Análise numérica da esteira aerodinâmica formada por uma turbina eólica com dimensionamento ótimo de Betz

AUTOR(ES)

Horn, Diego Anderson

DATA DE PUBLICAÇÃO

2010

RESUMO

A evolução do uso da energia eólica nas últimas décadas está diretamente relacionada ao desenvolvimento da tecnologia empregada na conversão e projeto das instalações. A viabilização de uma instalação eólica de grande porte depende da avaliação correta do potencial eólico. A fim de avaliar a capacidade de conversão de energia cinética do vento em torque, é fundamental a modelagem da esteira aerodinâmica das turbinas eólicas. Este trabalho apresenta um estudo sobre a esteira aerodinâmica formada por uma turbina eólica dimensionada conforme a teoria de otimização de Betz. Para tanto, realiza-se inicialmente uma pesquisa sobre a evolução da transformação da energia contida no vento em energia mecânica e métodos de análise adotados. Para modelagem da esteira, realiza-se a simulação numérica do escoamento sobre uma turbina de eixo horizontal empregando o Método de Volumes Finitos. Através do uso da Dinâmica dos Fluidos Computacional são resolvidas as Equações de Navier-Stokes com Médias de Reynolds (RANS) e a utilização dos modelos de turbulência k-, k- RNG, k- e k- SST. Para a solução das equações é utilizado o programa ANSYS-CFX. Define-se o perfil NACA 4412 como perfil aerodinâmico para projeto das pás da turbina, e modela-se a turbina através da teoria de dimensionamento ótimo de Betz. O domínio, discretizado em um número finito de volumes de controle, possui duas regiões distintas, uma estática e outra rotacional, representado o rotor da turbina. Inicialmente são apresentadas simulações com os diferentes modelos de turbulência e definido o modelo que apresenta os melhores resultados, o k- SST. Para o modelo escolhido são realizadas simulações incluindo estudos com a turbina inclinada em relação à direção de incidência do vento, para verificar a alteração no perfil da esteira gerada e na capacidade da turbina em transformar a energia do vento em Torque. Os resultados obtidos para os campos de velocidade e pressão são comparados com os de outros autores e mostraram-se coerentes, indicando que a simulação feita é capaz de representar o fenômeno analisado.

ASSUNTO(S)

turbinas eólicas horizontal axis wind turbine wake dinâmica dos fluidos computacional análise numérica computational fluid dynamics numerical analysis betz optimization

Documentos Relacionados

• Simulação de grandes escalas para análise numérica da esteira aerodinâmica da turbina eólica NREL UAE Phase VI
• Análise numérica da influência de fatores atmosféricos na esteira aerodinâmica de turbinas eólicas
• Um sistema automatico de regulacao e controle da geracao de energia eletrica a partir de uma turbina eolica
• Determinação numérica da curva de desempenho de estágio de turbina
• Análise numérica e experimental da esteira próxima de escoamentos ao redor de corpos rombudos