Estudo numérico de um aerogerador projetado com a metodologia BEM e da utilização de um intensificador de potência

• Autor(a) principal: Barros, Aideé Amélia Torres Sampaio
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24976
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Aerogerador; Fluidodinâmica computacional; Blade element momentum; Intensificador de potência

A preocupação com o efeito estufa e com a degradação que o meio ambiente vem sofrendo, devido a utilização de fontes de energia não renováveis, como os combustíveis fósseis, tem despertado um interesse especial na utilização de fontes renováveis de energia. Diante disso, a energia eólica vem se destacando no cenário energético atual do Brasil. Os aerogeradores, responsáveis pela conversão da energia eólica em energia elétrica, são intensamente estudados, visto que se busca formas de aumentar a eficiência dos mesmos. Uma possível solução para o aumento da potência de saída fornecida pelo aerogerador é a utilização de difusores flangeados. A ideia é gerar um gradiente de pressão, que causaria a passagem de uma maior de massa de ar a uma maior velocidade, através do rotor. Como a potência de saída de um aerogerador é diretamente proporcional ao cubo da velocidade, a mesma aumentaria. Com isso o presente trabalho teve como objetivo principal investigar a utilização de um difusor flangeado, acoplado a um aerogerador de baixa potência, visando aumento de potência convertida. Para isso foi desenvolvido o projeto e a modelagem 3D do rotor de um aerogerador com capacidade de conversão de 300 W utilizando o Blade Element Momentum (BEM). Foram realizadas simulações numéricas transientes do escoamento turbulento que age sobre os domínios estudados, empregando um software CFD. Dois modelos diferentes foram consideradas, o primeiro foi a turbina eólica envolta sem o elemento intensificador e o segundo com o elemento intensificador, possibilitando então uma comparação entre as duas configurações. Como objetivo secundário efetuou-se comparações dos resultados numéricos com os resultados analíticos da metodologia de projeto adotada (BEM), visando identificar se os dados obtidos através do projeto (coeficiente de indução axial, ângulos, triangulo de velocidade) estão próximos da solução numérica. Ao final da análise dos resultados, foi possível verificar que o difusor aumenta a velocidade do ar que passa pelo rotor eólico em aproximadamente 50%, causando um aumento de cerca 330% da potência de saída. Diferenças máximas na ordem de 10% foram encontradas entre a solução analítica (obtidas com o BEM) e a solução numérica. Além disso, pôde-se observar que com o aumento da velocidade da massa de ar, e sem o aumento da velocidade de rotação, o triângulo de velocidades acaba sendo modificado o que gera o fenômeno do stall. Por fim foi feita uma nova análise, com a velocidade de rotação corrigida, onde pôde-se observar que o triângulo de velocidade volta a se estabilizar.