EE - Escola de Engenharia
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- ItemAnálise numérica do comportamento de dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante onshore com diferentes geometrias da câmara(2021) Güths, Angélica Konradt; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, EricAtualmente, a maior parte da energia utilizada mundialmente vem de fontes não renováveis, causando sérios problemas ambientais. Uma alternativa de fonte reno- vável de energia são as ondas do mar, que possuem grande potencial energético. O dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) é um dos mais estudados; porém, seu uso ainda não está consolidado. O objetivo desse trabalho é o de propor uma nova geometria da câmara de um dispo- sitivo CAO onshore, analisar numericamente a sua performance e comparar o seu comportamento hidropneumático com CAO’s de câmeras com diferentes inclina- ções da parede frontal. As simulações são realizadas em um canal numérico usan- do o software FLUENT, considerando as equações de Navier-Stokes na média de Reynolds (Reynolds-averaged Navier-Stokes – RANS) para um escoamento 2D sendo o água incompressível e o ar compressível considerado como gás ideal, o modelo de turbulência e o método Volume of Fluid (VOF) para tratar um escoamento com superfície livre. No dispositivo é simulada a turbina Wells com relação característica igual a 100 Pa.s/m3 e as dimensões das câmaras tem a mes- ma ordem de grandeza das dimensões da planta da ilha Pico (Açores, Portugal). São comparados dois casos: CAO padrão com diferentes inclinações da parede frontal (casos A) e os da nova proposta (casos B), em que é inserida uma parede frontal externa inclinada no sentido oposto à propagação da onda incidente. Os dispositivos são analisados para diferentes períodos de ondas incidentes (6 a 12 s) e altura de 1,5 m, incluindo o comportamento do escoamento na região da câmara, os efeitos de run up/down na parede frontal, sloshing dentro da câmara e a análise do balanço de energia na região do dispositivo. A configuração dos casos B con- tribui para a diminuição de possibilidade de galgamento (menor run up/down) e de entrada de ar dentro da câmara. De maneira geral, os casos B apresentam coe- ficientes de reflexão menores do que aqueles dos casos A para uma mesma incli- nação da parte interna da parede frontal. Quanto à eficiência dos casos, definida pela energia extraída, os casos B apresentam maiores valores do que os casos A e os melhores desempenhos são alcançados pela inclinação da parede frontal exter- na de 40o e da parede frontal de 40o e 52o. A solução única ótima depende das características do estado do mar da região em que o dispositivo CAO será instalado.
- ItemAnálise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar(2020) Wiener, Guilherme Ferreira; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, Eric LionelCom o advento da tecnologia nos tempos modernos, a demanda por energia elétrica é crescente ao longo dos anos. Em contrapartida, a maioria dos métodos de produção de energia utilizam recursos não renováveis, impactando o meio-ambiente e aumentando o custo de compra. Perante isto, diversos estudos abordam o tema de fontes renováveis de energia, em que uma das fontes é a das ondas. Um dos dispositivos de conversão de energia das ondas muito difundido é o de Coluna de Água Oscilante (CAO), em que uma câmara de ar fechada acima do nível da superfície livre e uma turbina acoplada são capazes de produzir eletricidade, sendo destaque em diversos trabalhos analíticos e experimentais. No presente trabalho, são realizadas análises numéricas para determinar as dimensões ótimas de turbinas do tipo Wells e câmaras de dispositivos de CAO inseridos em um quebra-mar hipotético, funcionando em paralelo, a uma profundidade de 14 m na costa Sul do Brasil. O estado de mar é representado pela ocorrência de ondas regulares para uma faixa de períodos e alturas características da região. Assim, são calculadas as potências médias anuais de diferentes combinações de diâmetros e rotações de turbina e de comprimento e largura da câmara do conversor CAO para determinar o dispositivo mais eficiente para a região. Para a realização das simulações numéricas, emprega-se o software FLUENT®, baseado no modelo Reynolds Averaged Navier-Stokes equations e a técnica Volume of Fluid (RANS-VoF), resolvidas numericamente pelo Método de Volumes Finitos, e o modelo simplificado TDO (Turbine Diameter Optimization) generalizado, desenvolvido neste trabalho. O modelo TDO modificado é calibrado pelo FLUENT® para cada onda incidente e considera o movimento oscilatório da superfície livre dentro da câmara como o de um pistão e o ar dentro da câmara sofrendo uma transformação adiabática. O diâmetro ótimo da turbina e o comprimento e largura do dispositivo que geram a maior eficiência são escolhidos considerando o estado de mar da região e dispositivos com 16 m de altura (10 m estão submersos) com uma parede frontal submersa de 2.5 m. Como resultado final, encontrou-se a maior eficiência (50.69%) em um dispositivo de 15x15 m e diâmetro de turbina de 3.00 m, sendo 17.35% mais eficiente que o dispositivo de 5x5 m e diâmetro de 1.25 m (33.34%).
- ItemSimulação numérica de um dispositivo de aproveitamento da energia das ondas do tipo coluna de água oscilante: comparação de dois códigos numéricos(2010) Conde, José Manuel Paixão; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, Eric LionelNeste artigo apresentam-se os resultados da aplicação de dois códigos numéricos na simulação de um dispositivo de aproveitamento da energia das ondas do tipo coluna de água oscilante. Um dos códigos (FLUINCO) é baseado na técnica dos elementos finitos e o outro (FLUENT) na técnica dos volumes finitos. O objectivo do trabalho consiste na validação destes códigos para este tipo de escoamento, com o intuito de os aplicar de forma sistemática no projecto de sistemas de aproveitamento de energia das ondas. O caso simulado, que corresponde a um modelo simplificado testado experimentalmente, permitiu concluir da boa qualidade dos resultados obtidos, existindo uma boa correspondência entre os resultados experimentais e os obtidos pelos códigos numéricos.
- ItemSimulação numérica da ação de ondas sobre um dispositivo de captação de energias das ondas do tipo coluna de água oscilante(2011) Davyt, Djavan Perez; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Ramalhais, Rúben dos Santos; Didier, Eric LionelNeste trabalho é analisado um dispositivo de extração de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante sob a ação de ondas regulares de diferentes períodos. São realizadas variações no comprimento submerso da parede frontal e no comprimento da câmara. Para tal é utilizado o código numérico FLUINCO, o qual é baseado nas equações RANS e a discretização é realizada utilizando o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos. Uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE) é utilizada para permitir a solução de problemas que envolvem movimentos da superfície livre. Alguns resultados são comparados com os obtidos utilizando o programa FLUENT. São apresentados a amplificação (relação entre a altura da onda incidente a e dentro da câmara), distribuição das velocidades e vetores de velocidade.
- ItemEstudo numérico de uma placa submersa vista como quebra-mar e conversor de energia das ondas(2012) Seibt, Flávio Medeiros; Couto, Eduardo Costa; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio AndréA crescente pesquisa por fontes de energia limpa e renovável tem contribuído para dar relevância ao estudo da energia das ondas do mar. Este artigo apresenta um modelo computacional desenvolvido para analisar o dispositivo placa submersa utilizado como quebra-mar e como conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica. A dupla função deste dispositivo o distingue dos demais conversores de energia das ondas. O modelo desenvolvido utiliza os códigos comerciais GAMBIT e FLUENT. Neste último, a metodologia usada para representar a interação ar-água nas simulações numéricas do dispositivo é a multifásica Volume de Fluido. O objetivo deste artigo é contribuir para um maior conhecimento deste dispositivo analisando a influência do comprimento da placa no seu desempenho nas duas funções. Para tanto, o modelo desenvolvido, depois de validado, é aplicado em cinco simulações que se distinguem apenas pelo comprimento da placa. Nestas simulações, o seu desempenho na função de quebra-mar é quantificado por meio do coeficiente de transmissão. Já, o seu desempenho como conversor de energia é avaliado por sua eficiência em captar a energia das ondas incidentes. Constata-se que para um comprimento de placa, adimensionalizado pelo comprimento da onda, inferior à 0.83, as funções quebra-mar e conversor de energia não são concorrentes.
- ItemEscolha de tecnologia de conversão da energia das ondas em energia elétrica(2011) Souza, Roní de Azevedo e; Piccoli, Humberto CamargoEste trabalho apresenta a escolha de uma alternativa de transformação da energia gerada pelas ondas do mar em energia elétrica utilizando um método de tomada de decisão. Faz um panorama a respeito do uso de energia e da sua matriz de consumo mundial. Apresenta as tecnologias de conversão da energia das ondas, apresentando as principais. Após são apresentados vários métodos de tomada de decisão e indicado ao caso proposto o Método de Análise Hierárquica. O AHP é uma técnica tomada de decisão múltiplos critérios, onde a experiência e o conhecimento das pessoas é pelo menos tão valioso quanto os dados utilizados. São estabelecidos cenários, o método é aplicado e os resultados obtidos não permitem uma conclusão. Após análise dos resultados, revistos os critérios inconclusivos e os dados inexistentes, há nova rodada do método e os resultados apontam para uma alternativa.
- ItemModelagem computacional de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante para a costa de Rio Grande(2009) Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Olinto, Cláudio Rodrigues; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Souza, Jeferson AvilaEste trabalho apresenta a modelagem computacional de um conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) submetido ao clima de ondas da costa da cidade de Rio Grande. A simulação numérica foi realizada utilizando-se o pacote FLUENT® e empregando-se o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) na geração da onda e na interação da mesma com o conversor. O domínio computacional foi representado por um tanque de ondas acoplado ao dispositivo CAO, possibilitando analisar o seu comportamento quando sujeito a incidência de ondas regulares com características semelhantes ao clima de ondas na costa de Rio Grande. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade da região em gerar energia elétrica a partir da energia das ondas do mar, através do conversor tipo CAO.
- ItemEnergia das ondas do mar: modelagem computacional de um dispositivo de galgamento(2009) Iahnke, Silvana Letícia Pires; Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Rocha, Luiz Alberto OliveiraEste trabalho apresenta um breve estudo sobre energia das ondas do mar bem como a modelagem computacional de um dispositivo do tipo galgamento. A simulação foi realizada através do software de Dinâmica dos Fluidos Computacional FLUENT®, tendo sido empregado o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF), para representar adequadamente a interação entre água e ar. Os resultados obtidos foram satisfatórios, sendo, na geração da onda, a diferença máxima entre os resultados numéricos e a solução analítica, em torno de 4.6%. Foi observado também, que o conhecimento da altura da onda, aliado ao projeto adequado da rampa, são fatores que determinam a ocorrência do galgamento.
- ItemModelagem computacional de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante para a costa de Rio Grande(2009) Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Olinto, Cláudio Rodrigues; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Souza, Jeferson AvilaEste trabalho apresenta a modelagem computacional de um conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) submetido ao clima de ondas da costa da cidade de Rio Grande. A simulação numérica foi realizada utilizando-se o pacote FLUENT® e empregando-se o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) na geração da onda e na interação da mesma com o conversor. O domínio computacional foi representado por um tanque de ondas acoplado ao dispositivo CAO, possibilitando analisar o seu comportamento quando sujeito a incidência de ondas regulares com características semelhantes ao clima de ondas na costa de Rio Grande. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade da região em gerar energia elétrica a partir da energia das ondas do mar, através do conversor tipo CAO.
- ItemModelagem Computacional de um Dispositivo do Tipo Coluna de Água Oscilante para a Costa de Rio Grande.(2009) Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Olinto, Cláudio Rodrigues; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Souza, Jeferson AvilaEste trabalho apresenta a modelagem computacional de um conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) submetido ao clima de ondas da costa da cidade de Rio Grande. A simulação numérica foi realizada utilizando-se o pacote FLUENT® e empregando-se o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) na geração da onda e na interação da mesma com o conversor. O domínio computacional foi representado por um tanque de ondas acoplado ao dispositivo CAO, possibilitando analisar o seu comportamento quando sujeito a incidência de ondas regulares com características semelhantes ao clima de ondas na costa de Rio Grande. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade da região em gerar energia elétrica a partir da energia das ondas do mar, através do conversor tipo CAO.