Application of constructaldesign for the geometric analysis of a oscillating water column device in the form of double trapezium subjected to regular waves

Abstract

O presente artigo aborda numericamente a forma geométrica de um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) no formato de um duplo trapézio. O sistema foi submetido a incidência de ondas regulares com períodos iguais a: T = 3,0 s, T = 7,5 s e T = 15,0 s, respectivamente. O objetivo é maximizar a potência hidropneumática disponível. Para a análise computacional é empregado um código de dinâmica dos fluidos computacional 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. É empregado o Design Construtal para a avaliação geométrica. O grau de liberdade analisado foi H₁/L (razão entre a altura e o comprimento de entrada da câmara hidropneumática). As restrições do problema são a área de entrada da câmara hidropneumática e a área total da câmara CAO que são mantidas constantes e a razão L₁/L (razão entre largura da câmara CAO e a largura de entrada da câmara), que foi predeterminada como uma constante c com valores específicos: 1,25 / 1,50 / 1,75. A partir dos dados obtidos são analisados: fator de amplificação, vazão mássica, pressão e potência hidropneumática. Os resultados indicam que a análise de configuração geométrica de dispositivo CAO conduz ao máximo aproveitamento da potência hidropneumática disponível, sendo que o caso de maior desempenho obtido para a potência hidropneumática, quando  H₁/L = 0,0230, é cerda de 1200 vezes maior que o pior resultado obtido nesse estudo.