Evolução tecnológica dos sistemas de conversão de Energia Eólica para ligação à rede

Desde muito cedo, na história da humanidade, que a energia eólica é aproveitada pelo homem, primeiro sob a forma de energia mecânica e mais recentemente sob a forma de energia elétrica. O crescimento rápido do consumo de eletricidade, no final do século XIX, motivou a aplicação do princípio de funcionamento dos tradicionais moinhos de vento à conversão da energia eólica em energia elétrica. No entanto, foi após os choques petrolíferos da década de 1970 que as atividade de Investigação e Desenvolvimento (I&D) se intensificaram de forma significativa conduzindo à instalação das primeiras turbinas eólicas comerciais no início da década de 1980 na Europa e nos EUA. Desde então, as tecnologias de conversão da energia eólica têm registado um desenvolvimento considerável que se estende desde as técnicas de construção cada vez mais robustas até à utilização de sistemas de conversão com possibilidade de serem explorados em velocidade variável, com consequências refletidas ao nível do aumento progressivo da potência unitária instalada e da diminuição do custo do kWh gerado.

[Comunicação nas] XIX Jornadas sobre a Função Social do Museu Paços de Ferreira - 2009

Faz agora 24 anos que alguns de nós que aqui estamos visitáramos o Moinho de Maré de Corroios. Era à data, talvez, a unidade produtiva mais antiga do nosso país.De facto, o Moinho de Maré de Corroios começara a moer grão em 1403 e 580 anos passados de produção contínua produzia uma farinha que os especialistas consideravam de excelente qualidade para a panificação e a confeitaria. Pouco tempo depois o Moinho de Corroios foi adquirido pelo Município e transformado num dos núcleos museológicos do Ecomuseu do Seixal. O Sr. Guilherme, o último moleiro, foi promovido a funcionário do museu e guia dos visitantes.As 6 moendas essas ficaram paradas para sempre. As hélices das turbinas que as punham em movimento lá foram apodrecendo e a caldeira ficou assoreada. Cada vez que visitávamos o Moinho tínhamos de ouvir as lamentações do Sr. Guilherme e ver-lhe a tristeza espelhada nos olhos quando nos explicava o funcionamento do mecanismo que se não movimentava.

Análise dinâmica de rotores de grupos turbo e hidrogeradores com o método das matrizes de transferência

Conhecer o comportamento vibratório de rotores de máquinas rotativas, já durante a fase de projeto, é uma necessidade cada vez maior nos dias atuais, quando modificações corretivas, após o início da operação, já não são mais aceitáveis, devido aos altos custos de material e execução empregados, se comparados com os lucros que são cada vez mais reduzidos, em função das regras impostas pelo mercado, e devido também ao tempo necessário para tais modificações, que implica em manter a máquina parada, sem gerar lucros nesse penodo, acarretando em mu1tas contratuais para o fabricante. o presente trabalho visa dar subsídiosà análise dinâmicadas linhas de eixos de turbo e hidrogeradores (conjuntos formados pela turbina mais o gerador, usados respectivamentenas centraistermelétricase hidrelétricas). Inicialmente é feita uma breve explanação sobre formas construtivas de hidrogeradores e tipos de turbinas hidráu1icas utilizados atualmente. O trabalho prossegue apresentando as propriedades dos mancais com filme de óleo, os fenômenos do empuxo magnético no rotor do gerador e do efeito giroscópico, bem como a norma ISO 1940, que define os níveis admissíveis de desbalanceamentos residuais para rotores de máquinas É apresentada uma formulação matemática pelo Método das Matrizes de Transferência para as análises das vibrações livres, bem como das vibrações forçadas com carregamentos cíclicos devido aos desbalanceamentos residuais das linhas de eixos. A análise das vibrações livres é feita para a obtenção das fteqüências naturais torcionais e das fteqüências tlexionais críticas em um plano. A análise das vibrações forçadas é elaborada para fornecer as respostas dinâmicas em dois planos ortogonais, devido ao desbalanceamento residual. Para aplicação da metodologia de cálculo apresentada, são elaboradas rotinas computacionais de cálculos, utilizando como plataforma o software MATLAB. Para testar o Método das Matrizes de Transferência, bem como os programas de computador elaborados, faz-se algumas análises com soluções analíticas exatas e comparam-se resultados obtidos. Como aplicação prática, faz-se um estudo aprofundado dos comportamentos dinâmicos algumas linhas de eixos de hidrogeradores, para variações de configurações de construção dessas, bem como para as diversas condições de operação.

Um sistema automatico de regulacao e controle da geracao de energia eletrica a partir de uma turbina eolica

Estações de microondas são alimentadas por banco de baterias que são carregados através da rede, caso estejam perto, ou de grupos geradores a diesel, quando estão localizados em zonas remotas. No Brasil existem 543 dessas estações isoladas da rede de alimentação. Turbinas eólicas acopladas a geradores de energia elétrica poderão, em alguns desses locais realizar o suprimento necessário de energia, e com isso poderão obter uma grande economia na compra e também no transporte do diesel até essas estações. Uma turbina Darrieus de 6m de diâmetro e três pás foi desenvolvida e instalada em uma dessas estações, localizada em Porto Alegre. A turbina parte através de um motor de arranque de 12 V e movimenta um gerador de indução de 3 KW, autoexcitado por capacitores. Variando o banco de capacitores podemos manter a tensão mesmo com a variação do sistema, partindo-o com uma velocidade de vento de 4 m/s e aplicando o freio quando a rotação atingir 200 rpm ou a velocidade de vento chegar a 16 m/s. Ele também realiza o chaveamento dos relés que escolhem o banco de capacitores utilizado, acionam o motor de partida e selecionam o sistema de carga de baterias.

Análise energética e exergética de um ciclo rankine com aquecimento distrital : estudo de uma planta termelétrica

Este trabalho tem por objetivo simular e analisar uma usina termelétrica a carvão em várias condições de funcionamento. A usina simulada neste trabalho é a AVV 1 localizada em Copenhague, Dinamarca. A AVV 1 é uma usina de geração de potência e aquecimento distrital que pode funcionar em várias condições de carga. A simulação da usina supracitada foi tema de um concurso de simuladores proposto no congresso ECOS 2003 realizado em Copenhague, Dinamarca. Para a realização deste trabalho foi construído um programa na linguagem FORTRAN 90. Cada componente da usina é modelado através de equações de balanço de massa e energia, e o sistema completo tem sua solução obtida pelo método de substituição sucessiva. Para viabilizar essa solução é necessário também implementar uma rotina de cálculo de propriedades do fluido de trabalho. No caso estudado, o fluido de trabalho da usina é a água e a formulação utilizada para o cálculo de suas propriedades nos diversos estados é a IAPWS IF-97. A usina é simulada em dois modos de operação: modo de condensação, onde ocorre apenas geração de eletricidade, e em modo de contrapressão, onde há geração de eletricidade e aquecimento distrital, conforme nomenclatura sugerida pela organização do concurso No modo de condensação, são feitas quatro séries de simulações variando a carga de 100% a 40%. Cada série contém um conjunto de hipóteses quanto à variação das eficiências isoentrópicas e pressões das turbinas em função da vazão mássica. No modo de contrapressão, a usina é simulada funcionando com 100% da carga. O programa desenvolvido calcula as propriedades para qualquer ponto de trabalho ao longo da planta, assim como a eficiência da mesma, a potência gerada, e todas as vazões mássicas pertinentes. Além disso, é feita também uma análise exergética da planta. A simulação demonstrou que a planta possui uma eficiência global de 42,02% com uma geração de 250,2 MW em 100% de carga no modo de condensação. Nessas mesmas condições, do ponto de vista exergético, a eficiência encontrada é de 37,21%. No modo de contrapressão, a usina apresenta uma eficiência exergética de 40,19% com um aproveitamento energético de 90,55%. Por fim, é possível também verificar a comportamento da eficiência da planta e a variação de água de resfriamento do condensador com a carga. Os resultados gerados são próximos àqueles encontrados pelos diversos pesquisadores que abordaram o problema.

Características do escoamento sobre vertedouros em degraus de declividade 1V:1H

Este estudo visa a caracterização dos escoamentos deslizantes sobre turbilhões em vertedouros em degraus com declividade de 45° (1V:1H) através da análise experimental em modelos físicos. Foram avaliadas quatro estruturas, sendo uma com calha lisa, utilizada como estrutura de controle, e três com calhas em degraus de alturas constantes iguais a 3 cm, 6 cm e 9 cm. As medições dos níveis médios da água, das velocidades médias na região não aerada do escoamento, das pressões médias nos degraus e a visualização da aeração do escoamento permitiram o estabelecimento de parâmetros qualitativos e quantitativos do escoamento. Assim, foram determinados: (1) os perfis de velocidade média ao longo da calha, (2) o fator de resistência proporcionado pelos degraus, (3) a posição média de início de aeração, (4) a dissipação de energia devida à rugosidade da calha e (5) o comportamento das pressões médias na face e no espelho dos degraus. Tendo em vista a escassa bibliografia relativa à declividade de 45°, buscou-se a comparação com os dados de diferentes declividades procurando estabelecer critérios mais abrangentes.

Características do escoamento sobre vertedouros em degraus de declividade 1V:0,75H

Este trabalho engloba a análise experimental em laboratório de vertedouros com calha em degraus de declividade 1 Vertical : 0,75 Horizontal (53,13°). Foram utilizados quatro modelos de estruturas vertedouras, três com calhas em degraus (com três diferentes alturas de degraus, 3 cm, 6 cm e 9 cm) e uma com calha lisa, utilizada como estrutura de controle. Ao longo das calhas dos vertedouros foram realizadas medições de níveis, pressões, velocidades e visualização do início da aeração. Através destes ensaios foi possível determinar a posição de início da aeração do escoamento, os perfis de velocidades ao longo da calha, o fator de resistência resultante dos degraus, a dissipação de energia em relação à energia a montante e em relação a um vertedouro de calha lisa e o comportamento das pressões médias. Constatou-se que o aumento do tamanho dos degraus na calha conduz o início da aeração para posições mais próximas da crista do vertedouro. Observou-se que a dissipação de energia é tanto mais significativa quanto menor a vazão específica e maior as dimensões dos degraus, sendo fortemente influenciada pela aeração ou não do escoamento. Analisando os resultados do presente estudo em conjunto com dados da bibliografia existente foi possível a proposição de metodologias para a avaliação da posição do início da aeração do escoamento, da profundidade deste neste ponto e para a determinação do fator de resistência criado pelos degraus.

Avaliação experimental da vibração induzida sobre uma comporta plana com descarga de fundo

Estruturas hidráulicas como comportas planas verticais são usualmente encontradas em aproveitamentos hidrelétricos, canais de navegação e aquedutos para abastecimento ou irrigação. O projeto deste tipo de estruturas envolve, fundamentalmente, a determinação da magnitude das forças atuantes, tanto hidrostáticas como hidrodinâmicas. Neste sentido, problemas ocorridos como conseqüência da fadiga do material assim como de vibrações excessivas têm sido reportados em anos recentes. O propósito desta dissertação é investigar o comportamento vibratório induzido pelo escoamento sobre um dispositivo elástico, representativo de uma comporta plana vertical com descarga de fundo, com diferentes geometrias de terminal inferior em contato com o escoamento e, baseados nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto deste tipo de estruturas hidráulicas. O comportamento vibratório do dispositivo, de dimensões aproximadas de 50 cm de largura x 80 cm de altura x 2 cm de espessura, submetido a diferentes configurações de escoamento em valores de abertura de descarga de 10, 20, 30 e 40 mm, foi obtido através de medições de aceleração instantânea no sentido do escoamento executadas por um acelerômetro com elemento sensível piezoelétrico. Cinco geometrias diferentes de terminal inferior em contato com o escoamento foram propostas para a realização dos estudos. Os resultados experimentais correspondentes aos comportamentos da estrutura em vibração estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas e freqüências predominantes nos espectros das acelerações Geometrias “Ret”, “Ele” e “30d” mostraram ser mais suscetíveis à ocorrência de fenômenos de vibração induzida, com diferenças de até 3 a 4 vezes nos valores das médias quadráticas, nas situações de escoamento às quais a comporta foi submetida, quando comparadas com geometrias “60” e “30i”. Os valores de freqüências de vibração induzida pelo escoamento, nas respectivas aberturas de descarga e geometrias de terminal inferior analisadas, corresponderam-se com os modos naturais de vibração livre em água. Estes valores foram, aproximadamente, entre 1,10 e 0,90 do valor da freqüência natural em ar. Conforme o observado, nota-se que a geometria do terminal em contato com o escoamento desempenha um papel de fundamental importância quando o objetivo a atingir é a diminuição da magnitude desses tipos de solicitações não desejadas.

Características do escoamento ao longo de uma escada de peixes do tipo ranhura vertical

Sucessivos barramentos ao longo de um rio impedem a migração, fenômeno característico de algumas espécies de peixes. Essa interrupção pode provocar a extinção local de espécies migratórias de peixes e acentuada queda da produção pesqueira. Mecanismos de Transposição para Peixes (MTP) são estruturas capazes de mitigar os efeitos negativos desses barramentos, possibilitando a transposição segura dessas espécies através dos barramentos. Esta pesquisa visou a compreensão do funcionamento de um MTP conhecido como escada para peixes do tipo ranhura vertical. Para tanto, foram realizados experimentos em uma estrutura de laboratório, geometricamente semelhante à Escada de Peixes do tipo Ranhura Vertical do reservatório da UHE de Igarapava/MG. Foram realizados experimentos em diversas vazões para a verificação do regime de escoamento ao longo da estrutura e para a determinação dos parâmetros hidráulicos de vazão adimensional, de coeficiente de descarga e de coeficiente de cisalhamento, que foram comparados aos encontrados na bibliografia. Por meio desses ensaios foi possível sugerir equações simplificadas para esses parâmetros Também foram executados ensaios a vazão constante para gerar mapas de distribuição de velocidades médias e de pressões dentro de um tanque da estrutura. A vazão constante também foram medidos valores de altura de lâmina d’água ao longo de dois eixos de um tanque e realizadas visualizações do escoamento por meio do uso de traçadores. Os resultados puderam demonstrar a existência de um jato e de duas zonas de recirculação de água, à esquerda e à direita do tanque, assim como a alta variação de valores de pressões no jato e a existência de velocidades no sentido vertical, principalmente na zona de recirculação à esquerda do tanque.

Equações fundamentais da termodinâmica

Apresenta as equações fundamentais da termodinâmica, considerando escoamento unidirecional, onde se conhecem as propriedades cinéticas e dinâmicas do fluido. Apresenta a lei da conservação de massa, expressa pela equação da continuidade e a equação de conservação de energia. Demonstra a aplicação das equações de balanço de massa e energia para bocais, processos de estrangulamento, turbinas, compressores e ejetores. Apresenta equações de eficiência para turbinas e compressores.

Ciclos termodinâmicos

Apresenta duas grandes áreas de aplicação da termodinâmica: refrigeração e geração de potência. Cita como funcionam máquinas térmicas de combustão externa e interna. Relembra o ciclo de Carnot, eficiente para transformar calor em trabalho e apresenta o ciclo de Rankine, que se aproxima do ciclo de Carnot, porém suas turbinas são projetadas com a umidade formada na expansão do vapor saturado sendo removida no processo, evitando erosões. Apresenta o ciclo de Rankine com aquecimento, que se aproxima mais ao ciclo de Carnot. Apresenta o ciclo de refrigeração de Rankine, com a expressão de cálculo de coeficiente de desempenho. Apresenta dispositivos a gás de um único passe, como motor de gasolina ideal, funcionando como o ciclo Otto. Apresenta o ciclo Diesel, de motor diesel ideal, comparando com o ciclo Otto. Apresenta a turbina a gás, ciclo de Brayton ou Joule.

Termodinâmica aplicada

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Implementação de sistemas eólicos para redes de sensores sem fios

O trabalho tem por objetivo principal estudar a utilização de aerogeradores para microprodução de energia (menor que 1 W) de forma a poderem alimentar os nós das redes de sensores sem fios. Para tal, analisaram-se dois tipos de aerogeradores, os de eixo vertical e os de eixo horizontal, tendo-se efetuado simulações de CFD (Computational Fluid Dynamics) para verificar o desempenho das turbinas, de forma a determinar qual é o mais adequado. Foi realizado o projeto dos dois sistemas e analisou-se em particular as turbinas, os geradores e os conversores de potência de forma a avaliar o desempenho. Efetuaram-se simulações para determinar o comportamento esperado e posteriormente realizaram-se as medições experimentais num túnel de vento, tendo-se concluído que, para a dimensão dos aerogeradores desenvolvidos, o sistema vertical produz mais potência que o de eixo horizontal para velocidades de vento inferiores a 4,5 m/s e tem a grande vantagem de não ser significativamente afetado pela turbulência do vento. No entanto, o sistema de eixo horizontal é sempre mais eficiente para qualquer velocidade de vento, devido ao seu coeficiente de potência ser sempre superior ao do sistema vertical. Também se comparou o desempenho do conversor DC-DC redutor-elevador inversor com o elevador tendo-se determinado que o segundo apresenta melhor desempenho, na gama de valores de tensão utilizados no trabalho. Por fim implementaram-se os sistemas em ambiente real de forma a verificar como se comportam quando estão expostos aos elementos com a velocidade e a direção do vento a variar. Concluiu-se que mesmo com ventos fracos a potência produzida é suficiente para carregar uma bateria de 3,6 V (tensão nominal) e alimentar a carga, pelo que o uso de energia eólica é uma boa alternativa à energia fotovoltaica.

Comportamento da adição do carbeto de nióbio (nBC) na matriz metálica do aço ferrítico 15kH2mfa

The 15Kh2MFA steel is a kind of Cr-Mo-V family steels and can be used in turbines for energy generation, pressure vessels, nuclear reactors or applications where the range of temperature that the material works is between 250 to 450°C. To improve the properties of these steels increasing the service temperature and the thermal stability is add a second particle phase. These particles can be oxides, carbides, nitrites or even solid solution of some chemical elements. On this way, this work aim to study the effect of addition of 3wt% of niobium carbide in the metallic matrix of 15Kh2MFA steel. Powder metallurgy was the route employed to produce this metallic matrix composite. Two different milling conditions were performed. Condition 1: milling of pure 15Kh2MFA steel and condition 2: milling of 15Kh2MFA steel with addition of niobium carbide. A high energy milling was carried out during 5 hours. Then, these two powders were sintered in a vacuum furnace (10-4torr) at 1150 and 1250°C during 60 minutes. After sintering the samples were normalized at 950°C per 3 minutes followed by air cooling to obtain a desired microstructure. Results show that the addition of niobium carbide helps to mill faster the particles during the milling when compared with that steel without carbide. At the sintering, the niobium carbide helps to sinter increasing the density of the samples reaching a maximum density of 7.86g/cm³, better than the melted steel as received that was 7,81g/cm³. In spite this good densification, after normalizing, the niobium carbide don t contributed to increase the microhardness. The best microhardness obtained to the steel with niobium carbide was 156HV and to pure 15Kh2MFA steel was 212HV. It happened due when the niobium carbide is added to the steel a pearlitic structure was formed, and the steel without niobium carbide submitted to the same conditions reached a bainitic structure

Desenvolvimento de uma unidade pirolítica com reator de cilindro rotativo: obtenção de bio-óleo

The demand for alternative sources of energy drives the technological development so that many fuels and energy conversion processes before judged as inadequate or even non-viable, are now competing fuels and so-called traditional processes. Thus, biomass plays an important role and is considered one of the sources of renewable energy most important of our planet. Biomass accounts for 29.2% of all renewable energy sources. The share of biomass energy from Brazil in the OIE is 13.6%, well above the world average of participation. Various types of pyrolysis processes have been studied in recent years, highlighting the process of fast pyrolysis of biomass to obtain bio-oil. The continuous fast pyrolysis, the most investigated and improved are the fluidized bed and ablative, but is being studied and developed other types in order to obtain Bio-oil a better quality, higher productivity, lower energy consumption, increased stability and process reliability and lower production cost. The stability of the product bio-oil is fundamental to designing consumer devices such as burners, engines and turbines. This study was motivated to produce Bio-oil, through the conversion of plant biomass or the use of its industrial and agricultural waste, presenting an alternative proposal for thermochemical pyrolysis process, taking advantage of particle dynamics in the rotating bed that favors the right gas-solid contact and heat transfer and mass. The pyrolyser designed to operate in a continuous process, a feeder containing two stages, a divisive system of biomass integrated with a tab of coal fines and a system of condensing steam pyrolytic. The prototype has been tested with sawdust, using a complete experimental design on two levels to investigate the sensitivity of factors: the process temperature, gas flow drag and spin speed compared to the mass yield of bio-oil. The best result was obtained in the condition of 570 oC, 25 Hz and 200 cm3/min, temperature being the parameter of greatest significance. The mass balance of the elementary stages presented in the order of 20% and 37% liquid pyrolytic carbon. We determined the properties of liquid and solid products of pyrolysis as density, viscosity, pH, PCI, and the composition characterized by chemical analysis, revealing the composition and properties of a Bio-oil.