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Análise computacional e otimização geométrica de um dispositivo conversor da energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante

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Análise computacional e otimização geométrica de um dispositivo conversor da energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante

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Título Análise computacional e otimização geométrica de um dispositivo conversor da energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante
Outro título Computational analysis and geometric optimization of a wave energy converter device into electrical energy of oscillating water column type
Autor Schäfer, Leandro Behling
Orientador Rocha, Luiz Alberto Oliveira
Data 2012
Nível Graduação
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Curso de Engenharia Mecânica.
Assunto Engenharia mecânica
[en] Computational analysis
[en] Constructal design
[en] Geometric optimization
[en] Oscillating water column
Resumo O presente trabalho propõe um estudo numérico bidimensional com a finalidade de otimizar a geometria de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante (CAO), com base no método Constructal Design. Para a aplicação de tal método, são necessários um objetivo, graus de liberdade e restrições geométricas. Na presente proposta, buscou-se otimizar a razão entre a altura (H ) e o comprimento (L) da câmara do dispositivo CAO, visando ao aumento do aproveitamento da potência da onda a ele incidente. O grau de liberdade H1/L foi variado, enquanto que o grau de liberdade H2/l (razão entre a altura e o comprimento da chaminé do dispositivo) foi mantido fixo. A área da câmara do dispositivo CAO ( ) e a área total do dispositivo CAO ( ) foram mantidas constantes, constituindo-se nas restrições do problema. Empregou-se uma onda com características regulares e com dimensões em escala de laboratório. A modelagem do domínio computacional (câmara e tanque de ondas) foi feita no software GAMBIT®, e as simulações numéricas foram realizadas com um código computacional implementado no aplicativo de dinâmica dos fluidos computacional FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). No tratamento da interação água-ar, foi aplicado o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF). Foi possível, desta forma, analisar o conversor sujeito à incidência de ondas regulares. Para fins de comparação, nove casos distintos foram analisados. O melhor caso ocorreu quando a razão H1/L teve o valor de 0,7 e a vazão mássica, 0,33485 kg/s. Nesta configuração, o dispositivo apresentou os parâmetros H1 e L com os valores de 0,3130m e 0,4472m respectivamente. Outro ponto destacável na análise dos casos foi a constatação de que o comprimento ideal para um dispositivo CAO situa-se na faixa de 30 a 50% do comprimento de onda incidente.
Abstract This paper proposes a two-dimensional numerical study in order to optimize the geometry of a wave energy converter into electrical energy of oscillating water column type (OWC), based on Constructal Design method. For the application of this method, a goal, degrees of freedom and geometrical restrictions are required. In this proposal, there was the aim of optimizing the ratio between the height (H ) and length (L) of the OWC device chamber, to increase the utilization of the incident wave power. The degree of freedom H1/L was varied, while the degree of freedom H2/l (ratio between the height and the length of the device chimney) was kept fixed. The area of the OWC device chamber ( ) and the total area of the OWC device ( ) were kept constant, constituting the restrictions of the problem. The modeling of the computational domain (chamber and wave tank) was performed in the software GAMBIT ®, and numerical simulations were performed with a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT®, based on the Finite Volume Method (FVM). In the analysis of air-water interaction, the multiphase model Volume of Fluid (VOF) was applied. It is possible, therefore, to analyze the converter subjected to regular wave incidence. For comparison purposes, nine different cases were analyzed. The best case was verified when the ratio H1/L had the value of 0.7 and mass flow had the value of 0.33485 kg/s. In this configuration, the device presented the parameters H1 and L values of 0.3130m and 0.4472m respectively. Another remarkable aspect in the cases which were analyzed was the verification that the ideal length for an OWC device was located in the range of 30 to 50% of the incident wave length.
Tipo Trabalho de conclusão de graduação
URI http://hdl.handle.net/10183/75825
Arquivos Descrição Formato
000891586.pdf (520.6Kb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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