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.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânicas, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-10-21T12:46:18Z No. of bitstreams: 1 2016_GinoBertollucciColherinhas.pdf: 4488463 bytes, checksum: 39b8ed58ce8e23506514d8e2158916b8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-24T13:16:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_GinoBertollucciColherinhas.pdf: 4488463 bytes, checksum: 39b8ed58ce8e23506514d8e2158916b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-24T13:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_GinoBertollucciColherinhas.pdf: 4488463 bytes, checksum: 39b8ed58ce8e23506514d8e2158916b8 (MD5) / O objetivo desta dissertação é criar uma ferramenta de otimização via Algoritmos Genéticos (AG) para a resolução de problemas de engenharia. A implementação da otimização é realizada para dois estudos de caso e os principais algoritmos são descritos. O Estudo de Caso 1 propõe uma metodologia de projeto do controle passivo de torres eólicas do tipo TMD-Pendular. Realiza-se a investigação do mapa composto pelos picos de resposta em frequência da torre eólica obtido pela formulação analítica 2-GdL (torre eólica+pendulo). O Estudo de Caso 2 identifica as configurações de um Trato Vocal (TV). Investigam-se as áreas da seção transversal do TV através da análise modal dos modos de vibração acústica obtidas pelo modelo de Matriz de Transferência (MT). Este estudo tem como objetivo encontrar a mesma geometria de um TV obtidos via imagens por ressonância magnética da vogal ∖∖. A ferramenta de otimização via AG implementada apresenta resultados satisfatórios para os dois Estudos de Caso de engenharia propostos. Esta ferramenta apresenta uma linguagem simples e eficiente sugerida como uma alternativa aos softwares comerciais existentes. Descreve-se a teoria do AG e diferentes estratégias evolutivas. Os algoritmos implementados são estruturados utilizando os recursos do software MATLAB. ___________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The target of this work is to create an optimization toolbox using Genetic Algorithms to solve engineering problems. The implementation of the optimization are performed for two case studies and their main algorithms are described. Case study 1 proposes a design methodology of a wind tower passive control for a Pendulum TMD type, investigating the map composed by the response frequency peaks of the wind tower obtained by a 2-DoF analytical formulation (wind turbine + pendulum). Case Study 2 identifies the settings of a Vocal Tract investigating their cross section areas through the acoustical modal analysis obtained by the Transfer Matrix model. This study aims to find the same geometry of a vocal tract obained by the magnetic resonance imaging of the vowel ∖∖. This toolbox provides a simple and efficient language as an alternative for commercial softwares. It describes the theory of GA and different evolutionary strategies. The implemented algorithms are structured using the resources of MATLAB software.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-23T16:01:07Z No. of bitstreams: 2 2015_RafaelCastilhoFariaMendes.pdf: 14806990 bytes, checksum: e52b3f1326f7a497777915ee17a2d703 (MD5) 2015_RafaelCastilhoFariaMendes.pdf: 14806990 bytes, checksum: e52b3f1326f7a497777915ee17a2d703 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-04-08T18:33:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 2015_RafaelCastilhoFariaMendes.pdf: 14806990 bytes, checksum: e52b3f1326f7a497777915ee17a2d703 (MD5) 2015_RafaelCastilhoFariaMendes.pdf: 14806990 bytes, checksum: e52b3f1326f7a497777915ee17a2d703 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-08T18:33:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 2015_RafaelCastilhoFariaMendes.pdf: 14806990 bytes, checksum: e52b3f1326f7a497777915ee17a2d703 (MD5) 2015_RafaelCastilhoFariaMendes.pdf: 14806990 bytes, checksum: e52b3f1326f7a497777915ee17a2d703 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é investigar o comportamento do fator de indução axial, ao longo do escoamento de uma turbina de eixo horizontal, utilizando a teoria clássica de aerodinâmica de rotores e simulações numéricas do tipo RANS com o modelo de turbulência SST. O estudo foi realizado para uma turbina eólica de 500W. As simulações foram validadas utilizando dados experimentais do coeficiente de potência (Cp) obtidos em ensaios em túnel de vento aberto. Foi observado que fator de indução não é uma variável integral do escoamento, sendo ele uma função das coordenadas espaciais do sistema. Assumiu-se uma equação linear como modelo o fator de indução em cada plano a montante da turbina. Uma curva do coeficiente de potência máximo para essa turbina foi calculada aplicando o modelo do fator de indução proposto e teoria de Glauert para máximo valor de Cp. Por meio dessa curva, foi introduzido o conceito de velocidade de ponta de pá crítica, sendo descrita como uma condição operacional em que existe um ponto de operação que a turbina está girando sem nenhuma potência. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main objective of this work is to investigate the axial induction factor behavior, along the flow of a horizontal axis turbine, using the classical theory of aerodynamics rotors and numerical simulations RANS and turbulence model SST. The study was conducted for a 500W wind turbine . The simulations were validated using experimental data of power coefficient that was obtained in open wind tunnel tests. It was observed that induction factor is not an integral flow variable, it is a space coordinates function . It was assumed a linear equation to model the induction factor in each plane upstream of the turbine. A curve of the maximum power coefficient, for this turbine, was calculated by applying the induction factor model proposed and Glauert theory to Cp maximum . By this curve, it was introduced the concept of critical tip speed ratio, which is described as an operating condition point that there is some rotation, but the power coefficient is null.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-26T17:49:53Z No. of bitstreams: 1 2015_FernandaAlmeidaLeitedeOliveira.pdf: 4576106 bytes, checksum: cd698db148ee301da6587b8dd2355ca9 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-12-15T18:18:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_FernandaAlmeidaLeitedeOliveira.pdf: 4576106 bytes, checksum: cd698db148ee301da6587b8dd2355ca9 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-15T18:18:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_FernandaAlmeidaLeitedeOliveira.pdf: 4576106 bytes, checksum: cd698db148ee301da6587b8dd2355ca9 (MD5) / As turbinas eólicas tiveram um crescimento acentuado em suas dimensões ao longo dos anos. O diâmetro do rotor aumentou quase 10 vezes o seu tamanho da década de 80 ao ano de 2010. As pás eólicas de grande porte são mais flexíveis e estão sujeitas a maiores velocidades do vento devido ao aumento da altura das torres. As causas de acidentes envolvendo as pás estão relacionadas com erros de projeto, defeitos de fabricação, danos causados no transporte ou elevação, falhas na montagem, por esforços últimos ou por esforços de utilização. A fadiga está relacionada com os esforços de utilização que possuem natureza oscilatória, e é o principal problema no projeto de pás eólicas. As fontes de carga de um aerogerador são o carregamento aerodinâmico, inercial e gravitacional. O peso próprio das pás alterna e gera esforços de tração e compressão ao longo de seu comprimento. Eles são tidos como uma perturbação do sistema. Já as forças centrífugas possuem efeito estabilizador para altas velocidades de rotação. Elas tendem a suprimir o efeito oscilatório do peso próprio. Entretanto, as turbinas eólicas de médio e longo porte operam com faixas de velocidade de rotação baixas (10 a 40 RPM), e as forças centrífugas não possuem tanta influência na dinâmica da estrutura. Este trabalho apresenta soluções analítico-aproximadas de modelos de pás de aerogeradores. Os resultados obtidos através do método de Galerkin são utilizados para validar os procedimentos numéricos obtidos com o pacote computacional de elementos finitos ANSYS® e comparados com trabalhos da literatura. Os efeitos do peso próprio e da força centrífuga são analisados no comportamento dinâmico das pás. Em virtude do crescimento das pás e das baixas velocidades de operação dos aerogeradores, a influência do peso próprio é mais significativa. Ele gera oscilações nos valores das frequências naturais enquanto a força centrífuga gera um comportamento crescente. Nas velocidades críticas do diagrama de Campbell ocorre o fenômeno de ressonância das pás. O comportamento crescente do deslocamento é observado nos gráficos de resposta no tempo para estas frequências. / The wind turbines have had a high increase in their dimensions over the years. The rotor diameter has increased almost 10 times its size from 80 decade to 2010. The large wind blades are turn to be more flexible and are subjected to higher wind speeds due to the increased height of the towers. The causes of accidents involving the blades are related to: design flaws, manufacturing defects, damage in transportation or lifting, fitting faults, for last efforts or usage efforts. Fatigue is related to the usage efforts that have oscillatory nature, and is the main problem in the design of wind blades. The load sources of a wind turbine are the inertial and gravitational load aerodynamic. The own weight of the blades switches and generates traction and compression efforts along its length. They are seen as a system disturbance. Whereas the centrifugal forces have a stabilizing effect for high rotational speeds. They tend to supress the oscillatory own weight effect. However, wind turbines of medium and long sized work at low speed ranges (10 to 40 RPM), and the centrifugal forces do not have much influence on the dynamics of the structure. This paper presents approximated analytical solutions models of wind turbines blades. The results of the Galerkin method is used to validate the numerical procedures obtained in ANSYS® and compared with the literature works. The effects of the own weight and centrifugal force are analyzed on the dynamic behavior of the blades. By virtue of the blades increase and low operating speeds of wind turbines, the influence of the own weight is more significant. It generates oscillations in the natural frequencies values while the centrifugal force generates a growing behavior. At critical speeds of the Campbell diagram occur the resonance phenomenon of the blades. The growing shifting behavior is observed in response graphs in the time for these frequencies.

A barreira arenosa costeira quaternária de Maçambaba situa-se entre Saquarema e Arraial do Cabo, imediatamente a W da mudança abrupta de orientação da linha de costa do Estado do Rio de Janeiro, de SW-NE para W-E, um dos fatores determinantes do fenômeno da ressurgência na região. Ela é caracterizada nesta dissertação quanto a geomorfologia, sedimentologia (granulometria, minerais pesados e petrografia de calcários) e geocronologia ( 14 C AMS e LOE). Representa-se em superfície por duas barreiras alongadas, paralelas à costa, depositadas ao final dos últimos eventos de subida do nível relativo do mar (NRM) do Pleistoceno (EIO 5e) e Holoceno (EIO 1). O sistema hipersalino lagunar de Araruama, com extensão ao longo de toda a barreira, corresponde a um vale inciso afogado de até 10 m de profundidade que isola o terreno pleistocênica do continente. Na metade oeste, outro sistema lagunar, mais estreito e raso, e também hipersalino, desenvolve-se na retrobarreira holocênica, com limite interno na barreira pleistocênica. Idades máximas obtidas na base dos depósitos lagunares de vale afogado (6000 anos AP) e de retrobarreira (7000 anos AP) indicam que os dois sistemas lagunares se instalaram simultaneamente na transgressão do Holoceno. A presença de dois sistemas eólicos com rumos de migração opostos deve-se à alternância entre as ações efetivas de ventos de SW e de NE, ao longo do tempo. O sistema eólico com rumo de migração NE forma-se a partir da praia de mar aberto e caracteriza-se por dunas frontais de alturas crescentes de oeste para leste, com presença também de blowouts na parte leste, o que reflete aumento de dissipatividade da costa e de aporte sedimentar, relacionados com a deriva litorânea longitudinal nesse rumo. Os blowouts, por interromperem dunas frontais, servem como condutos para eventos de sobrelavagem. As feições eólicas com rumo de migração SW abrangem tanto blowouts e parabólicas isoladas, que retrabalham a parte distal dos leques de sobrelavagem da porção leste da barreira, quanto campos de dunas parabólicas com origem na margem sul da laguna de Araruama. Estes campos de dunas formam-se nos momentos de erosão da costa lagunar. O mais antigo deles, de idade entre 6,0 e 7,0 ka, é contemporâneo à máxima inundação lagunar e relaciona-se à erosão induzida pela transgressão, enquanto o mais jovem (1,5 ka), situado imediatamente a oeste, resulta da erosão da margem lagunar como decorrência de mudanças de circulação induzidas pelo crescimento de pontais. Além da evidente influência do aporte, a formação das dunas eólicas possui também controle climático: a ressurgência costeira, favorecida pelos ventos vindos de NE, determina o clima semiárido atual da região. As idades da geração mais nova de dunas formadas pelos ventos de NE e as de formação de calcretes (2400 cal anos AP) nos sedimentos lagunares permitem sugerir intensificação da ressurgência, com maior aridez do clima, no Holoceno tardio. / Maçambaba Quaternary coastal sand barrier is located between Saquarema and Arraial do Cabo, immediately westward of the abrupt change in Rio de Janeiro state coastline orientation, from SW-NE to W-E, that is one of the determining factors of the upwelling phenomenon in this area. In this dissertation, this coastal barrier is characterized by geomorphology, sedimentology (grain size, heavy minerals and limestone petrography) and geochronology ( 14 C AMS and OSL). It consists of two barriers parallel to the coast, tens of kilometers long, deposited during each one of the last events of relative sea level rise, in upper Pleistocene (OIS 5e) and Holocene (OIS 1). The hypersaline Araruama lagoon system is a drowned incised valley up to 8m deep and 30 km long, that isolates the Pleistocene barrier from the continent. In the western half, another lagoon system, narrower, shallower and also hypersaline, is present between the Holocene and Pleistocene barriers. Maximum ages obtained at the bottom of incised valley (6.0 ky BP) and backbarrier lagoon deposits (7.0 ky BP) suggest that the two lagoon systems were formed at the same time during the Holocene transgression. Two aeolian systems with opposite migration direction occur due the alternation between the SW and NE effective wind drift during the time. The NE wind system is derived from the beach sands and is characterized by foredunes with increasing height from W to E and by blowouts in the eastern part, which reflects the more dissipative beach eastward and the increase of sediment supply related to the net longshore drift in that direction. The blowouts interrupt the foredunes and play the role of channels in overwash processes. The aeolian features that migrate to SW occur as blowouts and isolated parabolics, which rework the distal part of the eastern washover fans, and as parabolics dune fields originated in Araruama lagoon southern shore. These dune fields were formed during lagoon shore erosional periods. The oldest one, 6.0 to 7.0 ka, is contemporary to the lagoon maximum flood and is related to the erosion caused by transgression, whilst the new one (1.5 ka), immediately westward, is related to lagoon shore erosion linked to circulation changes induced by cuspate spits growth. Besides the evident sediment supply influence, the dune formation is also affected by the climate: the coastal upwelling, favored by winds from NE, establishes the current semi arid climate in the area. The age of the new generation of paleo dune fields, formed by NE winds, and the lagoonal calcrete formation age (2400 cal yrs BP) suggest upwelling intensification and aridity increase during the late Holocene.

Ingeniero Civil Mecánico / La creciente utilización de sistemas de generación de energía renovable ha provocado un aumento importante en la investigación y desarrollo de estas tecnologías. Particularmente, el campo de la generación mediante energía eólica es uno de los más importantes hoy en día. Un factor determinante en la capacidad de generación a través de energía eólica es la eficiencia de las turbinas. Es común en estas máquinas encontrar eficiencias en torno al 45\%, Entre los factores que determinan la eficiencia están los aspectos geométricos y aerodinámicos de la turbina, y la estela turbulenta generada por las palas y el rotor. Esta ultima en particular es determinante tanto en la eficiencia individual de aerogeneradores como en la eficiencia global en el caso de parcelas eólicas, debido a la interferencia entre distintas turbinas. Se sabe que la gran mayoría de las pérdidas de eficiencia de las turbinas eólicas se deben a turbulencias generadas por las palas del rotor, por lo que la minimización de estas es el objetivo principal de los diseñadores hoy en día. Estos aspectos motivaron este trabajo de título, en el cual estudiamos experimentalmente el funcionamiento de una turbina eólica al interior de un túnel de viento mediante anemometría de hilo caliente. Se diseñó y construyó un modelo a escala de un aerogenerador y se instaló dentro del túnel de viento del laboratorio LEAF-NL, de la Universidad de Chile Se midió la potencia de la turbina como función de la velocidad de flujo del túnel de viento en un rango de velocidades de flujo de entre 0.5 y 3 [m/s] (TSR o tip speed ratio de 1.1 a 5.3), lo que entrega como resultado la curva característica de los aerogeneradores (curva S). A través un sistema de posicionamiento motorizado en 2D se midió el campo de velocidades en distintos planos transversales de la estela. Para esto se utilizó un anemómetro de hilo caliente operado de manera síncrona con la posición angular instantánea del rotor de la turbina, con el objetivo de realizar una detección coherente de la velocidad en la estela con la posición angular del rotor. De esta manera se obtuvo el campo de velocidades medio y fluctuante asociado a la posición de las palas de aerogenerador. La medición sincronizada de los promedios temporales de velocidad permite identificar la influencia de cada de cada pala en la estela y además identificar la distribución de intensidad turbulenta. Finalmente se generaron mapas de velocidad en distintos planos de corte transversal a la estela, con lo que adicionalmente se logró evaluar la expansión de la estela y poder obtener un parámetro de razón de áreas, dicho parámetro permite calcular con éxito los coeficientes de potencia y empuje (Cp y Ct), los cuales coinciden con los valores reales medidos.

No description available.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El propósito del presente trabajo es formular una herramienta computacional de bajo costo que determine la potencia y la expansión de flujo de turbinas eólicas de eje vertical (VAWTs) tipo Darrieus. Esta herramienta puede ser útil para predecir el desempeño aerodinámico de VAWTs en ambientes urbanos o en granjas eólicas. En este trabajo se realizan variaciones en el modelo doble-múltiple tubos de corriente (DMS) para turbinas Darrieus de álabes rectos (SB-VAWTs) con el fin de mejorar las predicciones de desempeño aerodinámico y expansión del flujo. Se presentan los antecedentes generales y el marco teórico del modelamiento de las Darrieus SB-VAWTs. El caso de referencia está compuesto por las mediciones de campo de una Darrieus SB-VAWT de 12 kW (6 m de diámetro) encontradas en la literatura y las simulaciones computacionales bidimensionales realizadas en el software ANSYS Fluent 13.0. Se plantea y verifica una representación matemática de las líneas de corriente para modelar el promedio temporal de la expansión de flujo alrededor de SB-VAWTs. Se presenta una nueva formulación del modelo DMS basado en momentum con expansión de flujo. El desempeño aerodinámico y la expansión de flujo son calculados en MATLAB utilizando coeficientes aerodinámicos empíricos y los resultados de las simulaciones computacionales. Se propone una nueva formulación del modelo DMS basado en la conservación de energía mecánica. Ambas formulaciones estudiadas presentan problemas de convergencia para altas razones de velocidades de punta de álabe. Las predicciones de expansión de flujo se encuentran alejadas de las obtenidas en las simulaciones computacionales. Se cuantifica e interpreta el error de los modelos DMS basados en momentum y en energía al imponer la expansión obtenida por las simulaciones computacionales. A partir de los datos de fuerza en el sentido del flujo y la expansión de los tubos de corriente, se propone una ecuación alternativa para el balance de momentum lineal considerando un modelo de múltiples tubos de corriente. Dicha relación permite la convergencia y una buena estimación de la expansión del flujo para todas las velocidades de rotación de turbina estudiadas. Se recomienda como trabajo futuro el mejoramiento del cálculo de las fuerzas aerodinámicas basadas en coeficientes aerodinámicos empíricos considerando los efectos dinámicos.

Este trabalho tem como proposta desenvolver um difusor aerodinâmico compacto para uma turbina eólica de pequena escala, objetivando alcançar um melhor start rotacional (menor torque de partida para rotacionar) em baixas velocidades de vento. Um difusor é uma estrutura em forma de aro envolta ao rotor da turbina eólica, sua função é amplificar a captação e aceleração do vento, explorando os efeitos aerodinâmicos das zonas de vórtices de baixa pressão na saída do difusor. O estudo concentrar-se-á na manipulação da geometria dos difusores, analisando como seu design impacta no seu comportamento aerodinâmico impacta na capacidade do difusor equacionar as zonas de alta e baixa pressão ao longo de sua estrutura, essa relação é determinante para o efeito aerodinâmico que acelera o escoamento de ar, resultando em um start rotacional em baixas velocidade de vento. O ponto de partida para este trabalho são os estudos desenvolvidos por Ohya et al. (2010) sobre difusores compactos-flangeados (compact-type brimmed diffuser) para turbinas eólicas, denominado Wind-lens Technology. Para alcançar os objetivos, esta pesquisa vai utilizar simulações por CFD com software de túnel de vento virtual e ensaios experimentais em túnel de vento físico para avaliar o comportamento dinâmico (turbina + difusor). Foram desenvolvidas dezenove geometrias a partir de uma área construtiva padronizada para o design de difusores. Desenvolveu-se também, a partir dos resultados encontrados, um MFI (microseparador de fluxo interno), que consiste em uma estrutura adicional com função de potencializar as zonas de vórtices (baixa pressão) no plano de saída do escoamento de ar dos difusores. Os resultados mostraram que a manipulação da geometria do difusor produziu resultados promissores em comparação com o modelo de referência, alcançando em algumas geometrias de difusores um melhor start rotacional. O MFI mostrou-se eficaz para potencializar as zonas de baixa pressão e melhorou o start rotacional. Ao final, definiu-se dois modelos de difusores e suas respectivas versões com MFI como as melhores opções para o start rotacional. / This work aims to develop a compact wind turbine for a turbine and a small scale, aiming at a better rotational start at low wind speeds (lower starting torque to rotate). A diffuser is a rim-shaped structure wrapped around the wind turbine rotor, its function is to amplify the wind uptake and acceleration, exploiting the aerodynamic effects of the low-pressure vortex zones at the diffuser outlet. The study will focus on the manipulation of the diffuser geometry, analyzing how its design impacts on its aerodynamic behavior, especially on the diffuser's ability to equate the high and low pressure zones along its structure, this relation is decisive for the aerodynamic effect that accelerates the air flow, resulting in a rotational start at low wind speeds. The basis for this work are studies developed by Ohya et al. (2010) on compact-flanged diffusers for wind turbines, called Wind-lens Technology. To achieve the objectives, this research will use CFD simulations with virtual wind tunnel software and experimental tests in physical wind tunnel to evaluate the dynamic behavior (turbine + diffuser). Nineteen geometries were developed from a standardized design area for the design of diffusers. An MFI (internal flow microseparator) has also been developed, which is an additional structure whose function is to potentiate the low pressure zones of the diffusers. The results showed that the manipulation of the diffuser geometry produced promising results in comparison to the reference model, reaching in some conditions superior results in RPM and initial start. The MFI proved to be effective in boosting the low pressure zones and improved the initial start. At the end, two models of diffusers and their respective versions with MFI were defined as the best options for the initial start.

O tamanho de turbinas eólicas comerciais tem aumentado consideravelmente nos últimos 25 anos desde aproximadamente uma potência de 50KW com rotores de entre 10 e 15 metros de diâmetro até as turbinas comerciais atuais de 5MW de potência com diâmetros de mais de 120 metros. Este desenvolvimento requer o uso de ferramentas numéricas que permitam prever os carregamentos aerodinâmicos estacionários e não estacionários, não somente nas pás de turbinas, mas também o sistema como um todo, incluindo torre, rotor e sistemas de controle. Neste contexto, este trabalho apresenta um programa computacional baseado na teoria de elemento de pá, a fim de predizer parâmetros geométricos e velocidades relativas ótimos para a obtenção de máxima potência. O método de painéis foi adaptado de forma a incluir os efeitos rotacionais das pás a fim de predizer cargas aerodinâmicas em estado estacionário. A formulação é tridimensional e conta com efeitos de esteira e velocidades angulares. Um estudo de caso para uma pá de turbina eólica de 2MW de potência foi utilizado para demonstrar as capacidades do código desenvolvido. Para avaliar as capacidades do código, foram feitas três tipos de validações. Primeiro foram comparados resultados da literatura da teoria de elemento de pá e do método de elemento fonte-dipolo, "Doublet-Source Lattice", (por separado) com os resultados obtidos pelo código. Uma última validação quantitativa foi feita mediante a comparação com os resultados de um software de fluidodinâmica computacional. O trabalho apresentado não pretende concorrer com os pacotes comerciais de CFD. O que se pretende é desenvolver uma ferramenta de projeto preliminar de pás de turbinas eólicas que permita obter um projeto ótimo em um tempo relativamente curto. Futuramente se pretende continuar esta investigação aderindo ao código a possibilidade de analisar o comportamento estrutural e aeroelástico de pás de turbina eólica, asas e pás de helicópteros.