O presente trabalho busca através do uso de túnel de vento e de análises computacionais via CFD (Computacional Fluid Dynamics) avaliar o comportamento aerodinâmico que determinadas modificações nas arestas vivas de uma edificação retangular propiciam. No que tange a avaliação em túnel de vento, confeccionou-se modelos rígidos com diversas tomadas de pressão distribuídas nas fachadas dos modelos com o propósito de determinar a distribuição das isolinhas médias de pressão e os coeficientes aerodinâmicos. As simulações computacionais foram feitas a partir do uso do método de Taylor-Galerkin de 2 passos em sua forma explícita. Os modelos numéricos foram discretizados segundo o Método dos Elementos Finitos (MEF) utilizando a técnica de integração reduzida e controle de modos espúrios. A turbulência foi tratada utilizando o modelo de turbulência LES (Large Eddy Simulation), um simulador sintético de turbulência e a viscosidade turbulenta segundo a forma dinâmica. Ao final, concluiu-se que as modificações nas arestas vivas de um edifício alto, inicialmente retangular, são capazes de propiciar reduções significativas nas cargas de arrasto e laterais às quais a edificação estaria sujeita sem as modificações propostas. As isolinhas de pressão determinadas mostraram que há uma grande diferença na distribuição de pressões, sendo as modificações nas arestas capazes de diminuir os coeficientes de pressão experimentados pela estrutura. E que o uso integrado de ferramentas experimentais e numéricas pode propiciar um maior conhecimento e confiabilidade nos resultados obtidos na investigação da resposta aerodinâmica de uma estrutura. Além disso, através da comparação entre resultados experimentais e numéricos, viu-se que ambos apresentaram resultados próximos, demonstrando assim, a evolução dos métodos numéricos em avaliações de problemas de interesse da Engenharia do Vento. / The present work aims to evaluate the aerodynamics behavior that certain types of corner modifications in a rectangular building produce by using wind tunnel and computational analysis by CFD. Regarding the wind tunnel tests, rigid models were built using several pressure taps on their facades in order to determine the average pressure isolines distribution and the aerodynamic coefficients of the reduced models. Computational simulations were made using the two-step Taylor-Galerkin method in its explicit form. The numerical models were discretized according to the Finite Element Method (FEM) using the reduced integration technique and hourglassing control. The turbulence was treated using the Large Eddy Simulation (LES) methodology, a synthetic turbulence simulator and the turbulent viscosity according to the dynamic approach. At the end, it was concluded that the corner modifications in a tall building, initially rectangular, are able to produce significant reductions in drag and lift loads to which the building would be subject without the proposed modifications. The determined pressure isolines showed there is a great difference in the pressure distribution, being the corner modifications able to reduce the pressure coefficients experienced by the structure. And that the integrated use of numerical and experimental tools can provide greater knowledge and reliability in the results obtained in the investigation of the aerodynamic response of a structure. In addition, through the comparison between experimental and numerical results, it was observed that both presented close results, thus demonstrating the evolution of numerical methods in evaluations of problems of Wind Engineering interest.

Neste trabalho, são apresentados a discussão de conceitos fundamentais, a metodologia e os resultados de simulações numéricas baseadas no Método de Volumes Finitos do escoamento de ar sobre algumas opções de configurações de turbinas eólicas do tipo Savonius, com e sem estatores, em operação e, também, em condições estáticas, como as encontradas nas partidas das mesmas. Comparam-se os resultados para diferentes domínios computacionais, bem como alternativas de discretização espacial e temporal, visando apresentar a influência desses sobre os valores obtidos e estabelecer os parâmetros computacionais adequados para a análise das turbinas em estudo. Nas simulações numéricas, desenvolvidas empregando o programa comercial Star-CCM+, a equação da continuidade e as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds são resolvidas, juntamente com as equações de um modelo de turbulência adequado, que é escolhido, para a obtenção dos campos de pressão e de velocidade do escoamento. Emprega-se um domínio contendo uma região com malha móvel, na qual o rotor é inserido. A cada simulação, a velocidade angular da região de malha móvel é especificada de maneira a variar a razão de velocidade de ponta do rotor. Através da integração das forças ocasionadas devido aos gradientes de pressão e das forças originadas pelo atrito viscoso sobre as pás do rotor eólico, obtém-se o coeficiente de torque em cada simulação. O torque e as forças atuantes no rotor também são obtidos de forma semelhante. Com esses dados, outros parâmetros como a potência e o coeficiente de potência são obtidos. Análises dos principais parâmetros de desempenho do rotor Savonius são realizadas e indicam uma boa concordância com resultados experimentais e de simulações numéricas realizadas por outros autores. Os resultados obtidos nas simulações apresentaram-se bastante representativos do fenômeno analisado. / This research work presents a discussion of basic concepts, the methodology and the results of numerical simulations based on Finite Volume Method for the air flow through some configuration options of the Savonius wind turbines, with and without stators, in operation, and also under static conditions, such as those found in the self starting. Results for different computational domains, as well as alternative spatial and temporal discretization are compared, in order to present the influence of these on the obtained values from the computational analysis of the turbines in study. In the numerical simulations, performed using the commercial software Star-CCM+, the equation of continuity and the Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations were solved, together with the equations of a turbulence model appropriate, which is chosen, so that the fields of pressure and velocity could be found. It was used, in the calculations, a domain containing a region with a moving mesh, in which the rotor was inserted. In each simulation, the rotational rate of the moving mesh region was specified so as to vary the tip speed ratio of rotor. Through the integration of the forces arising due to the pressure gradients and the forces originated from the viscous friction on the wind rotor blades, the moment coefficient could be obtained in each simulation. The moment and forces acting on the rotor were also obtained similarly. With these data, other parameters such as the power and the power coefficient of the wind rotor could be obtained. Analysis of the principals performance parameters of the Savonius wind rotor were performed and indicated a good agreement with experimental results and numerical simulations performed by other authors. The simulations results are quite representative of the phenomenon analyzed.

Resumo: O projeto de aeronaves convencionais, em geral, apresentam uma série de dificuldades de se realizar de maneira eficiente um amplo número de missões, uma vez que para atender esses requisitos estas aeronaves deveriam ser capazes de realizar grandes alterações em sua geometria. Surge então um novo conceito de projeto de aeronaves, as chamadas aeronaves adaptativas, as quais são capazes de alterar sua geometria, de modo a adaptar a aeronave a um dado tipo de missão. Este novo conceito se tornou ainda mais atrativo com os avanços tecnológicos promovidos pelo estudo de novos materiais, os chamados materiais inteligentes, que apresentam alta densidade de energia, vantagem que leva a uma redução de peso nos mecanismos atuados desta maneira. Este trabalho apresenta um novo modelo adaptativa, utilizando fios atuadores de ligas de memória de forma para realizar uma rotação relativa entre duas seções de um aerofólio, este mecanismo possibilitaria a variação da linha de arqueamento de uma seção aeronáutica. Neste trabalho uma modelagem matemática para se descrever o comportamento deste sistema é apresentada, bem como um modelo aerodinâmico para se verificar o comportamento do sistema em funcionamento. Um controlador do tipo nebuloso é ainda projetado para se controlar a forma do perfil, e ensaios experimentais são conduzidos para se verificar a modelagem termo-mecânica apresentada. / Abstract: Conventional airplane design, in general, has a large difficulty to attend in an efficient way several mission requirements, once that to attend these requirements the airplane has to perform great shape changes in its structure. Motivated by this problem a new concept in airplane design arise, one called morphing airplanes, which are air vehicles capable of changing its shape to adapt it self to a defined mission. This new concept became even more attractive with the development of active smart material, which can be a high power density actuator, reducing the weight of such morphing mechanism. This work proposes a novel model for morphing wings, using a pair of shape memory alloy wires to create a rotation between two wing sections, this mechanism allows the airfoil to change its camber line. A mathematical model is derived to describe the thermo-mechanical structure behavior, and also an aerodynamic model is investigated. A fuzzy controller is designed to control the system shape, and some experimental tests are used to verify the thermo-mechanical modeling proposed. / Orientador: Vicente Lopes Junior / Coorientador: Carlos de Marqui Junior / Banca: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Banca: Álvaro Martins Abdalla / Mestre

O presente trabalho busca através do uso de túnel de vento e de análises computacionais via CFD (Computacional Fluid Dynamics) avaliar o comportamento aerodinâmico que determinadas modificações nas arestas vivas de uma edificação retangular propiciam. No que tange a avaliação em túnel de vento, confeccionou-se modelos rígidos com diversas tomadas de pressão distribuídas nas fachadas dos modelos com o propósito de determinar a distribuição das isolinhas médias de pressão e os coeficientes aerodinâmicos. As simulações computacionais foram feitas a partir do uso do método de Taylor-Galerkin de 2 passos em sua forma explícita. Os modelos numéricos foram discretizados segundo o Método dos Elementos Finitos (MEF) utilizando a técnica de integração reduzida e controle de modos espúrios. A turbulência foi tratada utilizando o modelo de turbulência LES (Large Eddy Simulation), um simulador sintético de turbulência e a viscosidade turbulenta segundo a forma dinâmica. Ao final, concluiu-se que as modificações nas arestas vivas de um edifício alto, inicialmente retangular, são capazes de propiciar reduções significativas nas cargas de arrasto e laterais às quais a edificação estaria sujeita sem as modificações propostas. As isolinhas de pressão determinadas mostraram que há uma grande diferença na distribuição de pressões, sendo as modificações nas arestas capazes de diminuir os coeficientes de pressão experimentados pela estrutura. E que o uso integrado de ferramentas experimentais e numéricas pode propiciar um maior conhecimento e confiabilidade nos resultados obtidos na investigação da resposta aerodinâmica de uma estrutura. Além disso, através da comparação entre resultados experimentais e numéricos, viu-se que ambos apresentaram resultados próximos, demonstrando assim, a evolução dos métodos numéricos em avaliações de problemas de interesse da Engenharia do Vento. / The present work aims to evaluate the aerodynamics behavior that certain types of corner modifications in a rectangular building produce by using wind tunnel and computational analysis by CFD. Regarding the wind tunnel tests, rigid models were built using several pressure taps on their facades in order to determine the average pressure isolines distribution and the aerodynamic coefficients of the reduced models. Computational simulations were made using the two-step Taylor-Galerkin method in its explicit form. The numerical models were discretized according to the Finite Element Method (FEM) using the reduced integration technique and hourglassing control. The turbulence was treated using the Large Eddy Simulation (LES) methodology, a synthetic turbulence simulator and the turbulent viscosity according to the dynamic approach. At the end, it was concluded that the corner modifications in a tall building, initially rectangular, are able to produce significant reductions in drag and lift loads to which the building would be subject without the proposed modifications. The determined pressure isolines showed there is a great difference in the pressure distribution, being the corner modifications able to reduce the pressure coefficients experienced by the structure. And that the integrated use of numerical and experimental tools can provide greater knowledge and reliability in the results obtained in the investigation of the aerodynamic response of a structure. In addition, through the comparison between experimental and numerical results, it was observed that both presented close results, thus demonstrating the evolution of numerical methods in evaluations of problems of Wind Engineering interest.

As pontes são importantes elementos no desenvolvimento da infraestrutura de uma nação, possibilitando conexões de pessoas e bens. A ação do vento em pontes é um dos fatores determinantes no seu projeto. O efeito da ação do vento em tabuleiros de pontes pode, no limite, levar uma estrutura ao colapso. São inúmeras as formas das seções transversais que os tabuleiros podem apresentar; para cada uma delas os coeficientes de pressão são diferentes. Na Norma Brasileira de pontes (NBR 7187, 2003), a carga de vento é indicada no item 7.2.3 como uma ação variável que deve ser calculada de acordo com a Norma Brasileira de vento (NBR 6123, 1988). Entretanto, nesta não há considerações em relação à ação do vento em tabuleiros de pontes. Ou seja, em nossas normas há uma lacuna que precisa ser preenchida. Faltam informações, as quais são imprescindíveis para a elaboração de projetos e resolução de problemas existentes. Atualmente, a realização de ensaios em túnel de vento é a melhor forma de estimar a resposta de pontes sob a ação do vento. Esta pesquisa visa a aprimorar a fase de projeto de pontes através da sugestão, para complementação da Norma Brasileira de ventos NBR6123/88, de um item específico referente a coeficientes aerodinâmicos de distintas seções transversais de tabuleiros de pontes. Foram realizados ensaios em túnel de vento no Laboratório de Aerodinâmica das Construções da UFRGS (Porto Alegre, BR) de cinco seções transversais de tabuleiros de pontes. Os dados obtidos foram comparados com os de seções ensaiadas previamente. Os resultados são apresentados em termos de coeficientes de arrasto, sustentação e torção. Conclui-se que a geração dos novos resultados, bem como a disponibilização de dados específicos para diferentes formas de tabuleiros de pontes, contribuirá para a execução de projetos de estruturas de pontes mais otimizados. / Bridges are important elements on the development of a nation, allowing connections between people and goods. The wind action on bridges is one of the determine factors in bridge design. The wind action effect on bridge decks could take a bridge to its collapse. A bridge deck can have numerous shapes: for each one of them the aerodynamic coefficients are unique. In the Brazilian bridge code(NBR 7187, 2003), item 7.2.3, the wind load is presented as a variable action that must be evaluated accordingly to the Brazilian wind code(NBR 6123, 1988). Nevertheless, in the latter there isn’t any consideration regarding to the wind action on bridge decks. Hence, in our codes there is a gap that needs to be filled. There is some information missing, which is essential to the development of bridges design and to solve existing problems. Nowadays, producing experiments on wind tunnels is the best way to estimate the response of bridges submitted to wind actions. This research aims the improvement of bridge design with a suggestion of an introduction of a new item into the Brazilian wind code, specifically related to aerodynamic coefficients for distinct cross sections of bridge decks. Five different cross sections were tested on the wind tunnel at the Laboratório de Aerodinâmica das Construções of UFRGS (Porto Alegre, RS). The data acquired was compared to data obtained from previous experiments of different cross sections. The results are presented as drag, lift and torsion coefficients. In conclusion, the increase of data as well as the availability of data from different shapes of bridge decks will contribute to improved bridge design.

Neste trabalho, são inicialmente discutidas as dificuldades referentes à obtenção de resultados numéricos para a operação de uma turbina Savonius independentes do grau de discretização, tamanho de domínio de cálculo e de máximo tempo físico simulado. Também são relatadas as divergências entre as metodologias numéricas e experimentais adotadas por diversos autores, que dificultam análises e comparações dos resultados obtidos por meio dessas metodologias com os resultados próprios obtidos. Devido a esses fatos, no presente trabalho, uma série de procedimentos experimentais e numéricos são realizados para efetuar análises do escoamento sobre uma turbina eólica Savonius. Nos experimentos em canal aerodinâmico, perfis de velocidade e parâmetros da turbulência são obtidos pela técnica de anemometria de fio quente. Medições com o uso de tubos de Pitot e manômetros eletrônicos são efetuadas para avaliar a variação da pressão e os perfis de velocidade média em posições selecionadas. Além de dados para análise, informações úteis para uso como condições de contorno nas simulações numéricas também são obtidas. Os fenômenos são reproduzidos através de simulações numéricas pelo Método de Volumes Finitos, que solucionam as equações da continuidade, de Navier-Stokes com médias de Reynolds e do modelo de turbulência k-ω SST. Análises experimentais e numéricas considerando o escoamento sobre um cilindro, que mantém semelhanças com o escoamento sobre o rotor, também são realizadas. Simulações numéricas do escoamento sobre o cilindro são efetuadas, fornecendo resultados representativos do escoamento real, quando geometrias tridimensionais são aplicadas na modelagem numérica. Nas simulações do escoamento sobre o rotor Savonius em condição estática, resultados representativos do escoamento real são obtidos com o uso de uma modelagem que leva em consideração a rugosidade das pás do rotor, estacionado na posição angular de 90°. Para posições angulares menores, não se obteve uma boa concordância entre os resultados experimentais e numéricos. A realização deste trabalho fornece informações úteis para a análise do fenômeno e tem potencial para contribuir com futuros trabalhos desse tema. / This research work initially presents a discussion about the difficulties related to obtaining numerical results for the operation of a turbine Savonius independent of the degree of discretization, calculation domain size and maximum physical time of the simulation. The differences between the numerical and experimental methodologies adopted by various authors difficult the analysis and comparisons of the results obtained through these methods with the results obtained by the methodology. Due to these facts, in this research work, a series of experimental and numerical procedures are performed to conduct analyzes of flow over a Savonius wind turbine. In the experiments on aerodynamic channel, velocity and turbulence profiles parameters are obtained by the technique of hot wire anemometry. Measurements using Pitot tubes and electronic manometers are made to evaluate the variation of pressure and mean velocity profiles at selected positions. In addition to data analysis, useful information for use as boundary conditions in the numerical simulations are also obtained. The phenomena are reproduced through numerical simulations by Finite Volume Method, that solve the equations of continuity, Reynolds-averaged Navier–Stokes equations and the equation of the turbulence model k-ω SST. Experimental and numerical analyzes considering the flow over a cylinder, which holds similarities with the flow over the rotor, are also performed. Numerical simulations of the flow over the cylinder are made, providing results representative of the actual flow when three-dimensional geometries are applied in numerical modeling. In flow simulations over the Savonius rotor in static condition, at 90°, representative results of the actual flow are obtained using a model that takes into account the roughness of the rotor blades. For smaller angular positions a good agreement between experimental and numerical results was not obtained. This work provides useful information for the analysis of the phenomenon and has the potential to contribute to future work on this theme.

Este trabalho apresenta a avaliação experimental em túnel aerodinâmico de características de dois aerogeradores de pequeno porte com cinco pás. Para isso, utilizando-se prototipagem 3D, construíram-se dois modelos em escala reduzida, os quais foram avaliados primeiramente utilizando-se Pás Ótimas de Betz e depois Pás Ótimas de Betz Modificadas. Antes de se avaliar o equipamento determinou-se a distribuição de velocidades na seção transversal do túnel com o auxílio de um tubo de Pitot. Com o perfil de velocidades do túnel conhecido, determina-se o torque estático do protótipo com o uso de um torquímetro digital acoplado ao eixo do equipamento, que registrou todas as leituras para as faixas de velocidade de 1 m/s até 9,88 m/s. Também com o torquímetro avalia-se a influência da posição angular das pás no torque medido. Para tanto, elas são projetadas móveis no hub, o que possibilitou variar sua angulação em relação ao escoamento, mudando assim o ângulo de ataque e, por conseguinte o torque produzido. Empregou-se um foto tacômetro para medir a rotação do modelo em giro livre. Com os dados obtidos, determina-se a curva de torque estático e a curva de RPM em função da velocidade incidente. Através da determinação experimental do perfil de velocidade incidente e do perfil de velocidade na esteira aerodinâmica de cada turbina é avaliada a variação da quantidade de movimento do escoamento e determinada a potência extraída pelos rotores em rotação livre. Este estudo visa contribuir com o projeto de um aerogerador real, prevendo as características aerodinâmicas que o equipamento apresentará se construído com o presente layout. Com os dados analisados se faz uma previsão para as curvas de potência dos protótipos. Os resultados experimentais de torque e potência demonstram boa aproximação com os resultados obtidos por avaliação analítica pelo método do elemento de pá. A prototipagem 3D administrada se mostrou eficaz traduzindo realismo e excelente custo-benefício. A turbina construída com Pás Ótimas de Betz apresentou torque estático 17,8% superior à construída com as Pás Modificadas e extraiu 22% a mais de potência do escoamento de ar. / This paper presents the experimental evaluation in wind tunnel of two small wind turbines features five blades. Therefore, using 3D prototyping, two models were built on a reduced scale, which were first evaluated using Optimal Blade Betz and Optimal Blade Betz Modified. Prior to evaluating the distribution machine at speeds determined in the tunnel cross-section with the aid of a Pitot tube. With the known tunnel velocity profile, determines the static torque of the prototype with the use of a digital torquimeter coupled to the machine axis, which recorded all the readings for the speed range of 1 m/s to 9,88 m/s. Also with the torquimeter evaluates the influence of the angular position of the blades in the measured torque. Therefore, it is mobile designed in the hub, allowing vary their angle in the outflow, thereby changing the angle of attack and therefore the torque produced. Employed a photo tachometer for measuring the rotation of the model in free spin. With the data, determines the static torque curve and RPM curve as a function of incident speed. Through experimental determination of the incident velocity profile and the velocity profile in the aerodynamic wake of each turbine is evaluated the variation of the amount of movement of the flow and determined the power extracted by the rotor in free rotation. This study aims to contribute to the design of a real wind turbine informing the aerodynamic characteristics of the equipment shall be constructed with this layout. With the data analyzed to make a prediction for the prototype power curves. The experimental results demonstrate torque and power good approximation to the results obtained by evaluation by analytical element of the paddle method. The turbine constructed with Optimal Betz Blades presented static torque 17,8% higher than constructed with the Modified Blades and extracted 22% more power air outflow.

Neste trabalho, são apresentados a discussão de conceitos fundamentais, a metodologia e os resultados de simulações numéricas baseadas no Método de Volumes Finitos do escoamento de ar sobre algumas opções de configurações de turbinas eólicas do tipo Savonius, com e sem estatores, em operação e, também, em condições estáticas, como as encontradas nas partidas das mesmas. Comparam-se os resultados para diferentes domínios computacionais, bem como alternativas de discretização espacial e temporal, visando apresentar a influência desses sobre os valores obtidos e estabelecer os parâmetros computacionais adequados para a análise das turbinas em estudo. Nas simulações numéricas, desenvolvidas empregando o programa comercial Star-CCM+, a equação da continuidade e as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds são resolvidas, juntamente com as equações de um modelo de turbulência adequado, que é escolhido, para a obtenção dos campos de pressão e de velocidade do escoamento. Emprega-se um domínio contendo uma região com malha móvel, na qual o rotor é inserido. A cada simulação, a velocidade angular da região de malha móvel é especificada de maneira a variar a razão de velocidade de ponta do rotor. Através da integração das forças ocasionadas devido aos gradientes de pressão e das forças originadas pelo atrito viscoso sobre as pás do rotor eólico, obtém-se o coeficiente de torque em cada simulação. O torque e as forças atuantes no rotor também são obtidos de forma semelhante. Com esses dados, outros parâmetros como a potência e o coeficiente de potência são obtidos. Análises dos principais parâmetros de desempenho do rotor Savonius são realizadas e indicam uma boa concordância com resultados experimentais e de simulações numéricas realizadas por outros autores. Os resultados obtidos nas simulações apresentaram-se bastante representativos do fenômeno analisado. / This research work presents a discussion of basic concepts, the methodology and the results of numerical simulations based on Finite Volume Method for the air flow through some configuration options of the Savonius wind turbines, with and without stators, in operation, and also under static conditions, such as those found in the self starting. Results for different computational domains, as well as alternative spatial and temporal discretization are compared, in order to present the influence of these on the obtained values from the computational analysis of the turbines in study. In the numerical simulations, performed using the commercial software Star-CCM+, the equation of continuity and the Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations were solved, together with the equations of a turbulence model appropriate, which is chosen, so that the fields of pressure and velocity could be found. It was used, in the calculations, a domain containing a region with a moving mesh, in which the rotor was inserted. In each simulation, the rotational rate of the moving mesh region was specified so as to vary the tip speed ratio of rotor. Through the integration of the forces arising due to the pressure gradients and the forces originated from the viscous friction on the wind rotor blades, the moment coefficient could be obtained in each simulation. The moment and forces acting on the rotor were also obtained similarly. With these data, other parameters such as the power and the power coefficient of the wind rotor could be obtained. Analysis of the principals performance parameters of the Savonius wind rotor were performed and indicated a good agreement with experimental results and numerical simulations performed by other authors. The simulations results are quite representative of the phenomenon analyzed.

Este trabalho apresenta a avaliação experimental em túnel aerodinâmico de características de dois aerogeradores de pequeno porte com cinco pás. Para isso, utilizando-se prototipagem 3D, construíram-se dois modelos em escala reduzida, os quais foram avaliados primeiramente utilizando-se Pás Ótimas de Betz e depois Pás Ótimas de Betz Modificadas. Antes de se avaliar o equipamento determinou-se a distribuição de velocidades na seção transversal do túnel com o auxílio de um tubo de Pitot. Com o perfil de velocidades do túnel conhecido, determina-se o torque estático do protótipo com o uso de um torquímetro digital acoplado ao eixo do equipamento, que registrou todas as leituras para as faixas de velocidade de 1 m/s até 9,88 m/s. Também com o torquímetro avalia-se a influência da posição angular das pás no torque medido. Para tanto, elas são projetadas móveis no hub, o que possibilitou variar sua angulação em relação ao escoamento, mudando assim o ângulo de ataque e, por conseguinte o torque produzido. Empregou-se um foto tacômetro para medir a rotação do modelo em giro livre. Com os dados obtidos, determina-se a curva de torque estático e a curva de RPM em função da velocidade incidente. Através da determinação experimental do perfil de velocidade incidente e do perfil de velocidade na esteira aerodinâmica de cada turbina é avaliada a variação da quantidade de movimento do escoamento e determinada a potência extraída pelos rotores em rotação livre. Este estudo visa contribuir com o projeto de um aerogerador real, prevendo as características aerodinâmicas que o equipamento apresentará se construído com o presente layout. Com os dados analisados se faz uma previsão para as curvas de potência dos protótipos. Os resultados experimentais de torque e potência demonstram boa aproximação com os resultados obtidos por avaliação analítica pelo método do elemento de pá. A prototipagem 3D administrada se mostrou eficaz traduzindo realismo e excelente custo-benefício. A turbina construída com Pás Ótimas de Betz apresentou torque estático 17,8% superior à construída com as Pás Modificadas e extraiu 22% a mais de potência do escoamento de ar. / This paper presents the experimental evaluation in wind tunnel of two small wind turbines features five blades. Therefore, using 3D prototyping, two models were built on a reduced scale, which were first evaluated using Optimal Blade Betz and Optimal Blade Betz Modified. Prior to evaluating the distribution machine at speeds determined in the tunnel cross-section with the aid of a Pitot tube. With the known tunnel velocity profile, determines the static torque of the prototype with the use of a digital torquimeter coupled to the machine axis, which recorded all the readings for the speed range of 1 m/s to 9,88 m/s. Also with the torquimeter evaluates the influence of the angular position of the blades in the measured torque. Therefore, it is mobile designed in the hub, allowing vary their angle in the outflow, thereby changing the angle of attack and therefore the torque produced. Employed a photo tachometer for measuring the rotation of the model in free spin. With the data, determines the static torque curve and RPM curve as a function of incident speed. Through experimental determination of the incident velocity profile and the velocity profile in the aerodynamic wake of each turbine is evaluated the variation of the amount of movement of the flow and determined the power extracted by the rotor in free rotation. This study aims to contribute to the design of a real wind turbine informing the aerodynamic characteristics of the equipment shall be constructed with this layout. With the data analyzed to make a prediction for the prototype power curves. The experimental results demonstrate torque and power good approximation to the results obtained by evaluation by analytical element of the paddle method. The turbine constructed with Optimal Betz Blades presented static torque 17,8% higher than constructed with the Modified Blades and extracted 22% more power air outflow.

Neste trabalho, são inicialmente discutidas as dificuldades referentes à obtenção de resultados numéricos para a operação de uma turbina Savonius independentes do grau de discretização, tamanho de domínio de cálculo e de máximo tempo físico simulado. Também são relatadas as divergências entre as metodologias numéricas e experimentais adotadas por diversos autores, que dificultam análises e comparações dos resultados obtidos por meio dessas metodologias com os resultados próprios obtidos. Devido a esses fatos, no presente trabalho, uma série de procedimentos experimentais e numéricos são realizados para efetuar análises do escoamento sobre uma turbina eólica Savonius. Nos experimentos em canal aerodinâmico, perfis de velocidade e parâmetros da turbulência são obtidos pela técnica de anemometria de fio quente. Medições com o uso de tubos de Pitot e manômetros eletrônicos são efetuadas para avaliar a variação da pressão e os perfis de velocidade média em posições selecionadas. Além de dados para análise, informações úteis para uso como condições de contorno nas simulações numéricas também são obtidas. Os fenômenos são reproduzidos através de simulações numéricas pelo Método de Volumes Finitos, que solucionam as equações da continuidade, de Navier-Stokes com médias de Reynolds e do modelo de turbulência k-ω SST. Análises experimentais e numéricas considerando o escoamento sobre um cilindro, que mantém semelhanças com o escoamento sobre o rotor, também são realizadas. Simulações numéricas do escoamento sobre o cilindro são efetuadas, fornecendo resultados representativos do escoamento real, quando geometrias tridimensionais são aplicadas na modelagem numérica. Nas simulações do escoamento sobre o rotor Savonius em condição estática, resultados representativos do escoamento real são obtidos com o uso de uma modelagem que leva em consideração a rugosidade das pás do rotor, estacionado na posição angular de 90°. Para posições angulares menores, não se obteve uma boa concordância entre os resultados experimentais e numéricos. A realização deste trabalho fornece informações úteis para a análise do fenômeno e tem potencial para contribuir com futuros trabalhos desse tema. / This research work initially presents a discussion about the difficulties related to obtaining numerical results for the operation of a turbine Savonius independent of the degree of discretization, calculation domain size and maximum physical time of the simulation. The differences between the numerical and experimental methodologies adopted by various authors difficult the analysis and comparisons of the results obtained through these methods with the results obtained by the methodology. Due to these facts, in this research work, a series of experimental and numerical procedures are performed to conduct analyzes of flow over a Savonius wind turbine. In the experiments on aerodynamic channel, velocity and turbulence profiles parameters are obtained by the technique of hot wire anemometry. Measurements using Pitot tubes and electronic manometers are made to evaluate the variation of pressure and mean velocity profiles at selected positions. In addition to data analysis, useful information for use as boundary conditions in the numerical simulations are also obtained. The phenomena are reproduced through numerical simulations by Finite Volume Method, that solve the equations of continuity, Reynolds-averaged Navier–Stokes equations and the equation of the turbulence model k-ω SST. Experimental and numerical analyzes considering the flow over a cylinder, which holds similarities with the flow over the rotor, are also performed. Numerical simulations of the flow over the cylinder are made, providing results representative of the actual flow when three-dimensional geometries are applied in numerical modeling. In flow simulations over the Savonius rotor in static condition, at 90°, representative results of the actual flow are obtained using a model that takes into account the roughness of the rotor blades. For smaller angular positions a good agreement between experimental and numerical results was not obtained. This work provides useful information for the analysis of the phenomenon and has the potential to contribute to future work on this theme.