Análise numérica da influência das oscilações no desempenho de dispositivo conversor de energia das ondas do mar tipo placa horizontal submersa
Autor: Rodrigo Costa Batista (Currículo Lattes)
Resumo
O crescimento populacional e industrial, aliado ao consumismo, tem elevado a demanda por energia elétrica e intensificado os impactos ambientais, com estimativas apontando um aumento de 80% no consumo global entre 2023 e 2050. Cerca de 62% da matriz energética brasileira depende de fontes hídricas, a redução dos níveis dos reservatórios, agravada pelas mudanças climáticas, pode resultar em racionamentos energéticos no país. Apesar da matriz energética do Brasil apresentar em grande parte de sua composição fontes renováveis, faz-se necessário a diminuição da dependência da energia hidroelétrica. Essa preocupação está alinhada às metas globais de sustentabilidade, especialmente aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS 7 e ODS 13), que enfatizam o acesso universal a fontes de energia limpa e a necessidade de ações urgentes para combater as mudanças climáticas e seus impactos. Explorar a energia das ondas do mar para a geração de eletricidade representa uma opção promissora para o Brasil, tendo em vista seu comprometimento com o uso de fontes de energia menos agressivas ao meio ambiente e por possuir um extenso litoral. Diversos estudos têm explorado o uso de placas horizontais submersas, estruturas fixadas abaixo da superfície do mar que interagem com as ondas incidentes e podem converter parte de sua energia em eletricidade, aproveitando o escoamento alternado gerado sob a placa. Por aliarem função energética e proteção costeira, configuram uma alternativa promissora para a diversificação da matriz energética nacional, alinhada aos ODS 7 e ODS 13. A pesquisa propõe um modelo computacional para analisar os efeitos das oscilações em um conversor de energia das ondas do tipo placa horizontal submersa, avaliando suas implicações no funcionamento do dispositivo, aspecto ainda não abordado na literatura. O movimento do dispositivo é representado por um modelo de Seis Graus de Liberdade (6DOF) Para isso, empregou-se o modelo de volume of fluid multifásico com uma abordagem tridimensional para interação ar-água e o método dos volumes finitos para a solução das equações de conservação do transporte de massa, quantidade de movimento e fração volumétrica. Além disso, foram utilizadas malhas dinâmicas, as quais se ajustam de forma adaptativa durante a simulação e permitem uma representação mais adequada do fenômeno em estudo. Adicionalmente, foram incorporados códigos computacionais personalizados no software ANSYS Fluent, responsáveis por definir massa, momentos de inércia e restrições de movimento do dispositivo, permitindo representar adequadamente o seu comportamento. Tomados como referência, os modelos bidimensional e tridimensional em condição não oscilante (PHS-NO) foram verificados e validados, constituindo, em seguida, a base para o desenvolvimento do modelo tridimensional oscilante (PHS-O). A partir desse modelo, tornou-se possível analisar a resposta do dispositivo frente à interação onda-estrutura, permitindo avaliar o comportamento do conversor frente às condições estabelecidas. Em seguida, o modelo foi calibrado por meio de análise paramétrica com 54 simulações, evidenciando a influência dos parâmetros na eficiência do conversor. Entre os arranjos testados, destacou-se a placa alongada orientada perpendicularmente à direção de propagação das ondas, que atingiu eficiência de 67%. Por fim, essa geometria de melhor desempenho foi aplicada em um estudo de caso localizado no litoral do estado do Paraná, Brasil, alcançando eficiência de 58% e possibilitando a análise do movimento relativo entre a estrutura e as ondas. O comportamento observado foi atenuado, com valores de operador de amplitude de resposta < 1, indicando resposta oscilatória reduzida. Com isso, três geometrias foram avaliadas sob as mesmas condições e em duas profundidades de submersão, sendo constatado o melhor desempenho da PHS-O em submersões menores e da PHS-NO em maiores profundidades.