Análise computacional e otimização geométrica de um dispositivo conversor da energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante

• Autor(a) principal: Schäfer, Leandro Behling
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/75825
• topic: Engenharia mecânica; Oscillating water column; Computational analysis; Constructal design; Geometric optimization

O presente trabalho propõe um estudo numérico bidimensional com a finalidade de otimizar a geometria de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante (CAO), com base no método Constructal Design. Para a aplicação de tal método, são necessários um objetivo, graus de liberdade e restrições geométricas. Na presente proposta, buscou-se otimizar a razão entre a altura (H ) e o comprimento (L) da câmara do dispositivo CAO, visando ao aumento do aproveitamento da potência da onda a ele incidente. O grau de liberdade H1/L foi variado, enquanto que o grau de liberdade H2/l (razão entre a altura e o comprimento da chaminé do dispositivo) foi mantido fixo. A área da câmara do dispositivo CAO ( ) e a área total do dispositivo CAO ( ) foram mantidas constantes, constituindo-se nas restrições do problema. Empregou-se uma onda com características regulares e com dimensões em escala de laboratório. A modelagem do domínio computacional (câmara e tanque de ondas) foi feita no software GAMBIT®, e as simulações numéricas foram realizadas com um código computacional implementado no aplicativo de dinâmica dos fluidos computacional FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). No tratamento da interação água-ar, foi aplicado o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF). Foi possível, desta forma, analisar o conversor sujeito à incidência de ondas regulares. Para fins de comparação, nove casos distintos foram analisados. O melhor caso ocorreu quando a razão H1/L teve o valor de 0,7 e a vazão mássica, 0,33485 kg/s. Nesta configuração, o dispositivo apresentou os parâmetros H1 e L com os valores de 0,3130m e 0,4472m respectivamente. Outro ponto destacável na análise dos casos foi a constatação de que o comprimento ideal para um dispositivo CAO situa-se na faixa de 30 a 50% do comprimento de onda incidente.