Desing and analysis of an overshot water wheel for a grid-connected pico-hydro system

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Polidorio, Victor Bogo
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26213
Resumo: O presente trabalho é resultado de um convênio de dupla diplomação com o Instituto Politécnico de Bragança (Portugal).
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spelling 2021-10-22T20:51:57Z2021-10-22T20:51:57Z2020-12-17POLIDORIO, Victor Bogo. Desing and analysis of an overshot water wheel for a grid-connected pico-hydro system. 2020. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Eletrônica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2020.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26213O presente trabalho é resultado de um convênio de dupla diplomação com o Instituto Politécnico de Bragança (Portugal).O aumento da demanda energética, acompanhado da preocupação em reduzir os impactos ambientais, intensificou a pesquisa e o uso de fontes de energias renováveis. Nesse contexto, os sistemas pico-hídricos têm sido intensamente investigados por serem ambientalmente sustentáveis e pelo seu potencial em complementar sistemas de geração distribuída e microrredes. Nessa classe de geração de energia, as rodas d’água são uma escolha proeminente em locais com baixas quedas e caudais. Embora possam parecer uma solução rudimentar para o cenário atual, nas últimas duas décadas elas voltaram ao interesse da comunidade científica, podendo ser uma alternativa eficaz para geração de energia limpa em áreas rurais e remotas sem acesso à rede elétrica convencional. Em centros urbanos com a rede elétrica bem estabelecida, tal como os sistemas fotovoltaicos, as rodas d’água podem contribuir para o atendimento da crescente demanda por energia elétrica. Um dos principais desafios para a sua disseminação está no fato de que o projeto do sistema depende das características do local onde será instalado e, normalmente, é feito de forma que a roda d'água opere em uma faixa de velocidade muito estreita. Neste contexto, este trabalho apresenta o projeto e modelagem matemática de uma roda d’água overshot, bem como a aplicação de modelos teóricos para estimar sua eficiência, visando identificar seu comportamento dentro de uma faixa operacional. A partir dos resultados, o projeto de um sistema pico-hídrico conectado à rede foi realizado, baseado em geradores síncronos de ímãs permanentes e micro inversores fotovoltaicos convencionais, permitindo que a roda d'água opere em velocidade variável. Além disso, a integração com a rede utilizando esta tecnologia, como apresentada nesse trabalho, pode facilitar a disseminação desses sistemas, por serem uma tecnologia madura e pronta para uso.The increase in energy demand, accompanied by the concern to reduce environmental impacts, has intensified the research and use of renewable energy sources. In this context, pico-hydro systems have been intensively investigated due to being environmentally sustainable and for their potential in complementing distributed generation systems and microgrids. Within this class of power generation, water wheels are a prominent choice in sites with low heads and flowrates. Although they may seem a rudimentary solution for the present scenario, in the last two decades, they have returned to the interest of the scientific community and can be an effective alternative for generating clean energy in rural and remote areas without access to the conventional power grid. In urban centres with a well-established power grid, water wheels, such as photovoltaic systems, can contribute to meeting the ever-increasing demand for electricity. One of the main challenges for this technology dissemination lies in the fact that the design of the system depends on the characteristics of the place where it will be installed and, usually, it is done in such a way that the water wheel operates in a very narrow speed range. In this context, this work presents the design and mathematical modelling of an overshot water wheel, as well as the application of theoretical models to estimate its efficiency, aiming to identify its behaviour within an operational range. From the results, the design of a grid-connected pico-hydro system was made, based on permanent magnet synchronous generators and conventional photovoltaic micro-inverters, allowing the water wheel to operate at variable speed. Additionally, the integration with the grid using conventional photovoltaic micro-inverters, as presented in this work, can facilitate the dissemination of these systems, as they are a mature and ready-to-use technology.engInstituto Politécnico de BragançaToledoEngenharia EletrônicaIPBBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::GERACAO DA ENERGIA ELETRICAEnergia - Fontes alternativasGeração distribuida de energia elétricaTurbinas hidráulicasRenewable energy sourcesDistributed generation of electric powerHydraulic turbinesDesing and analysis of an overshot water wheel for a grid-connected pico-hydro systemProjeto e análise de uma roda d'água Overshot para um sistema pico-hídrico conectado à rede elétricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisBragançaMiotto, Ednei LuizLeite, Américo Vicente TeixeiraRibeiro, João Eduardo Pinto CastroRosa, Sérgio Manuel de SousaLeite, Américo Vicente TeixeiraPolidorio, Victor Bogoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALdesingandanalysis.pdfdesingandanalysis.pdfapplication/pdf2522457http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26213/1/desingandanalysis.pdf3b3fb2e53e05a1666224d0f8d6d44a8aMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26213/2/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD52TEXTdesingandanalysis.pdf.txtdesingandanalysis.pdf.txtExtracted texttext/plain81110http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26213/3/desingandanalysis.pdf.txt9ae1734774d415d2c0e29d4a34c176aaMD53THUMBNAILdesingandanalysis.pdf.jpgdesingandanalysis.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1386http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26213/4/desingandanalysis.pdf.jpg768d3d0dcc695a269f6ad2d1adc6b00fMD541/262132021-10-23 03:05:53.622oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2021-10-23T06:05:53Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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