Modelagem numérica e método design construtal para avaliação geométrica de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante considerando a inserção de uma turbina Savonius
Autor: Andrei Luís Garcia Santos (Currículo Lattes)
Resumo
Os estudos sobre energia das ondas estão em avanço significativo, mostrando que esta modalidade pode ser capaz de se tornar uma fonte alternativa, devido à diminuição das emissões de gases poluentes dos combustíveis fósseis para a atmosfera. Neste sentido, o dispositivo de coluna de água oscilante (CAO) é um dos meios para aproveitar a movimentação das ondas, ao gerar uma potência pneumática que é convertida em energia mecânica e, posteriormente, podendo ser convertida em energia elétrica. Esta tese se propõe a, primeiramente, desenvolver um modelo computacional completo, simulando um canal de ondas que contém um dispositivo CAO com uma turbina do tipo Savonius inserida no duto de ar do dispositivo, além de avaliar a influência da geometria da câmara do dispositivo CAO sobre a potência mecânica da turbina Savonius. Este estudo trata da modelagem computacional de um escoamento multifásico (ar e água), turbulento, incompressível e com propriedades termo físicas constantes, gerado pela movimentação de ondas oceânicas numéricas. A maior contribuição deste estudo é poder analisar de forma acoplada os dois problemas simultaneamente, ou seja, a análise hidropneumática do dispositivo CAO (devido à movimentação das ondas oceânicas) e a análise aerodinâmica da turbina (levando-se em conta a passagem do escoamento do ar gerado pela movimentação das ondas, nas pás da turbina inserida no duto do dispositivo). Os resultados mostraram que é possível a modelagem numérica completa do dispositivo com a turbina em movimento, possibilitando uma melhor previsão da conversão da energia das ondas em energia elétrica. A geometria ótima encontrada foi similar à obtida na literatura para a potência disponível de um caso sem a inserção de turbina. Contudo, a potência disponível teve uma elevação na magnitude de 51,05 % em comparação com o caso sem turbina devido ao aumento da diferença de pressão imposta pela presença da turbina no duto do dispositivo CAO. Além disso, observou-se, também, através do estudo paramétrico da geometria do dispositivo, que é possível aumentar em até 88,19 % a potência gerada e, 70,24 %, o coeficiente de potência do dispositivo, o que denota a importância do modelo da turbina em rotação, acoplado ao modelo do dispositivo CAO no canal de ondas para a análise mais fidedigna deste estudo.