Sistema modular de acionamento,controle e monitoramento de ensaios de turbinas de eixo horizontal

• Main Author: Miranda, Ana Rafaela Sobrinho de
• Other Authors: Els, Rudi Henri van
• Language: Portuguese
• Published: 2019
• Subjects: Turbinas; Turbinas hidrocinéticas; Engenharia mecânica; Sistema de controle
• Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/33863

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.