Dissertations / Theses: 'Turbinas'

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Ribeiro, Cláudia Garrastazu. "Rastreamento do ponto de máxima potência de turbinas magnus acionando geradores elétricos." Universidade Federal de Santa Maria, 2014. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8551.

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Abstract:

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
The constant human need for electricity, as well as the increasing demand for energy causes the use of finite sources, as oil and coal. The search for alternative energy sources as wind harvesting is the motivation for this master dissertation. Wind energy is a consolidated technology, mostly based on three blades wind turbine. This master thesis constitutes an analysis of a non-conventional wind machine, named Magnus wind turbine. The turbine s operation is based on the Magnus effect and its difference with respect to the traditional type is that it has rotating cylinders instead of fixed blades, which benefits an increase of generated power, since this turbine can produce power from low wind speeds. A method to track the maximum power point based on the control of the cylinders rotation is proposed, whereas in literature only fixed values were found for this variable. This Magnus turbine is used to drive a permanent magnet synchronous generator as a way to prove the theoretical predictions. The electrical generator also uses a specific method to track the maximum power point for the whole set. Simulated and practical results are demonstrating the performance of the Magnus wind turbine driving a permanent magnet synchronous generator.
A constante necessidade de energia elétrica, assim como o aumento de demanda, implica no uso de fontes de energia que são finitas, como o petróleo e o carvão. A busca por fontes alternativas de energia como a eólica é a motivação para este trabalho, também por a energia eólica ser uma tecnologia já consolidada, utilizando principalmente turbinas de três pás para a geração de energia. Esta dissertação trata da análise de uma turbina eólica não convencional, conhecida como turbina eólica Magnus para acionamento de geradores elétricos. A operação desta turbina é baseada no efeito Magnus e seu grande diferencial é que ao invés de pás fixas possui cilindros giratórios que ajudam no incremento de potência, já que a turbina pode produzir potência mesmo com baixas velocidades de vento. Um método de rastreamento de máxima potência é proposto baseando no controle da velocidade de rotação dos cilindros, já que na literatura são considerados apenas valores fixos para esta variável. A turbina Magnus é acoplada a um gerador síncrono a imã permanente, como forma de demonstração da precisão do método proposto na determinação do seu ponto de máxima potência. Paralelo a isto, o gerador também utiliza um método de rastreamento de máxima potência para que o conjunto inteiro trabalhe no ponto de máxima potência. Os resultados de simulação e práticos são apresentados para demonstrar o desempenho da turbina Magnus acoplada a um gerador síncrono a imã permanente.

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Beneduzzi, Anderson Henrique [UNESP]. "Procedimentos de coletas de óleo para análise preditiva de turbinas à gás." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2012. http://hdl.handle.net/11449/94505.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-16Bitstream added on 2014-06-13T20:16:15Z : No. of bitstreams: 1 beneduzzi_ah_me_ilha.pdf: 873775 bytes, checksum: 569e9acbb6c8f6e1ac86e5b1913d3b8f (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
A cada ano que passa a necessidade de desenvolver novas técnicas de prevenção de falhas em equipamentos vem crescendo continuamente, devido à grande necessidade de obtenção de lucros com o menor custo de manutenção possível. Atualmente, turbinas à gás, são equipamentos de extrema importância para industrias de petróleo e gás, devido sua grande capacidade de geração de energia cinética para acionamento de compressores e geradores de energia. Os custos de manutenção, formação de verniz no sistema de óleo e disponibilidade são algumas das preocupações mais importantes que se deve ter com uma turbina a gás. Um bom planejamento de manutenção otimizará os custos e maximizará a disponibilidade destes equipamentos. Os programas de manutenção devem ser eficazes, todas as recomendações do fabricante do equipamento devem ser seguidas, como o número e tipos de inspeção realizadas, peças sobressalentes, e outros fatores importantes que afetam a vida útil dos componentes e o funcionamento do equipamento. Dentre as inspeções realizadas pode-se encontrar a análise de vibração, boroscopia, termografia e a análise de óleo lubrificante. Neste trabalho são apresentadas as técnicas utilizadas na análise preditiva de óleo lubrificantes e um histórico das análises de óleo de um caso real de turbina a gás em que são observados e discutidos o procedimento ideal da realização de coletas das amostras de óleo de turbinas a gás desde o planejamento até o envio aos laboratórios para análise, verificação e diagnóstico
Each passing year the necessity to develop new techniques to prevent equipment failures increases continuously due to the great need of financial gain at the lowest possible maintenance costs. Currently, gas turbines are extremely important equipment for oil and gas industries, because to its great capacity to generate kinetic energy to drive compressors and generators. Maintenance costs, formation of varnish in the oil system and availability are some of the most important concerns that must be taken with a gas turbine. Good planning will optimize maintenance costs and maximize the availability of this equipment. Maintenance programs must be effective, all the equipment manufacturer's recommendations should be followed, as the number and types of inspections performed, spare parts, and other important factors that affect the life of the components and operation of equipment. Among the inspections it can be performed to find the vibration analysis, endoscopy, thermography and analysis of lubricating oil. This work will present the techniques used in predictive analysis of oil lubricants and oil analysis history of a real case of a gas turbine that will be seen and discussed the ideal procedure of carrying out collections of samples of oil from gas turbines planning to send to laboratories for analysis, verification and diagnosis

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Silva, Ramon Eduardo Pereira [UNESP]. "Utilização de biodiesel animal em turbinas a gás." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2009. http://hdl.handle.net/11449/94430.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-27Bitstream added on 2014-06-13T20:35:17Z : No. of bitstreams: 1 silva_rep_me_guara.pdf: 1908689 bytes, checksum: 341019e7e665818b99415ff19ade0d87 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Estudos têm sido realizados em relação à utilização de biodiesel em motores alternativos de ciclo Diesel, porém pouco material é encontrado quando se utiliza este combustível em turbinas a gás. Este trabalho analisou os parâmetros de desempenho e emissões de poluentes para várias misturas de biodiesel/querosene de aviação em um turboeixo Rover 1/S60. Os testes mostraram que não houve alterações significativas na operação do turboeixo. O estudo mostrou, também, que houve decréscimo de eficiência térmica e aumento de consumo de combustível com a utilização de misturas mais ricas em biodiesel. As emissões de poluentes também decresceram com o aumento de teor de biodiesel na mistura.
Several tests have been performed comparing diesel and several kinds of esthers (biodiesel), most in reciprocating engines but also in micro-gas-turbines. This work studies a stationary turboshaft Rover 1/S60 performance and pollution emissions in the utilization of several blends of aviation kerosene and biodiesel. The tests also show that no significative changes occurred in turboshaft operation. This study also shows an increase of fuel consumption and a decrease in thermal efficiency and a decrease of pollutant species emission as the higher biodiesel proportion at blends are used at turboshaft operation.

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Lacerda, Rafael Segantin 1979. "Uma contribuição à melhoria do processo de fresamento em 5 eixos de pás de turbinas hidráulicas." [s.n.], 2014. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265933.

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Abstract:

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-25T10:42:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lacerda_RafaelSegantin_M.pdf: 5082934 bytes, checksum: 9288c8f97c6d45416ba8bc96895fc01d (MD5) Previous issue date: 2014
Resumo: A fabricação de pás de turbinas hidráulicas representa uma das atividades mais importantes no processo de fabricação do rotor de uma usina hidrelétrica e corresponde a uma parcela considerável do custo de produção do mesmo. Devido às características geométricas e requisitos hidráulicos destes componentes, as operações de fresamento em cinco eixos são altamente solicitadas e se destacam pela versatilidade e rapidez que proporcionam para o processo produtivo. Todavia, o fresamento de pás de turbinas hidráulicas apresenta alguns pontos críticos relacionados com a qualidade superficial, qualidade dimensional e os custos da operação de usinagem. A taxa de remoção de material, a variação das condições de fresamento diretamente relacionada com os parâmetros de corte e a necessidade de se reduzir os ciclos de produção são itens que fazem o estudo detalhado desta operação ter importância fundamental para a utilização das modernas tecnologias de usinagem. O objetivo deste trabalho é identificar as condições de corte mais adequadas para o processo de fresamento em cinco eixos de pás de turbinas hidráulicas. Para isto, o processo de fabricação foi monitorado e ensaios foram realizados para comparação entre diferentes estratégias de fresamento e parâmetros de corte. Durante estes ensaios observaram-se os parâmetros elétricos do motor da máquina e também a coloração dos cavacos, para estabelecer uma relação entre estes parâmetros e o real desgaste sofrido pela ferramenta, a fim de se ter um método direto e prático para definição de seu fim de vida. As principais conclusões deste trabalho são que a variável de entrada mais influente na vida da ferramenta dentre as testadas foi a estratégia de corte (concordante ou concordante / discordante) e para estas ferramentas, o desgaste de flanco (VB) foi o principal determinante para o fim de vida da aresta de corte. Em adicional, a observação da potência consumida e da coloração do cavaco realizada pelo operador, mostrou-se adequada para determinar o momento de troca da ferramenta neste tipo de fresamento em desbaste. Palavras chave: fresamento em cinco eixos, pás, turbinas hidráulicas e desgaste de flanco
Abstract: The manufacturing process of blades for hydraulic turbines is one of the most important activities to fabricate a runner for a hydraulic power plant and is responsible for a considerable portion of the production cost thereof. Due to the geometric characteristics and hydraulic requirements in these components, the milling operations in five axis is highly appreciated and offer the versatility and speed for the production process. However, the milling process for blades of hydraulic turbines present some critical issues related to the surface quality, dimensional quality and machining costs. The rate of material removal, the variation of milling conditions directly related with cutting parameters and the need to reduce production cycles are items that make a detailed study of this operation has high importance on the application of the most modern machining technologies. The objective of this work is to identify the most suitable cutting conditions for five axis milling in blades of hydraulic turbines. For this, the manufacturing process was monitored and tests were performed in order to compare different milling strategies and cutting parameters. During these tests was observed the electrical parameters of the machine motor and also the colors of the chips to establish a relationship between these parameters and the actual wear suffered by the tool in order to have a derictly and practical method to define the end of the tool life. The main conclusions are that the most influential variable in the tool life among those tested was the cutting strategy (Up Milling or Up Milling / Down Milling) and for these tools, the main determinant for the end of life is the flank wear (VB) of the cutting edge. In additional, the observation of the power consumption and the colors of the chips performed by the operator, with the goal of determining the exactly time to exchange the tool was adequate for this type of rough milling. Keywords: five axis milling, blades, hydraulic turbines and flank wear
Mestrado
Materiais e Processos de Fabricação
Mestre em Engenharia Mecânica

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Guarinelo, Júnior Flávio Fernando. "Análise termodinâmica de ciclo combinado operando fora das condições de projeto." [s.n.], 2012. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265044.

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Abstract:

Orientador: Jorge Isaías Llagostera Beltrán
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-20T08:08:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuarineloJunior_FlavioFernando_D.pdf: 112586941 bytes, checksum: 8ca74b9cc6e907dc47ec88f2c901a8b1 (MD5) Previous issue date: 2012
Resumo: O atendimento da demanda crescente de eletricidade, associado à necessidade do cumprimento de metas de emissões de gases causadores do aquecimento global, será um grande desafio ao setor elétrico nas próximas décadas. A geração de eletricidade ainda necessitará de combustíveis fosseis por muitos anos e a busca por eficiência energética nos processos térmicos que envolvem as usinas termoelétricas será determinante ao cumprimento das metas de emissões. Neste contexto, o ciclo combinado tem sido apresentado como a tecnologia mais eficiente e com o menor impacto ambiental quando se considera o uso de combustíveis fósseis na geração de eletricidade. Possui curtos prazos de instalação e custos relativamente baixos em comparação às outras tecnologias, quer façam uso de fontes renováveis ou não, e tem passado por processos de evolução tecnológica que permitem eficiências de até 62%. Mesmo que apresente características tão favoráveis, o desempenho do ciclo combinado é uma tecnologia sensível quando passa a operar em condições ambiente diferentes daquelas especificadas em projeto. A análise do comportamento do desempenho nestas condições é de extrema importância para fins de avaliação da viabilidade técnica e econômica do ciclo no local a ser instalado e é o tema central deste trabalho. Portanto, a proposta deste trabalho é analisar termodinamicamente a operação do ciclo combinado operando em condições fora-de-projeto (off design) através do desenvolvimento de um sistema de equações não lineares que representam os balanços de massa e energia de cada componente e as relações entre si. O conjunto de equações do modelo analítico é resolvido através de uma ferramenta computacional comercialmente disponível, a qual permite a definição de variáveis independentes e das restrições necessárias a uma solução objetiva. A lógica empregada na solução do conjunto de equações define uma relação direta entre as mesmas através da redução do grau de liberdade de uma determinada variável. A modelagem analítica revelou ser uma ferramenta importante na investigação do comportamento do desempenho do ciclo como um todo e a dependência termodinâmica entre os seus componentes
Abstract: The worldwide growing demand for electricity associated with global warming issues is becoming a great challenge to the electric sector for the next decades. As the power generation still depends on the fossils fuels as main source, the combined cycle is further recognized for its better environmental performance in mitigating air pollution and by reducing the global warming effects. Based on this perspective, the combined cycle has been presented as the most efficient technology, by providing advantages due to its smaller environmental impact when considering the use of fossils fuels in power generation. It is characterized by its low capital cost and short construction lead time in comparison with other technologies, whatever type of renewable fuel is being used or not, it has been experiencing a technological evolution that boost its overall efficiencies to more than 62%. Even though it has been presented with such favorable characteristics, the overall efficiency of the combined cycle is very sensitive to environmental conditions as well as running from the base load. By analyzing all thermodynamic parameters in the combined cycle under off - design conditions it can provide a better understanding in order to develop a technical and economical feasibility and it is the core issue of this work. Therefore, the proposal of this work aims to develop a system of non linear equations that represent the mass and energy balances of all component and the thermodynamic relationships among them. The group of equations of the analytical model is solved through a computational tool, commercially available, which allows the definition of independent variables and all constraint needs to reach a target solution. The logic employed in solving the system of equations defines a direct relationship among each combined cycle's component through the reduction of the degree of freedom of a certain variable. The analytical modeling revealed to be an important tool in the investigation of the combined cycle operation behavior as a whole and the thermodynamic dependence among all components
Doutorado
Termica e Fluidos
Doutor em Engenharia Mecânica

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Macías, Marianela Machuca. "Estudo experimental em túnel de vento de turbinas de eixo horizontal." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2016. http://repositorio.unb.br/handle/10482/22013.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.
Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-05-31T18:28:23Z No. of bitstreams: 1 2016_MarianelaMachucaMacías.pdf: 118682950 bytes, checksum: f7600b3eb8855ac1fa9acbe671dd0f2c (MD5)
Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-12-21T11:56:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarianelaMachucaMacías.pdf: 118682950 bytes, checksum: f7600b3eb8855ac1fa9acbe671dd0f2c (MD5)
Made available in DSpace on 2016-12-21T11:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarianelaMachucaMacías.pdf: 118682950 bytes, checksum: f7600b3eb8855ac1fa9acbe671dd0f2c (MD5)
O presente trabalho teve como finalidade o estudo de turbinas de eixo horizontal, tanto eólicas como hidrocinéticas. O objetivo principal do estudo foi encontrar uma lei semi-empírica para realizar a transposição de resultados de desempenho de um modelo reduzido operando em ar para seu protótipo em água. Ensaios experimentais foram realizados no interior de um túnel de vento de seção 1,2 x 1,2 m para o modelo reduzido. Foram realizados testes para as velocidades de escoamento de 8, 10 e 12 m/s. A metodologia empregada nos ensaios baseou-se em manter a velocidade do escoamento constante e variar a velocidade de rotação da turbina. Um fator importante durante os ensaios foi o controle da velocidade de rotação por meio de um controlador PID e da técnica de modulação PWM. Velocidade de rotação e torque foram medidas para o levantamento das curvas de desempenho CpvsTSR. Foram colocados 'transitionstrips' sobre as pás para induzir a transição do escoamento do regime laminar para o turbulento, e correções de bloqueio tiveram que ser aplicadas sobre os resultados experimentais para diminuir os efeitos de parede do túnel de vento sobre os resultados medidos. A transposição de resultados foi realizada utilizando os dados de desempenho obtidos dos ensaios experimentais e a lei semi-empírica proposta. A equação de transposição proposta depende exclusivamente dos números de Reynolds do modelo e do protótipo e de um fator de escala, m. Este fator de escala é calculado a partir das equações da metodologia BEM, relacionando os coeficientes de potência com os fatores de indução axial e radial. Simulações numéricas CFD e BEM foram realizadas para modelo, em ar, e protótipo. No modelo reduzido, as simulações foram validades com os dados experimentais de Cp obtidos durante os ensaios em túnel de vento. Por outro lado, as simulações do protótipo foram usadas para validar os resultados obtidos da transposição de resultados. Por meio destes resultados, as metodologias numéricas e experimental foram validades. Cabe ressaltar, que a lei semi-empírica proposta é robusta, confiável e consistente para a turbina estudada neste trabalho. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT
The aim of this work was to study the horizontal axis hydrokinetic and wind turbines. The main objective of this study was to find a semi empirical law to make the transposition of the performance results of a small turbine, in air, to the prototype, in water. Experimental tests were carried out in a wind tunnel of 1,2 x 1,2 m of section to the small turbine. The tests were realized at wind speed of 8, 10 and 12 m/s. The methodology used in the tests was based in keep constant the wind speed and to varying the rotation velocity of the turbine. A key element of the methodology was the control of the rotation velocity using a PID controller and the modulation technique PWM. During the test torque and rotation velocity were measured. To achieve the expect results were located on the blades transition strips to force the transition from laminar flow to turbulent, and blockage effect of the wind tunnel wall was removed from the measured power data applying a blockage correction method. The transposition of results was carried out using the performance data obtained with the experimental tests and the semi empirical law proposed. The proposed equation dependence of the Reynolds numbers and a scale factor. The scale factor, m, is calculate using the equations of BEM method, which relates the power coefficients with axial and radial induction factors. CFD and BEM numerical simulations were realized to the small turbine, in the air, and the prototype, in water. In the case of the small turbine, the numerical simulations were validated with the Cp experimental data in the wind tunnel. For the other hand, the prototype simulations were used to validate the results obtained with the transposition of results. All that results validate the numerical and experimental methodology used. It should be noted that the semi empirical law proposed is robust for the turbine studied in this case.

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Batista, Julio Cesar [UNESP]. "Microgeração de energia eletrica (abaixo de 100kw) utilizando turbina tesla modificada." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2010. http://hdl.handle.net/11449/106422.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-29Bitstream added on 2014-06-13T20:46:42Z : No. of bitstreams: 1 batista_jc_dr_guara.pdf: 2889755 bytes, checksum: 2777cd1f4225a0232c6281a5ca3d1e00 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Este trabalho desenvolve um sistema para gerar energia elétrica com caldeira e turbina, para ocupar um nicho de mercado em que os sistemas a vapor existentes não são economicamente viáveis. O sistema utiliza a turbina Tesla que é compatível para essa faixa e não possui pás, podendo operar com vapor saturado fornecido por uma pequena caldeira consumindo lenha. A micro-geração proposta pode levar energia a milhões de brasileiros no campo, onde se dispõe de algum tipo de biomassa. Apesar do baixo custo da turbina Tesla, por ser de simples construção e compacta, e de suas incontáveis possibilidades de aplicação, se desconhece, até então, aplicações comerciais massivas devido ao baixo torque obtido nos protótipos feitos desde 1910 e por essa razão foi modificada. Este trabalho inova ao desenvolver um protótipo da turbina Tesla modificado para fornecer maior torque e ao comparar à turbina Tesla original. Devido à inexistência de equações que descrevem a turbina Tesla, um modelo matemático que permite projetar a turbina Tesla foi desenvolvido e validado por resultados experimentais e de simulação. Testes comparativos com duas turbinas com as mesmas dimensões mostraram que a turbina Tesla modificada apresentou eficiência superior à turbina Tesla original. Desenvolveu-se, também, um protótipo do sistema para micro-geração utilizando a turbina Tesla modificada, caldeira e gerador elétrico. Os custos do sistema e da energia gerada foram comparados com os de outros meios de geração mostrando serem competitivos economicamente para essa faixa de operação.
This work develops a system to generate electric power with boiler and turbine that aims to occupy the niche of the market for which steam systems are not economically viable. The system uses a Tesla turbine, which is compatible to the range of power. Also, it does not have blades, being able to operate with steam delivered by a small boiler fed with wood. The proposed micro-generation system can take energy to millions of Brazilians living in the country, where some type of biomass is available. In despite of the low cost of the Tesla turbine, because it is compact and simple to build, and despite of its uncountable possibilities of applications, massive commercial applications of the technology are not found due to the low torque of the prototypes built since 1910. For this reason, the Tesla turbine was modified. This work is original since it develops a modified Tesla turbine prototype to furnish a higher torque when compared to an original Tesla turbine. Due to the lack of equations that model a Tesla turbine, a mathematical model was developed to allow the design of the Tesla turbine; it was validated by means of experimental and simulating results. The comparative tests with two turbines, with same dimensions, showed that the modified Tesla turbine presents a higher efficiency than the original Tesla turbine. A micro-generation system, using the modified Tesla turbine, boiler and electric generator, was also developed. The costs of the system and of the generated energy were compared with other means of generation and showed to be commercially competitive for that range.

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Santos, Eduardo Zeraib Antunes dos. "Simulador em tempo real para teste de reguladores de velocidade de turbinas hidráulicas." Universidade de São Paulo, 2006. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-19042007-144959/.

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Abstract:

Esta dissertação descreve um simulador em tempo real para aplicação em testes de reguladores de velocidade de hidrelétricas. O simulador é implementado num hardware que permite a conexão física de todos os sinais que o regulador teria na usina. As dimensões e o perfil hidráulico da usina, dados das máquinas e unidade de força hidráulica são inseridos através de tabelas de fácil entendimento pelo usuário Os transientes hidráulicos no conduto forçado são simulados usando o método das características e levam em conta a influência da turbina. A unidade hidráulica e os atuadores são modelados incluindo suas não-linearidades. Além dos testes de fábrica, este simulador pode ser utilizado para análise preliminar de transientes hidráulicos, treinamento de operadores e como plataforma de testes para novas estratégias de controle da turbina.
This work describes a real-time simulator to be used in hydroturbine speed governor tests. The simulator is implemented using a hardware configuration which allows the physical connection to the governor under test like it would be in the hydropower plant. The conduit dimensions, hydraulic scheme, machine and hydraulic power unit data are inserted into the simulator by user friendly input tables. The hydraulic transients in the penstock are simulated using the method of characteristics and take into account the turbine influence. The electrohydraulic interface, servomotor and hydraulic power unit are simulated including the nonlinearities of valves and servomotors. Besides the factory tests, this simulator can also be applied for a preliminary analysis of hydraulic transients, operator training and platform for testing new turbine control strategies.

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Perez, Edgar Paz [UNESP]. "Proposta de uma metodologia para projeto construção e adequação de tubo de sucção numa turbina Michel-Baki." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2003. http://hdl.handle.net/11449/99345.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003Bitstream added on 2014-06-13T18:59:52Z : No. of bitstreams: 1 perez_ep_me_guara.pdf: 1116117 bytes, checksum: 2ae25303ba483b9f7ccbf3d2f842125f (MD5)
A turbina Michell-Banki é basicamente uma máquina de ação, sendo que a característica mais importante das turbinas de ação é a não existência do tubo de sucção. A instalação do tubo de sucção numa turbina causa o aumento da queda disponível e como conseqüência, aumenta a potência gerada e a rotação da turbina. No presente trabalho propõe-se a instalação de um tubo de sucção numa turbina Michell-Banki, visando alcançar as melhorias já indicadas acima, lembrando que ao colocar o tubo de sucção aparece um grau de reação na máquina. Foi feito uma análise mecânica-hidráulica da turbina Michell-Banki proposta, com o objetivo de encontrar as equações que permitem calcular os diversos elementos da turbina. Desta maneira o trabalho apresenta uma metodologia para projeto de uma turbina Michell-Banki com tubo de sucção. Também são apresentadas as formas de traçar o rotor, o injetor e a pá diretriz. Finalmente o trabalho apresenta ainda as recomendações para a execução de projeto e construção da turbina.
The turbine Michell-Banki is basically an action machine, and the important characteristic of the action turbines is the no existence of the suction tube. The installation of the suction tube in a turbine increases the available fall and as consequence, it increases the generated power. The rotation of the turbine is also increased by increasing the available fall. In the present work it's proposed the installation of a suction tube in a Michell-Banki turbine, aiming to reach the improvements already indicated above, remembering that when placing the suction tube a reaction degree appears in the machine. It was done an mechanical and hydraulics analysis of the Michell-Banki turbine with the objective of finding the equations that allow to calculate the several elements of the turbine proposed, and thus presenting a methodology for project of a turbine. Finally I described the way of drawing the rotor, the injector and the guideline shovel, as well as it is also recommended the process that should be followed to build the turbine.

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Tofoli, Fabio [UNESP]. "Análise do comportamento de grandezas e parâmetros que determinam o dimensionamento de turbomáquinas a vapor." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2009. http://hdl.handle.net/11449/99311.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02Bitstream added on 2014-06-13T20:00:03Z : No. of bitstreams: 1 tofoli_f_me_guara.pdf: 778310 bytes, checksum: 518b10e7c88d6a576eb683e42128bcd4 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Este trabalho tem como objetivo a análise da influência de parâmetros adimensionais e grandezas dimensionais no projeto de turbomáquinas operando em diferentes situações de pressão, temperatura e vazão mássica de vapor. O trabalho é divido em duas partes principais, sendo que inicialmente são analisados os parâmetros adimensionais e as grandezas dimensionais que influenciam diretamente o valor do rendimento interno das turbomáquinas térmicas que utilizam o vapor como fluido de trabalho. Na segunda parte do trabalho são abordadas as classes de pressão e rotação específica, e sua influência no comportamento de parâmetros adimensionais. A aplicação dos resultados está diretamente ligada a especificação de turbomáquinas em sistemas de cogeração para aproveitamento de fluxos térmicos provenientes de processos, queima de combustíveis ou gases de escape de uma máquina térmica, para os quais os projetistas necessitam estimar o rendimento de tais componentes por ocasião da análise de viabilidade econômica.
This work has as objective the analysis of the influence of dimensionless parameters and dimensional greatness in the project of turbomachinery operating in different pressure situations, temperature and flow steam. This work is shared in two main parts, which are initially analyzed the dimensionless parameters and the dimensional greatness that directly influence the internal efficiency of the thermal turbomachinery that using steam as the working fluid. In the second part of the work are accosted the classes of pressure and specific rotation, and its influence on the behavior of dimensionless parameters. The application of the results is directly linked to the specification of turbomachinery in cogeneration systems for use of heat flows from processes, burning of fuel or the exhaust gases of a thermal machine, for which the designers needs to estimate the efficiency of such components at analysis of economic feasibility.

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Batista, Julio Cesar. "Microgeração de energia eletrica (abaixo de 100kw) utilizando turbina tesla modificada /." Guaratinguetá : [s.n.], 2009. http://hdl.handle.net/11449/106422.

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Abstract:

Resumo: Este trabalho desenvolve um sistema para gerar energia elétrica com caldeira e turbina, para ocupar um nicho de mercado em que os sistemas a vapor existentes não são economicamente viáveis. O sistema utiliza a turbina Tesla que é compatível para essa faixa e não possui pás, podendo operar com vapor saturado fornecido por uma pequena caldeira consumindo lenha. A micro-geração proposta pode levar energia a milhões de brasileiros no campo, onde se dispõe de algum tipo de biomassa. Apesar do baixo custo da turbina Tesla, por ser de simples construção e compacta, e de suas incontáveis possibilidades de aplicação, se desconhece, até então, aplicações comerciais massivas devido ao baixo torque obtido nos protótipos feitos desde 1910 e por essa razão foi modificada. Este trabalho inova ao desenvolver um protótipo da turbina Tesla modificado para fornecer maior torque e ao comparar à turbina Tesla original. Devido à inexistência de equações que descrevem a turbina Tesla, um modelo matemático que permite projetar a turbina Tesla foi desenvolvido e validado por resultados experimentais e de simulação. Testes comparativos com duas turbinas com as mesmas dimensões mostraram que a turbina Tesla modificada apresentou eficiência superior à turbina Tesla original. Desenvolveu-se, também, um protótipo do sistema para micro-geração utilizando a turbina Tesla modificada, caldeira e gerador elétrico. Os custos do sistema e da energia gerada foram comparados com os de outros meios de geração mostrando serem competitivos economicamente para essa faixa de operação.
Abstract: This work develops a system to generate electric power with boiler and turbine that aims to occupy the niche of the market for which steam systems are not economically viable. The system uses a Tesla turbine, which is compatible to the range of power. Also, it does not have blades, being able to operate with steam delivered by a small boiler fed with wood. The proposed micro-generation system can take energy to millions of Brazilians living in the country, where some type of biomass is available. In despite of the low cost of the Tesla turbine, because it is compact and simple to build, and despite of its uncountable possibilities of applications, massive commercial applications of the technology are not found due to the low torque of the prototypes built since 1910. For this reason, the Tesla turbine was modified. This work is original since it develops a modified Tesla turbine prototype to furnish a higher torque when compared to an original Tesla turbine. Due to the lack of equations that model a Tesla turbine, a mathematical model was developed to allow the design of the Tesla turbine; it was validated by means of experimental and simulating results. The comparative tests with two turbines, with same dimensions, showed that the modified Tesla turbine presents a higher efficiency than the original Tesla turbine. A micro-generation system, using the modified Tesla turbine, boiler and electric generator, was also developed. The costs of the system and of the generated energy were compared with other means of generation and showed to be commercially competitive for that range.
Orientador: João Andrade de Carvalho Junior
Coorientador: Heraldo da Silva Couto
Banca: Luiz Roberto Carrocci
Banca: Teófilo Miguel de Souza
Banca: Paulo César Razuk
Banca: Rogério José da Silva
Doutor

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Junior, Eden Rodrigues Nunes. "Metodologia de projeto de turbinas eólicas de pequeno porte." Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2008. http://www.bdtd.uerj.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=4560.

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Abstract:

O potencial eólico do Brasil, de vento firme e com viabilidade econômica de aproveitamento, é de 143 GW. Isso equivale ao dobro de toda a capacidade da geração já instalada no país. No Brasil, a energia eólica tem uma sazonalidade complementar à energia hidrelétrica, porque os períodos de melhor condição de vento coincidem com os de menor capacidade dos reservatórios. O projeto desenvolvido neste trabalho nasceu de uma chamada pública do FINEP, e sob os auspícios do recém criado CEPER. Ao projeto foi incorporado um caráter investigativo, de contribuição científica original, resultando em um produto de tecnologia inovadora para aerogeradores de baixa potência. Dentre os objetivos do projeto, destacamos a avaliação experimental de turbinas eólicas de 5000 W de potência. Mais especificamente, dentro do objetivo geral deste projeto estão incluídas análise estrutural, análise aerodinâmica e análise de viabilidade de novos materiais a serem empregados. Para cada uma das diferentes áreas de conhecimento que compõem o projeto, será adotada a metodologia mais adequada. Para a Análise aerodinâmica foi realizada uma simulação numérica preliminar seguida de ensaios experimentais em túnel de vento. A descrição dos procedimentos adotados é apresentada no Capítulo 3. O Capítulo 4 é dedicado aos testes elétricos. Nesta etapa, foi desenvolvido um banco de testes para obtenção das características específicas das máquinas-base, como curvas de potência, rendimento elétrico, análise e perdas mecânicas e elétricas, e aquecimento. Este capítulo termina com a análise crítica dos valores obtidos. Foram realizados testes de campo de todo o conjunto montado. Atualmente, o aerogerador de 5kW encontra-se em operação, instrumentado e equipado com sistema de aquisição de dados para consolidação dos testes de confiabilidade. Os testes de campo estão ocorrendo na cidade de Campos, RJ, e abrangeram as seguintes dimensões de análise; testes de eficiência para determinação da curva de potência, níveis de ruído e atuação de dispositivos de segurança. Os resultados esperados pelo projeto foram atingidos, consolidando o projeto de um aerogerador de 5000W.
Initial estimates of the potential contribution of wind power in Brazil for selected areas are approximately of 143GW. This figure represents two times the total power already installed. In Brazil, wind power relates to hydroelectrical power in such way that when wind speeds are high and stable, reservoirs experiences low capacity in water volume. The project herein presented has its origins on the approval of sponsorship from FINEP, a governmental agency that provided grant to develop a 5kW windmill over a period of 30 months. Among the objectives of this project are the development of a new technology to be applied to windmills, by means of technological innovation. More specially, the main proposal was to evaluate wind turbines behavior numerically and experimentally, including its implementation in wind towers to generate 5kW.This is accomplished in detail x out performance of analysis of structural characteristics, aerodynamic, performance e viability on the use of new materials were performed. To this end, we shall defie a specific methodology to each area of knowledge. Aerodynamic analysis was performed by means of initial numerical simulation followed by experimental tests in wind tunnel. A detailed description of the experimental set up and procedures is provided in chapter 3. Chapter 4 deals with electrical parts of the project. At this point an apparatus was specifically designed and built in order to acquire relevant parameters, which describe the electrical generator, provided we can predict on some measure the electrical energy performance under three diferent operating conditions, namely, without load, loaded and charging batteries. A detailed description of 5kW prototype manufactured is presented along with an analysis of the results are presented at the end of this chapter. Finally, the whole set was completed and were performed. The complete Truck-test set of the windmill is composed by tower, generator, turbines, controlling system and safety system. Results obtained are in agreement with the expected. At this moment, the 5kW windmill finds itself in operation. The windmill is instrumented and equipped with an data acquisition system to consolidate reliability tests, which provide eficiency tests, noise determination and safety devices test performance. This set of data will confirm the global performance and consolidate the 5kW windmill.

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Giacomini, Marcos Roberto. "Metodo de obtenção dos parametros do regulador de uma turbina hidraulica." [s.n.], 2007. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/257792.

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Abstract:

Orientador: Jose Geraldo Pena de Andrade
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-11T05:54:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giacomini_MarcosRoberto_D.pdf: 3148192 bytes, checksum: 975bbc84589e07811d6b2dcf58814dfe (MD5) Previous issue date: 2007
Resumo: Este trabalho apresenta uma nova proposta para obter os parâmetros do regulador de uma turbina hidráulica, com o objetivo de melhorar o controle operacional de uma usina hidrelétrica. Dentre os diversos métodos existentes, o método de Ziegler-Nichols mostra-se adequado porque na determinação dos parâmetros do regulador efetuam-se simulações que consideram todo o comportamento hidráulico da instalação e da máquina. A partir de inúmeras simulações, para a estabilização da rotação adimensional, variando o tempo da água, o tempo da máquina e a rejeição, percebeu-se que os coeficientes utilizados no método de Ziegler-Nichols não apresentavam bons resultados em algumas situações, deixando evidente a necessidade de uma adequação. As equações propostas neste trabalho permitem a obtenção de valores mais adequados para as constantes proporcional, integral e derivativa através dos valores da constante proporcional última e do período último, como já utilizado no método de Ziegler-Nichols, em função do tempo da água, do tempo da máquina e da rejeição da potência
Abstract: This work presents a new proposal to obtain the parameters of the regulator of a hydraulic turbine, looking for the goal to increase the operational control of a hydroelectric power plant. Among many existing methods, the Ziegler-Nichols shows itself adequate because in the determination of the parameters of the regulator simulations are carried out witch consider all the hydraulic behavior of the installation and the machine. From many simulations, to the adimensional rotation stabilization, varying the water time, the machine time and the rejection, it was realized that the coefficients used in the Ziegler-Nichols method weren't presenting good results in some situations, leaving evident the needy of an adaptation. The equations suggested in this work allow obtaining more adequate values to the proportional, integral and derivative constants, through the constant last proportional values and the last period, as already used in the Ziegler-Nichols method in function of the water time, the machine time and the power rejection
Doutorado
Recursos Hidricos
Doutor em Engenharia Civil

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Maidana, Cristiano Frandalozo. "Desenvolvimento de turbinas de múltiplos discos : estudo de modelos analíticos e análise experimental." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2015. http://hdl.handle.net/10183/127907.

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Abstract:

Neste trabalho é realizada a concepção, projeto, construção e ensaio de turbinas de múltiplos discos para a verificação dos principais parâmetros e metodologias utilizadas para o projeto e análise do equipamento, além de estudar formas de otimização do equipamento. Assim, uma turbina de múltiplos discos é construída e testada com diferentes configurações de rotores, em uma bancada experimental construída e dimensionada especialmente para esse fim, além da implementação dos métodos analíticos pesquisados no software Engineering Equation Solver (EES). Assim, uma comparação entre os resultados experimentais obtidos por Rice e os modelos de analíticos disponíveis, mostra que o modelo do fator de atrito (FA) é o que melhor representa a operação do equipamento, além de ser o mais versátil dos métodos testados, permitindo que a turbina seja dimensionada e otimizada para várias configurações de construção. Já os resultados experimentais obtidos com um dos protótipos de turbina construído e operado com ar comprimido, mostram que, com modificações simples da geometria, configuração e acabamento superficial dos discos que compõem o rotor, é possível aumentar a eficiência isentrópica em até 35% em relação a turbina padrão montada com a configuração padrão de rotor (discos lisos), sem acarretar prejuízo em alguns dos principais benefícios da utilização deste tipo de equipamento. Os resultados experimentais obtidos mostram também que a eficiência diminui significativamente com o aumento da folga entre o raio externo do rotor e a parte interna da carcaça.
This work is performed conception, design, construction and testing of multiple-disks turbines (MDTs) for the verification of key parameters and methodologies used for the design and analysis of machine as well as consider ways to equipment optimization. Thus, a multiple-disk turbine is constructed and tested with different impeller configurations, in a test rig especially constructed and dimensioned for this purpose, besides the implementation of the analytical methods in software Engineering Equation Solver (ESS). Thus, a comparison between the experimental results obtained by Rice and analytical models available, shows that the friction factor model (FF) is what best represents the operation of the equipment, and is the most versatile of the tested methods, allowing the turbine is sized and optimized for various building configurations. Since the experimental results obtained with one of the turbine prototypes built and operated with compressed air, show that with simple modifications of geometry, configuration and surface finish of the disks that make up the rotor, it is possible to increase the isentropic efficiency by up to 35% compared the standard turbine rotor mounted with the default configuration (flat disks), without causing damage in some of the major benefits of using this type of equipment. The experimental results also show that efficiency decreases significantly with increasing clearance between the outer radius of the rotor and the internal part of the housing.

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Richmond, Navarro Gustavo. "Aerodinámica de turbinas eólicas magnus de eje horizontal y su potencial uso en ambientes urbanos." Tesis, Universidad de Chile, 2014. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/130328.

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Abstract:

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica
Este estudio presenta el análisis de una turbina eólica de eje horizontal que utiliza cilindros en rotación, en lugar de aspas con perfiles alares. El principio de funcionamiento de este generador eólico es el efecto Magnus, el cual sucede cuando las aspas cilíndricas se ponen en rotación y se da una interacción entre la corriente de viento incidente y el aire que es arrastrado por las paredes de los cilindros en movimiento. De esta forma se obtiene la sustentación que pone en movimiento la turbina. El objetivo buscado es caracterizar este tipo de turbina y buscar sus posibles aplicaciones en ambientes urbanos, mediante modelos numéricos y matemáticos que permitan determinar los parámetros de funcionamiento de las turbinas eólicas Magnus de eje horizontal. Se incluye un análisis teórico del efecto Magnus mediante la teoría de Flujo Potencial, con el cual se logra obtener una expresión analítica de la fuerza que produce este efecto sobre un cilindro en rotación, partiendo de un flujo irrotacional, incompresible y no viscoso. Para estudiar el desempeño de la turbina, se propone un método numérico no iterativo, que es implementado en un código que permite predecir el rendimiento de turbinas de eje horizontal, el cual es validado con mediciones experimentales de turbinas convencionales. Posteriormente se adecúa el código para aplicarlo a turbinas Magnus y con ello se obtiene el comportamiento de la curva de potencia ante variaciones en la geometría y cantidad de cilindros, así como las velocidades angulares de la turbina y del aspa cilíndrica. Los resultados de las simulaciones numéricas se procesan para obtener un modelo matemático del comportamiento de la turbina, el cual permite definir parámetros óptimos de operación y establecer un valor máximo de 0,2 para el coeficiente de potencia de este generador eólico, en el marco de su aplicación en ambientes urbanos.

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Alexandre, Denise Barros [UNESP]. "Desenvolvimento de sistema computacional para pré-dimensionamento de turbinas para micro, mini e pequenas centrais hidrelétricas." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2004. http://hdl.handle.net/11449/90576.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-01-30Bitstream added on 2014-06-13T18:21:00Z : No. of bitstreams: 1 alexandre_db_me_botfca.pdf: 3742670 bytes, checksum: 98e41e6dc4b4d0b4dc5de6f363be576f (MD5)
Universidade Estadual Paulista (UNESP)
O Brasil é o país que possui uma das maiores reservas mundiais de hidroenergia, em razão da quantidade imensa de rios em seu território. Em diversas áreas isoladas, tais como grupos populacionais dispersos em áreas rurais, a mais importante alternativa de produção e utilização de energia renovável é representada pelas Micro, Mini e Pequenas Centrais Hidrelétricas, que promovem oferta de energia elétrica utilizando pequenos aproveitamentos hidroenergéticos. Para pequenos aproveitamentos, o projetista de uma central hidrelétrica deve, ao definir o tipo de turbina hidráulica, fixar-se nos rotores Pelton, Francis e Kaplan e nas turbinas Banki, por serem os mais freqüentemente encontrados na prática usual. O projeto destes aproveitamentos hidroenergéticos requer muitos detalhes, regras e cálculos matemáticos que exigem tempo e conhecimento do assunto, tornando desejável uma ferramenta que forneça, de forma rápida e clara, a informação sobre os dados envolvidos no dimensionamento de equipamentos. Na sociedade moderna, tal necessidade de informação é constantemente suprida pela informática, com o uso de softwares específicos para o assunto em foco. Com esta idéia, foi desenvolvido o presente trabalho, considerando-se que a criação de um software que atende aos requisitos dos projetos de aproveitamentos hidroenergéticos executa o papel importante de ser uma ferramenta de desenvolvimento da eletrificação rural. Este trabalho pretende, especificamente para geração de energia elétrica através de pequenas centrais hidrelétricas, estabelecer um roteiro completo para pré-dimensionar turbinas hidráulicas, implementar este roteiro em sistema computacional, e criar uma interface de software de fácil uso. A partir das variáveis: vazão do rio, altura de queda do rio, e altitude local, as quais são fornecidas pelo usuário...
Brazil is the country that possesses one of the largest world reservations of hydraulic power, in reason of the immense amount of rivers in its territory. In diverse isolated areas, such as dispersed population groups in rural areas, the most important alternative of production and use of renewable energy is represented by the Micro, Mini and Small Hydroelectric Power Stations, that promote offer of electric energy using small uses hydroelectric power. For small uses, the planner of hydroelectric power plants, when defining the type of hydraulic turbine, to fix itself in the Pelton, Francis and Kaplan rotors and in the Banki turbines, for they be more frequently the found in the usual practice. The project of these uses hydroelectric power requests many details, rules and mathematical calculations that demand time and knowledge of the subject, turning desirable a tool that supplies, in a fast and simple form, the information on the data involved in the sizing of equipment. In the modern society, such need of information constantly is supplied by computer science, with the use of specific software for the subject in focus. With this idea, the present work was developed, being considered that the creation of a software that assists to the requirements of the projects of uses hydroelectric power executes the important paper of being a tool of development of the rural electrification. This work intends, specifically for generation of electric energy through small Hydroelectric Power Stations, to establish a complete guide of orientation for to make initial calculations of the dimensions of hydraulic turbines, to implement this guide of orientation in computational system, and to create an interface of software of easy use. Starting from the variables: outflow of the river, height of fall of the river, and local altitude, which is supplied by the user... (Complete abstract click electronic access below)

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Corrêa, Leonardo Candido. "Emulação dos regimes permante e transitório das turbinas de eixo horizontal incluindo o modelo estático da turbina magnus." Universidade Federal de Santa Maria, 2014. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8552.

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Abstract:

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
The lodgment of wind sites is in a visible growing demand not only in Brazil, but all over the world. The wind energy, even though consolidated, still hosts many scientific researches and industrial development in several areas such as control, power converter topologies and stability of grid connected wind turbines (WT). Due to the remarkable development of this technology in the market and the wind seasonality characteristics, it is difficult to study this power source in its operation field. Thus, a controlled environment for testing is desirable. This dissertation presents a topology of horizontal axis wind turbines (HAWT) emulator using a DC motor to provide an electrical generator the same torque that it would if it was driven by a typical WT. In addition to the static model, represented by the pitch angle and power coefficient, a dynamic model of HAWT is proposed in order to improve the representation of real turbines in the field, which allows characterizing the effect of wind shear, towering shadowing and turbine yaw. Furthermore, it permits emulating large inertia machines through smaller engines, by changing the torque imposed on the generator. The appealing motivation in this thesis is that the Magnus turbine emulation includes a relative new type of wind machine that possesses rotating cylinders instead of the traditional propeller blades in traditional HAWT. It is shown how these cylinders increase the available torque, then producing useful power even at lower wind speeds. Simulated and experimental results to evaluate the performance of the wind turbine emulator are presented. Both turbines are analyzed with and without MPPT. Finally the conclusions of this work are presented as well as new proposals for future works.
A instalação de parques eólicos tem se expandido não só no mundo, mas também no Brasil. A energia eólica, apesar de ser já bastante consolidada, ainda é palco para muitos trabalhos científicos e pesquisas na indústria nas áreas de controle, topologias de conversores de potência e estabilidade na conexão de aerogeradores com a rede. Devido a este fato junto com a sazonalidade do vento, torna-se difícil estudar esse tipo de fonte em seu âmbito de operação, sendo assim desejável um ambiente controlado para testes. Esta dissertação apresenta uma topologia para emulação de turbinas de eixo horizontal (HAWT) utilizando um motor de corrente contínua para acionar geradores com o mesmo torque que haveria caso estivessem acoplados a uma turbina real. Para melhor verossimilhança com as turbinas em campo, além do modelo estático composto pelo ângulo de passo das pás e o coeficiente de potência, propõe-se um modelo dinâmico para representar o efeito cortante do vento, o sombreamento da torre e o direcionamento da turbina em relação ao vento. Além do mais, o modelo proposto permite também a emulação de máquinas de grande inércia usando motores de menor porte, pela simples alteração do torque imposto ao gerador. O diferencial nesta dissertação consiste na possibilidade de emulação da turbina Magnus, que é um aerogerador que possui cilindros girantes no lugar das tradicionais pás presentes nas HAWT, que aumentam o torque disponível. Com isto, pode-se mostrar como a turbina Magnus pode gerar maior potência em baixas velocidades vento. São apresentados então os resultados simulados e experimentais avaliando o comportamento completo do emulador de turbinas eólicas. Ambas as turbinas são analisadas com e sem MPPT. Finalmente, são mostradas as conclusões do trabalho e as propostas para futuros trabalhos.

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Pereira, Bruno Santos Alves [UNESP]. "Modelagem matemática para otimização de um potencial hidráulico utilizando turbinas Francis e Kaplan." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2015. http://hdl.handle.net/11449/136716.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2016-04-01T17:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-11-25. Added 1 bitstream(s) on 2016-04-01T18:00:39Z : No. of bitstreams: 1 000858922.pdf: 1872274 bytes, checksum: b397cae21d423603304c87548647c94f (MD5)
A escolha do tipo de turbina a ser empregado numa dada central hidrelétrica é feita, a partir de tabelas de aplicação disponibilizadas pelos fabricantes de equipamentos, em função, basicamente, da vazão e da queda útil disponíveis do local deste potencial hidráulico. Para algumas faixas específicas destes valores, é aceitável o emprego tanto de turbinas tipo Francis quanto de turbinas tipo Kaplan. Fazendo-se a análise destes dois tipos de turbinas, para que a escolha do tipo a ser empregado seja baseada apenas em critérios técnicos e econômicos, é perceptível que as turbinas tipo Francis têm um valor de investimento menor em comparação às turbinas tipo Kaplan, mas possuem um limite operacional (em função da variação de vazão disponível) menor do que aquele aceitável por turbinas tipo Kaplan. Deste modo, a proposta deste trabalho consiste na análise comparativa do valor de investimento para a aplicação de cada tipo de turbina versus a quantidade de potência elétrica gerada ao longo do ano (considerando os limites operacionais de cada tipo de turbina) para um potencial hidráulico que apresente uma grande variação de vazão durante o ano. Para isto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional cuja função é determinar (considerando um aproveitamento hidrelétrico do qual são conhecidos o número de máquinas, a queda de referência, a vazão de referência e a série de vazões afluentes) quais unidades geradoras devem ser do tipo Francis e quais devem ser do tipo Kaplan, de modo que se obtenha o maior lucro de receita gerada pela venda de energia elétrica ao fim de um ano de funcionamento da usina. O modelo de otimização foi validado a partir de dados da UHE Sinop com informações disponibilizadas por órgãos governamentais, com resultados compatíveis com o que foi efetivamente implantado
The choice of the turbine's type to be adopted for use on a given hydraulic power plant is made, as from the application of tables deployed by the manufacturers of the equipment, on function, basically, of the flow and the high of the water drop available at hydraulic potential location. For some specific ranges of these values it is acceptable the use of both Francis turbine and Kaplan turbine. Analysing these two types of turbines, for the choice of the type be based on economic and technical criteria, it is noted that Francis turbine has a lower investiment cost comparing with Kaplan turbine but has an operational limit (in function of the variation of available flow) lower than that one acceptable by Kaplan turbine. Thus, the proposal of this work consists of the analysis of the investiment value for the application of each type of turbine versus the quantity of generated power along the year (considering the operational limits of each type of turbine) for a hydraulic potential that presents a substantial flow variation during the year. For this goal was developed a computer tool whose purpose is determine (considering a hydraulic potential which are known the quantity of generating units, the reference head, the reference flow and the incoming flows serie) which one generating unit should be Francis and which one should be Kaplan in order to obtain the higher profit generated by the sale of the eletricity after one whole of hydropower plant operation. The optmization model was validated from values of UHE Sinop with data available on government agencies and has results compatible with what was effectively implemented

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Pereira, Bruno Santos Alves. "Modelagem matemática para otimização de um potencial hidráulico utilizando turbinas Francis e Kaplan /." Guaratinguetá, 2015. http://hdl.handle.net/11449/136716.

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Abstract:

Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho
Coorientador: José Luz Silveira
Banca: José Antonio Balestiere
Banca: Christian Jeremi Coronato Rodriguez
Resumo: A escolha do tipo de turbina a ser empregado numa dada central hidrelétrica é feita, a partir de tabelas de aplicação disponibilizadas pelos fabricantes de equipamentos, em função, basicamente, da vazão e da queda útil disponíveis do local deste potencial hidráulico. Para algumas faixas específicas destes valores, é aceitável o emprego tanto de turbinas tipo Francis quanto de turbinas tipo Kaplan. Fazendo-se a análise destes dois tipos de turbinas, para que a escolha do tipo a ser empregado seja baseada apenas em critérios técnicos e econômicos, é perceptível que as turbinas tipo Francis têm um valor de investimento menor em comparação às turbinas tipo Kaplan, mas possuem um limite operacional (em função da variação de vazão disponível) menor do que aquele aceitável por turbinas tipo Kaplan. Deste modo, a proposta deste trabalho consiste na análise comparativa do valor de investimento para a aplicação de cada tipo de turbina versus a quantidade de potência elétrica gerada ao longo do ano (considerando os limites operacionais de cada tipo de turbina) para um potencial hidráulico que apresente uma grande variação de vazão durante o ano. Para isto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional cuja função é determinar (considerando um aproveitamento hidrelétrico do qual são conhecidos o número de máquinas, a queda de referência, a vazão de referência e a série de vazões afluentes) quais unidades geradoras devem ser do tipo Francis e quais devem ser do tipo Kaplan, de modo que se obtenha o maior lucro de receita gerada pela venda de energia elétrica ao fim de um ano de funcionamento da usina. O modelo de otimização foi validado a partir de dados da UHE Sinop com informações disponibilizadas por órgãos governamentais, com resultados compatíveis com o que foi efetivamente implantado
Abstract: The choice of the turbine's type to be adopted for use on a given hydraulic power plant is made, as from the application of tables deployed by the manufacturers of the equipment, on function, basically, of the flow and the high of the water drop available at hydraulic potential location. For some specific ranges of these values it is acceptable the use of both Francis turbine and Kaplan turbine. Analysing these two types of turbines, for the choice of the type be based on economic and technical criteria, it is noted that Francis turbine has a lower investiment cost comparing with Kaplan turbine but has an operational limit (in function of the variation of available flow) lower than that one acceptable by Kaplan turbine. Thus, the proposal of this work consists of the analysis of the investiment value for the application of each type of turbine versus the quantity of generated power along the year (considering the operational limits of each type of turbine) for a hydraulic potential that presents a substantial flow variation during the year. For this goal was developed a computer tool whose purpose is determine (considering a hydraulic potential which are known the quantity of generating units, the reference head, the reference flow and the incoming flows serie) which one generating unit should be Francis and which one should be Kaplan in order to obtain the higher profit generated by the sale of the eletricity after one whole of hydropower plant operation. The optmization model was validated from values of UHE Sinop with data available on government agencies and has results compatible with what was effectively implemented
Mestre

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Apaoblaza, Augsburger Pablo Ignacio. "Diseño estructural de una turbina de eje vertical para aplicaciones urbanas." Tesis, Universidad de Chile, 2014. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/116500.

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Abstract:

Ingeniero Civil Mecánico
El trabajo realizado tiene como objetivo desarrollar una metodología de diseño para la estructura de una turbina Darrieus tipo H de tres aspas. La metodología consiste en determinar los esfuerzos asociados a su funcionamiento en condiciones de viento definidas como de zonas urbanas. Se enfoca principalmente en dos elementos clave de la estructura de estas turbinas, los conectores entre álabe y eje, y el mismo eje de la turbina. Estos elementos están sometidos a momentos y torques pulsantes debido al cambio del ángulo de ataque en las aspas de la turbina a medida que esta gira. La modelación de las fuerzas ejercida por el viento sobre los álabes de la turbina se realiza utilizando el modelo Double-Multiple Streamtube. Este se usa comúnmente para la determinación de los coeficientes de potencia, normal y tangencial en turbinas de eje vertical. El objetivo es definir las dimensiones de los elementos clave de manera que soporten las condiciones de funcionamiento. Para esto se realizan primeramente cálculos teóricos para determinar las dimensiones según algunos criterios de diseño (p.ej. falla por fatiga de Goodman) para posteriormente simular lo obtenido en un software de elementos finitos y verificar los resultados. Por otro lado, es necesario verificar que el conjunto de estructuras sea funcional en términos de las vibraciones asociadas al movimiento. Se realizan por lo tanto análisis modales de frecuencia natural de manera teórica, los cuales también se comparan posteriormente con lo simulado. Al comparar la simulación con los resultados teóricos se puede ver son bastante parecidos. Se obtiene que los resultados teóricos de esfuerzo son mayores que los obtenidos mediante la simulación. Esto se puede explicar por la diferencia en las condiciones de borde, la diferencia en el método de cálculo y en menor medida a aproximaciones y simplificaciones. Sin embargo los resultados son favorables. Por otro lado, la frecuencia natural obtenida por ambos métodos es suficiente como para que la turbina no entre en resonancia. Esto quiere decir que la metodología de diseño utilizada para los elementos de la estructura de una turbina Darrieus-H es exitosa y funcionaría sin problemas en condiciones ideales.

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Ricci, Ricardo Pedroso [UNESP]. "Desenvolvimento de critérios para seleção de adesivos utilizados na fabricação de pás de turbinas eólicas." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2012. http://hdl.handle.net/11449/99677.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-23Bitstream added on 2014-06-13T19:00:07Z : No. of bitstreams: 1 ricci_rp_me_bauru.pdf: 3607185 bytes, checksum: d742c0c6ab4783eb07af6258b0f9b7ad (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
O processo de fabricação das pás de turbinas eólicas envolve a colagem de estruturas fabricadas em plásticos reforçados com fibra de vidro. Neste trabalho foram analisadas os três principais tipos de adesivos estruturais utilizados pelos fabricante de pás (epóxi, poliuretano e metil-metacrilato), com o objetivo de desenvolver critérios que auxiliem na seleção de adesivos e de tratamentos superficiais aplicados às estrutuaras a serem coladas. A caracterização dos adesivos envolveu dois tipos de ensaios mecânicos: o cisalhamento de juntas de sobreposição simples e a clivagem de juntas adesivas. Dois tipos de tratamento das superfícies dos aderentes foram utilizados: camada de sacrifício removível (peel-ply) e abrasão. Também foi realizada a análise dos modos de falha das juntas ensaiadas como auxílio de compatibilidade entre adesivo e substrato. Os resultados mostram que o tratamento via peel-ply foi o mais eficiente para as juntas coladas com epóxi e testadas em cisalhamento, ao apresentar um aumento de 28% na resistência em relação às superfícies sem tratamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura sugerem que esse tratamento gerou uma área maior de contato em relação à superfície não tratada e que causou menos danos à superfície do aderente do que o método abrasivo. Os grupos colados com adesivo metil metacrilato, independentemente do tipo de tratamento, obtiveram os maiores valores nos ensaios de clivagem, cerca de 170% superiores aos demais grupos. Para estruturas de pás corretamente projetadas para evitar cargas de peeling em suas juntas adesivas, este trabalho mostra que a melhor opção são aderentes tratados com peel-ply e colados com epóxi. Contudo, um plano de testes deve ser elaborado sempre que houver a necessidade do emprego de um novo adesivo ou método de preparação superficial
The manufacturing process of wind turbine blades involves the bonding of structures made of glass reinforced plastic. This work analyzes the theree main types of structural adhesives used by blades manufactures (epoxy, polyurethane and methyl methacrylate), with the goal of developing criteria to assist in the selection of adhesives and surface treatments applied to the structures to be bonded. The characterization of the adhesives involved two types of mechanical tests: single lap shear joints and cleavage of adhesive joints. Two types of surface treatment of the adherents were used: removable sacrifical layer (peel-ply) and abrasion. The joint failure mode analysis was also carried out as an aid to the study of compatibility between adhesive and substrate. The results show that treatment via peel-ply was the most efficient for epoxy bonded substrates tested in shear, by presenting a 28% increase in strengh compared to untreated surfaces. Images of scanning electron microscopy suggest that this treatment led to a larger area of contact relative to untreated surfaces and caused less damage to the substrate's surface than the abrasive method. The groups bonded with methyl methacrylate regardless the type of treatment, had the highest values in the cleavage test, approximately 170% higher than other groups. For propertly designed blades, that avoid peeling loads in their adhesive joints, this work shows that the best option are substrate treated with peel-ply and bonded with epoxy. However, a test plan should be prepared whenever there is the necessity of using a new adhesive or method of surface preparation

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Britto, Vinicius de Sousa de. "Hidrodinâmica de turbinas hidrocinéticas em arranjo." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2017. http://repositorio.unb.br/handle/10482/31292.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-12-18T16:03:32Z No. of bitstreams: 1 2017_ViniciusdeSousadeBritto.pdf: 7679831 bytes, checksum: 4a23eb508617cda9dfdb66a74d8aa311 (MD5)
Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-22T13:56:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ViniciusdeSousadeBritto.pdf: 7679831 bytes, checksum: 4a23eb508617cda9dfdb66a74d8aa311 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-02-22T13:56:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ViniciusdeSousadeBritto.pdf: 7679831 bytes, checksum: 4a23eb508617cda9dfdb66a74d8aa311 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22
O principal objetivo deste trabalho é investigar o comportamento do escoamento jusante de um arranjo de turbinas hidrocinéticas de eixo horizontal, por meio de um estudo numérico, denominado esteira. Deseja-se entender como o comportamento do escoamento entre os rotores pode influenciar a potência. Para realizar esse estudo foram utilizadas variáveis como velocidade média normalizada, energia cinética e intensidade de turbulência ao longo da direção axial.
The main objective of this work is to investigate downstream flow behavior by a numerical study of the turbulent wake in an arrangement of horizontal axis hydrokinetic turbines. It is intended to understand how the flow behavior close to the rotors can influence the power on the turbines. To perform this study, variables such as normalized mean velocity, kinetic energy and turbulence intensity along the axial direction were used.

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Mac, Donald Ramasy Rafaël. "Instrumentation platform and Maximum Power Point tracking control for a hydrokinetic turbine." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2017. http://repositorio.unb.br/handle/10482/24457.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-31T12:20:03Z No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5)
Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-11T16:28:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5)
Made available in DSpace on 2017-09-11T16:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RamsayRafaelMacDonald.pdf: 4803485 bytes, checksum: 10d4b13dca72d536ac829226796346ba (MD5) Previous issue date: 2017-09-11
O projeto Hydro-K tem como objetivo o desenvolvimento de uma turbina hidrocinética. O protótipo ou o modelo preliminar desta certamente apresenta incertezas e para eliminá-las são necessários testes e coleta de dados. Essa coleta foi feita através de uma plataforma instrumental desenvolvida neste trabalho. Um outro desafio foi o controle da turbina. O controle tradicional das turbinas hidrocinéticas com um eixo horizontal, velocidade variável e um angulo da pá fixo, requer o mapeamento da curva CP da turbina com antecedência. Em seguida, a sua velocidade de rotação é medida e manipulada de modo a manter a máxima eficiência do rotor. Recentemente, o controle do Maximum Power Point Tracking (MPPT) foi aplicado às turbinas eólicas. Esse método de controle elimina a necessidade de mapeamento de curva CP medindo a tensão e a saída de corrente do gerador e ajustando periodicamente a carga elétrica no gerador para manter a potência máxima de saída elétrica. Considerando as semelhanças entre as turbinas hidrocinéticas e as eólicas, é provável que o MPPT possa ser aplicado para os hidrogeradores. Um segundo objetivo desta dissertação é avaliar a eficácia do MPPT para turbinas hidrocinéticas comparando uma estratégia de controle convencional com o MPPT usando simulações no "SIMULINK". A carga elétrica no gerador é variada usando o Pulse Width Modulation (PWM). A turbina hidrocinética do Hydro-K desenvolvida na Universidade de Brasília (UnB) é equipada com um gerador síncrono-trifásico com ímã permanente. Os resultados das simulações e experiências são apresentados comparando os dois métodos de controle acima mencionados sob diferentes condições de velocidade da água, e mostram que o controle MPPT fornece uma saída elétrica superior.
A project named Hydro-K is aimed at developing a hydrokinetic turbine. The prototype or preliminary model of this turbine will inherently present uncertainties. Eliminating them requires testing and data gathering. The data is acquired using an instrumentation platform designed in this dissertation. Another challenge will be controlling the turbine. Controlling traditional horizontal-axis-variable-speed-fixed-pitch hydrokinetic turbines requires mapping its efficiency at various water and rotor speeds, i.e., the CP curve of the turbine, in advance. Whereafter, its rotational velocity is measured and manipulated in order to maintain maximum efficiency of the rotor. Recently, Maximum Power Point Tracking (MPPT) control has been applied to wind turbines. This control method eliminates the necessity of CP curve mapping by measuring the generator’s voltage and current output, and periodically adjusting the electrical load on the generator to maintain the maximum electrical power output. Considering the similarities between hydrokinetic and wind turbines, it is likely that MPPT can be effectively applied for the hydrokinetic variant. Therefore, a second objective is assessing the effectiveness of MPPT for hydrokinetic turbines by comparing a conventional control strategy with MPPT using simulations in "SIMULINK". The electrical load on the generator is varied by using Pulse Width Modulation (PWM). The Hydro-K turbine developed at the University of Brasilia (UnB) is equipped with a three-phase-permanent-magnet-synchronous- generator (PMSG). The results of the simulations are presented by comparing the two aforementioned control methods under different water velocity conditions, and show that MPPT control delivers a superior electrical output.

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Tofoli, Fabio. "Análise do comportamento de grandezas e parâmetros que determinam o dimensionamento de turbomáquinas a vapor /." Guaratinguetá : [s.n.], 2009. http://hdl.handle.net/11449/99311.

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Abstract:

Resumo: Este trabalho tem como objetivo a análise da influência de parâmetros adimensionais e grandezas dimensionais no projeto de turbomáquinas operando em diferentes situações de pressão, temperatura e vazão mássica de vapor. O trabalho é divido em duas partes principais, sendo que inicialmente são analisados os parâmetros adimensionais e as grandezas dimensionais que influenciam diretamente o valor do rendimento interno das turbomáquinas térmicas que utilizam o vapor como fluido de trabalho. Na segunda parte do trabalho são abordadas as classes de pressão e rotação específica, e sua influência no comportamento de parâmetros adimensionais. A aplicação dos resultados está diretamente ligada a especificação de turbomáquinas em sistemas de cogeração para aproveitamento de fluxos térmicos provenientes de processos, queima de combustíveis ou gases de escape de uma máquina térmica, para os quais os projetistas necessitam estimar o rendimento de tais componentes por ocasião da análise de viabilidade econômica.
Abstract: This work has as objective the analysis of the influence of dimensionless parameters and dimensional greatness in the project of turbomachinery operating in different pressure situations, temperature and flow steam. This work is shared in two main parts, which are initially analyzed the dimensionless parameters and the dimensional greatness that directly influence the internal efficiency of the thermal turbomachinery that using steam as the working fluid. In the second part of the work are accosted the classes of pressure and specific rotation, and its influence on the behavior of dimensionless parameters. The application of the results is directly linked to the specification of turbomachinery in cogeneration systems for use of heat flows from processes, burning of fuel or the exhaust gases of a thermal machine, for which the designers needs to estimate the efficiency of such components at analysis of economic feasibility.
Orientador: Paulo Magalhães Filho
Coorientador: José Nédilo Carrinho de Castro
Banca: Carlos Daniel Ebinuma
Banca: José Rui Camargo
Mestre

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Perez, Edgar Paz. "Proposta de uma metodologia para projeto construção e adequação de tubo de sucção numa turbina Michel-Baki /." Guaratinguetá : [s.n], 2003. http://hdl.handle.net/11449/99345.

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Abstract:

Resumo: A turbina Michell-Banki é basicamente uma máquina de ação, sendo que a característica mais importante das turbinas de ação é a não existência do tubo de sucção. A instalação do tubo de sucção numa turbina causa o aumento da queda disponível e como conseqüência, aumenta a potência gerada e a rotação da turbina. No presente trabalho propõe-se a instalação de um tubo de sucção numa turbina Michell-Banki, visando alcançar as melhorias já indicadas acima, lembrando que ao colocar o tubo de sucção aparece um grau de reação na máquina. Foi feito uma análise mecânica-hidráulica da turbina Michell-Banki proposta, com o objetivo de encontrar as equações que permitem calcular os diversos elementos da turbina. Desta maneira o trabalho apresenta uma metodologia para projeto de uma turbina Michell-Banki com tubo de sucção. Também são apresentadas as formas de traçar o rotor, o injetor e a pá diretriz. Finalmente o trabalho apresenta ainda as recomendações para a execução de projeto e construção da turbina.
Abstract: The turbine Michell-Banki is basically an action machine, and the important characteristic of the action turbines is the no existence of the suction tube. The installation of the suction tube in a turbine increases the available fall and as consequence, it increases the generated power. The rotation of the turbine is also increased by increasing the available fall. In the present work it's proposed the installation of a suction tube in a Michell-Banki turbine, aiming to reach the improvements already indicated above, remembering that when placing the suction tube a reaction degree appears in the machine. It was done an mechanical and hydraulics analysis of the Michell-Banki turbine with the objective of finding the equations that allow to calculate the several elements of the turbine proposed, and thus presenting a methodology for project of a turbine. Finally I described the way of drawing the rotor, the injector and the guideline shovel, as well as it is also recommended the process that should be followed to build the turbine.
Orientador: Luiz Roberto Carrocci
Coorientador: Paulo Magalhães Filho
Banca: Petronio Masanobu Tanisho
Banca: José Carlos Cesar Amorim
Mestre

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Aris, Valdés Juan Carlos. "Diseño, construcción y pruebas de turbina Pelton para microgeneración hidráulica." Tesis, Universidad de Chile, 2014. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/116818.

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Abstract:

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica
Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico
La micro generación (menor a 100 [kW]) por medio de turbinas hidroeléctricas, tiene un amplio campo de desarrollo en la zona centro-sur de Chile. Este tipo de generación eléctrica ayuda a diversificar la actual matriz energética y avanzar hacia una generación a nivel país más eficiente y sustentable. Las micro centrales hidroeléctricas, además del consumo personal, permiten eventualmente la inyección y venta de potencias excedentarias a la red de distribución, lo que incentiva al usuario a adoptar nuevas tecnologías de eficiencia energética. En este contexto, el Centro de Energía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, está desarrollando el proyecto de Micro Central Hidroeléctrica Plug & Play, del cual se enmarca esta Tesis. Este trabajo de Tesis tiene como objetivo general el diseño, construcción y pruebas de funcionamiento de una turbina Pelton, con todos sus elementos, tomando como base un diseño numérico de la turbina [7]. En el Taller Mecánico del Departamento de Ingeniería Mecánica (DIMEC) se confeccionaron la mayor parte de las piezas de la turbina, así como su construcción, montaje y las correspondientes pruebas de funcionamiento. Los parámetros del recurso hídrico de diseño son: la altura neta (H_n=40 [m]), el caudal volumétrico (Q= 35 [m^3/s]) y un supuesto rendimiento global (η=70%). En base a estos parámetros, se realizó todo el diseño y manufactura de las partes de esta turbina, el inyector, el housing , el eje, y todo lo que fue necesario para llevar a cabo las pruebas de esta máquina. Se realizan las pruebas correspondientes para obtener las prestaciones de funcionamiento de la turbina, tales como generación eléctrica posible y rendimientos en una amplia gama de alturas de carga y caudales predeterminados, de 19 a 60 [m] y de 17 a 45 [lt/s], respectivamente. Las pruebas de funcionamiento conducen a la elaboración del diagrama de explotación, el que muestra el comportamiento esperado del grupo Turbina-Generador, con una potencia eléctrica máxima de 11 [kW] y un rendimiento máximo del 64%, que corresponde a un 75% de rendimiento con respecto a la potencia al eje de la turbina. Estos valores suponen un rendimiento del Generador del orden del 85%. Para los valores de diseño de la turbina (40 [m] y 35 [m^3/s]) la potencia del grupo Turbina-Generador se obtuvo una potencia de 8 [kW] y un rendimiento del 59%, correspondiendo a un 69% respecto de la potencia al eje de la turbina. En conclusión, las prestaciones del grupo Turbina-Generador son razonablemente aceptables respecto a los supuestos establecidos inicialmente para su diseño. Los resultados alcanzados dejan nuevos desafíos para desarrollos futuros, esto es, optimizar la geometría y fabricación de las cucharas de la turbina Pelton con tornos numéricos CNC. Incorporar instrumentos de medición más precisos con señal de salida digital, tales como: caudalímetros electromagnéticos o ultrasónicos, torquímetros, tacómetros, tubos de Pitot de alta precisión, sistema de adquisición de datos, circuito hidráulico mejorado, etc.

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Antunes, Júlio Santana [UNESP]. "Código computacional para análise de sistemas de cogeração com turbinas a gás." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 1998. http://hdl.handle.net/11449/106455.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1998Bitstream added on 2014-06-13T18:07:37Z : No. of bitstreams: 1 antunes_js_dr_guara.pdf: 1990112 bytes, checksum: fec1ab4e133a1f22bdc262ef1e750b70 (MD5)
Este trabalho apresenta as fases do desenvolvimento de um programa computacional elaborado com a finalidade de selecionar, dimensionar e especificar sistemas de cogeração com turbinas a gás, buscando satisfazer as demandas térmicas do processo (operação em paridade térmica). As configurações utilizadas são: turbina a gás associada à caldeira de recuperação, turbina a gás associada ao sistema de refrigeração por absorção e turbina a gás associada à caldeira de recuperação e turbina a vapor (ciclo combinado). O programa computacional seleciona sistemas de turbinas a gás comercialmente disponíveis no mercado (condições ISO) e faz correções de performance para as condições ambientais do local da instalação. O código computacional efetua análises energéticas, exergéticas, energoeconômicas e exergoeconômicas, sempre buscando escolher os melhores sistemas de turbinas a gás dentre os previamente selecionados.
This work presents the steps to structure a computer program for selecting, dimension and specifying gas turbine cogeneration systems, satifying the termical condition of the process. The following configurations are used: gas turbine associated to the heat recovering, gas turbine associated to the absorption cooling system, gas turbine associated to the recovering and vapor turbine (combined cycles). The computational program selects gas turbine systems commercially available and performs corrections due to the local environment of the gas turbine system. The computational code develops: energetic, exergetic, economic and exergoeconomic analysis, always searching to choose the best gas turbine systems.

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Alexandre, Denise Barros 1974. "Desenvolvimento de sistema computacional para pré-dimensionamento de turbinas para micro, mini e pequenas centrais hidrelétricas /." Botucatu : [s.n.], 2004. http://hdl.handle.net/11449/90576.

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Abstract:

Orientador: Nelson Miguel Teixeira
Banca: José Angelo Cagnon
Banca: Isidoro Casal Caminha Junior
Resumo: O Brasil é o país que possui uma das maiores reservas mundiais de hidroenergia, em razão da quantidade imensa de rios em seu território. Em diversas áreas isoladas, tais como grupos populacionais dispersos em áreas rurais, a mais importante alternativa de produção e utilização de energia renovável é representada pelas Micro, Mini e Pequenas Centrais Hidrelétricas, que promovem oferta de energia elétrica utilizando pequenos aproveitamentos hidroenergéticos. Para pequenos aproveitamentos, o projetista de uma central hidrelétrica deve, ao definir o tipo de turbina hidráulica, fixar-se nos rotores Pelton, Francis e Kaplan e nas turbinas Banki, por serem os mais freqüentemente encontrados na prática usual. O projeto destes aproveitamentos hidroenergéticos requer muitos detalhes, regras e cálculos matemáticos que exigem tempo e conhecimento do assunto, tornando desejável uma ferramenta que forneça, de forma rápida e clara, a informação sobre os dados envolvidos no dimensionamento de equipamentos. Na sociedade moderna, tal necessidade de informação é constantemente suprida pela informática, com o uso de softwares específicos para o assunto em foco. Com esta idéia, foi desenvolvido o presente trabalho, considerando-se que a criação de um software que atende aos requisitos dos projetos de aproveitamentos hidroenergéticos executa o papel importante de ser uma ferramenta de desenvolvimento da eletrificação rural. Este trabalho pretende, especificamente para geração de energia elétrica através de pequenas centrais hidrelétricas, estabelecer um roteiro completo para pré-dimensionar turbinas hidráulicas, implementar este roteiro em sistema computacional, e criar uma interface de software de fácil uso. A partir das variáveis: vazão do rio, altura de queda do rio, e altitude local, as quais são fornecidas pelo usuário... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: Brazil is the country that possesses one of the largest world reservations of hydraulic power, in reason of the immense amount of rivers in its territory. In diverse isolated areas, such as dispersed population groups in rural areas, the most important alternative of production and use of renewable energy is represented by the Micro, Mini and Small Hydroelectric Power Stations, that promote offer of electric energy using small uses hydroelectric power. For small uses, the planner of hydroelectric power plants, when defining the type of hydraulic turbine, to fix itself in the Pelton, Francis and Kaplan rotors and in the Banki turbines, for they be more frequently the found in the usual practice. The project of these uses hydroelectric power requests many details, rules and mathematical calculations that demand time and knowledge of the subject, turning desirable a tool that supplies, in a fast and simple form, the information on the data involved in the sizing of equipment. In the modern society, such need of information constantly is supplied by computer science, with the use of specific software for the subject in focus. With this idea, the present work was developed, being considered that the creation of a software that assists to the requirements of the projects of uses hydroelectric power executes the important paper of being a tool of development of the rural electrification. This work intends, specifically for generation of electric energy through small Hydroelectric Power Stations, to establish a complete guide of orientation for to make initial calculations of the dimensions of hydraulic turbines, to implement this guide of orientation in computational system, and to create an interface of software of easy use. Starting from the variables: outflow of the river, height of fall of the river, and local altitude, which is supplied by the user... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

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Milla, Arellano Jordán Israel. "Diseño de una turbina michel banki para su implementación en el banco de ensayos de turbinas del laboratorio de energía." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/6134.

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Abstract:

En el presente proyecto se presenta una propuesta económica y versátil del acople de una turbina Michell Banki en el banco de ensayo de turbinas del Laboratorio de Energía ubicado en la sección de Ing. Mecánica. La tesis desarrollada abarca; la evaluación del banco de ensayo, a fin de utilizar la mayoría de recursos existentes en él y obtener los parámetros de operación de la turbina Michell Banki; el diseño hidráulico y mecánico de la turbina para el desarrollo de los planos; la implementación del banco con el propósito de indicar las modificaciones realizadas; y los costos para estimar la inversión del proyecto. Los parámetros de operación de la turbina son los siguientes: 200 W de potencia en el eje, velocidad de rotación de 1000 rpm, 70% de eficiencia, velocidad específica igual a 43, salto neto de 6,5 m y caudal de 4,7 l/s. Entre los principales componentes la turbina se obtuvo un rotor de 100 mm de diámetro y 35 mm de ancho; un eje de 15 mm de diámetro en la sección que acoge al rotor y de 28 mm en la sección más ancha; un inyector de 125 mm de largo, 23,3 mm de ancho y 26 mm de altura de garganta. El rotor será fabricado con acero inoxidable AISI 316L, el eje de AISI A570 y el inyector con acero ASTM A36 cubierto con pintura epóxica al cuidado de la corrosión. La principal modificación del banco de ensayo para el acople de la turbina está relacionada con el cambio de electrobomba y la incorporación de elementos como la pieza de transición y la tubería rectangular. De este modo se seleccionó una electrobomba monoblock de 1,9 HP de potencia, 3500 rpm, 18 m.c.a. y 4,5 l/s de caudal con alimentación 220/440 V, la cual puede trabajar con ambas turbinas (2990 rpm para Michell Banki y 3100 rpm para Pelton) según el acondicionamiento del banco de ensayo. Asimismo, el acople de la electrobomba requiere la fabricación de una brida de succión y una de descarga. El costo total del proyecto es de S/. 21,091.65, en donde está incluido S/. 16,000 por parte del diseño y S/. 5,091.65 por parte de la implementación (materiales y accesorios, fabricación y montaje).
Tesis

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Povis, Matos Jorge Antonio. "Estudio comparativo de perfiles aerodinámicos de álabes para una turbina eólica de 3 KW mediante método analítico y simulación numérica." Bachelor's thesis, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/7397.

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Abstract:

El presente trabajo de tesis consiste en el análisis aerodinámico de perfiles de sustentación para un aerogenerador de tres álabes de eje horizontal con una potencia de 3kW. El principal objetivo reside en la determinación y comparación de la eficiencia aerodinámica de 4 perfiles de sustentación mediante método analítico para finalmente evaluar el perfil de mayor eficiencia a través de simulación numérica por medio de software CFD. A través de la combinación de las teorías de cantidad de movimiento y del elemento del álabe se logra desarrollar el método analítico que consiste en un proceso de cálculo iterativo con el cual se analiza 4 perfiles aerodinámicos, en cada condición de operación y en cada sección del álabe en las que se dividió. Esto lleva a obtener los parámetros que definen el rendimiento aerodinámico para luego comparar los perfiles mediante las curvas de coeficiente de potencia vs velocidad especifica de la punta del álabe obteniéndose que el perfil de mayor eficiencia es el WORTMANN FX 60-126. Luego de seleccionar el perfil más eficiente se procede a evaluar sus características mediante simulación numérica a través del análisis de volúmenes finitos para flujo externo en software CFD. Se presenta la metodología de trabajo para elaborar el modelado, el mallado, las condiciones de contorno y el análisis de convergencia en el modelo de turbulencia SST. Al obtener los resultados de potencia por simulación numérica se comparan las curvas de rendimiento entre ambos métodos desarrollados, concluyendo principalmente que el método analítico es un proceso de cálculo confiable ya que la curva de eficiencia presenta la forma característica de campana para aerogeneradores de eje horizontal. Como resultado se tiene que mediante la comparación de las curvas de coeficiente de potencia vs velocidad específica en el perfil seleccionado la variación del coeficiente de potencia es de aproximadamente 15% para la mayor parte de las condiciones de operación. Finalmente, se muestra la resolución de los fenómenos aerodinámicos donde se observa el cambio de presión y velocidad del viento al atravesar el rotor, la resolución del perfil de velocidad en la capa límite, las líneas de flujo y la turbulencia generada por el paso de viento sobre el rotor, la diferencia de velocidades y presiones alrededor del perfil aerodinámico que generan la fuerza de sustentación y finalmente la potencia. Concluyéndose que el procedimiento desarrollado para la simulación numérica es confiable ya que describe los fenómenos aerodinámicos esperados teóricamente.
Tesis

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Siqueira, Ricardo Barbosa Posch [UNESP]. "Construção de diagramas de custos para PCH incorporando turbinas de mercado." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2006. http://hdl.handle.net/11449/99328.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-07-17Bitstream added on 2014-06-13T21:00:26Z : No. of bitstreams: 1 siqueira_rbp_me_guara.pdf: 4087049 bytes, checksum: 0609f7f47f73265753a9783e604996e8 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Para iniciar os estudos técnicos e econômicos para instalação de uma pequena central hidrelétrica (PCH), vários fatores devem ser analisados, sendo estes dependentes das condições e conveniências locais, juntamente com a cojuntura econômica do país em que será implantada a PCH. Na complexidade do mercado, em que todos os setores são influenciados, deve-se atentar para os principais pontos que podem interferir no resultado da viabilidade do projeto de uma usina gerador, analisando a taxa de juros para o financiamento, os preços praticados no mercado por fabricantes de equipamentos e serviços, entre outros fatores. O objetivo desta dissertação é elaborar diagramas de custos de geração de energia em função da altura de queda e vazão liquídas, disponibilizadas no diagrama de utilização do catálogo fornecido pelo fabricante de turbinas com experiência no mercado de PCH. A construção dos diagramas tem o suporte de um programa denominado PB, elaborado para determinar os custos de geração, com base nos valores obtidos no diagrama de custos de investimento em PCH. Os principais componentes de uma PCH, juntamente com as características dos equipamentos são abordados.
To begin the technical and economic studies for installation of a Small Hidroelectric Plant, several factors should be analyzed, being these dependents of the conditions and local conveniences, togheter with the economic conjuncture of the country in that the Small Hidroelectric Plant will be implanted. In the complexity of the market, in that all the sections are influenced, it should be attempted for the main points tha can interfere in the result of the viability of the project of a generating power plant, analyzing the interest rate for the financing, the prices practiced in the market by suppliers of equipments and services, among other factors. The objective of this dissertation is to elaborate diagrams of energy generation costs in function of the fall height and liquid flow, showed in the user diagram from the catalog supplied by the manufacturer of turbines with experience in the market of PCH. The construction of the diagram has the support of a denominated program PB elaborated to determine the generation costs, with base in the values obtained in the diagram of investment cost in PCH. The main components of a PCH, togheter with the characteristics of the equipments they are approached.

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Holmberg, Quintela Errol. "Fundación de Turbinas Eólicas Mediante Pilote Preexcavado." Tesis, Universidad de Chile, 2007. http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/104598.

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Bueno, Alexandre. "Estudo do comportamento de materiais e efeitos de parâmetros de processo para aumento de vida útil de turbinas hidráulicas tipo Francis." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-20072017-160831/.

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Abstract:

A seleção adequada dos materiais e do processo de fabricação de rotores hidráulicos de turbinas Francis continua entre os maiores desafios enfrentados pelas empresas do setor desde sua criação no final do século XIX. A garantia de operação dessas máquinas está diretamente ligada à confiabilidade dos materiais, projetos e dos processos de fabricação, além da rigorosa observação de procedimentos e normas. Para que se consiga assegurar que ao final do processo de fabricação os procedimentos tenham sido respeitados, inúmeros testes são necessários. Alguns destes testes, porém podem afetar as próprias diretrizes para a execução do projeto ou fabricação. Um exemplo é o ensaio de propagação de trincas em diferentes arames de fabricação tipo GMAW e FCAW, que foi realizado com materiais cuja energia de absorção de impacto variava entre 30 e 100 J. Os resultados mostraram que o trabalho de impacto do material influencia consideravelmente a tenacidade e a velocidade de crescimento de falhas, o que consequentemente leva à conclusão de que esta propriedade define a margem de segurança do material contra propagação de trincas em aplicações como a construção de rotores hidráulicos soldados. Materiais com valores superiores de energia de impacto registraram um melhor comportamento com relação à propagação de falhas sendo mais adequados em regiões de altos esforços cíclicos, como as conexões de rotores Francis (pás x cubo x coroa). O trabalho mostra ainda quais os meios metalúrgicos e químicos necessários para se atingir um material com energia de impacto superior, demonstrando que os efeitos da ductilidade do material são mais significativos do que a resistência mecânica à tração. O que põe em xeque os padrões de dimensionamento dos componentes puramente baseados na comparação de tensões estáticas com a propriedade de resistência do material em seus limites de escoamento e ruptura.
The selection of materials and manufacturing process of hydraulic Francis Runners is one of the greatest challenges faced by sector companies since their establishment in the late 19th century. The guarantee of operation of these machines is directly linked to the reliability of the materials, designs and manufacturing processes, as well as the strict observation of procedures and standards. In order to ensure that procedures have been followed to at the end of the manufacturing process, numerous tests are required. Some of these tests, however, may affect some guidelines for project or manufacturing execution. An example is the crack propagation test on different types of manufacturing wires GMAW and FCAW, which were carried out with materials that energy of impact absorption varied from 30 to 100 J. The results showed that the impact work of the material influences considerably the tenacity and the crack growth rate, which consequently leads to the conclusion that this property defines the safety margin of the material against the cracks propagation in applications such as the construction by welding of hydraulic runners. Materials with higher values of impact energy showed a better behavior related to the failure propagation being more adequate in regions of high cyclic stresses such as the connections of Francis runners (blades x band x crown). The paper also shows the metallurgical and chemical requirements to obtain a material with higher impact energy, demonstrating that the effects of material ductility are more significant than the mechanical tensile strength. This fact challenges the current design standards of components based purely on the comparison of static tensions with the resistance property of the material at their resistance and rupture limits.

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ALENCAR, Harley Souza. "Estudo numérico da termo-aerodinâmica de câmaras de combustão para turbinas a gás: aplicação ao caso de micro turbinas." reponame:Repositório Institucional da UNIFEI, 2007. http://repositorio.unifei.edu.br/xmlui/handle/123456789/1712.

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Abstract:

Submitted by repositorio repositorio (repositorio@unifei.edu.br) on 2018-09-26T14:17:13Z No. of bitstreams: 1 tese_0031723.pdf: 10903446 bytes, checksum: f9c46c1935ae5442a5562cfaab0a6f37 (MD5)
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Este trabalho estuda o comportamento de uma câmara de combustão para uma micro turbina a gás na condição nominal e em regime permanente. Para isso, é desenvolvida uma metodologia que aplica a Dinâmica de Fluido Computacional com a função de determinar a distribuição de pressão, velocidade e temperatura, os quais são úteis para entender o comportamento termo aerodinâmico da chama e sua influência para o projeto da câmara de combustão. A câmara de combustão adotada é do tipo Anular. Foi projetada para operar com diesel e/ou querosene. Este equipamento aciona uma microturbina a gás da Solar Turbines com potência igual a 50 [kW], a qual está instalada no Laboratório de Sistemas Térmicos do NEST-UNIFEI. Devido ao fato deste equipamento poder apresentar escoamento turbulento e chamas híbridas (pré-misturadas ou não pré-misturadas), diferentes aproximações matemáticas são testadas para simular seu escoamento e seu processo de combustão. O fluido adotado é o gás natural, o qual é padrão para muitas pesquisas sobre combustão, uma vez que seu mecanismo de reação é bem conhecido e apresenta baixas emissões de poluentes. Os modelos de escoamentos turbulentos testados são k- ɛ, RNG k- ɛ e SST. Os modelos de combustão testados são Eddy Dissipation Model (EDM) e Laminar Flamelet Model (LFM). Os modelos de transferência de calor por radiação testados são Discrete Transfer Model e P1 Model. São realizados também estudos de validação destes modelos a fim de identificar os modelos mais precisos. O Software comercial adotado é ANSYS CFX v5.7®. A reação química do gás natural adota reação com duas etapas para o metano e o etano, porque representam sua principal composição química. A reação química da combustão é simulada pelo software GASEQ®, o qual é útil para determinar a concentração das emissões. As características termodinâmicas nas entradas e saídas dos componentes do ciclo térmico da micro turbina a gás são simuladas pelo software GateCycle® da GE. Desta forma, este trabalho permite também apresentar uma análise inicial para avaliar as potenciais modificações no projeto original para a câmaras de combustão, quando operam com diferentes combustíveis e seus efeitos no comportamento termo aerodinâmico da chama.

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MENEZES, Eduardo José Novaes. "Controle de turbinas eólicas: desenvolvimento, simulação e análise de sistemas de controle avançados para turbinas eólicas de grande porte." Umiversidade Federal de Pernambuco, 2016. https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/17935.

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Abstract:

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-09-28T18:48:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Controle de Turbinas Eólicas_Eduardo_Menezes.pdf: 2248110 bytes, checksum: b04563e9c8a7cc3ae7a8af844c3aa9c7 (MD5)
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CNPQ
As turbinas eólicas são as máquinas responsáveis pela conversão de energia a partir de uma fonte primária profundamente irregular e variável, o vento. Para extrair energia do vento e transformá-la em energia elétrica de maneira eficiente e segura, os sistemas de controle são componentes essenciais das turbinas eólicas. Eles são responsáveis por regular velocidade e/ou potência e por reduzir as cargas mecânicas e as vibrações na estrutura. O crescente tamanho das atuais turbinas eólicas, que constituem estruturas de grande porte e cada vez mais flexíveis, faz com que a interação da dinâmica estrutural com os sistemas de controle se torne uma questão fundamental. O controle de pitch é utilizado para mitigar as cargas mecânicas e controlar a potência. Os sistemas de controle utilizados como padrão na indústria eólica são sistemas de uma entrada-uma saída (single-input, single-output, SISO). Sistemas avançados de múltiplas entradas e múltiplas saídas (multiple-input, multiple-output, MIMO) baseados no método de espaço de estados e no Controle por Acomodação de Distúrbios (DAC) podem melhorar a performance e resolver alguns problemas de instabilidade dinâmica que surgem com os sistemas de controle padrão. O uso de sistemas de controle avançados foi proposto e testado em trabalhos anteriores para uma turbina de médio porte, a CART-750kW, e bons resultados foram obtidos. No entanto, a mesma metodologia ainda não foi testada em turbinas de grande porte. Neste trabalho, a metodologia MIMO em espaço de estados é aplicada à turbina de grande porte NREL 5 MW, com o objetivo de controle estável de velocidade na Região 3 e de mitigação de cargas mecânicas através da adição de amortecimento ativo aos modos estruturais. Foram implantados e simulados os sistemas de controle padrão e avançados para esta turbina. Assim, é possível analisar a evolução da performance que os sistemas de controle avançados proporcionam em turbinas de grande porte e avaliar as diferenças entre as turbinas de médio porte (CART -750kW) e de grande porte (NREL 5 MW).
Wind turbines are the machines that extract energy from the wind, a primary source deeply irregular and variable. Control systems are essential for extracting wind energy and transforming it into electrical energy in a efficient and safe manner. They are responsible for regulating speed/power and reducing mechanical loads/vibrations on the structure. The increasing size of wind turbines, which are becoming large-scale and flexible structures, makes the interaction of control systems and structural dynamics a main concern. The pitch control is used to mitigate mechanical loads and to regulate power. The standard control systems used in the wind industry are single-input, single-output control systems (SISO). Advanced multipleinput, multiple-output systems (MIMO) using state-space techniques and Disturbance Accomodating Control (DAC) can improve performance and solve some problems of dynamic instability of standard control systems. The use of advanced control systems was proposed and tested in previous works for a medium-scale turbine, CART-750kW, and good results were obtained. However, the same methodology has not yet been tested in large-scale turbines. In this work, MIMO control systems are applied to the large-scale turbine NREL 5 MW, with the goal of stable speed control in Region 3 and mitigation of mechanical loads by adding active damping to the structural modes. Standard and advanced control systems were implemented and simulated. Thus, it is possible to analyze the evolution of performance provided by advanced control systems in large-scale turbines and evaluate the differences between mediumscale turbines (CART -750kW) and large-scale (NREL 5 MW).

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Miranda, Ana Rafaela Sobrinho de. "Sistema modular de acionamento,controle e monitoramento de ensaios de turbinas de eixo horizontal." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2018. http://repositorio.unb.br/handle/10482/33863.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.
O presente trabalho teve como objeto de estudo ensaios de turbinas de eixo horizontal, tanto hidrocinéticas quanto eólicas. O Laboratório de Energia e Ambiente da Universidade de Brasília executa esses ensaios em campo e em túnel de vento, por meio de três módulos: acionamento, controle e monitoramento. O objetivo principal foi aprimorar o sistema de ensaios de turbinas de eixo horizontal, por meio da metodologia de projeto de produtos. A partir da modelagem conceitual foi desenvolvida a síntese funcional do sistema. Ensaios funcionais permitiram a avaliação do sistema e de cada um de seus módulos, promovendo a validação da síntese funcional e contribuindo com a concepção das alternativas de aprimoramento. Os três módulos foram reconfigurados, no sentido de se atender o maior número possível de necessidades dos usuários. Primeiramente, o módulo de acionamento foi ensaiado com o sistema supervisório ScadaBR, considerado mais didático pelos usuários, permitindo os comandos do motor do túnel de vento. Em um segundo momento, o módulo de controle foi reconfigurado através do projeto de um novo controlador de rotação das turbinas, utilizando uma técnica de sintonia automática do Matlab. Essa reconfiguração promoveu flexibilidade na escolha de um controlador mais adequado aos requisitos dos ensaios. Por fim, o módulo de monitoramento foi reconfigurado e implementado na plataforma de turbinas hidrocinéticas do Projeto Hydro-K, instalada no rio Tietê, à jusante da Usina Hidrelétrica de Bariri, estado de São Paulo. Como resultados, esta dissertação apresenta três alternativas de melhorias funcionais para o sistema analisado, fundamentadas pela metodologia aplicada e pelos ensaios funcionais desenvolvidos. As três alternativas ofereceram diferentes configurações ao sistema, sendo que a terceira representa a maior contribuição deste trabalho. Concebida sob o contexto de flexibilidade, a última alternativa proposta sugere operações com os módulos, permitindo que o usuário defina o tipo de ensaio e quais os equipamentos a serem utilizados, de acordo com suas necessidades. A solução para a terceira alternativa, propõe o uso do ScadaBR, que permite a integração das funções dos três módulos e concentra a operacionalização de todo o sistema. Com isso, requisitos de maior confiabilidade e flexibilidade de operação do sistema são atendidos.
The present work had as its object of study horizontal axis turbines tests, both hydrokinetic and wind turbine. The Laboratory of Energy and Environment of the University of Brasilia performs these tests in filed and wind tunnel, through three modules: activation, control and monitoring. The main objective was to improve the horizontal axis turbine tests system, through the methodology of product design. From the conceptual modeling the functional synthesis of the system was developed. Functional tests allowed the evaluation of the system and each of its modules, promoting the validation of functional systhesis and contributing to the design of the improvement alternatives. The three modules have been reconfigured in order to meet the greatest possible number of users’ needs. First, the activation module was tested with the ScadaBR supervisory system, considered more didatic by the users, allowing the wind tunnel motor controls. In a second moment, the control module was reconfigured through the design of a new controller of rotation of the turbines, using the technique of automatic tuning of Matlab. This reconfiguration promoted flexibility in choosing a controller more suited to the test requirements. Finally, the monitoring module was reconfigured and implemented on the hydrokinetic turbines platform of the Hydro-K Project, installed in the Tiete River, downstream of the Bariri Hydropower Plant, in the state of Sao Paulo. As results, this dissertation presents three functional improvement alternatives for the analyzed system, based on the methodology applied and the functional tests developed. The three alternatives offered different configurations to the system, and the third one represents the major contribution of this work. Conceived under the context of flexibility, the last proposed alternative suggests operations with the modules, allowing the user to define the type of test and which equipment to use, according to their needs. The solution to the third alternative, proposes the use of ScadaBR, which combine the functions of the three modules and concentrate the operationalization of the entire system. With this, requirements of greater reliability and flexibility of operation of the system are met.

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Wendler, Ernst Richard Georg. "Variations on the double-multiple streamtube model for Darrieus straight-bladed vertical-axis wind turbines to improve predictions of performance and flow expansion." Tesis, Universidad de Chile, 2014. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/132048.

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Abstract:

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica
Ingeniero Civil Mecánico
El propósito del presente trabajo es formular una herramienta computacional de bajo costo que determine la potencia y la expansión de flujo de turbinas eólicas de eje vertical (VAWTs) tipo Darrieus. Esta herramienta puede ser útil para predecir el desempeño aerodinámico de VAWTs en ambientes urbanos o en granjas eólicas. En este trabajo se realizan variaciones en el modelo doble-múltiple tubos de corriente (DMS) para turbinas Darrieus de álabes rectos (SB-VAWTs) con el fin de mejorar las predicciones de desempeño aerodinámico y expansión del flujo. Se presentan los antecedentes generales y el marco teórico del modelamiento de las Darrieus SB-VAWTs. El caso de referencia está compuesto por las mediciones de campo de una Darrieus SB-VAWT de 12 kW (6 m de diámetro) encontradas en la literatura y las simulaciones computacionales bidimensionales realizadas en el software ANSYS Fluent 13.0. Se plantea y verifica una representación matemática de las líneas de corriente para modelar el promedio temporal de la expansión de flujo alrededor de SB-VAWTs. Se presenta una nueva formulación del modelo DMS basado en momentum con expansión de flujo. El desempeño aerodinámico y la expansión de flujo son calculados en MATLAB utilizando coeficientes aerodinámicos empíricos y los resultados de las simulaciones computacionales. Se propone una nueva formulación del modelo DMS basado en la conservación de energía mecánica. Ambas formulaciones estudiadas presentan problemas de convergencia para altas razones de velocidades de punta de álabe. Las predicciones de expansión de flujo se encuentran alejadas de las obtenidas en las simulaciones computacionales. Se cuantifica e interpreta el error de los modelos DMS basados en momentum y en energía al imponer la expansión obtenida por las simulaciones computacionales. A partir de los datos de fuerza en el sentido del flujo y la expansión de los tubos de corriente, se propone una ecuación alternativa para el balance de momentum lineal considerando un modelo de múltiples tubos de corriente. Dicha relación permite la convergencia y una buena estimación de la expansión del flujo para todas las velocidades de rotación de turbina estudiadas. Se recomienda como trabajo futuro el mejoramiento del cálculo de las fuerzas aerodinámicas basadas en coeficientes aerodinámicos empíricos considerando los efectos dinámicos.

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Brandão, Jose Geraldo Trani. "Vibrações em turbina francis com enfase em vertice de nucleo." [s.n.], 1987. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/264839.

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Abstract:

Orientadores: Hans Ingo Weber, Marcio Tadeu de Almeida
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas
Made available in DSpace on 2018-07-14T07:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brandao_JoseGeraldoTrani_M.pdf: 2216073 bytes, checksum: 9c04e0dfde6fa264a12e6fe97f2a7d6d (MD5) Previous issue date: 1987
Resumo: No Brasil grande parte das Usinas Hidrelétrica utiliza Turbinas Francis, onde existe uma grande quantidade de fenômenos vibratórios que trazem sérios problemas estruturais. As vibrações tornam-se problemáticas quando as mesmas operam em carga parcial, e o fenômeno, aqui denominado de "Vórtice de Núcleo", se destaca excitando as estruturas em baixa freqüência. Este problema tornou-se mais crítico a partir da época em que se começou a utilização de Turbinas Francis da nova geração, denominadas Turbinas Francis Rápidas. Objetivando estudar o fenômeno na sua forma de excitação, na faixa de operação em que o mesmo atua com maior intensidade e, se possível, fornecer subsídios para o projeto destas máquinas hidráulicas, o fenômeno foi modelado e testa do em um banco experimental de ensaio com um modelo reduzido, onde se pode verificar a sua validade.
Abstract:The most of Hydroelectric Power Plants, in Brazil, use Francis Turbines, where a lot of vibrating phenomenon's result in serious structural problems.The vibrations cause so much trouble, mainly, when the turbines operate under part loads and the phenomenon, here named the "Vortex Core", appears excitating the structures at low frequencies. The problem caused by the vibrations became more critical since the first use of the new generation Francis Turbines called Fast Francis Turbine. With the purpose of studying the excitation provoked by Vortex Core phenomenon, in the operation Range where it drives the turbine with its highest intensity, and if possible, to give more information for the design of these hydraulic machines, the phenomenon was modeled and tested in an experimental set up using a small turbine where the validity of the mathematical model was checked.
Mestrado
Mestre em Engenharia Mecânica

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Dias, Sergio Souza. "Um sistema automático de regulação e controle da geração de energia elétrica a partir de uma turbina eólica." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 1988. http://hdl.handle.net/10183/2420.

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Abstract:

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.

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Junior, Manoel Lélio Martins de Carvalho. "Resfriamento de ar de entrada em turbinas a gás no parque gerador elétrico brasileiro." Universidade de São Paulo, 2012. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/86/86131/tde-19072012-104641/.

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Abstract:

Nos últimos 15 anos houve um grande aumento na presença de turbinas a gás no parque gerador de eletricidade brasileiro. O Brasil tem predominantemente climas tropicais e subtropicais com temperaturas oscilando entre 20 e 35C na maior parte do ano. A máxima potência que pode ser gerada por uma turbina a gás aumenta com a redução da temperatura do ar de entrada na turbina. Decorre daí o interesse na aplicação de sistemas de resfriamento do ar de entrada de turbinas. Dentre os sistemas de resfriamento, os de aplicação mais simples são o de resfriamento por meio evaporativo rígido e o de resfriamento por ciclo de compressão com acionamento elétrico. Não há na literatura um estudo sistemático da aplicação de sistemas de resfriamento de ar de entrada de turbinas a gás para operação no Brasil. Este trabalho estuda a aplicação dos dois tipos mais simples de sistemas de resfriamento de ar de entrada em turbinas operando ou a serem instaladas no território brasileiro. Um modelo para simulação da resposta de turbinas a gás às variações nas condições climáticas do ar de entrada (temperatura, umidade e pressão atmosférica) é desenvolvido. O modelo necessita como parâmetros somente de dados publicados em catálogo pelo fabricante da turbina. A simulação é feita para 27 localidades brasileiras comparando a operação de um mesmo tipo de turbina sem resfriamento e com os dois tipos de resfriamento. O dados climáticos usados são dos tipos anos metereológicos típicos e anos teste de referência. O modelo de turbina desenvolvido simula de maneira satisfatória as curvas de uma turbina comercial do tipo heavy duty. Um aumento de energia anual gerada de até 4,2% foi observado para o sistema de resfriamento por meio evaporativo rígido. O aumento de energia no resfriamento evaporativo depende da depressão de bulbo úmido média do local de instalação da turbina. Para o resfriamento por ciclo de compressão com acionamento elétrico o aumento observado foi de até 11,2%. O aumento de energia para este tipo de sistema depende da temperatura de bulbo seco média do local.
In the last 15 years an ever increasing presence of gas turbines was felt in electrical power generation in Brazil. Tropical and subtropical climates dominate most of the country, with temperatures ranging from 20 to 35C during most of the year. The maximum power that can be generated by a gas turbine increases at lower inlet air temperatures. Consequently, there is great interest in applying inlet air cooling systems in gas turbines. Among the inlet air cooling systems, the evaporative cooling by rigid wet media and the compression thermal cycle with electrical power chiller systems are the ones with most straightforward implementation. There is no systematic study of the application of gas turbine inlet air cooling systems for turbines operating in Brazil. This thesis studies the application of the two methods of gas turbine inlet air cooling mentioned above in turbines operating or to be installed in Brazil. A model to simulate the response of gas turbines to changes in the inlet air (temperature, humidity and pressure) is developed. The model uses turbine catalogue data as parameters. The simulation is performed for 27 Brazilian locations, comparing the operation of a model of turbine operating with and without cooling systems, for both types of cooling systems. Typical meteorological year and test reference year data are used in the study. The turbine model developed reproduces the turbines data curves with satisfactory accuracy. An annual increase in energy generation of up to 4,2% was observed for evaporative cooling. The energy gain for evaporative cooling depends on the annual mean wet bulb depression of the local. The compression thermal cycle increases the annual energy generation by up to 11,2%. The energy increase in this type of system depends on the mean dry bulb temperature of the local.

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Silva, Gustavo Roberto de Souza 1989. "Estudo do comportamento vibratório torcional do trem de potência de um aerogerador de eixo horizontal." [s.n.], 2015. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265772.

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Abstract:

Orientador: Milton Dias Junior
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-27T23:46:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_GustavoRobertodeSouza_M.pdf: 19462532 bytes, checksum: 9591493a03edfc2b4ed7c18c9cf7005a (MD5) Previous issue date: 2015
Resumo: Entre os anos de 2004 e 2014 a capacidade total instalada de aerogeradores no mundo apresentou um crescimento de aproximadamente 700%. Este crescimento tão acentuado tem ocorrido devido à atual preocupação mundial com o desgaste do planeta e a consequente busca por novas fontes de energia renováveis e limpas. Evidentemente, esta situação tem atraído muitos investimentos para o estudo de geradores eólicos mas o que se observa na prática é que um número significativo de falhas prematuras ainda ocorrem nos componentes dos aerogeradores. Problemas com a caixa de engrenamento estão entre as principais causas de downtime de um aerogerador. Estudos ainda mais profundos relacionados a este assunto são necessários para o desenvolvimento de projetos de turbinas eólicas mais confiáveis. O presente trabalho se insere neste contexto analisando o comportamento vibratório torcional do trem de potência de um aerogerador de eixo horizontal de velocidade variável. Para tanto, utiliza-se um modelo de múltiplos corpos no qual são incorporados os efeitos da rigidez variável dos engrenamentos helicoidais, fazendo com que o sistema resultante seja linear e variante com o tempo. Os parâmetros modais - frequências naturais, fatores de amortecimento e modos de vibrar - do sistema linear e invariante no tempo equivalente são apresentados. Foram também realizadas simulações com o aerogerador operando nas condições de velocidades de rotação constante e variável, sempre funcionando em faixas de operação compatíveis com o gerador eólico estudado. Os resultados das simulações foram analisados utilizando ferramentas de processamento de sinais estacionários e não estacionários. Estes resultados mostram a presença de forças dinâmicas internas à caixa de engrenagens que contém componentes de frequência iguais às frequências do engrenamento e suas múltiplas. Demonstra-se que estas forças, dependendo da velocidade de operação da máquina e das características do par engrenado, podem excitar as frequências naturais do sistema, e isto, por sua vez, pode levar ao desgaste prematuro dos componentes do aerogerador. Verifica-se também a ocorrência de ressonâncias de segunda ordem, característica de sistemas variantes com o tempo
Abstract: Between 2004 and 2014, the total capacity installed of wind turbines in the world presented an increase of approximately 700%. This very sharp increase has been due to the current global concerns about the planet wear and the consequent search for new sources of renewable and clean energy. Clearly, this situation has attracted many investments for the wind turbines study, but in practice it is observed that a significant number of premature failures still occur in the wind turbine components. Problems with the gear box are one of the leading causes of the downtime of a wind turbine. Deeper studies related to this matter are necessary for the development of more trustable wind turbines projects. The main work was inserted in this context analyzing the torsional vibration behavior of the power train of a horizontal axis wind turbine with variable speed. To do so, a multibody model was used in which the variable stiffness effects of the helical gear ratio were embedded, so that the resulting system was linear time-varying. The modal parameters ¿ natural frequencies, damping factors and vibration modes- of the equivalent linear time-invariant system were presented. Simulations with a wind turbine operating in constant and variable rotation speed conditions were also made, always working on compatible operating ranges with the wind generator studied. The simulations results were analyzed using stationary and not stationary signal processing tools. These results showed the presence of dynamic forces inside the gear box containing the frequencies components equal to the gear meshing frequencies and its multiples. Depending of the operation machine speed and the gear pair characteristics, it was demonstrated that these forces may excite the natural frequencies of the system, and in turn, this can lead to premature wear of the wind turbine components. It is also verified the occurrence of second-order resonances and linear time-varying systems characteristics
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Mestre em Engenharia Mecânica

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Machado, Junior Hermes Amilcar. "Avaliação de desempenho de turbinas a gas em condições de uso em campo." [s.n.], 1993. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/264841.

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Abstract:

Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-07-18T06:50:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MachadoJunior_HermesAmilcar_M.pdf: 3233002 bytes, checksum: 97f168af6cf23597c4adb0dc3c850d74 (MD5) Previous issue date: 1993
Resumo: O uso de técnicas de monitoramento de desempenho de turbinas a gás aeronáuticas e industriais tem se tornado cada vez mais freqüente nos últimos anos, tanto com o objetivo de detectar o consumo exagerad0 de combustível quanto para a determinação de problemas operacionais ou de manutenção. A técnica utilizada neste trabalho, bastante comum para a aplicação em turbinas a gás, é a comparação direta de parâmetros medidos e de parâmetros calculados com valores previamente conhecidos de operação, obtidos do fabricante ou de testes de campo. Os pontos de trabalho tomados como referência podem ser relativos a uma máquina nova ou a equipamento saído de revisão. Os desvios medidos através do procedimento descrito acima passam por uma rotina de validação, que distingue erros de medição de problemas no equipamento. Finalmente, as diferenças relacionadas a perda de desempenho são comparadas com matrizes de falhas típicas. Caso haja compatibilidade entre o grupo de dados de alguma das matrizes com os valores determinados pelo programa tem-se então o diagnóstico positivo desse modo específico de falha. Para proceder a rotina de diagnose os parâmetros de desempenho são calculados através da análise termodinâmica dos processos desenvolvidos no interior de cada componente da turbina a gás. O modelo considerado na avaliação das variáveis é construído de forma a permitir o cálculo o mais elaborado possível, sem necessidade do uso de dados normalmente não acessíveis ao operador
Abstract: The use of performance monitoring techniques in gas turbine engines for aeronautical and industrial applications is becoming more frequent lately, both to detect abnormal fuel consumption and to assess operational or maintenance problems. The technique developed in this work, very common to gas turbine application, is the direct comparison of measured and calculated parameters with previously known operational data, taken from the manufacturer or from field tests. Reference operational points may be relative to new or overhauled equipments. Deviations measured through the above procedure are submitted to a validation routine, in which instrumentation problems are distinguished from changes in engine performance. Finally, differences related to performance loss are compared with a tipical fault matrix. ln case of compatibility between any deterioration considered in this matrix and the values determined by the program, there is a positive diagnostic of this specific fault mode. To carry out the diagnosis, performance parameters are calculated through the thermodynamic analysis of the working gas, called gas path analysis. The model considered is intended to allow variables evaluation accurate as possible, without need of data not normally available to operator
Mestrado
Mestre em Engenharia Mecânica

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Santibáñez, Castro Víctor Daniel. "Efecto de la inclinación de los álabes en una turbina de eje vertical tipo Darrieus." Tesis, Universidad de Chile, 2015. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/132929.

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Abstract:

Ingeniero Civil Mecánico
Este estudio presenta simulaciones numéricas de una turbina eólica de eje vertical tipo Darrieus, con el objetivo de determinar el efecto de la inclinación de los álabes sobre el desempeño aerodinámico de la turbina. Específicamente, se varía la geometría cilíndrica a la de un cono invertido, dejando el radio superior constante. Lo anterior se realiza tanto para un perfil de velocidad de aire uniforme, como para un perfil de velocidad de aire variable obtenido sobre el techo de un hogar. El método de volúmenes finitos fue utilizado en ANSYS Fluent® para las distintas simulaciones. Para la turbulencia se usó el modelo k-w SST y se dividió el dominio en uno rotativo y otro estático. Además se utiliza el modelo DMS (Double-Multiple Streamtube) para la comparación de resultados. Como resultado se obtiene que la inclinación de los álabes produce un desplazamiento de la zona de operación de la turbina, extendiéndose para velocidades angulares mayores sin cambiar su coeficiente de potencia, tanto para el caso de velocidad del aire uniforme, como para un perfil de velocidad del aire variable. Además para ambos casos, inclinar los álabes ayuda al inicio de su funcionamiento. Se concluyó que la variación de la curva de CP vs TSR, para los ángulos de inclinación 0°, 30° y 45° no es significativa para una turbina instalada en la zona de mayor potencial eólico aledaña a una vivienda, que presenta un perfil variable de velocidad del viento, en comparación con un perfil uniforme de velocidad. Sin embargo, para una inclinación de 15° se aumenta el coeficiente de potencia hasta un 11% en comparación al caso de un perfil uniforme. Para futuros trabajos se propone realizar una investigación más detallada para pequeños ángulos de inclinación menores a 15° esto tanto para el perfil de velocidad uniforme de velocidad del viento como el perfil variable, y encontrar la inclinación óptima. También experimentar con otras variaciones en el radio que no sean lineales con respecto a la altura, ya que al eliminar la restricción que impone la inclinación en la relación entre el radio de giro y la altura, se puede lograr un incremento de potencia. Finalmente, estudiar simulación 3D para observar como interfiere la estela entre cada uno de los cortes.

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Silva, Paulo Augusto Strobel Freitas e. "Estudo numérico de turbinas hidrocinéticas de eixo horizontal." reponame:Repositório Institucional da UnB, 2014. http://repositorio.unb.br/handle/10482/17208.

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Abstract:

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014.
Submitted by Larissa Stefane Vieira Rodrigues (larissarodrigues@bce.unb.br) on 2014-12-02T15:46:41Z No. of bitstreams: 1 2014_PauloAugustoStrobelFreitasESilva.pdf: 47422419 bytes, checksum: baf3ac8548161d08659a4c3bbceaafef (MD5)
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Em turbinas de eixo horizontal, o estudo do escoamento é de grande importância, pois está diretamente relacionado a eficiência e ao projeto do rotor. Esse trabalho tem como objetivo geral a modelagem e simulação numérica do escoamento ao redor de turbinas hidrocinética por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Como objetivo específico, pretendese realizar um estudo de convergência de malha, modelo de esteira de vórtice de Rankine, esteira aerodinâmica, cavitação e validação com referência experimental. Para atingir esses objetivos, adotou-se o modelo de turbulência SST e configurações de malhas que permitissem proximidade com dados experimentais. Após essa etapa da validação, faz-se a simulação da turbina hidrocinética. Os resultados numéricos obtidos mostram a eficácia da prevenção de cavitação do algoritmo baseado no modelo BEM e relação entre o modelo de vórtice de Rankine e o colapso da camada limite. Além de apresentar a caracterização da curva de coeficiente potência, estrutura de vórtice e recuperação de velocidade na esteira. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT
In turbines of horizontal axis, the study of the flow has great importance, because is directly linked with efficiency an the design of rotor. This workhas as general objective the modelling and numeric simulation of the flow around of turbines using Computational Fluid Dynamics (CFD). As specific goal, intends to perform a mesh indenpendence study, Rankine vortex wake model, near and far wake, cavitation and validation with experimental reference. To reach these obejectives, was adopted Shear Stress Transport (SST) turbulence model and configuration of mesh that allow accuracy wiht experimental data. After this step of validation, it is made the simulation of hydrokinetic turbine. The numeric results obtained shows the effectiveness of algoritm (based in BEM) to avoid cavitation and the relationship between Rankine vortex wake model and collapse of boundary layer. In addition to presenting the caracterization of power coefficient curve, structure of vortex and recovery of velocity in the wake.

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Carrera, Ricardo Ariane Silva. "Modelagem dinâmica e controle de turbinas a gás." Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2006. http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=336.

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Abstract:

Neste trabalho discute-se o problema de modelagem dinâmica não-linear e o controle de turbinas a gás. O processo de modelagem leva em consideração as peculiaridades dos componentes básicos deste tipo de motor: compressor, câmara de combustão e turbina. Cada subsistema é estudado e depois integrado para compor um modelo não-linear de uma turbina a gás. O objetivo do sistema de controle projetado é regular a rotação do eixo, após solicitação de carga ao sistema, respeitando limites de esforço de controle e temperatura de operação da turbina. O modelo do compressor é baseado no trabalho de Gravdahl e Egeland e, basicamente, refere-se ao modelo de Moore-Greitzer para sistemas de compressão axiais, considerando a dinâmica de eixo nas equações. O modelo termodinâmico de câmara de combustão incorpora as equações de balanço de energia e de massa, utilizando o metano (CH4) como combustível. O modelo de turbina representa apenas a transformação da temperatura e vazão mássica do fluido de trabalho, em potência transmitida ao eixo. A função do controlador é regular a velocidade de rotação, sujeita a uma perturbação de carga, e, simultaneamente, respeitar a capacidade dos atuadores e os limites físicos construtivos do motor, evitando danos permanentes. Para isto são avaliadas diferentes estratégias de controle. A primeira diz respeito à injeção de combustível na câmara de combustão como variável de controle, a segunda usa injeção de ar com temperatura controlada e a terceira discute o problema multivariável e incorpora, à injeção de combustível, o controle do IGV (inlet guide vanes) que se refere à variação de geometria do compressor permitindo, assim, melhor regulação. Os parâmetros do controlador, para tanto, são ajustados por meio de técnicas de otimização não lineares (Nelder-Mead). Para permitir que modificações de parâmetros, estrutura de simulação e técnicas de integração sejam feitas de forma mais rápida e intuitiva, a estrutura modular é implementada em ambiente MATLAB/SIMULINK.

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Rebouças, Rafael Rocha. "Modelagem, simulação e controle de turbinas a gás." Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2009. http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=844.

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Abstract:

Este trabalho trata aspectos referentes à modelagem, simulação e controle de turbinas a gás. O procedimento para modelagem é discutido em partes, logo, são considerados seis componentes a serem tratados individualmente: compressor, câmara de combustão, turbina, eixo, bocais de admissão e de exaustão. Utilizando os modelos destes componentes e agrupando-os de maneira adequada, demonstra-se que é possível descrever alguns tipos de turbinas a gás. Neste trabalho dá-se foco aos modelos dos motores dos tipos turboeixo e turbojato. Os modelos destes dois motores retratam os principais aspectos do comportamento transitório necessários ao projeto de um sistema de controle. Os códigos foram implementados no ambiente Simulink/MATLAB. Utilizando esta ferramenta foi possível simular diversas situações. Com base neste ambiente de simulação, são apresentadas análises do comportamento transitório dos motores ao serem submetidos a sinais de excitação e perturbação. O modelo obtido permite o projeto de um sistema de controle, sendo o controlador do tipo PID. A sintonia dos parâmetros do controlador é realizada através do método de otimização Nelder-Mead. Novas simulações foram realizadas no intuito de mostrar a capacidade regulatória e a estabilidade do controlador sintonizado. Os resultados obtidos e as análises realizadas permitiram validar as metodologias de modelagem e de sintonia.

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MIRANDA, CARRILLO Rubén Alexis. "Projeto e análise de desempenho de turbinas radiais." reponame:Repositório Institucional da UNIFEI, 2010. http://repositorio.unifei.edu.br/xmlui/handle/123456789/1532.

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Abstract:

Submitted by Lizziane Tejo Mendonça (lizziane@unifei.edu.br) on 2018-08-13T14:20:46Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_0037084.pdf: 8140157 bytes, checksum: 3aec29ce89233459abbca2592c485f19 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-08-13T14:20:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_0037084.pdf: 8140157 bytes, checksum: 3aec29ce89233459abbca2592c485f19 (MD5) Previous issue date: 2010-08
Está dissertação apresenta a análise dos parâmetros aerotermodinâmicos de uma turbina de fluxo radial operando em regime permanente visando à melhoria do desempenho em condições do ponto de projeto e fora do ponto de projeto. O procedimento é baseado em parâmetros adimensionais e semi-adimensionais, utilizado uma solução unidimensional para determinar as condições do escoamento através da turbina ao longo da linha de corrente média programada na linguagem FORTRAN para o cálculo dos parâmetros geométricos e aerotermodinâmicos. Sendo, a análise efetuada em um tempo inferior do que um programa de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC) de uso geral que pode trabalhar com até três dimensões, possibilitando considerar os detalhes da geometria que está sendo simulada.

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Romio, Pedro Correia. "Modelo para garantia da disponibilidade de turbinas eólicas." reponame:Repositório Institucional da UFSC, 2016. https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/174421.

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Abstract:

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.
Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344644.pdf: 4287031 bytes, checksum: df51b0a1e8a46a3d53e3196cbbb16141 (MD5) Previous issue date: 2016
A demanda por fontes de energia renováveis limpas é um fenômeno de escala mundial. O Brasil acompanha essa tendência e, desde 2009, vem incentivando o crescimento destas formas de geração de energia. Particularmente, a energia eólica chama atenção pela velocidade com que se expande no país. Por outro lado, este mercado tem apresentado resultados que precisam ser devidamente analisados. Estudos realizados com parques eólicos em operação no Brasil mostram que muitos destes estão produzindo abaixo do esperado, um problema que afeta o proprietário do parque, em termos de receita; o governo, em termos de planejamento estratégico e fornecimento de energia; e a população, que paga por uma energia mais cara e que não tem ainda a devida garantia de disponibilidade. Em face deste contexto, apresenta-se um Modelo para Garantia da Disponibilidade de Turbinas Eólicas, fundamentado na organização e sistematização do conhecimento, e estruturado em técnicas para prover ações de manutenção. Pretende-se que as soluções desenvolvidas contribuam para adequar a quantidade de energia produzida ao nível da estimada nos diversos parques eólicos já em funcionamento no Brasil. Com o intuito de facilitar e viabilizar a aplicação do modelo proposto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional denominada MADE. Tanto o modelo, quanto o software, passaram por um processo de validação, junto a profissionais do setor eólico e da área de metodologia e sistematização, a fim de autenticar sua aplicabilidade e resposta ao problema. Os resultados obtidos indicam que a solução proposta é, de fato, um caminho para suportar a gestão de manutenção com vistas à garantia de disponibilidade dos parques eólicos em operação.

Abstract : The demand for clean renewable energy sources is a worldwide phenomenon. Brazil follows this trend and since 2009 has encouraged the growth of these forms of energy generation. Particularly wind power draws attention due the fast expansion in the country. In the other hand, this same market has shown results that must be properly analyzed. Studies of wind farms in operation in Brazil show that many of these parks are producing below the expectations: a problem that affects the owner of the park in terms of revenue; the government, in terms of strategic planning and energy supply; and the people who pay for a more expensive energy and that does not present the due availability guarantee. Given this context, one presents a Model for Availability Guarantee of Wind Turbines, based on the organization and systematization of knowledge, and structured techniques to provide maintenance actions. The solutions presented aims to contribute for the adequacy of the quantity of energy produced by the several wind farms already operating in Brazil. For the purpose of facilitate and make viable the implementation of the proposed model, a computational tool called MADE was developed. Both model and software went through a validation process with professionals of the wind sector and the methodology and systematization area in order to authenticate their applicability and response to the problem. The results indicate that the proposed solution is indeed one way to support the maintenance management to guarantee availability of farms in operation.

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Siqueira, Ricardo Barbosa Posch. "Construção de diagramas de custos para PCH incorporando turbinas de mercado /." Guaratinguetá : [s.n.], 2006. http://hdl.handle.net/11449/99328.

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Abstract:

Orientador: José Luz Silveira
Banca: José Nédilo Carrinho de Castro
Banca: José Rui Camargo
Resumo: Para iniciar os estudos técnicos e econômicos para instalação de uma pequena central hidrelétrica (PCH), vários fatores devem ser analisados, sendo estes dependentes das condições e conveniências locais, juntamente com a cojuntura econômica do país em que será implantada a PCH. Na complexidade do mercado, em que todos os setores são influenciados, deve-se atentar para os principais pontos que podem interferir no resultado da viabilidade do projeto de uma usina gerador, analisando a taxa de juros para o financiamento, os preços praticados no mercado por fabricantes de equipamentos e serviços, entre outros fatores. O objetivo desta dissertação é elaborar diagramas de custos de geração de energia em função da altura de queda e vazão liquídas, disponibilizadas no diagrama de utilização do catálogo fornecido pelo fabricante de turbinas com experiência no mercado de PCH. A construção dos diagramas tem o suporte de um programa denominado "PB", elaborado para determinar os custos de geração, com base nos valores obtidos no diagrama de custos de investimento em PCH. Os principais componentes de uma PCH, juntamente com as características dos equipamentos são abordados.
Abstract: To begin the technical and economic studies for installation of a Small Hidroelectric Plant, several factors should be analyzed, being these dependents of the conditions and local conveniences, togheter with the economic conjuncture of the country in that the Small Hidroelectric Plant will be implanted. In the complexity of the market, in that all the sections are influenced, it should be attempted for the main points tha can interfere in the result of the viability of the project of a generating power plant, analyzing the interest rate for the financing, the prices practiced in the market by suppliers of equipments and services, among other factors. The objective of this dissertation is to elaborate diagrams of energy generation costs in function of the fall height and liquid flow, showed in the user diagram from the catalog supplied by the manufacturer of turbines with experience in the market of PCH. The construction of the diagram has the support of a denominated "program PB" elaborated to determine the generation costs, with base in the values obtained in the diagram of investment cost in PCH. The main components of a PCH, togheter with the characteristics of the equipments they are approached.
Mestre

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Colnago, Glauber Renato. "Contribuição para a otimização de turbinas em usinas hidrelétricas : especificação e operação." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/264446.

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Abstract:

Orientador: Paulo de Barros Correia
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-17T15:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Colnago_GlauberRenato_D.pdf: 3941653 bytes, checksum: 2d5aa45eb54c758162bd82a78a5739f3 (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: Segundo cenários de previsões, a demanda de energia elétrica no Brasil tende a continuar crescendo, implicando na necessidade de se aumentar a oferta de energia através da instalação de novas usinas. Além disto, mostra-se importante a repotenciação de usinas existentes, pois se trata de uma alternativa de custos reduzidos para expandir a oferta de energia e a adequada operação das usinas. Baseado nisto, propõe-se duas metodologias para a otimização do potencial hidrelétrico. A primeira é a especificação de turbinas hidráulicas para usinas em construção, ou em repotenciação. A segunda metodologia diz respeito à operação de usinas em uma base diária, podendo tratar unidades geradoras (turbina-gerador) com diferentes curvas de eficiência, coordenando a maximização da eficiência na geração da energia com a minimização do número de partidas e paradas dessas unidades. Para esta última metodologia, como os objetivos são conflitantes, pode-se obter diversas soluções de despacho com características de manobras de unidades e eficiência diferentes, que podem ser quantificadas para se chegar à solução mais adequada de acordo com o preço da energia e estimativas de custos de manobras. Com relação à primeira metodologia, sabe-se que, geralmente, instala-se o mesmo tipo de turbina em todas as unidades geradoras, porém cada usina possui um regime de operação, o que motiva as seguintes questões: utilizar diferentes tipos de curvas de efi- ciência em uma usina pode trazer melhorias técnicas e econômicas? Quais formatos de curvas de eficiência seriam adequados para quais regimes de operação? A primeira metodologia, portanto, faz a escolha de perfis de curvas de eficiência de forma a maximizar a geração. Comparou-se curvas de eficiência características de turbinas Kaplan e Hélice. Os resultados mostram que, com operação adequada, pode-se chegar a patamares de eficiência com turbinas Hélice superiores às Kaplan, e o primeiro tipo possui a vantagem de ter menor custo. Ambos os problemas foram formulados como modelos matemáticos não lineares inteiros mistos e resolvidos com técnicas de algoritmos genéticos
Abstract: According to forecasts, the electric energy demand in Brazil will be increased, showing the necessity to increase the electric capacity by building new power plants. Moreover, the repowering of the existent power plants and an appropriate power plants operation are important. In this context, we propose two methodologies to optimize hydroelectric power plants potential. The first methodology is the specification of hydroelectric turbines to new hydro power plants, or to plants to be repowered. The second methodology is related to the power plants diarly operation and it considers generation units with different efficiency curves. It is a model with the objectives of maximizing the plant efficiency and minimizing the generation units start up and shut down. For this last methodology, there were obtained some different solutions, with different characteristics of efficiency and different number of generation units start up and shut down. Those solutions can be qualified according to the electric energy price and costs of the status changes, with the objective to choose the most advantageous solution. In respect to the first methodology, it is known that, generally, the same configuration of turbines is installed into all generation units. However, every hydroelectric power plant has a different operation system. Therefore, the present thesis proposes to address the following question: Is it an advantageous option to choose different configuration of turbines in a same power plant? Which design of turbine efficiency curves would be ideal for each operation system? The first methodology chose turbine efficiency curves designs to optimize the electric energy efficiency. Kaplan and Propeller turbine efficiency curves were compared. The results show that, with an appropriate operation, it is possible to obtain higher efficiency level with Propeller when compared to Kaplan, and the first turbine has the advantage of lower costs. Both methodology were formulated as mixed integer non-linear mathematical models and are solved with genetic algorithms techniques
Doutorado
Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

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Dissertations / Theses on the topic 'Turbinas'

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