XXVIII Congresso de Iniciação Científica
Análise Aerodinâmica de Turbinas Eólicas com a Dinâmica de Fluidos Computacional
João Emanuel Fermino Martini, Claudio De Conti, Campus de Rosana, Unidade Experimental de Rosana, Engenharia de Energia, joaoemanuel1996@outlook.com, Iniciação Científica/PIBIC.
Palavras Chave: Método dos volumes finitos, Dinâmica dos fluidos computacional, turbina eólica de eixo horizontal (TEEH).
Introdução
As turbinas eólicas realizam a transformação da energia cinética da massa de ar em movimento na atmosfera terrestre, em energia elétrica. Assim, a análise das características aerodinâmicas envolvidas neste processo, através de simulações computacionais que reproduzam o vento passando através da turbina, é importante para a otimização do projeto de uma turbina eólica. As características aerodinâmicas do vento fluindo através de um aerogerador podem ser modeladas com as conhecidas equações da mecânica da fluídos.
Considerando-se que a massa de ar em movimentação através das pás das turbinas eólicas de eixo horizontal (TEEH) seja um fluido turbulento, newtoniano e homogêneo, e, além disso, não há troca de calor, as equações envolvidas nesse caso são reduzidas as equações diferenciais parciais de conservação de massa e a de Navier-Stokes. Para resolver os problemas envolvendo a complexidade dessas equações e com o intuito de realizar a modelagem do escoamento de ar, é usado a dinâmica dos fluidos computacional (DFC) para os casos de volume de controle. Assim, pode-se obter as grandezas físicas envolvidas nesse processo, dentre elas: velocidade, pressão, coeficiente de arrasto e sustentação, ângulo de ataque efetivo e a estimativa do ponto de transição do fluido de laminar para turbulento. A solução numérica das equações é realizada com um método da análise numérica, a saber, o método dos volumes finitos (MVF). Todas as simulações serão realizadas no ambiente computacional do Scilab, que trata-se de um código para implementação de algoritmos numéricos com licença gratuita e código fonte aberto.
Objetivos
Neste painel estamos apresentando o projeto que foi submetido ao programa PIBIC/PIBITI 2016-2017, processo número 39.744, que foi aprovado e atribuído bolsa ao aluno para início em setembro de 2016. O objetivo deste projeto é realizar a modelagem do escoamento do ar numa turbina eólica de eixo horizontal, utilizando para tanto as equações de conservação de massa e de Navier- Stokes. Essas equações serão implementadas
numericamente com o método dos volumes finitos e o interpretador de comandos Scilab.
Material e Métodos
O desenvolvimento deste projeto será realizado em 3 etapas: (i) estudo do comportamento aerodinâmico das turbinas eólicas de eixo horizontal para conhecer e estimar os parâmetros necessários para determinar as propriedades envolvidas nesse projeto, tais como coeficiente de arrasto, sustentação, binário, torque e potência; (ii) estudo da dinâmica dos fluidos computacional e método dos volumes finitos, tomando como ponto de partida a resolução das equações da conservação de massa e de Navier-Stokes, as condições de contorno iniciais e a discretização do domínio, sendo esta última parte, transformar as equações diferenciais parciais em equações algébricas; (iii) estudo do Scilab, implementação e resolução numérica das das equações desenvolvidas no item (ii).
Conclusões
Espera-se que ao longo desse projeto possa ser efetuada a modelagem do escoamento de ar em turbinas eólicas de eixo horizontal, com base na solução numérica das equações de conservação de massa e a de Navier-Stokes, que descrevem adequadamente esse processo. Para tanto, serão utilizadas a DFC, o MVF e o ambiente Scilab.
Agradecimentos
O aluno J. E. F. Martini gostaria de agradecer a PROPE/UNESP pelo auxílio financeiro.
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CONTI, Claudio De. Análise Aerodinâmica das turbinas eólicas com a Dinâmica dos Fluídos Computacional. 2016 Curso de Engenharia da Energia, Universidade Estadual Paulista, Rosana, 2016.
