Oscillating wave surge converters : modelagem da hidrodinâmica e do potencial energético em parques de geração por simulação numérica de grandes escalas - Vargas, Guilherme Fuhrmeister (2022)
No contexto atual do cenário global, o Oscillating Wave Surge Converter (OWSC) representa um dos sistemas mais promissores para a geração de energia elétrica por meio das ondas dos mares e oceanos. Esta tecnologia, baseada na captação do movimento horizontal das ondas, encontra-se em escala pré-comercial de desenvolvimento e pode, inclusive, ser associada com outras fontes de energia renováveis, como as energias eólica e solar. Atualmente, a modelagem numérica computacional corresponde à principal ferramenta utilizada para o estudo e o desenvolvimento desta e de diversas outras tecnologias. Sendo assim, pode ser observado que os trabalhos já realizados, acerca do assunto, ainda não apresentaram a aplicação da modelagem da turbulência segundo o método Large Eddy Simulation (LES) na análise destes conversores. Por outro lado, os estudos existentes voltados à hidrodinâmica de vários dispositivos atuando em conjunto baseiam-se, em sua grande maioria, em modelos simplificados de escoamento potencial. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo principal utilizar a abordagem numérica em LES para a modelar e estudar a ação de ondas regulares sobre um sistema composto por três placas iguais, que representam o comportamento hidrodinâmico presente nos parques de geração de energia (constituídos por vários conversores similares em movimento). As simulações são realizadas por meio do código computacional OpenFOAM v. 4.1, em conjunto com sua extensão OlaFlow, que possibilitam o tratamento da superfície livre pelo método conhecido como Volume of Fluid (VOF), bem como o movimento de corpo rígido pela metodologia Mesh Morphing Method. Validações numéricas permitiram concluir que o modelo Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity (WALE) é aquele que se mostra mais adequado para as simulações propostas. Por meio dos resultados obtidos, verificou-se que o aumento da altura e do período de onda resultam em uma maior turbulência na região entre as placas, efeitos estes, que, quando combinados, podem ocasionar a diminuição do comportamento oscilatório das estruturas. A ocorrência de ondas estacionárias demonstrou ser benéfica para a geração de energia, pois estas potencializam a oscilação dos conversores. Diversos testes realizados permitiram identificar que o espaçamento ideal entre as estruturas deva ser igual a 1,5 vezes a altura das placas destes conversores. Observa-se, também, que os parques devem ser construídos em terrenos com declividades de fundo inferiores a 10°, uma vez que, em declividades superiores, o sistema tem a sua captação de energia reduzida. Certas modificações no layout dos parques podem resultar em um aumento de até 30% sobre a energia captada pelas placas, sendo, portanto, fundamentais para um projeto adequado de um parque de ondas constituído por vários OWSC’s.