Influência do ângulo de inclinação das pás na geração de torque de turbinas H-Darrieus

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bertolina, Ramiro de Matos
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48659
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.
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spelling Influência do ângulo de inclinação das pás na geração de torque de turbinas H-DarrieusTurbinas eólicasÂngulo de inclinaçãoAerodinâmicaDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.Com o crescente interesse na energia eólica em ambientes urbanos, as turbinas de eixo vertical ganham destaque devido à sua instalação e manutenção economicamente vantajosas e a sua capacidade de operar em regiões com ventos em constante mudança de direção. No entanto, esses dispositivos ainda enfrentam desafios em relação o seu coeficiente de potência, que é relativamente baixo em comparação com as turbinas de eixo horizontal. Uma das linhas de pesquisa atuais para melhorar o desempenho dessas turbinas é o estudo do ângulo de inclinação de suas pás. O estado da arte aponta uma melhora de até aproximadamente 10% no coeficiente de potência através de alterações do ângulo de inclinação. Esse aumento é atribuído ao atraso na liberação do vórtice de estol dinâmico das pás. No entanto, em turbinas de eixo vertical cada pá produz uma esteira individual. Durante a operação da turbina, a esteira de uma pá interage com outra pá. Essa interação afeta a sua produção de torque, fenômeno este ainda inexplorado na literatura para turbinas de eixo vertical. A presente pesquisa concentra-se na modificação que a variação do ângulo de inclinação causa nas interações entre esteira e pás de uma turbina H-Darrieus, que é feita com perfil aerodinâmico NACA 0022, com uma corda de 0,1 m e uma altura de 0,4 m. Além disso, é analisado como a variação do ângulo de inclinação altera o fenômeno de estol dinâmico nas pás. Para estudar estes fenômenos, foram feitas análises numéricas do tipo URANS, utilizando o modelo de turbulência − SST. Além disso, o estudo incorpora abordagens teóricas com base em dados de forças aerodinâmicas obtidos através do método dos painéis. As análises foram realizadas abrangendo configurações que incluem tanto três pás quanto uma única pá. Estas múltiplas configurações permitem avaliar as diferenças entre a passagem de pá com e sem a interação de esteiras. A análise da interação entre esteiras permite concluir que a alteração do ângulo de inclinação causa um aumento na incidência do fenômeno de separação da camada limite e desloca o vórtice que se desprende das pás, mudando a forma com que o mesmo impacta a pá passando pela jusante. Aplicando essas descobertas durante um estudo do ângulo de inclinação da turbina, a presente pesquisa revela que a modificação do ângulo de inclinação para -5° ocasiona um aumento de 22% no coeficiente de potência da turbina, 12% acima do reportado pela literatura.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).With the growing interest in wind energy in urban environments, vertical axis turbines are gaining prominence due to their low cost of installation and maintenance and their ability to operate in regions with constantly changing winds. However, these devices still face challenges in terms of their power coefficient, which is relatively low compared to horizontal axis turbines. One of the current lines of research to improve the performance of these turbines is the study of the pitch angle of their blades. The state of the art indicates an improvement in the power coefficient of up to about 10% by changing the pitch angle. This increase is attributed to the delay in the release of the dynamic stall vortex of the blades. However, in vertical axis turbines, each blade creates an individual wake. During turbine operation, the wake of one blade interacts with another blade. This interaction affects its torque production, a phenomenon that has not been explored in the literature for vertical axis turbines. This research focuses on the modification that varying the pitch angle causes in the interactions between the wake and the blades of an H-Darrieus turbine made with a NACA 0022 aerodynamic profile, with a chord of 0.1 m and a height of 0.4 m. It also analyzes how the blade interacts with the wake. In addition, it is analyzed how varying the pitch angle changes the dynamic stall phenomenon in the blades. To study these phenomena, URANS type numerical analyses have been performed using the − SST turbulence model. In addition, the study includes theoretical approaches based on aerodynamic force data obtained using the panel method. The analyses have been carried out using configurations that include both three blades and a single blade. These multiple configurations make it possible to evaluate the differences between blade passage with and without wake interaction. The analysis of the wake interaction leads to the conclusion that changing the angle of inclination causes an increase in the incidence of the boundary layer separation phenomenon and displaces the vortex that detaches from the blades, changing the way it impacts the downstream blade. Applying these findings to a study of the tilt angle of the turbine, this research shows that changing the tilt angle to -5° causes a 22% increase in the power coefficient of the turbine, 12% higher than that reported in the literature.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasOliveira, Taygoara Felamingo deBertolina, Ramiro de Matos2024-07-09T19:59:20Z2024-07-09T19:59:20Z2024-07-092023-10-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBERTOLINA, Ramiro de Matos. Influência do ângulo de inclinação das pás na geração de torque de turbinas H-Darrieus. 2023. 77 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48659porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T19:59:20Zoai:repositorio.unb.br:10482/48659Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T19:59:20Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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