Estudo numérico de um dispositivo de coluna de água oscilante para aproveitamento da energia das ondas do mar

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Thums, Esmael
• Orientador(a): Zinani, Flavia 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: Energia das ondas do mar; Coluna de água oscilante; Energias renováveis
• Palavras-chave em Inglês: Ocean wave energy; Oscillating water column; Renewable energies
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/12938

Dispositivos de conversão de energia das ondas aproveitam a energia cinética do movimento da água do mar para conversão em energia elétrica. Dispositivos do tipo coluna de água oscilante (CAO) utilizam o movimento da superfície do mar para comprimir o ar contido em uma câmara hidropneumática conectada a um duto no qual encontra-se uma turbina, o qual, por sua vez, está acoplada a um gerador. Tendo em vista que os conversores de energia das ondas existentes possuem baixa eficiência, a literatura aponta que há espaço para a melhoria deste tipo de dispositivo. O método Design Construtal (MDC) tem sido utilizado para buscar designs que consigam aproveitar o máximo da energia disponível. Através da modelagem numérica e uso da fluidodinâmica computacional (CFD), tem-se estudado como a geometria dos conversores tem efeito no seu desempenho e como a mesma pode ser otimizada. No presente trabalho, o MDC é utilizado, com auxílio de técnicas de Design of Experiments (DoE) e otimização, para, a partir de resultados de simulações de CFD, obter o design ótimo para um dispositivo CAO com duas câmaras acopladas. O sistema considerado é um dispositivo em escala real, sujeito a ondas de comprimento igual a 65,4 m, período de 7,5 s e altura de 1 m. A razão de volumes entre as duas câmaras e as razões de aspecto de cada uma delas são os três graus de liberdade (V1/V2, H1/L1 e H2/L2) utilizados para a otimização do indicador de desempenho, o qual é a potência extraída por ciclo de onda. Com a geração de uma superfície de resposta foi possível observar que o melhor dispositivo foi o que teve V1(Volume da câmara 1) / V2 (Volume da câmara 2) = 1,2, H1(Altura da câmara 1) / L1(largura da câmara 1) = 0,34 e H2(Altura da câmara 2) / L2 (largura da câmara 2) =0,1, que entrega uma vazão mássica de 34,41 kg/s, uma pressão de 2643,031 Pa e uma potência hidropneumática de 8875,15 W.