SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO DESEMPENHO DE AEROGERADORES DE EIXO VERTICAL E HORIZONTAL

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Detalhes
  • Tipo de apresentação: Vídeo Pôster (Lembrando que a categoria de apresentação será escolhida posteriormente pelo comitê)
  • Eixo temático: Engenharia e Sustentabilidade
  • Palavras chaves: Aerogeradores; Modelo Qblade; Túnel de Vento;
  • 1 Universidade Federal de Santa Maria

SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO DESEMPENHO DE AEROGERADORES DE EIXO VERTICAL E HORIZONTAL

Marianna Teixeira

Universidade Federal de Santa Maria

Resumo

Aerogeradores são máquinas que transformam a energia cinética dos ventos em energia elétrica. Para que esta transformação seja a mais eficiente é necessário escolher adequadamente a seção transversal de suas pás. Estas seções transversais estão associadas ao perfil aerodinâmico das turbinas eólicas. Consequentemente, o perfil aerodinâmico está intrinsecamente associado à sua eficiência. Assim, neste trabalho simula-se um aerogerador de eixo vertical e um de de eixo horizontal, com diferentes perfis aerodinâmicos, e compara-se os resultados das simulações com os dados experimentais destes aerogeradores em um experimento de túnel de vento. A geometria do aerogerador de eixo horizontal foi baseada na turbina experimental de Hsiao et al.(2013). Enquanto que a turbina de eixo vertical teve sua caracterização baseada em Castelli et al.(2011). Para simular estes aerogeradores, empregou-se o modelo Qblade. O Qblade é um software open source desenvolvido por um grupo de pesquisa em energia eólica de Berlim liderado pelo professor pesquisador Christian Oliver Paschereit. Este modelo utiliza o perfil aerodinâmico da pá do aerogerador em sua inicialização e é necessário informar a velocidade do vento, viscosidade dinâmica do ar e o número de Reynolds como parâmetros de entrada. Para modelar o aerogerador de eixo horizontal foi utilizado o método BEM (Blade Element Momentum) e para o vertical a teoria Double-Multiple Streamtube. Desta forma, o Qblade simulou os efeitos das forças sobre as pás do rotor e estimou os coeficientes de sustentação e de arrasto, além de prever o coeficiente de potência (Cp) e o torque máximo dos aerogeradores. Os resultados das simulações mostram que, para o aerogerador de eixo horizontal, o modelo conseguiu prever o Cp máximo com uma diferença de doze porcento em relação ao valor experimental. Por outro lado, para o aerogerador de eixo vertical o modelo consegue prever a razão de velocidade na ponta (TSR) para a qual o coeficiente de potência é máximo, mas não um valor de Cp máximo próximo do experimental. Assim, a partir deste estudo conclui-se que é possível prever o desempenho de aerogeradores através de simulação numérica. Adicionalmente, pode-se observar que os melhores resultados são obtidos para o aerogerador de eixo horizontal.

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Autor

Marianna Teixeira

Neste trabalho foi empregado os perfis aerodinâmicos NACA para construção das pás das turbinas. Nas simulações foi mantido um vento horizontal com magnitude de 10m/s (perfil uniforme) e variou-se a razão de velocidade de ponta (TSR) de 0 a 9 para o aerogerador horizontal, enquanto que para o aerogerador vertical empregou-se um vento médio de 9m/s e uma TSR de 1,44 a 3,3. A magnitude da velocidade do vento, da viscosidade e do número de Reynolds foram mantidos iguais aos do experimento de túnel de vento para que se pudesse comparar as simulações realizadas no Qblade aos dados dos experimentos. Entretanto, o modelo permite especificar um perfil de vento. Originalmente são três as opções: perfil uniforme, potência e logarítmico. Para um perfil diferente destes é necessário adaptar o modelo.