Estudo numérico de um conversor Coluna de Água Oscilante através do método Design Construtal

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Cardozo, Camila Fernandes
• Orientador(a): Rocha, Luiz Alberto Oliveira
• 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; Coluna de água oscilante; Design construtal; CFD
• Palavras-chave em Inglês: Wave energy; Oscillating water column; Constructal design; CFD
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9388

Dispositivos conversores de energia das ondas do mar aproveitam o movimento de água para gerar eletricidade, convertendo energia potencial e cinética em elétrica. O presente trabalho centra-se no estudo de um conversor do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO), que utiliza o movimento vertical das ondas no interior de uma câmara semi submersa para obter ar em alta velocidade através de uma chaminé, na qual deve estar conectado um gerador elétrico. Um modelo tridimensional de dispositivo CAO, com câmara retangular e chaminé cilíndrica, em escala 1:15, foi investigado com o objetivo de maximizar a eficiência hidrodinâmica a partir de variações geométricas, utilizando o método Design Construtal. O problema foi resolvido numericamente com o software Fluent, que utiliza o Método dos Volumes Finitos, junto ao modelo Volume of Fluid para escoamento multifásico. Os parâmetros analisados foram nível de submersão da câmara (H3/h), razão entre a largura da câmara e a largura do tanque de ondas computacional (w/Z) e razão entre a altura e o diâmetro da chaminé (H2/d). Para os casos estudados, os maiores valores de eficiência foram obtidos quando H3 ≈ h, W ≈ Z e H2 d. Contudo, os campos de pressão no interior do dispositivo apresentaram comportamento simétrico ao longo da largura w, sugerindo que, para os casos estudados, o parâmetro w/Z teve baixa influência nos valores de eficiência. Em contrapartida, variações geométricas na chaminé (H2/d) apresentaram ganhos de eficiência mais significativos, diminuição de recirculações internas de ar e campos de velocidade e pressão mais uniformes. Entre todos os casos analisados, o pior e o melhor valor de eficiência obtidos foram de, respectivamente, 0,14% e 49,85%.