Microturbinas em redes de abastecimento de água

Nos dias de hoje a sociedade exige níveis qualitativos de vida cada vez mais elevados, o que torna prioritária a conceção de sistemas eficientes, não poluidores, económicos e diversificados que permitam uma gestão integrada e racionalizada de recursos tão escasso como é o da água e da energia. Em sistemas de abastecimento de água, o uso de válvulas redutoras de pressão (VRP) visa a uniformização e controlo de pressões, promovendo uma perda de carga localizada que dissipa a energia hidráulica presente através da redução dos valores de pressão a jusante. Estas são fundamentais no controlo e redução de pressão. A utilização de microturbinas é uma alternativa sustentável para o controle de pressão e, simultaneamente, para a produção de energia elétrica. Trata-se de um método de mitigação para controlar as perdas referidas convergindo no âmbito da eficiência energética. Na perspetiva de promover um aproveitamento de energia nas redes de abastecimento de água, o presente trabalho sugere a substituição de válvulas redutoras de pressão (VRP) por microturbinas. Desse modo, apresenta-se um método automático de seleção de (i) local para implementação e (ii) projeto de microturbinas para sistemas de abastecimento de água. Para a modelação do funcionamento dos sistemas hidráulicos recorre-se ao simulador hidráulico EPANET. Esta ferramenta possibilita avaliação de caudais e pressões em todos os pontos da rede durante um determinado intervalo de tempo. A metodologia desenvolvida permite selecionar o local ideal no sistema hidráulico através de uma análise de cada secção conduta-nó escolhendo-se a melhor opção baseada na produção de energia. Depois da localização procede-se à seleção do tipo de turbina (Kaplan, Francis, Pelton e Cross-flow) que vai depender das características do sistema hidráulico. Na etapa seguinte apresenta-se os resultados obtidos pela turbina nomeadamente a produção de energia elétrica anual, o investimento necessário, o tempo de retorno e a rentabilização ao final de um período de 25 anos. Na última etapa da metodologia, de forma avaliar o comportamento do sistema final, realiza-se uma nova simulação da rede mas tendo em conta a introdução da microturbina no local. Apresentam-se alguns casos de estudo que validam a ferramenta desenvolvida. A metodologia desenvolvida é comparada com um caso de estudo real. Em ambos os exemplos simulados a metodologia aplicada permite obter soluções com ganhos energéticos significativos associados ao sistema. Apenas num dos exemplos se observaram que a implementação da microturbina no sistema hidráulico não seria economicamente rentável.

Diseño de una turbina experimental de vapor de baja potencia.

Este trabajo se enfoca en el diseño de una turbina de vapor de carácter experimental para simular, en un laboratorio de transferencia térmica, la dinámica propia de una turbina de mayor tamaño en el circuito secundario de un ciclo de potencia. La máquina diseñada produciría 185 kW de potencia en el eje a 9.000 RPM con un rendimiento interno del 88 %, tomando en la entrada 0,4 kg/s de vapor saturado a 40 bar y descargando a una presión de 1,5 bar. Se desarrolló la teoría de turbomáquinas necesaria para realizar los cálculos fuidodinámicos y se propuso un método de diseño apropiado para el alcance del trabajo. Se decidió que la turbina sería de tres etapas, dos Curtis y una de impulso, y se realizaron los cálculos correspondientes. Una vez que el diseño fluidodinámico estaba definido, se procedió a dimensionar los distintos elementos mecánicos, con el alcance correspondiente a ingeniería conceptual y básica. Se realizaron detalladamente los cálculos propios del dimensionado del rotor (eje y discos), rodamientos, carcasa, válvula de seguridad de presión y asociados. Además se presentó el diseño conceptual de los elementos restantes, sistema de control y otros auxiliares. Finalmente, se realizaron los modelos en software 3D de todas las piezas y se produjeron los planos correspondientes.

Evaluación de la integridad estructural de tubos de generadores de vapor con defectos volumétricos debidos al fretting.

Los Generadores de vapor (GVs) en una central nuclear están conformados por un manojo de tubos que actúan como una barrera entre el sistema primario contaminado y el secundario. A través de los tubos de GVs (TGVs) se desarrolla el intercambio de calor que produce el vapor que después accionará las turbinas de la central. Estos componentes están sometidos a unas condiciones térmicas, químicas y mecánicas bastante severas, que pueden provocar la aparición de defectos geométricos y volumétricos comprometiendo su integridad estructural. Es por esta razón que el mantenimiento de los GVs es importante para la operación económica y segura de las centrales nucleares. Uno de los principales mecanismos de desgaste de los tubos de GVs es el fenómeno conocido como fretting. El mismo provoca el adelgazamiento de las paredes de los TGVs debido a pequeños movimientos relativos entre superficies en contacto. Dado el caso particular de los GVs del reactor CAREM-25 en los que el circuito primario se encuentra del lado externo de los tubos que lo constituyen, la ocurrencia de este mecanismo de daño podría comprometer la integridad de los mismos haciéndolos más susceptibles al daño por colapso. El presente trabajo constituye una continuación del Proyecto integrador finalizado en el 2015 por Pablo Lazo en el que se evaluó la influencia de efectos de ovalización en el colapso de los tubos de los GVs. Se evalúa ahora la influencia de defectos volumétricos debido a fretting. Esto se realizó a través de modelos numéricos que estiman la presión de colapso en los tubos con y sin defecto. Los resultados de los modelos se compararon con resultados de expresiones analíticas obtenidas por otros autores, valores experimentales propios y otros valores de referencia. A partir del análisis de los resultados se derivaron algunas conclusiones que ayudan a entender el comportamiento de los tubos de GVs con defectos debido a mecanismo de daño por fretting. Además se desarrollaron expresiones matemáticas que ayudan a definir las dimensiones de los defectos que comprometen la integridad estructural de los TGVs en el caso del reactor CAREM-25.

Modelação da qualidade do ar interior em edifícios com ventilação natural

A qualidade do ar interior (QAI) em edifícios é uma preocupação que acompanha o Homem desde há séculos. A qualidade do ar interior nas escolas, em particular, tem vindo a provocar um crescente interesse, dado que o grupo populacional pertence a um grupo etário mais suscetível de ser afetado. A utilização de ferramentas numéricas de modelação na avaliação da QAI é uma mais valia, pois permite estimar as concentrações dos poluentes no interior dos edifícios. O principal objetivo deste estudo consiste na avaliação da qualidade do ar interior através da aplicação de uma ferramenta a um caso de estudo. Neste caso de estudo estimou-se a concentração de material particulado (PM10) numa sala de aula da Escola Básica nº 1 da Glória, em Aveiro. Neste âmbito, foi aplicado o modelo INDEX, Indoor Exposure model, que possibilita o cálculo de concentrações interiores de poluentes atmosféricos. Os resultados da aplicação indicam que as concentrações do ar interior são influenciadas pelas concentrações exteriores e pela velocidade do vento. Note-se, contudo, que os valores simulados cumprem os valores legislados na Portaria nº 353-A/2013, de 4 de Dezembro. Embora os resultados simulados não revelem uma má qualidade do ar interior na sala de aula da Escola Básica nº 1 da Glória, a avaliação de outros poluentes seria um ponto de extrema importância, de forma a verificar se os requisitos da qualidade do ar interior estarão a ser garantidos.

Factibilidad de implementación de generación distribuida con máquinas de combustión interna y microturbinas a gas con cargas mayores a 1000kW en el sector industrial

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

Avaliação do potencial passível de conversão em energia elétrica das correntes na plataforma continental sul brasileira

O contínuo crescimento da população mundial aumenta a demanda e a competição por energia, colocando grande esforço sobre as fontes de energia não renováveis existentes. Devido a isso, políticas globais para geração de energias renováveis e menos poluentes estão sendo fortalecidas, além de promoverem o desenvolvimento de novas tecnologias. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para os conversores de energia das correntes a base de turbinas, que demonstram alta capacidade de conversão energética e já se encontram em funcionamento. O modelo tridimensional TELEMAC3D foi utilizado para a investigação dos processos hidrodinâmicos. Este modelo foi acoplado ao módulo de conversão de energia para as análises nos locais de maior viabilidade e conversão energética na Plataforma Continental do Sul do Brasil. A região de estudo demonstrou possuir duas regiões com alto potencial para a exploração da energias das correntes marinhas, entretanto a região mais viável para a instalação de conversores de corrente é a região norte delimitada entre o Farol da Conceição e o Farol da Solidão, podendo atingir potência média de 10kW=Dia, e alcançando valores integrados de 3:5MW=Ano. Através de uma análise da sazonalidade foram observados, durante a primavera os períodos mais energéticos em ambas as regiões estudadas. As maiores intensidades de conversão de energia foram estimadas com variabilidade temporal de 16 dias, demonstrando alta correlação com eventos associados à passagem de frentes meteorológicas na região. O sítio da região norte, com a presença de barreiras que representam a forma dos conversores, se destaca mantendo boa conversão durante os eventos de ótimo potencial energético. Esta melhora se deve ao efeito de intensificação do campo de correntes associado à presença da estrutura física que otimiza a eficiência do sítio. Não foram observadas diferenças significativas no padrão de variabilidade temporal das simulações estudadas, indicando que a presença das barreiras não induz grandes alterações no padrão temporal da conversão de energia nas escalas temporais analisadas neste trabalho. Os eventos de alta geração de energia foram relacionados a incidência de fortes ventos de quadrante sul e norte, indicando que pelo formato e disposição dos conversores, ventos de sudoeste e norte podem favorecer ótimos eventos de conversão de energia. As simulações dos sítios de conversão demonstraram alta capacidade de geração energética, com quatro eventos de extrema geração de energia. Entretanto, o sítio da região norte demonstrou eficiência superior a 59,39 GWh ao ano, equivalendo a 0.22% do consumo energético do estado do Rio Grande do Sul no ano de 2010.

Circulações locais no Rio Grande do Sul: brisas marítima/terrestre e sua interação com as brisas lacustres/terrestres

A região sul do Rio Grande do Sul está em localização favorável à formação de tipos de brisa bem caracterizados devido a sua proximidade com os sistemas lacustres e também o Oceano Atlântico. A diferença de vegetação e as temperaturas da superfície do mar, da laguna e do solo, são os principais impulsionadores das circulações locais. Uma das formas de analisar estas circulações locais é através de modelos que simulam a formação da brisa. Desta forma utilizou-se o modelo de mesoescala Weather Research and Forecasting para caracterizar as circulações locais na região sul do Brasil devido às influências do Oceano Atlântico e das lagoas presentes na região: Lagoa dos Patos, Lagoa Mangueira e Lagoa Mirim. Ao todo foram realizadas três simulações: uma para a validação do modelo e duas para simulação das brisas. O modelo apresentou correlações entre 0,7 e 0,9 para a temperatura do ar a dois metros e para a pressão atmosférica. As correlações para a umidade específica e para o vento a dez metros ficaram entre 0,3 e 0,8. Na simulação básica, a brisa lacustre apresentou intensidade máxima às 15 UTC (12 HL) sobre a Lagoa dos Patos e Mangueira e às 18 UTC (15 HL) sobre a Lagoa Mirim. Nos horários entre 0 UTC (21HL) e 9 UTC (6 HL), período em que a brisa terrestre está atuante, observou-se a rotação do vento no sentido anti-horário e também diminuição de intensidade. Para a simulação idealizada onde foi suprimido o efeito sinótico, a brisa marítima no início de sua formação sofreu um bloqueio pela brisa lacustre no horário das 15 UTC (12 HL). Esta oclusão permanece até às 18 UTC (15 HL). Após este período a brisa lacustre diminui a intensidade e dá lugar a brisa marítima que possui direção leste com intensidade menor do que a que foi observada na simulação básica. A brisa terrestre teve início às 0 UTC (21 HL) e seu valor máximo foi de 4 m/s as 9 UTC (6 HL). Para a validação do modelo concluiu-se que o mesmo é adequado para a avaliação das circulações locais. A brisa terrestre caracterizou-se melhor sem a presença do vento sinótico. As brisas Lacustres das Lagoas Mirins e dos Patos possuem influência maior do que a brisa gerada pela Lagoa Mangueira e em determinados períodos opõem-se ao avanço da brisa marítima. A associação do vento sinótico a brisa marítima intensifica a velocidade dos ventos, que por sua vez sobrepõem-se a brisa lacustre no final da tarde. A brisa terrestre formada durante a noite não é forte o suficiente para sobrepor o vento sinótico, mas reduz sua intensidade e altera sua direção.

Alteração climática dos índices de estabilidade na Peninsula Iberica

Este trabalho tem como objetivo a comparação da intensidade, frequência e distribuição de um conjunto de índices de estabilidade atmosférica simulados entre o clima histórico (1986-2005) e um cenário climático (2081-2100) na Península Ibérica. Considerou-se o cenário de emissão de gases RCP8.5. Estes índices avaliam a instabilidade atmosférica que é um elemento fundamental e percursor no desenvolvimento de tempestades. Através dos seus valores limite, é possível estimar alterações na probabilidade de ocorrência de eventos extremos que se poderão desenvolver no clima futuro, relativamente ao histórico. Primeiro, utilizou-se um conjunto de simulações do WRF com dois forçamentos: reanálises do ERA-Interim e um modelo do Max Planck Institute. De seguida, foram calculados diferentes índices de estabilidade. A validação do modelo consistiu no cálculo das médias sazonais, da sua diferença e das respetivas PDFs dos índices simulados pelo WRF-MPI e WRF-ERA. Verifica-se uma sobrestimação do CAPE, SHR6km (vento de corte) e SWEAT simulados pelo WRF-MPI. No entanto, nos campos dos índices simulados pelos dois forçamentos para o período histórico, verifica-se que os padrões espaciais são semelhantes apesar das diferenças na intensidade. Como as alterações climáticas dos índices são avaliadas através de diferenças, estas discrepâncias não invalidam a utilização do modelo no futuro. Posteriormente foram estudadas as alterações climáticas dos índices através da comparação entre o clima histórico e futuro. Estima-se um aumento da intensidade do CAPE e uma diminuição (aumento) da frequência de eventos com intensidade reduzida (elevada). Estas alterações são robustas no verão e outono. Também é esperado um aumento da intensidade do SHR6km na primavera e inverno tal como da frequência de SHR6km elevado nestas estações e uma redução da intensidade e da frequência de eventos com SHR6km elevado nas restantes. Haverá um possível aumento robusto da intensidade do SWEAT no verão e outono, bem como da frequência destes valores. Concluindo, será provável um aumento da frequência dos ambientes favoráveis ao desenvolvimento de tempestades, devido a uma maior intensidade e probabilidade de ocorrência de valores extremos do CAPE e do SWEAT. No entanto, a redução do SHR6km, poderá diminuir a organização das tempestades e o seu tempo de vida.

Dimensionamento de um pavilhão metálico para armazenamento de paletes de madeira

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Dimensionamento de uma ponte metálica de suporte de uma tela transportadora de inertes a utilizar numa instalação industrial

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Projeto de estabilidade de um edifício para uma sala elétrica em betão armado e estrutura metálica

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização Estruturas

Sistema de emulação de aerogeradores para aplicação em geração distribuída de energia elétrica

Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

ESTUDO DE IMPACTE AMBIENTAL DO ALQUEVA - CLIMA

A circulação atmosférica é fortemente influenciada pela superfície da Terra, reflectindo a estrutura espacial da orografia, das massas de água e da cobertura do solo. As heterogeneidades observadas na superfície do planeta são uma das razões da existência de energia disponível, a partir da qual se pode manter um ciclo de conversões de Energia e Entropia, que estão na base da circulação observada. Não quer isto dizer, no entanto, que qualquer alteração significativa e permanente da superfície se traduza necessariamente numa correspondente alteração climática. Na verdade, existem certos condicionamentos dinâmicos que favorecem o efeito das grandes e médias escalas horizontais, de tal modo que uma alteração intensa mas localizada no espaço pode ter um efeito desprezável, enquanto uma outra alteração mais ténue mas extensa pode ser muito mais significativa. O conceito de escala tem por isso um papel central na Meteorologia. Convencionalmente fala-se em quatro escalas distintas na dinâmica da Atmosfera - a Escala Planetária (dezenas de milhares de km), a Escala Sinóptica (milhares de km), a Mesoscala (dezenas de km) e a Microscala - verificando-se que as duas escalas intermédias têm um papel fundamental na definição do clima observado em cada local. Na latitude de Portugal, em particular, observa-se que os regimes de circulação médios e a precipitação são em grande medida condicionados pela escala sinóptica, especialmente no período de Inverno, em que ocorre a maior parte da precipitação sob a forma de precipitação frontal. No entanto é também bem conhecida a influência de circulações de mesoscala no estabelecimento de diferenciação climática entre locais relativamente próximos. Por outro lado, o valor local de diversos parâmetros atmosféricos é muitas vezes fortemente condicionado por condições que ocorrem numa escala horizontal ainda mais pequena, influenciando por exemplo a exposição ao Sol ou ao Vento com consequências, por vezes significativas, em termos de Temperatura. O empreendimento do Alqueva, dada a natureza das alterações introduzidas e a sua extensão horizontal, implicará com certeza alterações microclimáticas e poderá implicar alterações na circulação de mesoscala da região envolvente. Na verdade, é aparentemente um dos poucos empreendimentos localizados capaz de ter efeito à escala regional, em termos climáticos.

Controle de uma microrrede ilhada baseada em geração eólica-diesel com alto nível de inserção de geração eólica

The insertion of distributed generation units in the electric power systems have contributed to the popularization of microgrid concepts. With the microgrids, several potential benefits can be achieved in regard to power quality and supply reliability. However, several technical challenges related to the control and operation of microgrids, which are associated with high insertion of generation systems based on static converters, must be overcame. Among the opportunities in the context of microgrids, there is the islanded operation of microgrids temporarily disconnected from the electric power systems and also the autonomous operation of geographically isolated microgrids. The frequency in large power systems is traditionally controlled by the generation units based on traditional synchronous generator. The insertion of distributed generation units based on static power converters may bring difficulties to the frequency control in microgrids, due to the reduction of the equivalent inertia of conventional synchronous generators present in islanded and isolated microgrids. In this context, it becomes necessary the proposition of new operational and control strategies for microgrids control, taking into account the presence of distributed generation units based on full-rated converter. This paper proposes an operational and control strategy for the islanded operation of a winddiesel microgrid with high insertion level of wind generation. The microgrid adopted in this study comprises of a wind energy conversion system with synchronous generator based on full rated converter, a diesel generator (DIG) and a dump load. Due to the high insertion level of wind generation, the wind unit operates in Vf mode and the diesel generator operates in PQ mode. The diesel generator and the dump load are used to regulate the DC-link voltage of the wind generation unit. The proposed control allows the islanded operation of the microgrid only with wind generation, wind-only mode (WO), and with wind-diesel generation, wind-diesel mode (WD). For the wind-only mode, with 100% of penetration level of wind generation, it is proposed a DC-link voltage control loop based on the use of a DC dump load. For the winddiesel mode, it is proposed a DC-link voltage control loop added to the diesel generator, which is connected to the AC side of the microgrid, in coordinated action with the dump load. The proposed operational and control strategy does not require the use of batteries and aims to maximize the energy production from wind generation, ensuring the uninterrupted operation of the microgrid. The results have showed that the operational and control strategy allowed the stable operation of the islanded microgrid and that the DC-link voltage control loop added to the diesel generator and the dump load proved to be effective during the typical variations of wind speed and load.