Análise geométrica através do design construtal de conversores de energia das ondas do mar do tipo coluna de água oscilante com câmaras hidropneumáticas acopladas

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Lima, Yuri Theodoro Barbosa de
• Orientador(a): Rocha, Luiz Alberto Oliveira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Conversão de energia; Energia das ondas; Teoria constructal
• Palavras-chave em Inglês: Constructal design; Oscillating Water Column (OWC); Couples devices; Input volumes; Geometric optimization
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/249798

O presente trabalho apresenta um estudo sobre dispositivos conversores de energia das ondas do mar do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) com câmaras hidropneumáticas acopladas. Assim, na presente investigação o objetivo, através da modelagem computacional e do emprego do Design Construtal, busca-se maximizar a potência hidropneumática (Phyd) disponível. São analisadas cinco configurações geométricas, sendo que em cada configuração definida ocorre a variação de onze geometrias, onde ocorre o incremento do número de câmaras acopladas a cada caso estudado. No caso com duas câmaras acopladas complementase o estudo verificando os graus de liberdade referente à altura e espessura da coluna que divide as câmaras. Considerando um domínio bidimensional, as restrições para este estudo são: os volumes de entrada dos dispositivos (VEn) e os volumes totais (VTn). Os graus de liberdade analisados foram: H2 (altura da parede que divide os dois dispositivos), e2 (espessura da parede que divide os dispositivos) e Hn/Ln (razão entre altura e largura das câmaras hidropneumáticas). Os graus de liberdade Hn/lj (razão entre altura e largura do duto da turbina) e Hdepth (profundidade de submersão) foram mantidos constantes. Para a solução numérica é empregado um código de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado no tratamento da interação água-ar. O domínio computacional é representado por um tanque de ondas com um dispositivo CAO acoplado. Os resultados obtidos indicam que para o grau de liberdade Hn/Ln = 0,2613 (Hn = 4.1335 m e Ln = 15.8219 m) é determinado o mais alto valor para os indicadores de desempenho ([Phyd]máx = 30.8 kW, ṁ = 82,1 kg/s e P = 8820,8 Pa). Já o caso de mais baixo desempenho apresenta o grau de liberdade Hn/Ln = 0,0153 (Hn = 1 m e Ln = 65,4 m) com resultados [Phyd]máx = 257,9 W, ṁ = 6,22 kg/s e P = 454,6 Pa. Assim, verifica-se que a variação geométrica e o incremento de câmaras hidropneumáticas, tem um fator importante e decisivo na conversão energética de dispositivos do tipo CAO, destacando-se que a distribuição de energia total não é linear para os casos de mais de duas câmaras acopladas.