Análise numérica do comportamento de dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante onshore com diferentes geometrias da câmara

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Güths, Angélica Konradt
Orientador(a): Teixeira, Paulo Roberto de Freitas, Didier, Eric
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:
Coluna de água oscilante
Energia das ondas
Energia renovável
Simulação numérica
Oscillating water column
Wave energy
Renewable energy
Numerical simulation
Link de acesso: https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12957
Resumo: Dissertação (Mestrado)
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spelling Güths, Angélica KonradtTeixeira, Paulo Roberto de FreitasDidier, Eric2025-05-29T18:14:56Z2025-05-29T18:14:56Z2021GÜTHS, Angélica Konradt. Análise numérica do comportamento de dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante onshore com diferentes geometrias da câmara. 2021. 62f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2021.https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12957Dissertação (Mestrado)Atualmente, a maior parte da energia utilizada mundialmente vem de fontes não renováveis, causando sérios problemas ambientais. Uma alternativa de fonte reno- vável de energia são as ondas do mar, que possuem grande potencial energético. O dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) é um dos mais estudados; porém, seu uso ainda não está consolidado. O objetivo desse trabalho é o de propor uma nova geometria da câmara de um dispo- sitivo CAO onshore, analisar numericamente a sua performance e comparar o seu comportamento hidropneumático com CAO’s de câmeras com diferentes inclina- ções da parede frontal. As simulações são realizadas em um canal numérico usan- do o software FLUENT, considerando as equações de Navier-Stokes na média de Reynolds (Reynolds-averaged Navier-Stokes – RANS) para um escoamento 2D sendo o água incompressível e o ar compressível considerado como gás ideal, o modelo de turbulência e o método Volume of Fluid (VOF) para tratar um escoamento com superfície livre. No dispositivo é simulada a turbina Wells com relação característica igual a 100 Pa.s/m3 e as dimensões das câmaras tem a mes- ma ordem de grandeza das dimensões da planta da ilha Pico (Açores, Portugal). São comparados dois casos: CAO padrão com diferentes inclinações da parede frontal (casos A) e os da nova proposta (casos B), em que é inserida uma parede frontal externa inclinada no sentido oposto à propagação da onda incidente. Os dispositivos são analisados para diferentes períodos de ondas incidentes (6 a 12 s) e altura de 1,5 m, incluindo o comportamento do escoamento na região da câmara, os efeitos de run up/down na parede frontal, sloshing dentro da câmara e a análise do balanço de energia na região do dispositivo. A configuração dos casos B con- tribui para a diminuição de possibilidade de galgamento (menor run up/down) e de entrada de ar dentro da câmara. De maneira geral, os casos B apresentam coe- ficientes de reflexão menores do que aqueles dos casos A para uma mesma incli- nação da parte interna da parede frontal. Quanto à eficiência dos casos, definida pela energia extraída, os casos B apresentam maiores valores do que os casos A e os melhores desempenhos são alcançados pela inclinação da parede frontal exter- na de 40o e da parede frontal de 40o e 52o. A solução única ótima depende das características do estado do mar da região em que o dispositivo CAO será instalado.Nowadays, most of the energy used comes from non-renewable sources, causing serious environmental problems. An alternative renewable source of energy is enable from ocean waves, which have great energy potential. The Oscillating Water Column (OWC) wave energy conversion device is one of the most studied; however, the conversion efficiency is not yet economically viable. The objective of this study is to propose a new geometry of the chamber of an onshore OWC device, numerically analyze its performance and compare its hydropneumatic behavior with OWC's of chambers with different inclinations of the front wall. The simulations are performed in a numerical channel by means of the FLUENT software, which is based on the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations for 2D flow, with incompressible water and compressible air considered as ideal gas, the turbulence model and the Volume of Fluid method (VOF) to treat a free-surface flow. The Wells turbine is simulated in the device with a characteristic ratio equal 100 Pa.s/m3 and the dimensions of the chambers have the same order of magnitude as the size of the plant on Pico Island (Azores, Portugal). Two cases are compared: Standard CAO (A cases) and those of the new proposal (B cases), in which an external front wall inclined in the opposite direction to the propagation of the incident wave is inserted. The devices are analyzed for different periods of incident waves (from T = 6 to 12 s) and height H = 1,5 m, including the flow behavior in the chamber region, run up/down effects on the front wall, sloshing inside the chamber and analysis of the energy balance in the device region. The configuration of cases B contributes to the reduction of the possibility of overtopping (smaller run up/down) and of air entering the chamber. In general, cases B have lower reflection coefficients than those of cases A for the same inclination of the internal part of the front wall. The efficiency of the cases is defined by the energy extracted: the B cases have higher values than the A cases and the best performances are achieved by the 40o outer front wall and 40o and 52o front wall. The optimal single solution depends on the sea state characteristics of the region where the OWC device will be installed.porColuna de água oscilanteEnergia das ondasEnergia renovávelSimulação numéricaOscillating water columnWave energyRenewable energyNumerical simulationAnálise numérica do comportamento de dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante onshore com diferentes geometrias da câmaraNumerical analysis of the behavior of onshore oscillating water column wave energy converters with different chamber geometriesinfo: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:FURGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.furg.br/bitstreams/7793ad06-be5d-4bbd-95a7-26ff3a5a8524/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADORIGINALangelica.pdfangelica.pdfDissertação (Mestrado)application/pdf3488429https://repositorio.furg.br/bitstreams/34b006c0-f024-4d0f-aa67-d2060316d621/download80a2ca088369bf09c3e63936868d5d5dMD51trueAnonymousREADTEXTangelica.pdf.txtangelica.pdf.txtExtracted texttext/plain103076https://repositorio.furg.br/bitstreams/69d07615-d7ee-4c98-a47d-ca96b2fb4aeb/downloadf3bc0f11672708f1289fe3d38f3c6123MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILangelica.pdf.jpgangelica.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3425https://repositorio.furg.br/bitstreams/4883170f-b439-49c7-8b8e-1e44105231d9/download7d95f2a8681b08f0b9f5f63c7466b91aMD54falseAnonymousREAD123456789/129572025-12-10 01:59:59.569open.accessoai:repositorio.furg.br:123456789/12957https://repositorio.furg.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.furg.br/oai/request || http://200.19.254.174/oai/requestrepositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.bropendoar:2025-12-10T04:59:59Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)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