Estudo experimental da deflexão da esteira aerodinâmica à sotavento de aerogeradores desalinhados com o vento incidente

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Scherer, Carla Trindade
• Orientador(a): Loredo-Souza, Acir Mércio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Aerogeradores; Parque eólico; Túnel de vento
• Palavras-chave em Inglês: Wind turbine wake; Wind tunnel; Small-scaled wind turbine; Power production; Wind farm efficiency; Wake deflection; Yaw angle; Wind turbine
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/193413

Quando o vento passa através do rotor de aerogeradores (ou turbinas eólicas), sua energia cinética é extraída e transformada em energia elétrica, provocando alterações no escoamento à sotavento (esteira aerodinâmica), traduzidas por um decréscimo na velocidade média e acréscimo na intensidade de turbulência. Em parques eólicos, aerogeradores usualmente operam com rotores parcial ou totalmente inseridos na esteira de outras máquinas (efeitos de esteira), região com menor potencial de geração de energia. Pequenas alterações no ângulo de incidência do vento (ângulo de yaw) nas turbinas podem, no entanto, desviar a trajetória de desenvolvimento da esteira, diminuindo os efeitos de interação entre turbinas e aumentando a eficiência na extração de energia do todo. Diversos esforços têm sido voltados ao estudo da deflexão da esteira devido ao ângulo de yaw. O assunto, no entanto, segue desafiador: envolve diversas variáveis e apresenta prós e contras que devem ser cuidadosamente contrabalanceados. Neste trabalho, é feito um estudo experimental em túnel de vento que inicialmente avalia a deflexão da esteira à sotavento de um modelo reduzido de aerogerador isolado, projetado e construído com base na teoria, operando através de 5 diferentes ângulos de yaw (±30°, ±15° e 0°), através de ensaios de investigação de performance aerodinâmica (Re e TSR) e características da esteira (U∞ e IE). A seguir, avalia o aumento na produção de energia, através de medições de potência geradas por um conjunto de 2 turbinas para diferentes layouts e ângulos de yaw à barlavento. Os ensaios foram conduzidos sob vento incidente de camada limite com expoente da lei potencial p=0,23. As medições foram feitas com um anemômetro de fio-quente em diversos pontos ao longo de três posições longitudinais da esteira (x/D=2;4;7), gerando perfis verticais e horizontais de U∞ e IE. Os resultados obtidos foram comparados com modelos teóricos, apresentando boa concordância. O layout mais adequado do ponto de vista de geração de energia apresentou um aumento de 6,44% na geração do conjunto, consagrando a utilização do controle por yaw como importante ferramenta no aumento da eficiência em parques eólicos.