Análise númérica da influência das características do vento em diferentes regiões do Brasil no desempenho aerodinâmico e potência média de um aerogerador

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Gallon, Guilherme Pasqualli
• Orientador(a): Petry, Adriane Prisco
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Energia eólica; Aerogeradores; Vento; Análise numérica
• Palavras-chave em Inglês: Wind energy; Vertical wind profile; Turbulence intensity; Atmospheric stability
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/215315

O objetivo deste trabalho é analisar o efeito de três diferentes características do recurso eólico, em três locais do Brasil, no desempenho aerodinâmico e na potência média de um aerogerador de grande porte. Os efeitos são causados a partir da variação do perfil vertical, da intensidade de turbulência e estabilidade atmosférica do vento e os locais estudados estão localizados no Rio Grande do Sul, Bahia e Ceará. Para tanto, foram utilizados dados reais de medição para a definição dos perfis verticais, bem como dos níveis de intensidade de turbulência. Os dados, em base horária, também foram agrupados de acordo com o tipo de regime eólico, quando possível. Para estimar o impacto dos efeitos, foi utilizado o aerogerador de referência NREL WindPACT de 1,5 MW de potência, 70 metros de diâmetro e 84 metros de altura do cubo do rotor. O estudo foi realizado por meio de simulações numéricas, implementadas com a utilização do software Ansys® Fluent®, utilizando o modelo RANS com o método dos volumes finitos para resolução das equações governantes e com modelo de turbulência k-ϵ de escoamentos atmosféricos para a resolução do problema de fechamento. A malha utilizada possui volumes tetraédricos não estruturados, com elementos prismáticos nas superfícies de maior interesse. Foram estudados cinco diferentes perfis verticais e três diferentes valores de intensidade turbulência e, a partir desses oito resultados, foi possível também estimar o impacto da estabilidade atmosférica em um dos locais do estudo. Identificou-se que, diferentes perfis verticais do vento, com iguais velocidades à altura do cubo e iguais intensidades de turbulência, apresentam grande variação de acordo com seu coeficiente de extrapolação vertical alfa, podendo apresentar até 15% de diferença na potência média do aerogerador. No caso da intensidade de turbulência, a cada incremento de 5% da mesma, uma variação de aproximadamente 3% se reflete na potência média do aerogerador. Por fim, analisou-se o impacto da estabilidade atmosférica, observando que a mesma representa até 3,7% de diferença na potência média do aerogerador.