Gaseificação de microalgas: estudo termogravimétrico e modelagem matemática do processo em reator solar.

Devido ao esgotamento de recursos não renováveis e o aumento das preocupações sobre as alterações climáticas, a produção de combustível renovável a partir de microalgas continua a atrair muita a atenção devido ao seu potencial para taxas rápidas de crescimento, alto teor de óleo, capacidade de crescer em cenários não convencionais e a neutralidade de carbono, além de eliminar a preocupação da disputa com as culturas alimentares. Em virtude disso, torna-se importante o desenvolvimento de um processo de conversão das microalgas em gás combustível, em destaque o gás de síntese. Visando essa importância, estudou-se a reação de gaseificação da microalga Chlorella vulgaris através de experimentos de análise termogravimétrica para estimar os parâmetros cinéticos das reações e através da simulação de um modelo matemático dinâmico termoquímico do processo usando equações de conservação de massa e energia acoplados a cinética de reação. Análises termogravimétricas isotérmicas e dinâmicas foram realizadas usando dois diferentes tipos de modelos cinéticos: isoconversionais e reações paralelas independentes (RPI). Em ambos os modelos, os valores dos parâmetros cinéticos estimados apresentaram bons ajustes e permaneceram dentro daqueles encontrados na literatura. Também foram analisados os efeitos dos parâmetros cinéticos do modelo RPI sobre a conversão da microalga no intuito de observar quais mais se pronunciavam diante a variação de valores. Na etapa de simulação do sistema controlado pelo reator solar, o modelo matemático desenvolvido foi validado por meio da comparação dos valores de temperatura e concentrações de produtos obtidos medidos experimentalmente pela literatura, apresentando boa aproximação nos valores e viabilizando, juntamente com a etapa experimental de termogravimetria, a produção de gás de síntese através da gaseificação da microalga Chlorella vulgaris.

Concepção de um receptor de cavidade para concentração de energia solar para aplicação em reatores químicos.

Este trabalho dimensionou um receptor de cavidade para uso como reator químico de um ciclo de conversão de energia solar para energia química. O vetor energético proposto é o hidrogênio. Isso implica que a energia solar é concentrada em um dispositivo que absorve a radiação térmica e a transforma em energia térmica para ativar uma reação química endotérmica. Essa reação transforma o calor útil em gás hidrogênio, que por sua vez pode ser utilizado posteriormente para geração de outras formas de energia. O primeiro passo foi levantar os pares metal/óxido estudados na literatura, cuja finalidade é ativar um ciclo termoquímico que possibilite produção de hidrogênio. Esses pares foram comparados com base em quatro parâmetros, cuja importância determina o dimensionamento de um receptor de cavidade. São eles: temperatura da reação; estado físico de reagentes e produtos; desgaste do material em ciclos; taxa de reação de hidrólise e outros aspectos. O par escolhido com a melhor avaliação no conjunto dos parâmetros foi o tungstênio e o trióxido de tungstênio (W/WO3). Com base na literatura, foi determinado um reator padrão, cujas características foram analisadas e suas consequências no funcionamento do receptor de cavidade. Com essa análise, determinaram-se os principais parâmetros de projeto, ou seja, a abertura da cavidade, a transmissividade da janela, e as dimensões da cavidade. Com base nos resultados anteriores, estabeleceu-se um modelo de dimensionamento do sistema de conversão de energia solar em energia útil para um processo químico. Ao se analisar um perfil de concentração de energia solar, calculou-se as eficiências de absorção e de perdas do receptor, em função da área de abertura de um campo de coleta de energia solar e da radiação solar disponível. Esse método pode ser empregado em conjunto com metodologias consagradas e dados de previsão de disponibilidade solar para estudos de concentradores de sistemas de produção de hidrogênio a partir de ciclos termoquímicos.

Optimização de um sistema híbrido off-grid PV, Gerador Diesel e Baterias

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

Avaliação do desempenho do sistema de mini-geração fotovoltaico na Faculdade de Ciências

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, 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.

Spectroscopic analysis of terrestrial analogues for the interpretation of surface composition of rocky bodies in the solar system. Effects of mineral mixing and particle size. Applications to moon, mars and implications for mercury.

Among the Solar System’s bodies, Moon, Mercury and Mars are at present, or have been in the recent years, object of space missions aimed, among other topics, also at improving our knowledge about surface composition. Between the techniques to detect planet’s mineralogical composition, both from remote and close range platforms, visible and near-infrared reflectance (VNIR) spectroscopy is a powerful tool, because crystal field absorption bands are related to particular transitional metals in well-defined crystal structures, e.g., Fe2+ in M1 and M2 sites of olivine or pyroxene (Burns, 1993). Thanks to the improvements in the spectrometers onboard the recent missions, a more detailed interpretation of the planetary surfaces can now be delineated. However, quantitative interpretation of planetary surface mineralogy could not always be a simple task. In fact, several factors such as the mineral chemistry, the presence of different minerals that absorb in a narrow spectral range, the regolith with a variable particle size range, the space weathering, the atmosphere composition etc., act in unpredictable ways on the reflectance spectra on a planetary surface (Serventi et al., 2014). One method for the interpretation of reflectance spectra of unknown materials involves the study of a number of spectra acquired in the laboratory under different conditions, such as different mineral abundances or different particle sizes, in order to derive empirical trends. This is the methodology that has been followed in this PhD thesis: the single factors previously listed have been analyzed, creating, in the laboratory, a set of terrestrial analogues with well-defined composition and size. The aim of this work is to provide new tools and criteria to improve the knowledge of the composition of planetary surfaces. In particular, mixtures composed with different content and chemistry of plagioclase and mafic minerals have been spectroscopically analyzed at different particle sizes and with different mineral relative percentages. The reflectance spectra of each mixture have been analyzed both qualitatively (using the software ORIGIN®) and quantitatively applying the Modified Gaussian Model (MGM, Sunshine et al., 1990) algorithm. In particular, the spectral parameter variations of each absorption band have been evaluated versus the volumetric FeO% content in the PL phase and versus the PL modal abundance. This delineated calibration curves of composition vs. spectral parameters and allow implementation of spectral libraries. Furthermore, the trends derived from terrestrial analogues here analyzed and from analogues in the literature have been applied for the interpretation of hyperspectral images of both plagioclase-rich (Moon) and plagioclase-poor (Mars) bodies.

Estudo de um secador híbrido (solar-elétrico) para desidratação de frutas

The growing need for food is something that worries the world, which has a population that is growing at a geometric progression while their resources grows at an arithmetic progression. To alleviate this problem there are some proposals, including increased food production or reduce waste thereof. Many studies have been conducted in the world in order to reduce food waste that can reach 40% of production, depending on the region. For this purpose techniques are used to retard degradation of foods, including drying. This paper presents a design of a hybrid fruit dryer that uses solar energy and electric energy with automation of the process. To accomplish drying tests were chosen Typical fruits with good acceptability as processed fruits. During the experiments were measured temperature values at different points. Were also measured humidity values, solar radiation and mass. A data acquisition system was built using a Arduino for obtaining temperatures. The data were sent to a program named Secador de Frutas, done in this work, to plot the same. The volume of the drying chamber was 423 liters and despite the unusual size test using mirrors to increase the incidence of direct radiation, showed that the drier is competitive when compared with other solar dryers produced in Hydraulic Machines and Solar Energy Laboratory (LMHES ) UFRN. The drier has been built at a cost of 3 to 5 times smaller than industrial dryers that operate with the same load of fruit. And the energy cost to produce dried fruits was more feasible compared with such dryers that use LPG as an energy source. However, the drying time was longer.

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.

Diseño de un sistema fotovoltaico para Carurú Vaupés

Tesis (Ingeniero Eléctrico). -- Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica, 2014

Afectación de los ingresos operacionales de empresa distribuidora de energía eléctrica por penetración de energía solar en su área de influencia

Los anuncios de impacto por cambio climático han llevado a los países a crear estrategias de mitigación y adaptación, dentro de las cuales se considera la promoción de generación de electricidad a través de fuentes renovables no convencionales -- El avance logrado ha incentivado a los usuarios del servicio de energía eléctrica a invertir en plantas de generación, eliminando la necesidad parcial de utilizar las redes de transmisión y distribución del sistema eléctrico, de tal forma que las redes eléctricas presentan una holgura gradual en cuanto a la energía que se transporta a través de ellas -- Este artículo presenta un análisis del impacto sobre los ingresos operacionales de una empresa distribuidora de energía por efecto de la entrada de soluciones de energía solar fotovoltaica en el segmento residencial de su área de influencia, encontrando que se generarían diferentes escalas de afectación, con valores de hasta el 3%

Control de potencia empleando FACTS en el sistema de transmisión para el aprovechamiento de las fuentes de generación fotovoltaica

Tesis (Ingeniero Eléctrico). -- Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica, 2014

Exergetic, energetic, economic and environmental evaluation of concentrated solar power plants in Libya

The PhD project addresses the potential of using concentrating solar power (CSP) plants as a viable alternative energy producing system in Libya. Exergetic, energetic, economic and environmental analyses are carried out for a particular type of CSP plants. The study, although it aims a particular type of CSP plant – 50 MW parabolic trough-CSP plant, it is sufficiently general to be applied to other configurations. The novelty of the study, in addition to modeling and analyzing the selected configuration, lies in the use of a state-of-the-art exergetic analysis combined with the Life Cycle Assessment (LCA). The modeling and simulation of the plant is carried out in chapter three and they are conducted into two parts, namely: power cycle and solar field. The computer model developed for the analysis of the plant is based on algebraic equations describing the power cycle and the solar field. The model was solved using the Engineering Equation Solver (EES) software; and is designed to define the properties at each state point of the plant and then, sequentially, to determine energy, efficiency and irreversibility for each component. The developed model has the potential of using in the preliminary design of CSPs and, in particular, for the configuration of the solar field based on existing commercial plants. Moreover, it has the ability of analyzing the energetic, economic and environmental feasibility of using CSPs in different regions of the world, which is illustrated for the Libyan region in this study. The overall feasibility scenario is completed through an hourly analysis on an annual basis in chapter Four. This analysis allows the comparison of different systems and, eventually, a particular selection, and it includes both the economic and energetic components using the “greenius” software. The analysis also examined the impact of project financing and incentives on the cost of energy. The main technological finding of this analysis is higher performance and lower levelized cost of electricity (LCE) for Libya as compared to Southern Europe (Spain). Therefore, Libya has the potential of becoming attractive for the establishment of CSPs in its territory and, in this way, to facilitate the target of several European initiatives that aim to import electricity generated by renewable sources from North African and Middle East countries. The analysis is presented a brief review of the current cost of energy and the potential of reducing the cost from parabolic trough- CSP plant. Exergetic and environmental life cycle assessment analyses are conducted for the selected plant in chapter Five; the objectives are 1) to assess the environmental impact and cost, in terms of exergy of the life cycle of the plant; 2) to find out the points of weakness in terms of irreversibility of the process; and 3) to verify whether solar power plants can reduce environmental impact and the cost of electricity generation by comparing them with fossil fuel plants, in particular, Natural Gas Combined Cycle (NGCC) plant and oil thermal power plant. The analysis also targets a thermoeconomic analysis using the specific exergy costing (SPECO) method to evaluate the level of the cost caused by exergy destruction. The main technological findings are that the most important contribution impact lies with the solar field, which reports a value of 79%; and the materials with the vi highest impact are: steel (47%), molten salt (25%) and synthetic oil (21%). The “Human Health” damage category presents the highest impact (69%) followed by the “Resource” damage category (24%). In addition, the highest exergy demand is linked to the steel (47%); and there is a considerable exergetic demand related to the molten salt and synthetic oil with values of 25% and 19%, respectively. Finally, in the comparison with fossil fuel power plants (NGCC and Oil), the CSP plant presents the lowest environmental impact, while the worst environmental performance is reported to the oil power plant followed by NGCC plant. The solar field presents the largest value of cost rate, where the boiler is a component with the highest cost rate among the power cycle components. The thermal storage allows the CSP plants to overcome solar irradiation transients, to respond to electricity demand independent of weather conditions, and to extend electricity production beyond the availability of daylight. Numerical analysis of the thermal transient response of a thermocline storage tank is carried out for the charging phase. The system of equations describing the numerical model is solved by using time-implicit and space-backward finite differences and which encoded within the Matlab environment. The analysis presented the following findings: the predictions agree well with the experiments for the time evolution of the thermocline region, particularly for the regions away from the top-inlet. The deviations observed in the near-region of the inlet are most likely due to the high-level of turbulence in this region due to the localized level of mixing resulting; a simple analytical model to take into consideration this increased turbulence level was developed and it leads to some improvement of the predictions; this approach requires practically no additional computational effort and it relates the effective thermal diffusivity to the mean effective velocity of the fluid at each particular height of the system. Altogether the study indicates that the selected parabolic trough-CSP plant has the edge over alternative competing technologies for locations where DNI is high and where land usage is not an issue, such as the shoreline of Libya.

Diseño e implementación de un sistema de monitoreo de la condición de alimentación de las estaciones de la red sísmica del Austro

En el presente documento se diseña e implementa un controlador de carga de baterías a pulsos, el cual está basado en el circuito integrado BQ24650 de National Instruments, para mejorar el sistema de alimentación de las estaciones sísmicas de la Red Sísmica del Austro. Además, se ha desarrollado un sistema de monitoreo de los niveles de tensión del panel solar y la batería. Esta información será transmitida a través de un radio enlace analógico existente en la RSA, usando el ancho de banda no ocupado del sistema analógico de transmisión de información sísmica, sin alterar, perturbar o añadir ruido al sistema. Posteriormente esta información será visualizada y almacenada en una base de datos en las oficinas de la RSA en la ciudad de Cuenca.

Evaluación de la instalación de un campo generador fotovoltaico para suministro de energía eléctrica del sistema de reinyección por bombeo en la Central Geotérmica de Berlín

La presente investigación plantea la determinación de la factibilidad técnica, económica y ambiental de la instalación de un generador fotovoltaico de 1.5 MW de potencia para suministro de energía eléctrica de un sistema de reinyección por bombeo ubicado en Central Geotérmica de Berlín, con la finalidad de disminuir el consumo y facturación eléctrica del sistema. El trabajo de grado estuvo enmarcado en el tipo de investigación denominado proyecto factible, ya que se elaboró y desarrolló una propuesta de generador fotovoltaico destinado a atender las necesidades de consumo eléctrico del sistema de reinyección por bombeo en LaGeo. El proyecto tuvo el apoyo de una investigación de tipo documental y de campo. Las componentes que conforman el campo fotovoltaico fueron seleccionadas cuidadosamente tomando en cuenta datos técnicos del equipo y la valoración económica de los mismos. El análisis técnico del campo fotovoltaico arrojó que éste sólo cubre el 42.76% de la demanda eléctrica del sistema de reinyección por bombeo, por lo que se concluye que el campo solar no satisface la necesidad de consumo eléctrico del sistema de bombeo. Es decir, no es factible conectarse de manera aislada al sistema de reinyección por lo que debe proyectarse el generador como un sistema de respaldo conectado a red. Para el estudio de factibilidad económica se realizaron dos escenarios de precio de venta de energía. La VAN y TIR resultante en el escenario 1 (precio de venta de $235.00) fue de $5,386.70 y 8.82% respectivamente. Con este análisis el precio de venta sería atractivo para el ejecutor ya que obtendría una rentabilidad por encima de la exigida percibiendo ingresos pero no podría competir con los precios de mercado de otras fuentes de energía. Mientras que los valores obtenidos en el análisis de escenario 2 (precio de venta MRS del mercado) la VAN resultante fue de $ -933,001.245 y una TIR de 0.20%; de éstos se determinó que el proyecto no es rentable, ya que no se podría autosostener el financiamiento causando más egresos que ingresos. Y finalmente, en cuanto a su factibilidad ambiental, el proyecto se categorizó como perteneciente al Grupo B, categoría 1, que corresponde a las actividades, obras o proyectos con potencial impacto ambiental leve, en cuyo caso no se requirió hacer un estudio de impacto ambiental sino la realización de un formulario ambiental para proyectos de generación de energía eléctrica mediante tecnología fotovoltaica emitido por el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales.

Shadedpath : aplicación Android para calcular rutas peatonales con mínima exposición solar

El trabajo de fin de grado consiste en realizar una aplicación móvil basada en Android [7]. Para calcular la ruta más sombreada desde un punto de origen a un punto de destino. Dicha aplicación móvil realizará peticiones a un servidor que estará ejecutando un programa que realizará el cálculo de rutas conforme a los parámetros que elegirá el usuario desde su móvil. Estos parámetros pueden ser: la hora de partida, la fecha y la importancia de la sombra a la hora de calcular la ruta. Siempre podremos elegir entre una ruta más corta o una más sombreada, según la importancia que le quiera dar el usuario. La lógica de la aplicación del lado del servidor que realiza el cálculo está basada en Open- TripPlanner, el cual usa algoritmos de búsqueda para encontrar el camino más corto. Sirviéndonos de dicho algoritmo realizaremos las modificaciones e implementaciones necesarias para calcular la ruta más sombreada.