Análise numérica do dispositivo coluna de água oscilante visando sua aplicação como fonte auxiliar de geração de energia elétrica em plataformas de extração de petróleo
Autor: Sersana Sabedra de Oliveira (Currículo Lattes)
Resumo
No presente trabalho foram analisados 16 modelos, dos quais cada modelo apresenta combinações entre dois esquemas de solução para turbulência ( padrão e SST), quatro para o acoplamento pressão velocidade (SIMPLE, SIMPLEC, PISO e Coupled) e três funções de parede. O principal objetivo foi definir um modelo capaz de simular numericamente o princípio de funcionamento fluidodinâmico de um conversor de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante (CAO), utilizando a Metodologia Ar. Esta abordagem, que considera apenas o conversor e o escoamento de ar em seu interior, é adotada para reduzir o custo computacional, viabilizando a análise paramétrica de múltiplas geometrias em escala real. O modelo utiliza a condição de contorno de axissimetria, que sabidamente produz resultados equivalentes à de trabalhos tridimensionais. Também foi empregada a condição de contorno velocity inlet na entrada do dispositivo através de um arquivo tabledata contendo dados realísticos de estado de mar da região costeira da cidade de Rio Grande/RS. Para empregar dados de estado de mar na Metodologia Ar, foi preciso converter a elevação da superfície livre, obtida através da transformada inversa de Fourier, em uma série temporal de velocidade vertical. O melhor modelo aqui definido considera um escoamento de ar incompressível, turbulento, transiente com o emprego da condição de contorno de axissimetria, sendo resolvido pelo método dos volumes finitos no software ANSYS FLUENT, tendo a turbulência solucionada pelo SST, o acoplamento pressão velocidade foi resolvido pelo esquema de solução SIMPLE e para os termos advectivos o upwind de segunda ordem. O modelo numérico foi validado por meio da reprodução de diferentes experimentos encontrados na literatura, apresentando boa concordância com resultados encontrados, onde se considerou dois parâmetros, o tempo de processamento e a potência hidropneumática útil do dispositivo CAO. A configuração recomendada permitiu estimar uma potência hidropneumática útil de 24852,98 kW para a geometria estudada, inspirada na planta construída na Ilha do Pico em Portugal, considerando a perda de carga imposta pela presença da turbina. O estudo contribui para o estado da arte ao associar, de forma inédita, a condição de contorno de axissimetria, a perda de carga imposta pela presença da turbina e por utilizar dados realísticos de estado de mar em conversores CAO, reforçando o potêncial dessa tecnologia como alternativa renovável para geração de energia tanto para ambientes costeiros como para estruturas offshore.