Otimização geométrica de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar do tipo Coluna de Água Oscilante na forma trapezoidal
Mateus das Neves Gomes Gomes1; Beatriz Leandro Bonafini Bonafini1; Leandro Ferres Cassel Cassel1; Liércio André Isoldi Isoldi2; Elizaldo Domingues dos Santos Santos2; Luiz Alberto Oliveira Rocha Rocha3
1 Instituto Federal do Paraná, Campus Paranaguá, Rua Antônio Carlos Rodrigues 453, Bairro Porto Seguro; 2 Universidade Federal do Rio Grande, Escola de Engenharia, Av. Itália, km 8, Bairro Carreiros, CEP 96; 3 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Rua Sar
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0151
Resumo
O presente trabalho apresenta um estudo numérico bidimensional sobre a otimização da geometria na forma trapezoidal de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica. O princípio de funcionamento é o de coluna de água oscilante (CAO). O principal objetivo é encontrar a geometria ótima que maximiza a potência hidrodinâmica absorvida pelo dispositivo quando submetido a um clima de ondas real. Para tanto será empregado Constructal Design para variar o grau de liberdade β, que é o ângulo formado pela parede frontal da parede do dispositivo CAO (ângulo da base do trapézio) enquanto o outro grau de liberdade, H2/l, (razão entre altura e comprimento da chaminé de saída da câmara CAO) é mantido constante. As restrições do problema são a área de entrada e a área total da câmara CAO que serão mantidas constantes. No modelo computacional será considerado o efeito da perda de carga que a turbina causa ao escoamento de ar. Para isso será utilizada uma restrição física na forma elíptica e localizada na chaminé de saída da câmara CAO. Para a solução numérica é empregado um código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT®, baseado no Método de Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado no tratamento da interação água-ar. O domínio computacional é representado por um tanque de ondas com o dispositivo CAO acoplado. Deste modo pretende-se obter uma recomendação teórica acerca da geometria de dispositivo CAO que otimiza o aproveitamento da potência da onda incidente.
Palavras-chave: Constructal design; energia das ondas; coluna de água oscilante (CAO); otimização geométrica; forma trapezoidal