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Abstract:
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Este trabalho refere-se ao desenvolvimento de uma turbina eólica em escala realizado pelo bolsista Arthur de Menezes Furtado, e orientado pelo Prof. Marcelo Menezes Morato, do Departamento de Engenharia de Automação e Sistemas (EAS) do Centro Tecnológico (CTC) da UFSC. Em específico, este trabalho aborda a elaboração de um modelo fenomenológico completo adaptado ao sistema de uma turbina eólica de eixo horizontal (HAWT, do termo em inglês “Horizontal Axis Wind Turbine”) em escala e sua identificação de modelos estáticos e coeficiente de potência. Na prática de engenharia, entende-se que o processo no qual as HAWTs estão submetidas requer conhecimentos físico-matemáticos atrelados a noções de controle de processos. Ademais, HAWTs típicas são equipamentos de grande porte, o que dificulta ensaios experimentais no próprio local. Neste sentido, réplicas realistas, em escala, para ensaios laboratoriais, em ambientes controlados, são de grande importância escolástica. Portanto, para organizar suas funções e características em partes, dividiu-se a partir de alguns sistemas, sendo eles: o motor-soprador, responsável por emular a fonte de vento que incide sobre a turbina; aerodinâmica, caracterizado pelas potências envolvidas a partir do fenômeno aerodinâmico causado pelo vento incidente; gerador-turbina, sob função de emular a extração de certa potência elétrica a partir de um circuito elétrico integrado à armadura do rotor; rotação, descreve toda a dinâmica rotacional do eixo da turbina, isto é, a relação da variação do momento angular a partir do somatório dos torques presentes; pitch, responsável por emular a alternância no ângulo de rotação das pás em relação ao eixo da turbina. Para a identificação, algumas funções matemáticas que podem descrever analiticamente a relação entre o sinal de entrada pelo qual se atua, e o sinal de saída que se almeja para obter uma emulação realista, como a velocidade do vento soprado v, a corrente elétrica que circula na armadura do rotor i e o ângulo de rotação das pás da turbina β, necessitaram de resultados experimentais para então definir os seus parâmetros, utilizando técnicas convencionais, e.g. mínimos quadrados regularizado. Por consequência, a identificação dos respectivos modelos permitiu a realização de um outro ensaio, desta vez, para calcular os valores do coeficiente de potência da turbina, ou seja, a sua eficiência em termos de potência do que é extraído a partir do que é disponível para, por fim, levantar-se sua curva. Ressalta-se que o coeficiente de potência levantado tem seu perfil definido a partir da velocidade específica λ e o ângulo de rotação β. |
