Análise de aumento de desempenho aerodinâmico de turbinas eólicas de eixo vertical por meio de guia de bocais convergentes omniderecional

Abstract

Grande parte da poluição gerada que deteriora a natureza provém da queima de combustíveis fósseis, utilizados em grande parte para a geração da energia elétrica. No entanto, existem alternativas de geração de energia menos nocivas ao meio ambiente: as fontes renováveis, cujas principais vertentes são a biomassa, solar, geotérmica, hidroelétrica, eólica, maremotriz, etc. Estas, além de poluírem menos, diversificam a matriz energética, resultando em diversas vantagens, como redução da dependência de fonte única de energia e suas possíveis consequências. Dentre as fontes renováveis, a energia eólica vem ganhando espaço por possuir um baixo custo, além de sua possível aplicação em menor escala na área urbana, gerando energia para edifícios e residências. Tal aplicação é possível por meio de turbinas eólicas de eixo vertical, que são mais adequadas ao fluxo turbulento encontrado nas cidades do que as de eixo horizontal. No entanto,como essa tecnologia não foi tão empregada quanto às de eixo horizontal, ela não foi suficientemente estudada e, consequentemente, não atingiu um patamar de alto desempenho e confiabilidade, o que gera espaço para pesquisa e desenvolvimento nesta área. O objetivo do trabalho é propor melhorias e desenvolver uma turbina eólica de eixo vertical mais eficiente que as encontradas atualmente, por meio de simulações, testes em túnel de vento para validação e futura construção em escala real. Para isso, foi proposto um sistema de aumento de fluxo (guia de bocais convergentes omnidirecional) para integração com a turbina, e foram escolhidos 3 perfis de aerofólio para serem avaliados com a integração do sistema proposto. Foram feitas simulações no software Ansys, em componente CFD, em que foram analisados o torque estático gerado pelas turbinas para diferentes perfis de aerofólio e integração com sistema de aumento de fluxo. Em seguida, foi fabricado um modelo em escala das turbinas para serem testados em túnel de vento juntamente com o sistema proposto, validando assim os dados obtidos por simulação. Com os resultados dos testes, pôde-se concluir que o uso do sistema de aumento de fluxo é benéfico para turbinas eólicas de eixo vertical para todos os perfis estudados, aumentando tanto o torque estático inicial (reduzindo a velocidade de partida), quanto a velocidade de rotação máxima da turbina.