Estudo numérico de um dispositivo de placa horizontal submersa para conversão de energia das ondas do mar em energia elétrica aplicando design construtal

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Seibt, Flávio Medeiros
• Orientador(a): Rocha, Luiz Alberto Oliveira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Energia das ondas; Conversores; Dinâmica dos fluidos computacional; Placas (Engenharia)
• Palavras-chave em Inglês: Computational fluid dynamics; Constructal design; Submerged horizontal plate; Volume of fluid (VOF); Wave energy converter
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/199242

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 %.