Modelagem computacional e análise da geometria de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante considerando a perda de carga da turbina.

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  • Leandro Ferres Cassel
  • Aluizio Jose Salvador
  • Aron Luiz Oliveira dos Santos
  • Mateus das Neves Gomes
  • Orientador – mateus.gomes@ifpr.edu.br

RESUMO

O presente trabalho apresenta um estudo numérico sobre a otimização geométrica de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante (CAO) bidimensional para converter energia das ondas do mar em energia elétrica. O principal objetivo é maximizar a potência hidropneumática RMS média do dispositivo quando submetido a um clima de ondas real. Para tanto será empregado Constructal Design para variar os graus de liberdade H1/L (razão entre altura e comprimento da câmara) e H3 (profundidade de submersão do CAO), enquanto o outro grau de liberdade, H2/l (razão entre altura e comprimento da chaminé de saída da câmara CAO) é mantido fixo. Uma estratégia de otimização que pode ser empregada é o Constructal Design que é baseado na Teoria Constructal desenvolvida por Adrian Bejan. A Teoria Constructal explica como a geração de estruturas submetidas a alguma espécie de fluxo que são vistas em qualquer lugar na natureza (secção transversal de rios, pulmões, movimentação de massas na atmosfera, tecidos vascularizados entre outros) pode ser fundamentada através de um princípio físico fundamental do acesso aos fluxos no tempo. Este princípio é a Lei Constructal, que afirma que para um determinado sistema persistir ao longo do tempo (sobreviver) sua configuração geométrica deve evoluir de forma a facilitar o acesso das correntes do fluxo através deste sistema. No campo da engenharia, Constructal Design tem sido dominantemente empregado para a otimização geométrica de problemas na área de mecânica dos fluidos e transferência de calor No entanto poucos trabalhos são encontrados na literatura envolvendo a aplicação do Constructal Design em conversores de energia das ondas do mar em energia elétrica, sendo este um trabalho inovador. No modelo computacional será considerado o efeito da perda de carga que a turbina causa ao escoamento de ar através da imposição de uma restrição física na forma elíptica localizada na chaminé do dispositivo. Para a solução numérica emprega-se um código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). Aplica-se o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) no tratamento da interação água-ar. O domínio computacional é representado por um dispositivo acoplado a um tanque de ondas. O melhor desempenho foi obtido com uma configuração offshore e razão ótima intermediária de (H1/L)o = 0,13 para H3=9,25 m.

PALAVRAS-CHAVE: Constructal Design; Energia das Ondas; Coluna de água Oscilante (CAO); Otimização Geométrica; Método dos Volumes Finitos (MVF).