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

Abstract

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.