Avaliação numérica e geométrica do efeito da inserção de um anteparo triangular na parede frontal de um conversor de energia das ondas do mar do tipo Coluna de Água Oscilante
Keywords:
Coluna de Água Oscilante (CAO), Design Construtal e anteparo.Abstract
O presente artigo apresenta um estudo numérico bidimensional sobre a influência de um anteparo em um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica. O objetivo é avaliar, numericamente e geometricamente, o efeito da utilização de um anteparo na potência hidropneumática disponível no dispositivo do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO). O domínio computacional consiste em um canal de ondas com um dispositivo CAO onshore. Para a análise geométrica foi aplicado o Método Design Construtal. O problema tem uma restrição geométrica: a área do anteparo (A2) e um grau de liberdade H2/L2 (razão da altura e comprimento do anteparo). Nas simulações numérica, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte de fração volumétrica são resolvidas através do Método Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume Of Fluid (VOF) é aplicado para a interação água/ar. Observou-se que a geometria de dispositivo CAO
O presente artigo apresenta um estudo numérico bidimensional sobre a influência de um anteparo em um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica. O objetivo é avaliar, numericamente e geometricamente, o efeito da utilização de um anteparo na potência hidropneumática disponível no dispositivo do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO). O domínio computacional consiste em um canal de ondas com um dispositivo CAO onshore. Para a análise geométrica foi aplicado o Método Design Construtal. O problema tem uma restrição geométrica: a área do anteparo (A2) e um grau de liberdade H2/L2 (razão da altura e comprimento do anteparo). Nas simulações numérica, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte de fração volumétrica são resolvidas através do Método Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume Of Fluid (VOF) é aplicado para a interação água/ar. Observou-se que a geometria de dispositivo CAO que propiciou a maior potência hidropneumática disponível, foi a geometria para o qual a razão H2/L2 = 0,025. Os resultados mostraram uma diferença de cerca de 90% no comportamento da potência hidropneumática disponível no dispositivo CAO. Essa diferença ocorreu devido a variação do grau de liberdade H2/L2, quando foi adotado H2/L2 = 0,025 foi obtida a maior potência hidropneumática disponível enquanto que quando H2/L2 = 0,2 foi obtida a menor. Por fim, foi possível concluir que o aumento da razão H2/L2 resultou na diminuição da média RMS da potência hidropneumática disponível do dispositivo CAO.
que propiciou a maior potência hidropneumática disponível, foi a geometria para o qual a razão H2/L2 = 0,025. Os resultados mostraram uma diferença de cerca de 90% no comportamento da potência hidropneumática disponível no dispositivo CAO. Essa diferença ocorreu devido a variação do grau de liberdade H2/L2, quando foi adotado H2/L2 = 0,025 foi obtida a maior potência hidropneumática disponível enquanto que quando H2/L2 = 0,2 foi obtida a menor. Por fim, foi possível concluir que o aumento da razão H2/L2 resultou na diminuição da média RMS da potência hidropneumática disponível do dispositivo CAO.
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References
IAEA (INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY). Climate Change and Nuclear Power 2020. 2020. Disponível
em: <https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/PUB1911_web.pdf>.
TOLMASQUIM, M. T. Energia renovável: Hidráulica, Biomassa, Eólica, Oceânica. Rio de Janeiro: Empresa de
Pesquisa Energética, 2016.
WANG, Rong-quan; NING, De-zhi. Dynamic analysis of wave action on an OWC wave energy converter under the
Lainfluence of viscosity. Renewable Energy, v. 150, p. 578”“588, 2020.
GOMES, M. das N.; ISOLDI, L. A.; OLINTO, C. R.; et al. Vetor. Modelagem computacional de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante para a costa de Rio Grande, v. 19, n. 2, p. 58”“73, 2009.
BELKACEM, B.; LARBI, S. Contribution to the Geometry Optimization of an Oscillating Water Column Wave Energy Converter. Energy Procedia, v. 36, p. 565”“573, 2013.
TEIXEIRA, P. R. F.; DAVYT, D. P.; DIDIER, E.; et al. Numerical simulation of an oscillating water column device
using a code based on Navier”“Stokes equations. Energy, v. 61, p. 513”“530, 2013.
MAHNAMFAR, F.; ALTUNKAYNAK, A. Comparison of numerical and experimental analyses for optimizing the geometry of OWC systems. Ocean Engineering, v. 130, p. 10”“24, 2017.
BEJAN, A. Shape and Structure: From Engineering to Nature. United Kingdom: Cambridge University Press, 2000.
LETZOW, M. Avaliação geométrica da câmara de um dispositivo OWC onshore inserido em um tanque com rampa triangular em escala real empregando o constructal de design. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, RS, Brasil, 2014.
LARA, M. F. E. Estudo numérico bidimensional com aplicação de Design Constructal para a otimização da geometria e da profundidade de submersão de um dispositivo conversor das ondas do mar do tipo coluna de água oscilante. Dissertação de Mestrado em engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil, 2015.
LIMA, Y. T. B.; GOMES, M. das N.; CARDOZO, C. F.; et al. Analysis of Geometric Variation of Three Degrees of Freedom through the Constructal Design Method for a Oscillating Water Column Device with Double Hidropneumatic Chamber. Defect and Diffusion Forum, v. 396, p. 22”“31, 2019.
POULLIKKAS, A. Introduction to Power Generation Technologies. New York: Nova Science Publishers, 2009.
LÓPEZ, I.; IGLESIAS, G. Efficiency of OWC wave energy converters: A virtual laboratory. Applied Ocean Research, v. 44, p. 63”“70, 2014.
FALCÃO, A. F. de O. Wave energy utilization: A review of the technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 14, p. 899”“918, 2010.
CRUZ, J. M. B. P.; SARMENTO, A. J. N. A. Energia das ondas: Introdução aos Aspectos Tecnológicos, Econômicos e Ambientais. Alfragide: Instituto do Ambiente, 2004.
DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists. Singapura: World Scientific, 1991.
BARREIRO, T. G. Estudo da interação de uma onda monocromática com um conversor de energia. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, 2009.
GOMES, M. das N. Design Construtal de dispositivos conversores de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo coluna de água oscilante. Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil, 2014.
BEJAN, A. Constructal-theory network of conducting paths for cooling a heat generating volume. International Journal of Heat e Mass Tranfer, v. 40, n. 4, p. 799”“816, 1997.
BEJAN, A.; LORENTE, S. Design with Consctructal Design. 1. ed. Hoboken: John Wiley & Sons, 2008.
LETZOW, M.; LEVIEN, F.; PONS, R.; et al. Avaliação geométrica da câmara de um dispositivo de conversão de energia das ondas do tipo OWC para diferentes comprimentos da borda frontal. Revista Brasileira de Energias Renováveis, v. 6, n. 3, p. 454”“471, 2017.
SCHLICHTING, H. Boundary Layer Theory. 7. ed. New York: McGraw-Hill, 1979.
FERZIGER, J. H; PERIC, M. Computacional Methods for Fluid Dynamics. 1. ed. Berlim: Springer, 1996.
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