Metodologie per la progettazione di eliche aeronautiche

Studio dei metodi di progettazione per lo sviluppo di eliche aeronautiche. Come caso di studio è stata scelta la progettazione di un’elica che ottimizzi le prestazioni del Risen, prodotto dalla Porto Aviation Group. Questo ultraleggero monta motore Rotax915IS, che eroga una potenza considerevolmente maggiore rispetto ai motori adottati in precedenza: sono state, quindi, progettate una serie di eliche in grado di convertire in maniera efficiente la coppia ricevuta in spinta nelle diverse fasi di volo del velivolo. E' incluso nella tesi uno studio di sensitività in cui è stato verificato come varia la spinta in funzione dei diversi parametri costruttivi dell'elica aeronautica. Lo sviluppo dell’elica avviene attraverso il seguente percorso: 1) definizione parametri di volo e funzionamento motore del velivolo a cui accoppiare l'elica, 2) studio delle prestazioni dell'aereo con le eliche già disponibili così da potere validare i calcoli, 3) stima delle prestazioni dell'aereo in seguito a variazioni delle caratteristiche geometriche della pala; 4) sintesi caratteristiche costruttive per ottenere una pala in grado di fornire prestazioni soddisfacenti in ogni fase del volo. Gli studi sono stati supportati da analisi su codici software commerciali, al fine di valutare l’influenza dei parametri costruttivi sulle prestazioni del velivolo a cui viene accoppiata l'elica. Lo studio ha condotto allo sviluppo di cinque pale, una delle quali presenta ottime prestazioni.

Sviluppo e valutazione di un modello GT-Power di un motore sovralimentato ad accensione comandata e iniezione diretta alimentato ad idrogeno

Negli ultimi decenni sempre più attenzione è stata posta sugli effetti derivanti dalla produzione dell'energia. In particolare, emissioni di specie inquinanti e gas serra sono state oggetto di continue limitazioni al fine di raggiungere soluzioni energetiche sempre meno climalteranti. Ciò ha evidenziato la necessità di sviluppare nuove soluzioni inerenti alla mobilità sostenibile. Tra le possibili soluzioni, l'utilizzo di idrogeno rappresenta una delle più promettenti grazie alle proprietà chimiche che lo contraddistinguono. L'impiego di tale elemento come combustibile in un tradizionale motore a combustione interna propriamente convertito garantirebbe la possibilità di una transizione energetica progressiva grazie all'utilizzo di una tecnologia già ampiamente consolidata e avanzata. Questo lavoro si concentra sullo sviluppo di un modello 1D di un motore a combustione interna alimentato ad idrogeno per studiarne le potenzialità. Al fine di ottenere dati attendibili, si è sviluppato e validato un modello su un motore noto di cui i dati in benzina erano disponibili. Successivamente, tale modello è stato convertito all'utilizzo di idrogeno. Completata la conversione sono state svolte svariate prove al variare dei principali parametri motoristici quali: lambda, anticipo d'accensione, giri, carico. Il modello sviluppato ha mostrato risultati comparabili con i dati attualmente disponibili in letteratura al variare delle diverse condizioni operative. In particolare, alte efficienze e basse emissioni sono garantite da combustioni magre, tuttavia alti carichi non possono essere raggiunti per limiti derivanti dal gruppo di sovralimentazione. Sono stati ottenuti promettenti risultati che incoraggiano uno sviluppo avanzato del modello, con l’obbiettivo futuro di effettuare esperimenti con l’idrogeno su un motore reale.

Valutazioni per il dimensionamento degli impianti di condizionamento aria-acqua-olio in un banco prova motore

Il lavoro svolto, inizialmente, si proponeva di ricercare e approfondire gli strumenti fondamentali per il funzionamento di una sala prova, con l’obbiettivo di riunire in un unico elaborato informazioni sia sulla teoria che sul dimensionamento. A tal fine, sono stati presi in esame il ventilatore cella, l’aspiratore dei gas di scarico, l’unità di trattamento aria, la torre di raffreddamento e gli scambiatori di calore. Successivamente, l’attività di tesi si è focalizzata sulla creazione di un modello tramite Microsoft Excel che, in base ai dati di partenza selezionati, restituisse un dimensionamento delle componenti precedentemente analizzate. Questo modello è stato poi impiegato durante l’allestimento di una nuova sala di prova presso l’azienda AlmaAutomotive. La scelta delle condizioni di esercizio è stata fatta sulla base delle specifiche richieste dell’azienda. I risultati ottenuti dal modello sono stati quindi confrontati con i dati di dimensionamento presenti su preventivi richiesti ad aziende terze e con i dati di targa di apparecchiature montate su celle, analoghe a quella in realizzazione, presenti in azienda. Questo confronto, nei casi esaminati, ha evidenziato una buona correlazione. È stato inoltre creato un modello Simscape che rappresentasse il funzionamento dei due scambiatori (liquido motore e olio motore) in condizione stazionaria a regime. I risultati ottenuti dal modello sono stati paragonati con i dati ottenuti dalle formule teoriche (utilizzando Matlab): il confronto ha evidenziato che il modello Simscape è stato strutturato e definito correttamente.

Simulazione e controllo di un motore brushless sinusoidale

Nel presente elaborato si prende in esame il modello di un motore sincrono a magneti permanenti alimentato in bassa tensione, avente BEMF sinusoidale, ed il suo sistema di controllo. Nella trattazione, viene studiato il comportamento del motore sulla base delle equazioni caratteristiche della macchina e del controllo ad orientamento di campo, così da poter mettere in luce i parametri che influenzano direttamente le prestazioni oggetto di interesse in ambito industriale e di ricerca. Si illustra, inoltre, la costruzione di un modello del motore e del suo controllo, considerando il motore s602b402 prodotto da SIBONI, in ambiente di simulazione. Tale modello permetterà di osservare la risposta della macchina ai più comuni ingressi forniti dall’utente, quali posizione e velocità, sulla base della taratura dei regolatori del sistema di controllo. A questo proposito, l'elaborato spiega come ottenere i parametri di macchina, necessari per la simulazione e per identificare il modello del motore, attraverso le prove sperimentali e quali differenze emergono tra i risultati ottenuti dall’ambiente di simulazione e quelli al banco. Questo consente, infine, di verificare l’attendibilità del modello e di fornire spunti per poterne migliorare i risultati in vista di sviluppi futuri.

Crise financeira, energia e sustentabilidade no Brasil

A recente crise financeira global traz consigo efeitos como a redução da atividade econômica e, consequentemente, do consumo de energia. Essa pode ser uma importante oportunidade para reorganizar o sistema energético em bases mais sólidas e sustentáveis: a eficiência, a maior participação das fontes renováveis e a descentralização da produção de energia. O Brasil e outros países em desenvolvimento podem aproveitar a experiência dos países desenvolvidos em eficiência energética, complementando com um programa vigoroso em energias renováveis, particularmente as "modernas" (eólica, solar, biomassa e pequenas hidrelétricas). Entretanto, preocupa o cenário inercial nacional, baseado num aumento da participação das fontes fósseis de energia na matriz, na priorização dos recursos à exploração de petróleo e gás natural e na manutenção de padrões insustentáveis de produção e consumo.

Alluvial-eolian interaction in a Cambrian rift margin: the Pedra das Torrinhas and Pedra Pintada formations (Guaritas Group, RS)

This work presents a study of selected outcrops from the Pedra das Torrinhas Formation of the Guaritas Group (Cambrian, Camaquã Basin), near the basin bordering Encantadas Fault Zone. The studied succession includes alluvial fan deposits that pass laterally into eolian deposits. Sedimentary facies and architectural element analysis were performed, followed by sedimentary petrography and microscopic porosity analysis, aiming to characterize the porosity of the deposits and its spatial distribution. The main objective was to contribute to a better understanding of the porosity spatial distribution in depositional systems characterized by the interaction between alluvial and eolian processes, with special reference to deposits formed prior to the development of terrestrial plants. Porosity values are related to depositional processes, with higher porosities associated to eolian dune deposits (mean of 8.4%), and lower porosity related to interdunes (mean of 3.4%) and alluvial fans (mean of 4.3%). Architectural elements analysis revealed the spatial relationships of these deposits, a response to the interplay of the eolian and alluvial processes. The integration of porosity data reveals that the interaction of alluvial and eolian processes results in heterogeneous distribution of porosity at the facies association scale. Eolian reworking of alluvial facies increases porosity whereas sheet-flood and other alluvial processes in the interdune areas reduce porosity.

Modelos de risk based inspection e risk based inspection and maintenance aplicados a sistemas de produção de energias renováveis

A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para a humanidade alcançar um desenvolvimento sustentável. Nesta campanha, a energia eólica surge como um dos principais vectores de orientação tendo evoluído de forma quase exponencial nos últimos anos. No entanto, apesar da sua relativa maturidade, esta tecnologia enfrenta ainda alguns problemas e desafios. Não obstante a experiência empírica da indústria eólica, adquirida nos últimos trinta anos e dos esforços para melhorar a fiabilidade operacional das turbinas, as taxas de falha ainda se apresentam elevadas. Face às correntes práticas de Manutenção das turbinas e parques eólicos e às características de falha, (por vezes catastróficas), existe a necessidade de optimizar as estratégias de manutenção das turbinas eólicas e reduzir os custos durante o ciclo de vida, de modo a maximizar o retorno do investimento. Descreve-se neste trabalho o estado do conhecimento actual face ao objectivo pretendido, a recolha de dados reais da operação e Manutenção, a aplicabilidade dos modelos escolhidos para obtenção da probabilidade de falha, e as consequências e avaliação do risco. Assim, desenvolveu-se uma ferramenta de apoio à decisão, baseada em Modelos de RBI (Risk Based Inspection) e RBIM (Risk Based Inspection and Maintenance) aplicados a turbinas eólicas.

Estudo de sistemas de aproveitamento de energias renováveis em edifícios, análise de casos práticos e vantagens da sua aplicação

Este trabalho pretende analisar o estado da arte da tecnologia das energias renováveis em Portugal e das suas perspectivas de evolução. Analisa os progressos que têm feito nessa área e o interesse que o País tem em evoluir na sua sustentabilidade e, no desenvolvimento duma estratégia forte para o futuro nessa área. Com esta investigação, pretende-se, explicar os conceitos de sustentabilidade e eficiência energética em relação aos edifícios e como fazer a sua classificação, além do caminho para lá chegar. Também são referidas as diferentes tecnologias existentes no mercado, como a solar, eólica, biomassa, geotérmica e hídrica, e as que poderão surgir no futuro, os estudos feitos para avaliação do potencial de redução de custos de cada uma, da diminuição dos impactes ambientais, da maior sustentabilidade dos edifícios, bem como das vantagens destes em relação às fontes de energia já existentes. È também analisado o papel que poderão desempenhar estas energias de fonte renovável na redução da dependência energética de um edifício em relação às energias de origem fóssil. O ponto de situação actual da indústria e o seu futuro a nível mundial é estudado. Ao nível internacional são examinados os estudos feitos para desenvolver a tecnologia. No plano nacional foi feito uma recolha de dados que permitirá fazer uma compilação da situação energética actual, da estratégia para o sector no futuro, do enquadramento legal actual, bem como das barreiras que limitam o seu desenvolvimento. A consideração de todos estes elementos, vai mostrar que as energias renováveis, só deverão ter um papel importante no fornecimento de energia global com o investimento de privados e com ajudas do governo. Em Portugal, já representa uma fatia importante no consumo energético. Estes dois factos permitem inferir que hoje um investimento é uma oportunidade no mundo da Engenharia Civil, e que apesar de o sector nacional estar no bom caminho, o mesmo está ainda aquém do necessário e longe do seu potencial máximo.

Adaptação de variadores industriais à excitação de geradores assíncronos: aplicação em turbinas Savonius

Este trabalho é um contributo para o desenvolvimento de sistemas de conversão de energia eólica em energia eléctrica em equipamentos comercialmente disponíveis. Com base na recolha de dados meteorológicos, foi caracterizada a disponibilidade da energia eólica num local de instalação de um sistema de geração de energia eléctrica. A exploração dos recursos eólicos pode ser caracterizada por intermédio de geradores eléctricos accionados por turbinas de eixo vertical ou de eixo horizontal. O sistema de geração projectado utiliza como gerador eléctrico a máquina assíncrona de rotor em curto-circuito accionada por uma turbina de eixo vertical do tipo Savonius. No que respeita a conversão electromecânica de energia, para realizar a excitação do gerador de indução e o controlo da potência entregue à rede, foi utilizado um conversor electrónico industrial do tipo regenerativo dedicado a accionamentos de velocidade variável. A estratégia de controlo utilizada, nos modelos desenvolvidos para simulação do sistema de geração proposto, utiliza a técnica de controlo vectorial de orientação de campo para realizar o controlo do binário do gerador de indução, colocando-o em modo de frenagem, através do qual é recolhida energia eléctrica. Tendo em vista a comprovação experimental do desempenho do sistema proposto, foi realizado em laboratório um protótipo. Neste protótipo a turbina Savonius é simulada por um accionamento mecânico constituído por um conjunto variador de velocidade - máquina síncrona de magnetos permanentes. O controlo do sistema é feito por intermédio de um processador digital de sinal (DSP). O DSP impõe a dinâmica desejada para turbina ao seu simulador electromecânico, faz o tratamento dos dados adquiridos no sistema gerador, implementa o seu controlo e estabelece a interface humano-máquina. O modelo teórico proposto para o sistema de geração e a estratégia de controlo adoptada são validados por comparação entre resultados de simulação numérica e os correspondentes resultados experimentais.

Simulação interactiva do mercado de energia eléctrica

A área de comercialização de energia eléctrica conheceu uma profunda mudança após a liberalização do sector eléctrico, que levou à criação de algumas entidades, as quais gerem os mercados de electricidade europeus. Relativamente a Portugal e Espanha, durante esse processo de liberalização, deu-se também um acordo que os levou à criação de um mercado conjunto, um mercado Ibérico (MIBEL). Dentro deste mercado estão contemplados dois operadores, sendo que um deles representa o pólo Português (OMIP) e o outro representa o pólo Espanhol (OMEL). O OMIP contempla os mercados a prazo, ou futuros, normalmente apresenta contratos de energia comercializada com durabilidade de semanas, meses, trimestres, semestres ou mesmo anos. Diariamente estes contratos poderão vencer no OMEL, que engloba os mercados, diário e intradiário. Este, ao contrário do OMIP negoceia para o dia seguinte (mercado diário) ou para uma determinada altura do dia (mercado intra diário). O mercado diário será o exemplo usado para a criação do simulador interactivo do mercado de energia eléctrica. Este será composto por diversos utilizadores (jogadores), que através de uma plataforma HTML irão investir em centrais de energia eléctrica, negociar licitações e analisar o funcionamento e resultados deste mercado. Este jogo subdividir-se-á então em 3 fases: 1. Fase de investimento; 2. Fase de venda (licitações); 3. Fase de mercado. Na fase do investimento, o jogador terá a possibilidade de adquirir unidades de geração de energia eléctrica de seis tipos de tecnologia: 1. Central a Carvão; 2. Central de Ciclo Combinado; 3. Central Hídrica; 4. Central Eólica; 5. Central Solar; 6. Central Nuclear. Com o decorrer das jogadas o jogador poderá aumentar a sua capacidade de investimento, com a venda de energia, sendo o vencedor aquele que mais saldo tiver no fim do número de jogadas previamente definidos, ou aquele que mais depressa atingir o saldo definido como limite pelo administrador do jogo. A nível pedagógico este simulador é muito interessante pois para além de o utilizador ficar a conhecer as tecnologias em causa e as vantagens e desvantagens das centrais de energia renovável e das centrais a combustíveis fósseis, este ganha igualmente uma sensibilidade para questões de nível ambiental, tais como o aumento dos gases de estufa e o degelo resultante do aquecimento global provocado por esses gases. Para além do conhecimento adquirido na parte de energia eléctrica este jogo dará a conhecer ao utilizador o funcionamento do mercado da energia eléctrica, bem como as tácticas que este poderá usar a seu favor neste tipo de mercado.

A energia das ondas e o seu aproveitamento

As crises energéticas surgidas no decorrer do último século, incluindo a crise do petróleo, obrigaram o Homem a procurar cada vez mais fontes de energia alternativas e preferencialmente inesgotáveis. Desta situação, resultou uma forte aposta na exploração das fontes de energias renováveis, que são uma das principais alternativas para responder a um aumento de procura, e também, face às exigências de consumos actuais, beneficiando de ao se apostar numa energia limpa e renovável existir uma forte redução nos impactes ambientais que outras fontes de energia não apresentam. O aproveitamento dos recursos provenientes de fontes de energia renováveis para a produção de energia já existe há vários anos, e, em alguns casos, atingiram já um estado de maturidade considerável, como é caso da energia eólica. Em comparação, o mesmo já não acontece com a energia das ondas. Embora o oceano apresente um recurso com enorme potencial para ser explorado, incluindo as ondas e correntes oceânicas, os dispositivos tecnológicos necessários para a exploração deste recurso encontram-se maioritariamente ainda em fase experimental, havendo casos pontuais que atingiram a fase pré-comercial. Assim, não existe até à data um dispositivo padrão para a exploração da energia das ondas em grande escala, contrariamente ao que acontece com a energia eólica. Para esta situação, contribuiu o elevado número de dispositivos patenteados para a exploração da energia das ondas, nenhum deles com vantagens significativas relativamente a outros, e também, devido ao facto de a exploração deste tipo de energia não poder ser feito de igual modo na costa ou a muitos quilómetros dela. Na presente dissertação são apresentados alguns dos principais dispositivos existentes para a extracção de energia proveniente das ondas oceânicas, com especial atenção para os dispositivos de coluna de água oscilante.

Soluções técnicas e eficiência energética em Bungalows, incorporando microprodução

No presente trabalho apresenta-se um conceito de habitação, aplicado a uma casa do tipo Bungalow que alia a arquitetura, clima, e energias renováveis (Produção fotovoltaica e eólica), denominado Green Bungalow, para um agregado familiar de 3 pessoas. Para o efeito foram analisados e estudados princípios de arquitetura bioclimática, considerando e potencializando as condições climáticas existentes no local onde o conceito foi aplicado. Foram igualmente otimizados os respetivos consumos energéticos e construídos os respetivos diagramas de carga. São propostas soluções técnicas para a alimentação da carga dimensionada para o Green Bungalow para funcionamento em sistema isolado e ligado à rede elétrica de energia. Para averiguar a racionalidade económica do investimento teve-se em consideração os aspetos legislativos, tarifas e taxas em vigor (2011) respeitantes à microprodução. Efetuou-se uma análise de sensibilidade que, tendo por base uma solução técnica dimensionada para o consumo de 1890 kWh/ano, considerou os seguintes cenários: • Sensibilidade a diferentes níveis de consumo – 4000 kWh/ano e 6000 kWh/ano; • Sensibilidade a diferentes níveis de geração; • Sensibilidade a valores de custo do equipamento considerado para cada solução técnica exequível. Conclui-se que o conceito Green Bungalow é uma boa escolha do ponto de vista técnico e em termos ambientais. Da simulação da microprodução do caso de estudo comprovou-se que, para o atual enquadramento tarifário e custo de equipamento não existe viabilidade económica, sendo viável apenas para cenários de consumo muito elevados. Nesse cenário a tecnologia fotovoltaica de produção de energia apresentou-se a mais rentável em todas as simulações.

Opções reais: Avaliação do projecto de investimento de três parques eólicos em ambiente onshore e offshore

Os Projectos de Investimento desempenham um importante papel no crescimento económico-social dos países, proporcionando emprego e desenvolvimento tecnológico. Na óptica dos projectos inovadores, concretamente no sector das energias renováveis, acarretam elevados investimentos, numa base temporal de longo prazo. Nestes casos as decisões estratégicas assumem um papel determinante, assim, o principal objectivo desta dissertação é a utilização das Opções Reais como métrica de avaliação dos projectos de investimento. A análise e avaliação dos projectos implica em si incerteza nas previsões, desta forma, as Opções Reais minimizam o risco associado à incerteza através da inclusão da flexibilidade no processo de avaliação. A primeira parte da dissertação consiste na contextualização energética mundial e nacional, ao nível da energia primária e das energias renováveis, com incidência na energia eólica. A segunda consiste na introdução teórica dos projectos de investimento e dos conceitos inerentes às Opções Financeiras e às Opções Reais. Por último, apresenta-se um caso de estudo de construção de três parques eólicos e as consequentes decisões de investimento concluindo que os modelos de avaliação das Opções Reais proporcionam alternativas e interdependência em investimentos futuros.

Comportamento à fadiga de juntas soldadas de aços tipo 460M com fios fluxados

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Previsão de vento baseado em técnicas de Data Mining

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia