Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Wiener, Guilherme Ferreira
Orientador(a): Teixeira, Paulo Roberto de Freitas, Didier, Eric Lionel
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:
Energia das ondas
Coluna de Água Oscilante
Turbina Wells
Simulação numérica
Wave energy
Oscilatting Water Column
Wells turbine
Numerical simulation
Link de acesso: https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12916
Resumo: Dissertação (Mestrado)
id FURG_c31defe03ccab454f6896fb1a0c1e8a2
oai_identifier_str oai:repositorio.furg.br:123456789/12916
network_acronym_str FURG
network_name_str Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
repository_id_str
spelling Wiener, Guilherme FerreiraTeixeira, Paulo Roberto de FreitasDidier, Eric Lionel2025-05-26T19:08:47Z2025-05-26T19:08:47Z2020WIENER, Guilherme Ferreira. Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar. 2020. 84f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2020.https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12916Dissertação (Mestrado)Com o advento da tecnologia nos tempos modernos, a demanda por energia elétrica é crescente ao longo dos anos. Em contrapartida, a maioria dos métodos de produção de energia utilizam recursos não renováveis, impactando o meio-ambiente e aumentando o custo de compra. Perante isto, diversos estudos abordam o tema de fontes renováveis de energia, em que uma das fontes é a das ondas. Um dos dispositivos de conversão de energia das ondas muito difundido é o de Coluna de Água Oscilante (CAO), em que uma câmara de ar fechada acima do nível da superfície livre e uma turbina acoplada são capazes de produzir eletricidade, sendo destaque em diversos trabalhos analíticos e experimentais. No presente trabalho, são realizadas análises numéricas para determinar as dimensões ótimas de turbinas do tipo Wells e câmaras de dispositivos de CAO inseridos em um quebra-mar hipotético, funcionando em paralelo, a uma profundidade de 14 m na costa Sul do Brasil. O estado de mar é representado pela ocorrência de ondas regulares para uma faixa de períodos e alturas características da região. Assim, são calculadas as potências médias anuais de diferentes combinações de diâmetros e rotações de turbina e de comprimento e largura da câmara do conversor CAO para determinar o dispositivo mais eficiente para a região. Para a realização das simulações numéricas, emprega-se o software FLUENT®, baseado no modelo Reynolds Averaged Navier-Stokes equations e a técnica Volume of Fluid (RANS-VoF), resolvidas numericamente pelo Método de Volumes Finitos, e o modelo simplificado TDO (Turbine Diameter Optimization) generalizado, desenvolvido neste trabalho. O modelo TDO modificado é calibrado pelo FLUENT® para cada onda incidente e considera o movimento oscilatório da superfície livre dentro da câmara como o de um pistão e o ar dentro da câmara sofrendo uma transformação adiabática. O diâmetro ótimo da turbina e o comprimento e largura do dispositivo que geram a maior eficiência são escolhidos considerando o estado de mar da região e dispositivos com 16 m de altura (10 m estão submersos) com uma parede frontal submersa de 2.5 m. Como resultado final, encontrou-se a maior eficiência (50.69%) em um dispositivo de 15x15 m e diâmetro de turbina de 3.00 m, sendo 17.35% mais eficiente que o dispositivo de 5x5 m e diâmetro de 1.25 m (33.34%).With the advent of technology in modern times, the demand for electricity is increasing over the years. In contrast, most methods of energy production use non-renewable resources, impacting the environment and increasing its costs. In view of this, several studies address the topic of renewable energy sources, in which one of the sources is wave energy. One of the widespread wave energy conversion devices is the Oscillating Water Column (OWC), in which a closed air chamber above the level of the free surface and a coupled turbine are capable of producing electricity, being highlighted in several analytical and experimental works. In the present work, numerical analyzes are carried out to determine the optimal dimensions of Wells type turbines and chambers of OWC devices inserted in a hypothetical breakwater, operating in parallel, at a depth of 14 m on the southern coast of Brazil. The sea state is represented by the occurrence of regular waves for a range of periods and heights characteristic of the region. Thus, the average annual powers of different combinations of diameters and rotational speeds and the length and width of the OWC device chamber are calculated to determine the most efficient device for the region. To perform the numerical simulations, the FLUENT® software is used, based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes equation, solved by the Finite Volume Method and Volume of Fluid technique (RANS-VoF), and the simplified model modified TDO (Turbine Diameter Optimization), developed in this work. The modified TDO model is calibrated by FLUENT® for each incident wave and considers the oscillatory movement of the free surface inside the chamber as that of a piston and the air inside the chamber undergoing an adiabatic transformation. The optimum diameter of the turbine and the length and width of the device that generate the greatest efficiency are chosen considering the sea state of the region and devices with a height of 16 m (10 m are submerged) with a submerged front wall of 2.5 m. As a final result, the highest efficiency (50.69%) was found in a 15x15 m device and a 3.00 m turbine diameter, being 17.35% more efficient than the 5x5 m device and 1.25 m turbine diameter (33.34%).porEnergia das ondasColuna de Água OscilanteTurbina WellsSimulação numéricaWave energyOscilatting Water ColumnWells turbineNumerical simulationAnálise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-marinfo: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:FURGORIGINALguilherme.pdfguilherme.pdfDissertação (Mestrado)application/pdf2964810https://repositorio.furg.br/bitstreams/b82c4660-21e6-4a2d-bab9-68d3a9c602eb/download5550c0b326cd3b055a253cd5c912483dMD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.furg.br/bitstreams/743976f5-46cf-4ba8-91bb-9b9ce5494042/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADTEXTguilherme.pdf.txtguilherme.pdf.txtExtracted texttext/plain103703https://repositorio.furg.br/bitstreams/4c1b143a-5be0-4808-b733-98ec8a86a539/downloadb85e86a6554a20000ad13118325622a3MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILguilherme.pdf.jpgguilherme.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg2970https://repositorio.furg.br/bitstreams/ea1f8cf8-015a-4a7c-8214-713820fbadc9/download89fd10bebacf890532bcc0118410dd74MD54falseAnonymousREAD123456789/129162025-12-10 01:39:06.205open.accessoai:repositorio.furg.br:123456789/12916https://repositorio.furg.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.furg.br/oai/request || http://200.19.254.174/oai/requestrepositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.bropendoar:2025-12-10T04:39:06Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)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
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
title Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
spellingShingle Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
Wiener, Guilherme Ferreira
Energia das ondas
Coluna de Água Oscilante
Turbina Wells
Simulação numérica
Wave energy
Oscilatting Water Column
Wells turbine
Numerical simulation
title_short Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
title_full Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
title_fullStr Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
title_full_unstemmed Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
title_sort Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
author Wiener, Guilherme Ferreira
author_facet Wiener, Guilherme Ferreira
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Wiener, Guilherme Ferreira
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Teixeira, Paulo Roberto de Freitas
Didier, Eric Lionel
contributor_str_mv Teixeira, Paulo Roberto de Freitas
Didier, Eric Lionel
dc.subject.por.fl_str_mv Energia das ondas
Coluna de Água Oscilante
Turbina Wells
Simulação numérica
Wave energy
Oscilatting Water Column
Wells turbine
Numerical simulation
topic Energia das ondas
Coluna de Água Oscilante
Turbina Wells
Simulação numérica
Wave energy
Oscilatting Water Column
Wells turbine
Numerical simulation
description Dissertação (Mestrado)
publishDate 2020
dc.date.issued.fl_str_mv 2020
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2025-05-26T19:08:47Z
dc.date.available.fl_str_mv 2025-05-26T19:08:47Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv WIENER, Guilherme Ferreira. Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar. 2020. 84f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2020.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12916
identifier_str_mv WIENER, Guilherme Ferreira. Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar. 2020. 84f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2020.
url https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12916
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
instname:Universidade Federal do Rio Grande (FURG)
instacron:FURG
instname_str Universidade Federal do Rio Grande (FURG)
instacron_str FURG
institution FURG
reponame_str Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
collection Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.furg.br/bitstreams/b82c4660-21e6-4a2d-bab9-68d3a9c602eb/download
https://repositorio.furg.br/bitstreams/743976f5-46cf-4ba8-91bb-9b9ce5494042/download
https://repositorio.furg.br/bitstreams/4c1b143a-5be0-4808-b733-98ec8a86a539/download
https://repositorio.furg.br/bitstreams/ea1f8cf8-015a-4a7c-8214-713820fbadc9/download
bitstream.checksum.fl_str_mv 5550c0b326cd3b055a253cd5c912483d
8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33
b85e86a6554a20000ad13118325622a3
89fd10bebacf890532bcc0118410dd74
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.br
_version_ 1856849715183747072

Registros relacionados