Aplicação do Design Construtal para Avaliação Geométrica de Sítios de Conversão de Energia na Plataforma Continental Sul do Brasil.

Abstract

As necessidades energéticas do homem estão em constante evolução. Já somos mais de 7 bilhões de pessoas em um planeta onde a mudança do estilo de vida da população é constante e esta mudança faz com que a dependência da humanidade pela energia seja cada vez maior. O panorama mundial está mudando rapidamente, por motivos ligados a três das grandes preocupações da humanidade: meio ambiente, energia e economia global. Atualmente as grandes potências mundiais mantêm investimentos fortes nas fontes de energias renováveis, mas não conseguem se tornar totalmente independentes das fontes de combustíveis fósseis. A preocupação mundial em expandir a matriz energética foi o que ocasionou a busca por um maior número de fontes de energias renováveis possibilitando assim sua maior diversificação. Dentro da diversificação de fontes de recursos energéticos renováveis para uma melhoria da malha energética, os oceanos surgem como uma das opções a serem estudadas. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a configuração de um sítio de conversores dentro da Plataforma Continental Sul do Brasil e busca encontrar uma configuração que alcance a maior potencialização de conversão, para isso foi utilizado o método do Design Construtal para o desenvolvimento do melhor arranjo das turbinas levando em consideração suas regras de restrição. Neste estudo foi utilizado o modelo tridimensional TELEMAC3D para análise dos processos hidrodinâmicos, este modelo foi acoplado ao módulo de conversão de energia para o cálculo da potência convertida. Este estudo também realizou uma comparação com estudos encontrados na literatura e apresenta a importância da análise da hidrodinâmica do local onde será implantado o sítio, pois este afeta a posição dos conversores. Os resultados obtidos indicaram que a construção do arranjo segue um padrão assimétrico. Isso ocorreu devido ao comportamento do escoamento não ter um padrão definido, como ocorrem em experimentos controlados. Assim, as recomendações teóricas propostas em estudos de laboratório podem sofrer desvios quando aplicadas em sítios reais, o que não acontece na proposta de estudo realizada aqui, visto que a aplicação ocorreu em um sítio real. A esteira que se desenvolveu após o escoamento passar pelos conversores mostrou que fica inviável a implantação de conversores dentro desta área que chegou a mais de 1000m, levando em conta a quebra na intensidade da corrente que ocorre. O estudo desenvolvido permitiu obter um ganho de potência disponível de 23,73% em comparação com um arranjo simulado proposto na literatura. Dessa forma, o método Design Construtal conduziu a uma importante recomendação teórica sobre o design nesse tipo de aplicação.

The mans energy needs are in constant evolution. There are more than 7 billion people on a planet where the change of populations habits is constant and this change increases the dependence that humanity has related to energys growth. The world panorama changes fast, for reasons related to three big concerns of humanity: environment, energy and the global economy. Nowadays, the greatest powers keep strong investments in the renewable energy sources, however, they cannot become totally independent of fossil fuel sources. The world concern to increase the energy matrix was the motivation to search for a larger number of renewable energy sources, and it becomes possible their diversification. To improve energy matrix related to the diversification of renewable energy sources, the oceans appear as an option to study. This paper presents a study on a setting of farm converters inside of the Continental Shelf of Southern Brazil and it intends to find a setting that reaches the greater potency of conversion. In this regard, the Constructal Design method was used for developing of turbine arrangement and considering the rules of restriction. In this study, the three-dimensional model TELEMAC3D was used for analyzing of hydrodynamic processes. This model was coupled to the energy conversion module to calculate the converted potency. This study also compared the studies found in the literature and presents the importance of analysis of hydrodynamic of the locality where the farm will be implanted, because it affects the position of the converters. The results indicate that the construction of the arrangement has an asymmetrical pattern. It happened due to the flow behavior, because it does not have a defined pattern, it happens to controlled experiments. Therefore, the theoretical recommendations proposed by laboratory studies can suffer irregularities when they are applied on real farms, it does not happen to purpose of this paper, because in this case the application happened on the real farm. The wave that developed after pass through converters showed that the implementation of converters inside this area exceeded 1000m and its unfeasible, considering the broken current intensity. The developed study provided a potency gain of approximately 23,73% compared to the simulated arrangement proposed in the literature. Therefore, the Constructal Design method leads an important theoretical recommendation of the design in this application.