Modelagem e comparação da potência elétrica e do coeficiente de potência de turbinas magnus segundo o comportamento dos perfis cilíndricos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2017
Autor(a) principal: Olivera, Luis Enrique Manga
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300000n8x1
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Elétrica
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/18142
Resumo: This thesis presents the model of Magnus turbines based on the forces produced by the cylindrical airfoils, resulting in the curves of net mechanical power and power coefficient, besides demonstrating the effects of the coupling an induction machine in the set turbine-generator. The lift and drag forces are obtained through simulations of computational fluid dynamics, are simulated seven different cylinder types. With these forces were determined the drag and lift coefficients respectively for each of the profiles, and they were observed three profiles that take better advantages of these forces. Then, wind turbine models are developed for each profile obtaining the mechanical power curves, presenting in this thesis the model of one profile. In addition, they are also obtained the power coefficient curves as a function of the tip speed ratio (TSR) and the cylinder speed ratio (CSR). Next, were compared the power curves for a wind speed of 7 m/s of the three profiles mentioned above. Finally, a squirrel cage machine is coupled to the Magnus turbine to determine the electrical power generated by the generator and the electrical power losses, resulting in the electrical power of the wind turbine in relation to the turbine angular velocity and the cylinder angular velocity. Obtaining results of net mechanical power, for wind speeds of 7 m/s, close to 16 kW and of electric power supplied around 14 kW. Regarding the power coefficient of the developed model, is obtained a value of 0.359 for a TSR of 1.4. In this thesis we detail the methodology used to model different types of Magnus turbine, as well as the basic concepts to implement techniques of MPPT control with the main parameters of this type of wind turbine.
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With these forces were determined the drag and lift coefficients respectively for each of the profiles, and they were observed three profiles that take better advantages of these forces. Then, wind turbine models are developed for each profile obtaining the mechanical power curves, presenting in this thesis the model of one profile. In addition, they are also obtained the power coefficient curves as a function of the tip speed ratio (TSR) and the cylinder speed ratio (CSR). Next, were compared the power curves for a wind speed of 7 m/s of the three profiles mentioned above. Finally, a squirrel cage machine is coupled to the Magnus turbine to determine the electrical power generated by the generator and the electrical power losses, resulting in the electrical power of the wind turbine in relation to the turbine angular velocity and the cylinder angular velocity. Obtaining results of net mechanical power, for wind speeds of 7 m/s, close to 16 kW and of electric power supplied around 14 kW. Regarding the power coefficient of the developed model, is obtained a value of 0.359 for a TSR of 1.4. In this thesis we detail the methodology used to model different types of Magnus turbine, as well as the basic concepts to implement techniques of MPPT control with the main parameters of this type of wind turbine.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEsta dissertação apresenta o modelamento de turbinas Magnus baseadas nas forças produzidas pelos perfis cilíndricos, dando como resultado as curvas de potência mecânica útil e coeficiente de potência além de demonstrar os efeitos do acoplamento de uma máquina elétrica de indução ao conjunto turbina-gerador. As forças de sustentação e arrasto são obtidas mediante simulações de fluodinâmica computacional, tendo-se realizado simulações em sete diferentes tipos de cilindro. A partir destas forças, são determinados os coeficientes de sustentação e arrasto, respectivamente, para cada um dos perfis, e foram observados três perfis que aproveitam melhor estas forças. Logo após, são desenvolvidos os modelos de turbina eólica para cada perfil para obter as curvas de potência mecânica, apresentando-se nesta dissertação o modelamento de um perfil. Além disso, são obtidas também as curvas do coeficiente de potência em função da relação de velocidade na ponta (TSR) e da relação de velocidade na superfície do cilindro (CSR). Em seguida, foram comparadas as curvas de potência para uma velocidade de vento de 7 m/s para os três perfis anteriormente mencionados. Por último, foi acoplado na turbina Magnus um gerador do tipo gaiola de esquilo para determinar a potência elétrica desenvolvida pelo gerador e as potências de perdas, tendo como resultado a potência elétrica do aerogerador em relação à velocidade angular da turbina e a velocidade angular dos cilindros. Foram obtidos resultados para a potência mecânica útil próxima a 16 kW para velocidades de vento de 7 m/s e potência elétrica fornecida de em torno de 14 kW. No que tange ao coeficiente de potência do modelo desenvolvido obteve-se o valor de 0,359 para um TSR de 1,4. Nesta dissertação, está detalhada a metodologia usada para modelar os diferentes tipos de turbina Magnus, como também os conceitos básicos para implementar as técnicas de controle MPPT com os principais parâmetros deste tipo de turbina eólica.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaFarret, Felix Albertohttp://lattes.cnpq.br/5783619992936443Machado, Ricardo Quadroshttp://lattes.cnpq.br/3927458584410491Canha, Luciane Neveshttp://lattes.cnpq.br/6991878627141193Olivera, Luis Enrique Manga2019-09-04T21:21:52Z2019-09-04T21:21:52Z2017-02-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/18142ark:/26339/001300000n8x1porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2019-09-05T06:01:20Zoai:repositorio.ufsm.br:1/18142Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2019-09-05T06:01:20Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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