer stator with three-phase distributed windings was designed. The rotor, which is coupled to the blades, is located internally. The Neodymium-Iron-Boron permanent magnets are mounted on the rotor surface. It is concluded with an evaluation of the proposed wind generator in accordance with its behavior computational simulations.