Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/4045

O Doutorado Acadêmico inicou-se em 2006 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (PRODERNA) do Instituto de Tecnologia da UFPA (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

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Acesso aberto (Open Access)
Uma abordagem matemática aplicada ao projeto de turbinas hidrocinéticas e eólicas com difusor utilizando a teoria do elemento de pá
(Universidade Federal do Pará, 2019-04-30) VAZ, Déborah Aline Tavares Dias do Rio; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975
Estudos têm demonstrado que é possível aumentar significativamente a potência gerada por uma turbina quando se utiliza um difusor. Este efeito desperta interesse, pois mostra teoricamente a possibilidade de atingir um coeficiente de potência cerca de 2 vezes maior que uma turbina comum. No entanto, o efeito da eficiência do difusor não havia sido implementado até então na Teoria do Elemento de Pá (BEM), bem como a otimização de rotores eólicos e hidrocinéticos sob efeito difusor. Assim, este trabalho apresenta uma nova abordagem matemática destinada ao projeto de turbinas hidrocinéticas considerando o efeito difusor. Com base no BEM, novas expressões para o fator de indução axial e empuxo foram obtidas, nas quais tanto a eficiência quanto o carregamento gerado sobre um difusor foram considerados, além da utilização do critério do coeficiente mínimo de pressão para evitar cavitação no processo de otimização da corda de um rotor hidrocinético. Uma extensão da formulação existente na literatura para o cálculo do coeficiente de potência a casos em que a perda no difusor é considerada através da inclusão dos termos de eficiência (𝜂𝑑) e razão de área (β) no balanço de energia para turbinas ideais em dutos foi desenvolvida. Para avaliar o modelo proposto, um estudo comparativo de dois difusores diferentes (difusor cônico-flangeado e difusor lenteflangeado) foram realizados. Avaliações para turbina e difusor foram realizadas usando dados experimentais disponíveis na literatura. Resultados numéricos e teóricos foram comparados para uma turbina equipada com um difusor de eficiência 83%. A diferença relativa observada para o coeficiente de potência máximo entre o modelo proposto e um modelo de disco atuador com difusor foi de cerca de 5,3%. Para a turbina hidrocinética com difusor cônico-flangeado, a vazão mássica é cerca de 20% maior do que para uma turbina de escoamento livre, enquanto que para a turbina com difusor lente-flangeado, o aumento foi de apenas 2,4%. Além disso, para o difusor cônico-flangeado, a potência foi aumentada em 53%. Observou-se que o modelo do elemento de pá proposto com difusor obteve boa concordância com o modelo numérico, proporcionando melhores resultados em comparação com outras abordagens disponíveis na literatura. O modelo de otimização de corda proposto demonstra resultados satisfatórios em relação a prevenção da cavitação.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de potencial hidrocinético à jusante de centrais hidrelétricas
(Universidade Federal do Pará, 2017-12) HOLANDA, Patrícia da Silva; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; SECRETAN, Yves; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
É possível maximizar o rendimento de empreendimentos hidrelétricos, aproveitando a energia remanescente a jusante de barragens a partir da instalação de turbinas hidrocinéticas. Nesse contexto, são apresentados dois estudos de casos de usinas hidrelétricas, um de grande porte Tucuruí, construída no rio Tocantins, na Amazônia, e outro de médio porte Bariri no rio Tietê, no Sudeste do Brasil. Nos projetos de centrais hidrocinéticas, é fundamental o dimensionamento do diâmetro do rotor e da velocidade da água, os quais dependem, respectivamente, das profundidades e velocidades dos rios. Assim, o modelo de Saint-Venant foi aplicado as regiões de estudos. A calibração do modelo foi realizada através de uma regressão linear entre as vazões medidas e simuladas para ambos, resultando em uma correlação de 0,99. A validação foi realizada para um ponto do rio Tocantins com velocidades medidas via ADCP. As velocidades medidas são comparáveis às velocidades simuladas pelo modelo. Assim, foi gerada uma curva de potência entre as vazões medidas e as velocidades simuladas para o ponto que teve suas velocidades validadas, obtendo-se uma correlação de 0,96. Essa mesma curva foi utilizada para estimativas de velocidade, calculando-se a densidade energética e definindo-se a velocidade de projeto para UHEs Tucuruí igual a 2,35 m/s e Bariri 2,25 m/s. Com a velocidade de projeto definida, foram selecionados 10 pontos UHE Tucuruí 1 ponto UHE Bariri para a implantação das turbinas hidrocinéticas. As velocidades desses pontos foram determinadas com o mesmo método usado para a validação das velocidades. Os pontos foram selecionados com base no canal do reservatório de jusante Tucuruí e no final da bacia de dissipação Bariri , o qual possui as maiores profundidades e velocidades sendo convenientes para uma maior geração de energia. Considerando a profundidade do rios e a tecnologia disponível para a sua fabricação, definiu-se para o estudo de grande porte o diâmetro do rotor em 10 m e para o de médio porte 2,1 m. Com a velocidade de projeto definida, o projeto do rotor foi realizado pela metodologia BEM (Blade Element Momentum), permitindo a definição de uma curva de potência instalada da turbina em função da velocidade do rio. Em termos de energia gerada as 10 turbinas podem gerar 2,04 GWh/ano. Esses números demonstram o real potencial do aproveitamento da energia remanescente de usinas hidrelétricas.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de sistema computacional para avaliação de lodo de esgoto sanitário como biomassa na geração de energia
(Universidade Federal do Pará, 2012-06) SANTOS, Yvelyne Bianca Iunes; PEREIRA, José Almir Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/9918600634569244
Desenvolvimento de sistema computacional para avaliação de lodo de esgoto sanitário como biomassa na geração de energia em processos de combustão, considerando normas técnicas e ambientais brasileiras. No sistema foram criadas e implementadas classes para avaliação do potencial energético do lodo e considerados limites estabelecidos nas normas NBR 10004/04, NBR 10004/87 e Resolução nº 316/2002 do CONAMA para impactos ambientais adversos, danos ou riscos à saúde pública, identificando a viabilidade de aplicação desse resíduo como biomassa na geração de energia em processos de combustão. O sistema foi desenvolvido com padrão de arquitetura de software Model-View-Controller (MVC), com método representado por regras de lógica, tendo como dados de entrada os resultados de determinações laboratoriais de amostras de lodo de esgoto, processamento em testes e encadeamentos lógicos das regras e relatórios para possibilitar a tomada de decisão do usuário. Para a validação do sistema foram utilizados resultados de trabalhos técnicos de aplicação de lodo de esgoto como biomassa na geração de energia em escala experimental, sendo constatado como adequados os parâmetros adotados no sistema para avaliar o potencial energético do lodo amostrado, a toxicidade e a poluição atmosférica; que as mensagens de alerta e explicativas foram claramente emitidas; que o encadeamento lógico das regras foi executado progressivamente; e que os valores obtidos no sistema foram compatíveis com os dos trabalhos utilizados para validação. Finalizando, foi concluído que o sistema desenvolvido pode ser aplicado para agilizar a tomada de decisão, especialmente em estações de tratamento de esgoto com grande volume de lodo.

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