Análise comparativa entre os aquecedores solares industrial e os construídos com garrafas pet e canos de pvc, cobre e alumínio

Este trabalho apresenta o uso de energia solar, para o aquecimento de água, através da análise de aquecedores solares industrial e os construídos com garrafas PET com canos condutores de água de cobre, alumínio e PVC, instalados no Centro de Energias Renováveis - CER, do Campus de Engenharia Guaratinguetá. A análise foi realizada com a ajuda de sensores Termopar, software - Contemp View Simple, para obtenção de dados, software Teamviewer para acesso remoto. Sendo feitas as medições concluiu-se qual é o aquecedor mais eficiente a ser utilizado, sempre tendo como objetivo o aproveitamento da energia renovável usando a radiação solar

Estudo da viabilidade de implantação de plantas para conversão de energia térmica do oceano (OTEC) no Brasil

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Construção e avaliação térmica de um sistema concentrador parabólico com seguidor solar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação de métodos matemáticos no dimensionamento da potência necessária para a irrigação através de motores elétricos

É comum nas áreas rurais a utilização de métodos de irrigação que consistem em bombear a água de açudes, lagoas e rios para irrigar a terra onde está sendo cultivada determinada cultura. Em geral esse bombeamento é feito por motores movidos á energia elétrica ou á óleo diesel. Este trabalho visa avaliar os motores elétricos de baixa potência que são usados para irrigar pequenas áreas plantadas através de bombeamento de água de açudes, lagoas etc. Os métodos a serem usados competem á aplicação da Física e do Calculo Diferencial e Integral, através do uso de conceitos,integrais definidas e do uso de sólidos de revolução para simulação. Poderão ser feitas associações entre vazão de água, potência necessária para o serviço, a quantidade de tempo que a reserva de água sustenta o bombeamento. Depois de feito os cálculos pode se concluir sobre o tipo de motor e potencia mais adequada para tal serviço. Este projeto visa avaliar o desempenho de motores elétrico de baixa potencia no bombeamento de água através de métodos pertinentes ao calculo diferencial e integral e ao mesmo tempo poder mostrar uma das várias aplicações desta disciplina. Após os cálculos realizados espera-se obter conclusões sobre os motores elétricos e fazer a associação do serviço que é recomendado para o seu uso. Serão utilizados métodos do cálculo diferencial e Integral para a avaliação do desempenho do motor e conceitos da Física para determinação e associação entre potência dissipada e vazão de água.

A participação dos medidores eletrônicos na rede inteligente de energia elétrica

Depuis que l'électricité a été découverte et que le secteur électrique s'est considérablement développé dans le XVIIIe siècle, jamais l'homme n'a pu se détacher de cette énergie. Pendant longtemps le système d'énergie électrique a fonctionné sans grand changement, mais avec le développement rapide des technologies, de nouvelles améliorations apparaissent. Ce mémoire traite des nouveaux concepts de réseaux d'énergie électrique appelés Réseaux intelligents ou Smart Grid. À travers un panorama de leurs développements dans le monde, cette étude porte d'une part, sur l'avancée des projets dans quelques pays et d'autre part, du niveau de développement de ce réseau au Brésil et de son intérêt pour le pays. L'étude a comme point central un des composants de ce réseau intelligent, le compteur communicant, qui est l'élément essentiel des interconnexions entre consommateurs et producteurs. Ce rapport apporte un éclaircissement sur les compteurs conventionnels et les compteurs intelligents et sur leur mode de fonctionnement. Enfin il aborde la question des consommateurs : par quels moyens leur transmettre tous ces changements à venir, puisque jusqu'à présent, leur seule participation était de payer l'énergie consommée. Avec le nouveau réseau, ils deviendront de véritables acteurs puisqu'ils seront informés en temps réel de leur consommation d'énergie électrique. Pour terminer, le mémoire montrera comment ils pourront s'adapter à cette nouvelle façon de gérer leur consommation en ésperant les inciter à une utilisation plus raisonnable de l'énergie et à modifier leur comportement en gérant de manière active leur consommation en intégrant notamment les énergies renouvelables

A participação dos medidores eletrônicos na rede inteligente de energia elétrica

Depuis que l'électricité a été découverte et que le secteur électrique s'est considérablement développé dans le XVIIIe siècle, jamais l'homme n'a pu se détacher de cette énergie. Pendant longtemps le système d'énergie électrique a fonctionné sans grand changement, mais avec le développement rapide des technologies, de nouvelles améliorations apparaissent. Ce mémoire traite des nouveaux concepts de réseaux d'énergie électrique appelés Réseaux intelligents ou Smart Grid. À travers un panorama de leurs développements dans le monde, cette étude porte d'une part, sur l'avancée des projets dans quelques pays et d'autre part, du niveau de développement de ce réseau au Brésil et de son intérêt pour le pays. L'étude a comme point central un des composants de ce réseau intelligent, le compteur communicant, qui est l'élément essentiel des interconnexions entre consommateurs et producteurs. Ce rapport apporte un éclaircissement sur les compteurs conventionnels et les compteurs intelligents et sur leur mode de fonctionnement. Enfin il aborde la question des consommateurs : par quels moyens leur transmettre tous ces changements à venir, puisque jusqu'à présent, leur seule participation était de payer l'énergie consommée. Avec le nouveau réseau, ils deviendront de véritables acteurs puisqu'ils seront informés en temps réel de leur consommation d'énergie électrique. Pour terminer, le mémoire montrera comment ils pourront s'adapter à cette nouvelle façon de gérer leur consommation en ésperant les inciter à une utilisation plus raisonnable de l'énergie et à modifier leur comportement en gérant de manière active leur consommation en intégrant notamment les énergies renouvelables

Modelagem e simulação de reator de cultivo de microalgas tipo \"open pond\".

Mudança climática é um processo global, real e inequívoco. Para sua mitigação, a substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis está sendo cada vez mais empregada. Devido à rápida velocidade de crescimento das microalgas, seu cultivo é visto como uma das alternativas mais promissoras para a produção de biocombustíveis. No presente trabalho, foi elaborado um modelo matemático fenomenológico que descreve o crescimento da microalga Chlorella vulgaris. Este modelo foi validado através de experimentos realizados em um reator piloto com capacidade de 1000 L tipo \"open pond\" (reator de raias) aberto ao ambiente, em condições não-axênicas. A variação de concentração devida à evaporação e/ou adição de água foi levada em conta no modelo. O modelo matemático desenvolvido, contendo dois parâmetros ajustáveis, descreve a variação da concentração de biomassa em função do tempo sob condições variáveis de luminosidade e temperatura. Os parâmetros ajustáveis são q (constante para conversão de intensidade luminosa em crescimento fotossintético, em klux-1 min-1) e Imax (limite máximo de intensidade luminosa, em klux). Previamente ao projeto do reator, foram realizados experimentos em reator de laboratório (utilizando a metodologia Taguchi) com o objetivo de determinar quais os fatores mais críticos para o crescimento da espécie de microalga selecionada e que, por isso, deveriam ser controlados com maior precisão. Além disso, foi analisada teoricamente a relevância da consideração do transporte de massa de CO2 no processo. Como este transporte é muito mais lento, a resistência controladora do processo é o crescimento fotossintético. Após a construção do reator piloto, foram realizados dois experimentos preliminares (os quais serviram para aperfeiçoar o aparato e o procedimento experimental) e três experimentos definitivos, registrando-se dados ambientais (temperatura, intensidade luminosa e pH) e de concentração ao longo do tempo. Utilizando os dados de temperatura e luminosidade em função do tempo como entrada, os parâmetros q e Imax otimizados foram ajustados às curvas de concentração versus tempo de cada experimento. Para tal foram desenvolvidos programas de integração de equações diferenciais e de otimização escritos em ambiente Scilab®. Verificou-se que, apesar da variabilidade devida às condições ambientais dos experimentos, obteve-se boa aderência dos dados simulados aos experimentais. Uma análise estatística dos parâmetros q e Imax calculados em cada experimento forneceu coeficientes de variação para estes parâmetros de 17 % e 5 %, respectivamente. Concluiu-se, portanto, que o modelo matemático desenvolvido neste trabalho pode ser empregado para prever o desempenho de um reator de raias em condições ambientais variáveis, bastando para isto o ajuste de dois parâmetros.

Modelagem e análise de desempenho de sistema para geração de energia elétrica através de ondas marítimas.

Mediante a crescente necessidade de aumento na oferta de energia elétrica devido à constante elevação na demanda mundial, esta dissertação avalia o desempenho de um sistema conversor de energia de ondas marítimas em energia elétrica. O sistema em análise é o de coluna de água oscilante com turbina de dupla ação instalado na costa. Utiliza-se um modelo regular de ondas como perturbação à dinâmica de uma câmara semi-submersa gerando fluxo de ar através de uma turbina à ar de dupla ação. O sistema final é não linear e com parâmetros variantes no tempo. A dissertação investiga possibilidades para o aumento do rendimento da turbina em diferentes condições de mar através do método de simulação numérica. Após a modelagem física e matemática do sistema escolhido, inicia-se a síntese de um controlador proporcional derivativo para controle da pressão de ar na turbina em torno da pressão ideal de trabalho da mesma. A análise inclui o comparativo entre os resultados do sistema com e sem controlador e a avaliação de robustez utilizando ondas com amplitude variável. O trabalho apresenta ainda propostas de otimização do sistema para trabalhar em condições similares a região de Pecém no Brasil. Pelos resultados obtidos nas simulações, conclui-se que o rendimento e a robustez do sistema podem melhorar utilizando um sistema controlado. O rendimento do sistema poderá ainda ser otimizado para a região de instalação.

Análise do regime de produção distribuída fotovoltaica para autoconsumo

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Projeto de um sistema de conversor multinível para painéis fotovoltaicos

A produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável está gradualmente a ser uma alternativa à energia produzida a partir de combustíveis fósseis. A técnica de conversão dessas mesmas energias para energia elétrica, para entrega na Rede de Energia Elétrica (REE), é cada vez mais estudada para que se obtenha uma maior eficiência assim como qualidade. Neste trabalho desenvolve-se um projeto de conversão de energia fotovoltaica, para produção de energia elétrica para a rede utilizando um conversor multinível, otimizando a transferência de potência assim como melhorando a forma da corrente AC. A conversão multinível é uma topologia que tem algumas vantagens relativamente à topologia de 2 níveis, permitindo trabalhar com níveis de tensão mais elevados, melhorando a qualidade de energia. O conversor multinível de díodos ligados ao ponto neutro utiliza condensadores para criar os níveis de tensão, que neste trabalho vão ser usados para ligar os painéis, otimizando a transferência de potência. Aplica-se um método de controlo das correntes AC para terem a forma a alternada e sinusoidal e em fase com a tensão da rede. Os resultados experimentais mostram que a utilização do algoritmo de procura do ponto de máxima potência dos painéis permitem a extrair a máxima potência, de acordo com as condições de irradiação solar e temperatura dos painéis.

A MICROGERAÇÃO FOTOVOLTAICA NO FUTURO DO AUTOCONSUMO

De acordo com proposta de 23 de Janeiro de 2008, relativa aos esforços a realizar pelos Estados-Membros da CE, o Conselho Europeu fixou dois objectivos principais ”reduzir, até 2020, as emissões de gases com efeito de estufa em pelo menos 20%” e “elevar para 20% a parte das energias renováveis no consumo energético da UE até 2020”. Enquadrando estes objectivos na actual legislação Portuguesa para as energias renováveis, em particular para as Unidades de Produção para Autoconsumo (UPAC) e considerando a energia solar que temos disponível ser completamente gratuita, resulta no objetivo deste trabalho, que se propõem contribuir para atualizar, consciencializar e reforçar o compromisso que temos para atingir estas metas assim como assegurar o futuro do nosso Planeta. Estes objectivos traçados pelo Conselho Europeu e legislado pelo governo Português, originou uma elevada procura por licenças de exploração de microprodução, devido às elevadas tarifas de incentivo para venda de eletricidade e o rápido retorno do capital investido. Neste contexto e nomeadamente com a tecnologia solar fotovoltaica, as consecutivas alterações na legislação desta matéria, foram convergindo para o seu autoconsumo através de novas soluções de produção de energia descentralizada e de inovação tecnológica, permitindo ainda a existência de ligação à rede elétrica de serviço público (RESP). Apesar da anterior legislação de Microprodução estabelecida e atualizada pelo Decreto-Lei n.º 363/2007, de 2 de Novembro [1], alterado pelo Decreto-Lei n.º 118-A/2010, de 25 de Outubro, [2] e pelo Decreto-Lei n.º 25/2013, de 19 de Fevereiro, [3] referir que o distribuidor era obrigado a comprar toda a energia produzida pelo consumidor, com o atual regime, a pequena produção passa a beneficiar de um enquadramento legal único, de acordo com o Decreto-Lei n.º 153/2014 de 20 de outubro, em que incentiva o autoconsumo da energia necessária para o seu consumo diário, sendo a restante não utilizada, possível de ser injetada na rede eléctrica (RESP).

Regulador eletromagnético de frequência aplicado no controle de velocidade de geradores eólicos

The constant necessity for new sources of renewable energy is increasingly promoting the increase of investments in this area. Among other sources, the wind power has been becoming prominent. It is important to promote the search for the improvement of the technologies involved in the topologies of the wind turbines, seeking for alternatives which enhance the gotten performance, despite the irregularity of the wind speed. This study presents a new system for speed control, in this case applied to the wind turbines - the Electromagnetic Frequency Regulator (EFR). One of the most used devices in some topologies is the mechanical gearboxes which, along with a short service life, often represent sources of noise and defects. The EFR does not need these transmission boxes, representing a technological advancement, using for that an adapted induction machine, in which the stator becomes mobile, supportive to the axis of the turbine. In the topology used in this study, the EFR also allows us to leave out the usage of the eletronic converters to establish the coupling between the generator and the electrical grid. It also the reason why it provides the possibility of obtaining the generation in alternating current, with constant voltage and frequency, where there is no electrical grid. Responsable for the mechanical speed control of the generator, the EFR can be useful in other transmission systems in which the mechanical speed control output is the objective. In addition, the EFR operates through the combination of two inputs, a mechanical and other electrical. It multiplies the possibilities of application because it is able to synergistic coupling between different arrays of energy, and, for such reasons, it enables the various sources of energy involved to be uncoupled from the network, being the synchronous generator responsible for the system connection with the electrical grid, simplifying the control strategies on the power injected in it. Experimental and simulation results are presented through this study, about a wind turbine, validating the proposal related to the efficience in the speed control of the system for different wind conditions.

Energia eólica em alto mar: distribuição dos recursos e complementaridade hídrica

The stabilization of energy supply in Brazil has been a challenge for the operation of the National Interconnected System in face of hydrological and climatic variations. Thermoelectric plants have been used as an emergency source for periods of water scarcity. The utilization of fossil fuels, however, has elevated the cost of electricity. On the other hand, offshore wind energy has gained importance in the international context and is competitive enough to become a possibility for future generation in Brazil. In this scenario, the main goal of this thesis was to investigate the magnitude and distribution of offshore wind resources, and also verify the possibilities of complementing hydropower. A data series of precipitation from the Climatic Research Unit (CRU) Blended Sea Winds from the National Climatic Data Center (NCDC/NOAA) were used. According to statistical criteria, three types of complementarity were found in the Brazilian territory: hydro × hydro, wind × wind and hydro × wind. It was noted a significant complementarity between wind and hydro resources (r = -0.65), mainly for the hydrographical basins of the southeast and central regions with Northeastern Brazil winds. To refine the extrapolation of winds over the ocean, a method based on the Monin-Obukhov theory was used to model the stability of the atmospheric boundary layer. Objectively Analyzed Air-Sea Flux (OAFLUX) datasets for heat flux, temperature and humidity, and also sea level pressure data from NCEP/NCAR were used. The ETOPO1 from the National Geophysical Data Center (NGDC/NOAA) provided bathymetric data. It was found that shallow waters, between 0-20 meters, have a resource estimated at 559 GW. The contribution of wind resources to hydroelectric reservoir operation was investigated with a simplified hybrid wind-hydraulic model, and reservoir level, inflow, outflow and turbine production data. It was found that the hybrid system avoids drought periods, continuously saving water from reservoirs through wind production. Therefore, from the results obtained, it is possible to state that the good winds from the Brazilian coast can, besides diversifying the electric matrix, stabilize the hydrological fluctuations avoiding rationing and blackouts, reducing the use of thermal power plants, increasing the production cost and emission of greenhouse gases. Public policies targeted to offshore wind energy will be necessary for its full development.

Protótipo de rastreador solar de um eixo baseado em microcontrolador

The increase in the efficiency of photo-voltaic systems has been the object of various studies the past few years. One possible way to increase the power extracted by a photovoltaic panel is the solar tracking, performing its movement in order to follow the sun’s path. One way to activate the tracking system is using an electric induction motor, which should have sufficient torque and low speed, ensuring tracking accuracy. With the use of voltage source inverters and logic devices that generate the appropriate switching is possible to obtain the torque and speed required for the system to operate. This paper proposes the implementation of a angular position sensor and a driver to be applied in solar tracker built at a Power Electronics and Renewable Energies Laboratory, located in UFRN. The speed variation of the motor is performed via a voltage source inverter whose PWM command to actuate their keys will be implemented in an FPGA (Field Programmable Gate Array) device and a TM4C microcontroller. A platform test with an AC induction machine of 1.5 CV was assembled for the comparative testing. The angular position sensor of the panel is implemented in a ATMega328 microcontroller coupled to an accelerometer, commanded by an Arduino prototyping board. The solar position is also calculated by the microcontroller from the geographic coordinates of the site where it was placed, and the local time and date obtained from an RTC (Real-Time Clock) device. A prototype of a solar tracker polar axis moved by a DC motor was assembled to certify the operation of the sensor and to check the tracking efficiency.

Diagnóstico ambiental da área de influência do complexo sucroalcooleiro Usina Vale do São Simão Ltda

One of the most widespread renewable energy sources in Brazil is ethanol, from sugarcane, therefore, the sugar and alcohol sector is expanding, with positive impacts for the economy of the country. Sugar cane was introduced in Brazil as a crop during its colonization, for the production of sugar, and put the country in the global scenario. The expansion of this crop occurred in the seventies, to reduce the reliance in fossil energy sources and to stimulate the development of the agricultural activity. Thus, the federal government has promoted the sugar cane crop and the production of ethanol as a fuel. However, it is important to minimize possible impacts that the crop may cause to the environment. Sugar cane has expanded in the frontiers of the mesoregion of Triângulo Mineiro and Alto Paranaíba-MG, and, in this perspective, the agroindustrial complex known as Companhia Energética Vale do São Simão Ltda., with the Mill located in the county of Santa Vitória, Minas Gerais, was adopted to evaluate the environmental impacts caused by the sugarcane in the area of influence of the mill. The mill has a polygonal area corresponding to 53,525.20 hectares, and for its establishment a Study and Report of Environmental Impacts (EIA/RIMA) was presented, as required as an environment protection instrument by the Environment National Policy (Law nº 6.938/81), and detailed by the Resolution CONAMA nº 01/1986. These studies pointed that native vegetation fragments in the Area of Influence of the Mill, before its implantation, corresponded to approximately 20.7% of the area. Therefore, this study evaluated the impacts of the installation of Usina Vale do São Simão, between 2007 and 2012, determining its reflex on the environmental regularization of the farms, and the vegetation fragments existing in the area, in the recovery and recomposition of areas defined as Legal Reserve and Permanent Preservation. Previous studies of the area were analyzed, soil use and occupation was mapped for the years 2007 and 2012, and the areas of permanent preservation and native vegetation fragments were marked. In general, there was a decline in native vegetation coverage in the period, although it cannot be stated that such reduction was a direct effect of the milling activity. Therefore, the legal requirement of preserving such areas was not capable of bringing the positive effects of protection and recovery as demanded by the Law, highlighting that the current legislation was not enough to protect such areas.