Estudo do desempenho de um conversor de energia tipo coluna de água oscilante utilizando um modelo computacional tridimensional e design construtal com três graus de liberdade

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Bloss, Vinícius
• Orientador(a): Zinani, Flávia Schwarz Franceschini
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Vale do Rio dos Sinos
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Design construtal; Fluidodinâmica computacional; Conversor de energia das ondas; Coluna de água oscilante
• Palavras-chave em Inglês: Construtal design; Computational fluid dynamics; Wave energy converter; Oscillating water column
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9498

Recentemente, os oceanos têm sido vistos como uma fonte promissora de energia renovável. Teoricamente, os oceanos poderiam ofertar energia suficiente para suprir toda a demanda mundial. Dentre as tecnologias disponíveis para conversão de energia dos oceanos (CEO) destacam-se os dispositivos tipo Coluna de Água Oscilante (CAO), que se caracterizam por uma câmara, na qual a água oscila em seu interior em um movimento semelhante ao de um pistão. Este movimento desloca o ar para uma chaminé, onde uma turbina é acoplada. A passagem do ar pela turbina promove a conversão em energia mecânica. No presente trabalho, foi realizado o estudo do desempenho de um conversor tipo CAO em escala 1:15 utilizando um modelo de fluidodinâmica computacional tridimensional. A análise foi baseada no Método Design Construtal. Nesta abordagem, a energia é a grandeza que flui através do sistema, que possui como propósito a máxima taxa de conversão de energia das ondas em energia mecânica. Foram utilizados três graus de liberdade: razão da altura pelo comprimento da câmara hidropneumática (H1/L), razão da altura da chaminé pelo seu diâmetro (H2/d) e a razão da largura da câmara hidropneumática pela largura do tanque de onda (W/Z). Foi investigado o efeito de diferentes combinações entre os graus de liberdade para um clima de ondas típico da região Sul do litoral brasileiro. A eficiência de conversão foi utilizada como parâmetro de desempenho. Foi realizada a modelagem computacional do sistema, aplicando um software de fluidodinâmica computacional baseado no método de volumes finitos (MVF), utilizando a modelagem Volume of Fluid (VoF) para a interface entre as fases gás e líquido. Em uma primeira análise, observou-se que a altura da chaminé sempre tem efeito positivo na eficiência do sistema. No entanto, foram selecionados apenas valores fabricáveis para este grau de liberdade, limitando as análises posteriores a dois graus de liberdade, H1/L e W/Z. Através de um Design de Experimentos do tipo Projeto Composto Central, diferentes combinações dos graus de liberdade foram simuladas, permitindo a construção de Superfícies de Resposta e de correlações para a eficiência do sistema em função dos graus de liberdade largura e altura da câmara, bem como a otimização do sistema baseado nas Superfícies de Resposta. Nos testes realizados a eficiência do dispositivo CAO variou de 1,48% até 19,32% no pior e melhor caso, respectivamente.