Estudo numérico de um dispositivo de placa horizontal submersa para conversão de energia das ondas do mar em energia elétrica aplicando design construtal
Este trabalho apresenta um estudo numérico de um dispositivo de placa horizontal submersa para conversão de energia das ondas do mar em energia elétrica com a aplicação do método Design Construtal. O dispositivo do tipo placa horizontal submersa permite captar a energia de um escoamento horizontal a...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) |
| Repositorio: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:www.lume.ufrgs.br:10183/199242 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10183/199242 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Energia das ondas Conversores Dinâmica dos fluidos computacional Placas (Engenharia) Computational fluid dynamics Constructal design Submerged horizontal plate Volume of fluid (VOF) Wave energy converter |
| Sumario: | Este trabalho apresenta um estudo numérico de um dispositivo de placa horizontal submersa para conversão de energia das ondas do mar em energia elétrica com a aplicação do método Design Construtal. O dispositivo do tipo placa horizontal submersa permite captar a energia de um escoamento horizontal alternante, decorrente da passagem das ondas, que atua como propulsão para uma turbina hidráulica colocada sob sua estrutura. O objetivo deste estudo é a obtenção de uma geometria deste conversor que proporcione a máxima eficiência energética teórica ao dispositivo. Para isso, foram realizadas simulações numéricas com modelos em escala de laboratório e escala real, utilizando um domínio bidimensional sem a presença da turbina hidráulica sob o conversor. A solução das equações de conservação de massa e quantidade de movimento foi realizada com o software Ansys Fluent®, com base no Método de Volumes Finitos associado ao modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) para modelagem da interface água-ar. No canal de ondas numérico foram propagadas ondas monocromáticas de 2ª ordem, cuja altura e profundidade da água foram mantidas constantes. Foram avaliadas diversas configurações geométricas submetidas a ondas de diferentes períodos incidindo no dispositivo. Duas formulações distintas do método Design Construtal foram desenvolvidas, ambas tomando a altura da placa como grau de liberdade a ser otimizado, por meio do método de Busca Exaustiva. A primeira formulação foi aplicada tanto ao modelo em escala de laboratório quanto ao modelo em escala real, a fim de verificar a similaridade entre os modelos, considerando apenas um período de onda e uma razão de área do dispositivo. Com essa análise verificou-se a semelhança entre os resultados e obteve-se uma recomendação de geometria ótima para o conjunto de constantes e restrições analisado. Já a segunda formulação foi aplicada somente ao modelo em escala real, considerando quatro ondas distintas, para geometrias com diferentes valores da razão de área do dispositivo. A análise dos resultados permitiu obter recomendações teóricas para a geometria do conversor aplicáveis a diferentes características de ondas. Ambas as formulações indicaram o mesmo valor ótimo para o grau de liberdade analisado e demonstraram uma melhora de até 64,00 % no desempenho do equipamento entre as geometrias analisadas. Os resultados mostraram que dependendo da geometria do dispositivo é possível atingir uma eficiência de até 69,80 %. |
|---|