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Estudo do desempenho de um conversor de energia tipo coluna de água oscilante utilizando um modelo computacional tridimensional e design construtal com três graus de liberdade
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Estudo do desempenho de um conversor de energia tipo coluna de água oscilante utilizando um modelo computacional tridimensional e design construtal com três graus de liberdade
Bloss, Vinícius
Data da Defesa:
2020-10-15
Orientador:
Zinani, Flávia Schwarz Franceschini
Resumo:
Recentemente, os oceanos têm sido vistos como uma fonte promissora de
energia renovável. Teoricamente, os oceanos poderiam ofertar energia suficiente para
suprir toda a demanda mundial. Dentre as tecnologias disponíveis para conversão de
energia dos oceanos (CEO) destacam-se os dispositivos tipo Coluna de Água
Oscilante (CAO), que se caracterizam por uma câmara, na qual a água oscila em seu
interior em um movimento semelhante ao de um pistão. Este movimento desloca o ar
para uma chaminé, onde uma turbina é acoplada. A passagem do ar pela turbina
promove a conversão em energia mecânica. No presente trabalho, foi realizado o
estudo do desempenho de um conversor tipo CAO em escala 1:15 utilizando um
modelo de fluidodinâmica computacional tridimensional. A análise foi baseada no
Método Design Construtal. Nesta abordagem, a energia é a grandeza que flui através
do sistema, que possui como propósito a máxima taxa de conversão de energia das
ondas em energia mecânica. Foram utilizados três graus de liberdade: razão da altura
pelo comprimento da câmara hidropneumática (H1/L), razão da altura da chaminé pelo
seu diâmetro (H2/d) e a razão da largura da câmara hidropneumática pela largura do
tanque de onda (W/Z). Foi investigado o efeito de diferentes combinações entre os
graus de liberdade para um clima de ondas típico da região Sul do litoral brasileiro. A
eficiência de conversão foi utilizada como parâmetro de desempenho. Foi realizada a
modelagem computacional do sistema, aplicando um software de fluidodinâmica
computacional baseado no método de volumes finitos (MVF), utilizando a modelagem
Volume of Fluid (VoF) para a interface entre as fases gás e líquido. Em uma primeira
análise, observou-se que a altura da chaminé sempre tem efeito positivo na eficiência
do sistema. No entanto, foram selecionados apenas valores fabricáveis para este grau
de liberdade, limitando as análises posteriores a dois graus de liberdade, H1/L e W/Z.
Através de um Design de Experimentos do tipo Projeto Composto Central, diferentes
combinações dos graus de liberdade foram simuladas, permitindo a construção de
Superfícies de Resposta e de correlações para a eficiência do sistema em função dos
graus de liberdade largura e altura da câmara, bem como a otimização do sistema
baseado nas Superfícies de Resposta. Nos testes realizados a eficiência do
dispositivo CAO variou de 1,48% até 19,32% no pior e melhor caso, respectivamente.
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