Estudo numérico da geometria de um dispositivo galgamento onshore em escala real empregando Constructal Design
Autor: Marcelo Moraes Goulart (Currículo Lattes)
Resumo
O estudo a respeito das tecnologias e princípios de funcionamento de dispositivos de conversão de energia das ondas em energia elétrica tem crescido sensivelmente. Entre os conversores de energia das ondas do mar em energia elétrica (WEC - do inglês: Wave Energy Converter) está o dispositivo de galgamento. O seu princípio físico de funcionamento consiste em uma rampa que guia a água das ondas incidentes para um reservatório localizado acima do nível médio do mar. A água acumulada no reservatório escoa através de uma turbina de baixa queda gerando energia elétrica. No presente trabalho é realizado um estudo numérico relacionado ao efeito da geometria da rampa sobre o desempenho de um dispositivo de galgamento onshore em escala real, empregando Constructal Design. O principal propósito aqui é verificar quais geometrias para a rampa (razão entre a altura e comprimento da rampa: H1/L1) maximizam a quantidade de massa de água que entra no reservatório do dispositivo para várias distâncias entre o fundo do dispositivo e o fundo do tanque (S) onde o mesmo foi inserido. Vale destacar que, neste trabalho, é avaliado apenas o princípio físico de funcionamento do dispositivo. Consequentemente, as geometrias ótimas obtidas aqui servem como uma recomendação teórica para futuros estudos e construções desse tipo de conversor de energia das ondas. Nas presentes simulações, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte da fração volumétrica são resolvidas com o método dos volumes finitos (MVF). Para abordar a mistura água e ar, o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é empregado. O emprego do Constructal Design permitiu aumentar significativamente o desempenho fluidodinâmico do dispositivo para todas as profundidades analisadas. Os resultados mostraram que as melhores geometrias são obtidas para as menores razões de H1/L1 para todas as profundidades analisadas, contrariamente ao que foi observado em estudos preliminares da literatura para um dispositivo no meio do canal em escala de laboratório que simulava um dispositivo de galgamento do tipo offshore. Também foi observado que não há uma geometria universal ótima que conduz a maior massa de água que entra no reservatório para as várias profundidades estudadas. Neste estudo, conforme esperado, a diminuição de S conduziu a um aumento da massa de água máxima que entra no reservatório (mm) e da razão H1/L1 ótima, (H1/L1)o.