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
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Zinani, Flávia Schwarz Franceschini | |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/8732272690265023 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Bloss, Vinícius | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/8886912294059252 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2021-01-20T14:17:21Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2021-01-20T14:17:21Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2020-10-15 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | Recently, the oceans have been seen as a promising source of renewable energy. Theoretically, the oceans could offer enough energy to supply the entire world demand. Among the technologies available for energy conversion from the oceans, the Oscillating Water Column (OWC) type devices stand out, which are characterized by a chamber, in which the water oscillates inside in a movement similar to a piston. This movement moves the air to a chimney, where a turbine is attached. The passage of air through the turbine promotes the conversion into mechanical energy. In the present work, the study of the performance of a 1:15 scale OWC type converter was performed using a three-dimensional computational fluid dynamics model. The analysis was based on the Constructal Design Method. In this approach, energy is the quantity that flows through the system, whose purpose is the maximum rate of conversion of wave energy into mechanical energy. Three degrees of freedom were used: the ratio of height to length of the hydropneumatic chamber (H1/L), the ratio of the height of the chimney to its diameter (H2/d), and the ratio of the width of the hydropneumatic chamber to the width of the wave tank (W/Z). The effect of different combinations between degrees of freedom for a typical wave of the southern region of the Brazilian coast was investigated. Conversion efficiency was used as a performance parameter. Computational modeling of the system was performed, using computational fluid dynamics software based on the finite volume method (FVM), using the Volume of Fluid (VoF) modeling for the interface between the gas and liquid phases. In a first analysis, it was observed that the height of the chimney always has a positive effect on the efficiency of the system. However, only workable values were selected for this degree of freedom, limiting the subsequent analyzes to two degrees of freedom, H1/L and W/Z. Through a Design Experiment of the Central Composite Project type, different combinations of degrees of freedom were simulated, allowing the construction of Response Surfaces and correlations for the efficiency of the system depending on the degrees of freedom width and height of the chamber, as well as the optimization of the system based on the Response Surfaces. In the tests carried out, the efficiency of the OWC device varied from 1.48% to 19.32% in the worst and best case, respectively. | en |
| Resumo (dc.description.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. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9498 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Design construtal | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Fluidodinâmica computacional | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Conversor de energia das ondas | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Coluna de água oscilante | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Construtal design | en |
| Assunto (dc.subject) | Computational fluid dynamics | en |
| Assunto (dc.subject) | Wave energy converter | en |
| Assunto (dc.subject) | Oscillating water column | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | 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 | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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