Estudo de viabilidade técnico-ambiental para implantação de parques eólicos: um estudo de caso em um fragmento do litoral setentrional do Rio Grande do Norte/Brasil

The use of energy from renewable sources is increasingly demanded by society, especially aeolian - whose raw material is wind. Investments in wind power have become significant in Brazil with emphasis on the Northeast and in particular the Rio Grande do Norte state. According to the Empresa de Pesquisa Energética (Energy Research Company) (2012 ) , investments in the state grew significantly since 2002 with a total accumulated power, by 2013, of approximately 3,400 MW . Even with the early experiences of exploitation of wind energy in 2002, it is still considered new and requires further study referring to the likely changes in the environment and society. In this case, it is of growing and urgent importance to deeply study the wind still in the survey phase of the project, ie , at the beginning of decision making on the most feasible to implement these parks site. Given the above, the question is: from a technical and environmental analysis, how to identify viable areas to install Aeolian parks, taking into account the factors of the environmental dynamics that are relevant to minimize the negative results to the environment and the society? Thus, this study conducted a study on technical and environmental feasibility, proposing a methodology of exploration of feasible wind farms in coastal areas. The study area was a fragment of the northern coast of Rio Grande do Norte and its natural landscape units were identified through the environmental characterization of the area, as well as it was elaborated the map of the land cover, restriction homes and urban areas and Permanent Preservation Areas - PPAs. The environmental fragility was subdivided in the fragility of the natural dynamic, mapped through relief, soils and geology of natural units, and the fragility of the ecosystem, originated by the land cover map. In addition to these maps, it was generated the wind resource for an area from a height of 50 and 100 meters. The intersection between the fragility maps, PPAs and Restriction of homes superimposed on maps of wind potential, provided the map of feasibility of Aeolian parks, resulting in the most favorable areas for its facilities in a technical and environmental point of view. From this study, the entrepreneur can evaluate whether or not to proceed with the studies in this area and especially decrease potential conflicts with society.

Aplicação do exame da proporcionalidade diante da implantação de empreendimentos eólicos em áreas de preservação permanente

The setting up of wind power enterprises at Permanent Preservation Areas reflects the obvious conflict and necessary convergence between free market and energy security on the one hand, and the promotion of environmental quality on the other. From the perspective of energy sustainability, and in order to achieve development (in its complex meaning, which converges economic, social, environmental and cultural aspects), the harmonization between free market and an ecologically sustainable environment is required. This work aims to identify the link between the protection system of the Permanent Preservation Areas and the current constitutional order, by analyzing the implementation of wind power enterprises in these protected zones focusing on the proportionality aspects. A legal and purposeful research was developed, from a theoretical method, followed by collecting and analyzing both primary and secondary data. From these data, the law, the legal literature and judicial decisions were cross-examined, under the light of the Constitution and guided by the theory of proportionality and related development imperatives. In this context, the present study identified the link between the principles of the economic order, environment and energy law, finding their basis under the Federal Constitution and development. By reproducing this interrelationship and by means of post-crisis institutional reforms, the guiding objectives of the Brazilian electric sector began to corroborate the precepts of development, although issues regarding its sustainability still persist. The appraisal of proportionality indicates that the Permanent Preservation Areas protection system is insufficient to materialize the right to a healthy quality of life upon the implementation of wind projects at Permanent Preservation Areas, albeit seeking the harmonization between free market and environmental protection.

Aplicação do exame da proporcionalidade diante da implantação de empreendimentos eólicos em áreas de preservação permanente

The setting up of wind power enterprises at Permanent Preservation Areas reflects the obvious conflict and necessary convergence between free market and energy security on the one hand, and the promotion of environmental quality on the other. From the perspective of energy sustainability, and in order to achieve development (in its complex meaning, which converges economic, social, environmental and cultural aspects), the harmonization between free market and an ecologically sustainable environment is required. This work aims to identify the link between the protection system of the Permanent Preservation Areas and the current constitutional order, by analyzing the implementation of wind power enterprises in these protected zones focusing on the proportionality aspects. A legal and purposeful research was developed, from a theoretical method, followed by collecting and analyzing both primary and secondary data. From these data, the law, the legal literature and judicial decisions were cross-examined, under the light of the Constitution and guided by the theory of proportionality and related development imperatives. In this context, the present study identified the link between the principles of the economic order, environment and energy law, finding their basis under the Federal Constitution and development. By reproducing this interrelationship and by means of post-crisis institutional reforms, the guiding objectives of the Brazilian electric sector began to corroborate the precepts of development, although issues regarding its sustainability still persist. The appraisal of proportionality indicates that the Permanent Preservation Areas protection system is insufficient to materialize the right to a healthy quality of life upon the implementation of wind projects at Permanent Preservation Areas, albeit seeking the harmonization between free market and environmental protection.

Análise de falhas em rolamentos por análise de vibração aplicado a aerogeradores

With the heavy use of bearings in various segments of the industry, there are a large number of necessary interruptions in industrial processes to perform maintenance on these devices, with the case study wind turbines. The growth of the wind energy sector, encouraged to conduct research that helps to solve this problem. To contribute to predictive maintenance has been carried out a signal analysis using techniques which allow detection and location of the problem in order to prevent accidents caused and losses due to unexpected equipment failures, whereas low system rotation complicates the detection of the failure. To work around this problem, there was the indication of standard signals for defects in the bearings, making diagnosis of possible failures. With this diagnosis can be performed predictive maintenance, identifying the failure of the system that were tested, such as the introduction of grains of sand in the bearing, wear on the outer race of the bearing and bearing rust. By processing signals it is possible to construct graphs developing a mapping of defects by different peaks in the frequency band.

Gamification e Machine Learning per migliorare l’esperienza di guida e diminuire i consumi in un veicolo elettrico

Questo progetto di tesi è parte di un programma più ampio chiamato TIME (Tecnologia Integrata per Mobilità Elettrica) sviluppato tra diversi gruppi di ricerca afferenti al settore meccanico, termofluidodinamico e informatico. TIME si pone l'obiettivo di migliorare la qualità dei componenti di un sistema powertrain presenti oggi sul mercato progettando un sistema general purpose adatto ad essere installato su veicoli di prima fornitura ma soprattutto su retrofit, quindi permettendo il ricondizionamento di veicoli con motore a combustione esistenti ma troppo datati. Lo studio svolto si pone l'obiettivo di identificare tutti gli aspetti di innovazione tecnologica che possono essere installati all'interno del sistema di interazione uomo-macchina. All'interno di questo progetto sarà effettuata una pianificazione di tutto il lavoro del gruppo di ricerca CIRI-ICT, partendo dallo studio normativo ed ergonomico delle interfacce dei veicoli analizzando tutti gli elementi di innovazione che potranno far parte del sistema TIME e quindi programmare tutte le attività previste al fine di raggiungere gli obiettivi prefissati, documentando opportunamente tutto il processo. Nello specifico saranno analizzate e definite le tecniche da utilizzare per poi procedere alla progettazione e implementazione di un primo sistema sperimentale di Machine Learning e Gamification con lo scopo di predire lo stato della batteria in base allo stile di guida dell'utente e incentivare quest'ultimo tramite sistemi di Gamification installati sul cruscotto ad una guida più consapevole dei consumi. Questo sistema sarà testato su dati simulati con l'obiettivo di avere un prodotto configurabile da installare sul veicolo.

Sovrastrutture ferroviarie innovative senza ballast

Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare a fondo il concetto sovrastruttura ferroviaria senza ballast e sottolinearne pregi e difetti rispetto a quella tradizionale con pietrisco, al fine di identificare chiaramente quando e dove i sistemi senza massicciata forniscono prestazioni migliori. L'aumento dei costi di manutenzione delle sovrastrutture ferroviarie al giorno d'oggi stanno aprendo la strada a nuovi sistemi, la maggior parte sviluppati in paesi che hanno linee di velocità elevate e tanti altri paesi si stanno preparando per aggiornare le proprie linee esistenti, nonché per creare nuove linee ferroviarie ad alta velocità. In molti casi i sistemi senza ballast sembrano avere le potenzialità per offrire un servizio per linee ad alta velocità più efficiente rispetto alle tracce tradizionali con ballast, soprattutto a causa della loro maggiore stabilità strutturale, del basso bisogno di manutenzione e del lungo ciclo di vita. Il primo capitolo è dedicato alla descrizione della struttura del binario tradizionale con ballast analizzando gli strati che formano la sovrastruttura. Il secondo capitolo è dedicato alla descrizione di varie tipologie, utilizzate nel mondo, di sovrastrutture ferroviarie senza ballast, di ognuna di esse sono state elencate le caratteristiche costruttive e prestazionali. Il terzo capitolo è dedicato al confronto tra le due tipologie di sovrastruttura, sono state descritte le capacità elastiche e deformative delle due soluzioni, il degrado cui incorrono le due soluzioni, gli stati sollecitanti a cui sono sottoposte e la risposta delle stesse. Di particolare importanza è il confronto di costo dei due sistemi e il rumore e le vibrazioni generate da questi; infatti negli ultimi anni questi sono gli aspetti fondamentali su cui si basa la scelta di un sistema costruttivo; a seguito di questo confronto è stato possibile trarre le conclusioni.

Projeto iterativo, simulação, análise e otimização de máquina a relutância variável monofásica

Variable reluctance motors have been increasingly used as an alternative for variable speed and high speed drives in many industrial applications, due to many advantages like the simplicity of construction, robustness, and low cost. The most common applications in recent years are related to aeronautics, electric and hybrid vehicles and wind power generation. This paper explores the theory, operation, design procedures and analysis of a variable reluctance machine. An iterative design methodology is introduced and used to design a 1.25 kW prototype. For the analysis of the machine two methods are used, an analytical method and the finite element simulation. The results obtained by both methods are compared. The results of finite element simulation are used to determine the inductance profiles and torque of the prototype. The magnetic saturation is examined visually and numerically in four critical points of the machine. The data collected in the simulation allow the verification of design and operating limits for the prototype. Moreover, the behavior of the output quantities is analyzed (inductance, torque and magnetic saturation) by variation of physical dimensions of the motor. Finally, a multiobjective optimization using Differential Evolution algorithms and Genetic Algorithms for switched reluctance machine design is proposed. The optimized variables are rotor and stator polar arcs, and the goals are to maximize the average torque, the average torque per copper losses and the average torque per core volume. Finally, the initial design and optimized design are compared.

Utilização de dispositivos de armazenamento de energia em apoio ao funcionamento de redes isoladas

Temos assistido nos últimos anos à proliferação da produção distribuída de electricidade, sobretudo, com recurso a fontes de energia renováveis, implicando a natural reestruturação das redes eléctricas existentes, desde a produção até ao consumidor final. As constantes preocupações na garantia da qualidade de serviço e até mesmo em termos ambientais, levam a que a operacionalidade das redes seja cada vez mais eficiente, visando a integração de tecnologias emergentes como é o caso dos sistemas de armazenamento de energia. A aposta nas energias de origem renovável nomeadamente a solar e a eólica, representa uma forma cada vez mais presente de geração de electricidade, tendo como grande inconveniente o regime de intermitência a que estão sujeitas, não se conseguindo tirar proveitos absolutos de todas as potencialidades que estas fontes proporcionam. Existem actualmente sistemas de armazenamento de energia que permitem optimizar o comportamento das redes. Nesta dissertação é feita uma abordagem a alguns desses sistemas, tendo como objectivo principal a demonstração das potencialidades de optimização dos sistemas de produção e distribuição de energia eléctrica com recurso a sistemas de armazenamento de energia, em redes isoladas e interligadas. É também feito um estudo do comportamento dinâmico de uma rede com vários cenários de ocorrência de defeitos, com e sem armazenamento de energia. Para isso a base deste trabalho consistiu na familiarização com uma ferramenta de grande potencial na simulação dinâmica de redes eléctricas, utilizado por prestigiados grupos de energia a nível mundial, na qual foi implementada a rede de teste e efectuadas as simulações do estudo.

Forest typology of broadleaf forests from Sierra Maestra, Eastern Cuba

A phytosociological study of the forests from Sierra Maestra is conducted, following the methodology of the Zurich- Montpelier School. They are transformed into a forest typology using the standards of the Institute of Agro-Forestry Research. In general, 35 types and/or subtypes are presented. From this group, the most abundant ones belong to semi-deciduous microphyll forest, followed by those from mangroves and mountain rainforest, respectively. Silvicultural treatments are needed; among them, the protection forests are those found above 800 m asl and mangroves. 

Analisi comparativa di soluzioni per la post-elaborazione di dati sperimentali

Durante l’esecuzione di prove al banco su motori a combustione interna vengono acquisiti dati contenenti le caratteristiche del motore testato al regime di funzionamento scelto, sotto l’azione di alcuni o numerosi parametri variabili in base ai risultati che si vogliono ottenere dalla prova stessa ed in determinate condizioni ambientali. Per questo motivo è di fondamentale importanza disporre di uno strumento che consenta una rapida, ma allo stesso tempo precisa e quanto più possibile completa visualizzazione ed elaborazione di tali dati. A tale scopo con questo elaborato si vogliono valutare diverse soluzioni, in termini di software, per l’analisi di dati sperimentali, con particolare attenzione rivolta agli ambienti NI LabVIEW, The MathWorks MATLAB e NI DIAdem, e ad alcuni strumenti attualmente in uso, cercando sempre il giusto compromesso tra necessità riscontrate in ambito visualizzazione ed analisi dati ed il contenimento dei costi. Vengono, in seguito, esposte le motivazioni che hanno portato alla scelta di DIAdem per implementare le procedure di post-elaborazione dei dati.

From data to applications in the Internet of Things

Con la crescita in complessità delle infrastrutture IT e la pervasività degli scenari di Internet of Things (IoT) emerge il bisogno di nuovi modelli computazionali basati su entità autonome capaci di portare a termine obiettivi di alto livello interagendo tra loro grazie al supporto di infrastrutture come il Fog Computing, per la vicinanza alle sorgenti dei dati, e del Cloud Computing per offrire servizi analitici complessi di back-end in grado di fornire risultati per milioni di utenti. Questi nuovi scenarii portano a ripensare il modo in cui il software viene progettato e sviluppato in una prospettiva agile. Le attività dei team di sviluppatori (Dev) dovrebbero essere strettamente legate alle attività dei team che supportano il Cloud (Ops) secondo nuove metodologie oggi note come DevOps. Tuttavia, data la mancanza di astrazioni adeguata a livello di linguaggio di programmazione, gli sviluppatori IoT sono spesso indotti a seguire approcci di sviluppo bottom-up che spesso risulta non adeguato ad affrontare la compessità delle applicazione del settore e l'eterogeneità dei compomenti software che le formano. Poichè le applicazioni monolitiche del passato appaiono difficilmente scalabili e gestibili in un ambiente Cloud con molteplici utenti, molti ritengono necessaria l'adozione di un nuovo stile architetturale, in cui un'applicazione dovrebbe essere vista come una composizione di micro-servizi, ciascuno dedicato a uno specifica funzionalità applicativa e ciascuno sotto la responsabilità di un piccolo team di sviluppatori, dall'analisi del problema al deployment e al management. Poichè al momento non si è ancora giunti a una definizione univoca e condivisa dei microservices e di altri concetti che emergono da IoT e dal Cloud, nè tantomento alla definzione di linguaggi sepcializzati per questo settore, la definzione di metamodelli custom associati alla produzione automatica del software di raccordo con le infrastrutture potrebbe aiutare un team di sviluppo ad elevare il livello di astrazione, incapsulando in una software factory aziendale i dettagli implementativi. Grazie a sistemi di produzione del sofware basati sul Model Driven Software Development (MDSD), l'approccio top-down attualmente carente può essere recuperato, permettendo di focalizzare l'attenzione sulla business logic delle applicazioni. Nella tesi viene mostrato un esempio di questo possibile approccio, partendo dall'idea che un'applicazione IoT sia in primo luogo un sistema software distribuito in cui l'interazione tra componenti attivi (modellati come attori) gioca un ruolo fondamentale.

Studio sulla saturazione magnetica delle corone nelle macchine asincrone mediante analisi ad elementi finiti

Questa tesi si propone di analizzare l’influenza della scelta dello spessore della corona statorica sulla saturazione magnetica in un motore asincrono. I dati su cui si basa questo studio sono stati ricavati dall'analisi condotta mediante metodi a Elementi Finiti, utilizzando software appropriati. In conclusione, ci siamo posti di verificare la validità del modello teorico, confrontandolo con i risultati ottenuti sperimentalmente.

Il metodo delle potenze per il problema agli autovalori generalizzato

Gli autovalori giocano un ruolo fondamentale in moltissimi fenomeni fisici. La localizzazione degli autovalori di una certa matrice nel piano complesso, ad esempio, è fondamentale nello studio della stabilità degli aerei. Le frequenze delle vibrazioni dei fasci sono sostanzialmente gli autovalori di una matrice di dimensione infinita. Questo rende il calcolo degli autovalori un problema notevolmente importante. Tra i metodi iterativi noti per l'approssimazione degli autovalori vi è il metodo delle potenze, utilizzato per il calcolo dell'autovalore dominante (autovalore di modulo massimo) di una matrice data e del relativo autovettore associato. Affinchè l'algoritmo converga è necessario che ci sia un autovalore dominante e, in particolare, più l'autovalore dominante è staccato dal resto dello spettro, maggiore sarà la sua velocità di convergenza. Il metodo delle potenze e le sue varianti (metodo delle potenze inverse e metodo delle potenze inverse shiftate) sono molto usati nelle applicazioni, in cui spesso non si è interessati ad approssimare tutti gli autovalori dello spettro, ma solo alcuni. Le equazioni del moto in dinamica strutturale, problemi di ingegneria strutturale e problemi relativi all'informatica (come l'algoritmo di PageRank di Google) sono solo alcuni esempi di applicazioni possibili di tale metodo.

Dimensionamento dell'azionamento elettrico di un piano vibrante

Questo elaborato riguarda il dimensionamento di un motore brushless lineare utilizzato in un piano vibrante per l’alimentazione di fiale, flaconi e carpule in macchine per il packaging farmaceutico: in particolare con questo piano vibrante si alimentano macchine astucciatrici e termoformatrici. Con packaging farmaceutico si intente tutto ciò che comporta il confezionamento di prodotti legati al mercato farmaceutico, ma macchinari simili soddisfano anche il mercato per il confezionamento di prodotti alimentari e cosmetici. Il piano vibrante descritto nella trattazione, svolge sia la funzione di alimentazione del prodotto nella macchina, sia quella di buffer. La tesi è stata svolta all’interno di Marchesini Group S.p.a., gruppo industriale fondato nel 1974 che vanta una posizione di livello mondiale nel settore delle macchine automatiche: in particolare si occupa dell’automazione per packaging nel settore farmaceutico, cosmetico e alimentare. Avendo dovuto fare un intervento di sostituzione di un motore su un gruppo già in funzione, nella riprogettazione dei particolari si è cercato di apportare il minor numero di modifiche possibile, per minimizzare il numero di pezzi da sostituire qualora un motore in funzione si rompa o venga danneggiato. Questo studio mi ha dato la possibilità di approfondire diversi aspetti della progettazione meccanica: in particolare ho avuto la possibilità di utilizzare Creo Parametric, il programma di disegno 3D usato in Marchesini, e quindi approfondire molteplici aspetti e regole del disegno e della messa in tavola. Insieme a questo, oltre a studiare le diverse tipologie di motori lineari ho potuto approfondire i metodi di scelta di un motore lineare, consultando anche i fornitori.

Collaudo funzionale di un inverter trifase per trazione elettrica stradale

Lo scopo della tesi è collaudare un inverter trifase per trazione elettrica stradale al fine di determinarne le specifiche nominali e di massima. Il lavoro è stato organizzato procedendo inizialmente con l’individuazione delle parti principali che concorrono alla formazione del convertitore, studiandone il principio di funzionamento e i diversi valori di tensione e di corrente che ne caratterizzano le prestazioni. Successivamente si è passati al collaudo della parte di potenza del convertitore con l’obiettivo di determinarne le prestazioni in relazione alla massima temperatura consentita di funzionamento. Questo tipo di prova ha richiesto l’individuazione di una sorgente di alimentazione dell’inverter in grado di fornire i picchi di potenza necessari durante la fase di sovraccarico (si tratta di diversi kW per alcune decine di secondi) e contemporaneamente di un carico trifase in grado di assorbire queste potenze senza danneggiarsi. E’ molto importante tenere presente che la prova per la determinazione delle prestazioni nominali dell’inverter, richiede una durata di diverse decine di minuti cioè fin tanto che l’inverter non ha raggiunto l’equilibrio termico e quindi la temperatura non varia apprezzabilmente nel tempo. Allo scopo si è impiegata come sorgente di alimentazione un pacco di batterie Litio-Ioni costituito da 32 celle da 160Ah collegate in serie per una tensione nominale di 105V, mentre come carico si è utilizzato un motore asincrono trifase collegato direttamente in uscita dell’inverter.