Otimização de uma turbina eólica Darrieus H baseada em metodologias de superfícies de resposta e CFD

• Autor(a) principal: SALES JUNIOR, Celso Antonio Bittencourt
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)
• Texto Completo: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4002
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA; CFD turbinas eólica; Otimização turbina eólica; Turbina eólica de pequeno porte; Otimização baseada em superfície de resposta

No contexto atual de transição energética, as diversas fontes e tipos sistemas de energias renováveis estão sendo amplamente investigados, principalmente com respeito as suas respectivas viabilidades de aplicações em empreendimentos de Geração Distribuída (GD). Em destaque, pode-se mencionar o emprego de turbinas eólicas para aplicações de pequeno porte, tendo em vista suas dimensões compactas e adaptáveis, o que as tornam adequadas em sistemas de bombeamento de água, irrigação e fornecimento de energia a níveis domésticos, em zonas urbanas ou remotas. Nesse sentido, o presente trabalho visou a criação de uma metodologia de otimização de desempenho aerodinâmico de uma Turbina Eólica de Eixo Vertical (TEEV) de pequeno porte, do tipo Darrieus H. Para tanto, primeiramente, foi elaborada uma metodologia de fluidodinâmica computacional (CFD) flexível, precisa e ágil, a qual demonstrou-se apta a predizer o Coeficiente de Potência (CP) de distintas configurações de TEEV Darrieus H, pois foi calibrada mediante a dados experimentais da literatura, e ainda, adaptada a minimizar a quantidade de simulações referentes aos estudos de independência das discretizações espacial e temporal. Tal metodologia de CFD foi então integrada a um procedimento de otimização baseado em Superfícies de Resposta (SR), sendo tais superfícies, construídas mediante a amostragens geradas a partir de técnicas de planejamento de experimentos (DoE), e ainda, exploradas por Algoritmos de Otimização (AO) na busca de máximo locais. A partir dos resultados, foi possível estabelecer diretrizes gerais para a configuração de uma abordagem de CFD para TEEV Darrieus H de pequeno porte, a qual apresentou um erro percentual máximo de 12% no CP nominal em relação a dados experimentais. Ademais, o procedimento de otimização resultou em um incremento de 11% no CP nominal (considerando um valor típico de CP de TEEV Darrieus H de pequeno porte igual a 0,30 e o erro percentual máximo da metodologia de CFD), o qual atingiu um valor máximo de 0,3778, para uma solidez (σ) igual a 0,24 e um ângulo de montagem (β) igual a -4,1°. Por fim, conclui-se que, a integração de metodologias de simulações de CFD e de otimização baseada em SR pode fornecer resultados confiáveis em um tempo relativamente pequeno, e, portanto, pode ser utilizada como uma ferramenta poderosa no projeto de TEEV Darrieus H.