Otimização dos perfis aerodinâmicos de uma hélice de turbina eólica

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Costa, Rodrigo Perobeli Silva
• Orientador(a): Hallak, Patrícia Habib
• Banca de defesa: Rocha, Bernardo Martins , Loureiro, Felipe dos Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
• Departamento: Faculdade de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Otimização; Algoritmo genético; Turbina eólica; Simulação; XFOIL; Optimization; Genetic algorithm; Wind turbine; Simulation
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
• Link de acesso: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00395; https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14874

A otimização multidisciplinar é essencial no desempenho de estruturas usadas na indústria aeronáutica, na indústria automobilística, na indústria no contexto de energias renováveis como nos parques eólicos e assim por diante. Neste contexto ilustra-se a otimização estrutural e aerodinâmica de hélices, aerofólios pás de turbinas de turbinas eólicas. A otimização desses elementos pode contemplar vários objetivos, restrições e espaços de buscas. Ela pode ser paramétrica ou dimensional, de forma, topológica ou mesma a combinação de todas essas simultaneamente. Ainda, os problemas podem ser formulados com um único ou múltiplos objetivos. A solução destes problemas de otimização pode ser feita por métodos determinísticos, meta-heurísticas ou métodos híbridos. Esta dissertação tem como objetivo desenvolver uma metodologia capaz de otimizar a geometria de um perfil aerodinâmico, visando a melhoria aerodinâmica usando-se para isso os Algoritmos Genéticos. Para tratar a solução aerodinâmica, usou-se a plataforma XFOIL, de Mark Drela, amplamente utilizada na literatura. O objetivo da otimização passa pela maximização da relação de sustentação e arrasto. Adotou-se uma parametrização de Bézier para a geração da forma do aerofólio onde as coordenadas das curvas de Bézier são as variáveis de projeto, que em muito facilitaram a descrição da forma do aerofólio. Foi utilizado um algoritmo genético do tipo geracional com codificação real das variáveis de projeto e adotou-se os operadores de recombinação simulated Binary crossover (SBX) e uma mutação polinomial. A Plataforma para otimização evolutiva multi-objetivo (PlatEMO) foi adotada para resolver os problemas de otimização apresentados nesta dissertação. Os perfis otimizados são implementados em um estudo de caso, uma turbina eólica de eixo horizontal produzida pela NREL (Laboratório Nacional de Energia Renovável). Através da ferramenta QBlade, é possível obter informações de potência, torque e empuxo geradas pela turbina com os perfis otimizados e compará-las com as informações da turbina padrão comercial. Além disso, também foi possível realizar uma comparação perfil a perfil, entre cada perfil otimizado e seu perfil comercial associado. Foi observado que com os perfis desenvolvidos nessa dissertação houve melhorias aerodinâmicas na comparação realizada, seja na comparação perfil a perfil, quanto na comparação via características da turbina.