Avaliação geométrica da câmara de um dispositivo owc onshore inserido em um tanque com rampa triangular em escala real empregando constructal design

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2014
Autor(a) principal: Letzow, Max
Orientador(a): Santos, Elizaldo Domingues dos, Isoldi, Liércio André
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Modelagem Computacional
Owc
Otimização Geométrica
Constructal Design
Energia das Ondas do Mar
Computational Modeling
Geometrical Optimization
Wave Energy
Link de acesso: https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12466
Resumo: Dissertação (mestrado)
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spelling Letzow, MaxSantos, Elizaldo Domingues dosIsoldi, Liércio André2025-03-26T17:24:51Z2025-03-26T17:24:51Z2014LETZOW, Max. Avaliação geométrica da câmara de um dispositivo owc onshore inserido em um tanque com rampa triangular em escala real empregando constructal design. 2014. 104f. Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2014.https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12466Dissertação (mestrado)Entre as pesquisas sobre formas de conversão de energia das ondas em energia elétrica, destacam-se os dispositivos do tipo Coluna de Água Oscilante (OWC – do inglês: Oscillating Water Column). Este dispositivo tem seu princípio físico de funcionamento baseado em uma câmara fechada parcialmente submersa, aberta para o mar abaixo da superfície livre da água. O processo de geração de eletricidade divide-se em duas fases: quando uma onda entra na estrutura o ar que se encontrava dentro dela é forçado a passar por uma turbina devido ao aumento de pressão na câmara de ar. Quando a onda regressa ao mar o ar passa novamente na turbina, desta vez no sentido inverso, dada a pressão inferior gerada no interior da câmara de ar. O grupo turbina/gerador é o responsável pela produção de energia elétrica. No presente trabalho é realizado um estudo numérico relacionado ao efeito da geometria da rampa e da câmara sobre o desempenho de um dispositivo OWC onshore em escala real, empregando Constructal Design. O principal propósito é verificar quais geometrias para a câmara (razão entre a altura e comprimento da câmara: H1/L1) e rampa (razão entre a altura e comprimento da rampa: H2/L2) que maximizam a potência disponível no dispositivo. Vale destacar que, neste trabalho, é avaliado apenas o princípio físico de funcionamento do dispositivo. Consequentemente, as geometrias ótimas obtidas aqui servem como uma recomendação teórica para futuros estudos e construções desse tipo de conversor de energia das ondas. Nas presentes simulações, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte da fração volumétrica são resolvidas com o método dos volumes finitos (MVF). Para abordar a mistura água e ar, o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é utilizado. O emprego do Constructal Design permitiu aumentar significativamente o desempenho fluidodinâmico do dispositivo. Também foi observado que ambos graus de liberdade estudados (H1/L1 e H2/L2) possuem grande influência sobre a potência disponível no dispositivo. Contudo, os graus de liberdade apresentaram efeitos diferentes para os dois casos de comprimento da borda frontal do dispositivo estudados (H3 = 2.5 m e 5.0 m). A geometria ótima global foi obtida para H3 = 2.5 m, (H1/L1)o = 0.4 e (H2/L2)oo = 0.8 apresentou uma potência Pot =331.57 W.Among the researches about ways to convert wave energy into electrical one, it can be highlighted the Oscillating Water Column devices (OWC). This device has its main operational principle based on a closed chamber partially submerged and opened for the sea under the free surface of water. The generation of electricity process is shared in two steps: when the wave enters into the structure the air inside the chamber is forced to flow through a turbine due to the increase of pressure inside the chamber. In the second step, when the wave returns to the sea the air flows again through turbine, but in the contrary sense due to the decrease of pressure inside the chamber. The turbine-generator set is responsible for production of electric energy. In the present work it is performed a numerical study concerned with the effect of ramp and chamber geometry over the performance of an onshore OWC device in real scale by means of Constructal Design. The main purpose here is to verify whose geometries for the chamber (ratio between the height and length of chamber: H1/L1) and ramp (ratio between the height and length of ramp: H2/L2) that maximizes the available power in the device. It is worthy to mention that, in this work, it is evaluated only the main operational principle of the device. As a consequence, the optimal geometries reached here serve as a theoretical recommendation for future studies and buildings of this kind of wave energy converter. In the present simulations, the conservation equations of mass, momentum and the equation for volumetric fraction transport are solved with the finite volume method (FVM). For approach of water-air mixture, the multiphase model Volume of Fluid (VOF) is employed. The employment of Constructal Design allowed the achievement of a significant improvement in the fluid dynamic performance of the device. It is also noticed that both studied degrees of freedom (H1/L1 and H2/L2) has large influence over the available potency of device. However, the degrees of freedom had different effects for the two studied length of frontal board of device (H3 = 2.5 m and 5.0 m). The global optimum geometry was obtained for H3 = 2.5 m, (H1/L1)o = 0.4 and (H2/L2)oo = 0.8 showed a power Pot =331.57 W.porModelagem ComputacionalOwcOtimização GeométricaConstructal DesignEnergia das Ondas do MarComputational ModelingGeometrical OptimizationConstructal DesignWave EnergyAvaliação geométrica da câmara de um dispositivo owc onshore inserido em um tanque com rampa triangular em escala real empregando constructal designinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da FURG (RI FURG)instname:Universidade Federal do Rio Grande (FURG)instacron:FURGORIGINALmax.pdfmax.pdfapplication/pdf2889670https://repositorio.furg.br/bitstreams/c3667009-18ef-437e-82fd-4ff442508a7d/downloadf6eddeeaecd0c45a1d66e50b440ad21cMD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.furg.br/bitstreams/3902ab03-7029-4f0c-a9c1-5410416f1e64/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADTEXTmax.pdf.txtmax.pdf.txtExtracted texttext/plain103561https://repositorio.furg.br/bitstreams/c5dc18fc-debb-45c9-ae66-41de0a0c2f00/download360264b240c4f4e19fc5b3e08fd3b151MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILmax.pdf.jpgmax.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3514https://repositorio.furg.br/bitstreams/626ed994-44e8-4477-a6c8-2e3517ad6d3a/download0c759ac0eec0debdf4bca18c946fea46MD54falseAnonymousREAD123456789/124662025-12-10 01:06:28.849open.accessoai:repositorio.furg.br:123456789/12466https://repositorio.furg.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.furg.br/oai/request || http://200.19.254.174/oai/requestrepositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.bropendoar:2025-12-10T04:06:28Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)falseTk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=
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