O aproveitamento do recurso energético de ondas oceânicas constitui-se em uma real oportunidade para suprir parte das demandas energéticas em diversos países, visto que algumas localidades possuem notável potencial energético que pode ser aproveitado para geração de energia elétrica. Atualmente, os impactos ambientais têm limitado o crescente uso dos combustíveis fósseis para geração de calor, trabalho ou energia. Os elevados custos de investimento necessários para expansão do atual modelo de geração de energia, também configuram um cenário desafiador para os próximos anos. Sob esta perspectiva ambiental e econômica, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar o recurso energético de ondas oceânicas e investigar a viabilidade do seu aproveitamento para atendimento das necessidades energéticas causando poucos impactos ambientais. Os dados de ondas utilizados nas avaliações foram coletados na zona marítima próxima ao Porto de Rio Grande durante os anos de 1996 a 1999, totalizando dezesseis meses de monitoramento da agitação marítima da região. O conjunto de dados foi tratado e agrupado mês a mês e nas quatro estações climáticas resultando informações de recurso energético mensal, sazonal e anual. A média anual encontrada foi de 8,6 kW por metro de frente de onda. Um breve estudo de viabilidade econômica revelou que é viável implantar uma usina para aproveitamento da energia de ondas com custos de investimento semelhantes aos atuais projetos de centrais eólicas no Brasil. O estudo também incluiu uma avaliação técnico-econômica para quatro alternativas de aproveitamento destacando as características técnicas e custos envolvidos na implantação das usinas. O trabalho conclui apresentando a alternativa mais viável para explorar este recurso energético, apontando que esta modalidade de geração de energia pode ser utilizada como importante ferramenta no desenvolvimento sustentável da região. / The exploitation of the ocean wave energy resource is in a real opportunity to meet the demands of energy in several countries, as some localities have considerable potential energy that can be used for generation of electricity. Currently, the environmental impacts have limited the increasing use of fossil fuels for generation of heat, work or energy. The high cost of investment needed for expansion of the current model of generation of energy, also set a scenario challenging for the next few years. Under this environmental approach and economic stability, the present study aims to evaluate the use of energy waves and investigate the feasibility of their use to meet energy needs while causing the least environmental impact. Data from waves used in assessments was collected in the ocean area near the Port of Rio Grande during the years of 1996 to 1999, totaling sixteen months of tracking the maritime unrest in the region. The dataset was treated and grouped month by month with the resulting four seasons of weather information on energy resources listed monthly, seasonally and annually. It found an average of 8,6 kW per meter of the wave front. A brief study of the economic viability revealed that it would be feasible to establish a plant with waves where the costs of investing in such a project would be comparable to the wind plants in Brazil. The study also covered an technical-economical assessment with four alternatives for use, highlighting the technical characteristics and costs involved in the deployment of plants. The study concludes by presenting a more viable alternative to exploit this energy resource, pointing out that this mode of generating energy can be used as an important tool in the sustainable development of the region.

O aproveitamento do recurso energético de ondas oceânicas constitui-se em uma real oportunidade para suprir parte das demandas energéticas em diversos países, visto que algumas localidades possuem notável potencial energético que pode ser aproveitado para geração de energia elétrica. Atualmente, os impactos ambientais têm limitado o crescente uso dos combustíveis fósseis para geração de calor, trabalho ou energia. Os elevados custos de investimento necessários para expansão do atual modelo de geração de energia, também configuram um cenário desafiador para os próximos anos. Sob esta perspectiva ambiental e econômica, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar o recurso energético de ondas oceânicas e investigar a viabilidade do seu aproveitamento para atendimento das necessidades energéticas causando poucos impactos ambientais. Os dados de ondas utilizados nas avaliações foram coletados na zona marítima próxima ao Porto de Rio Grande durante os anos de 1996 a 1999, totalizando dezesseis meses de monitoramento da agitação marítima da região. O conjunto de dados foi tratado e agrupado mês a mês e nas quatro estações climáticas resultando informações de recurso energético mensal, sazonal e anual. A média anual encontrada foi de 8,6 kW por metro de frente de onda. Um breve estudo de viabilidade econômica revelou que é viável implantar uma usina para aproveitamento da energia de ondas com custos de investimento semelhantes aos atuais projetos de centrais eólicas no Brasil. O estudo também incluiu uma avaliação técnico-econômica para quatro alternativas de aproveitamento destacando as características técnicas e custos envolvidos na implantação das usinas. O trabalho conclui apresentando a alternativa mais viável para explorar este recurso energético, apontando que esta modalidade de geração de energia pode ser utilizada como importante ferramenta no desenvolvimento sustentável da região. / The exploitation of the ocean wave energy resource is in a real opportunity to meet the demands of energy in several countries, as some localities have considerable potential energy that can be used for generation of electricity. Currently, the environmental impacts have limited the increasing use of fossil fuels for generation of heat, work or energy. The high cost of investment needed for expansion of the current model of generation of energy, also set a scenario challenging for the next few years. Under this environmental approach and economic stability, the present study aims to evaluate the use of energy waves and investigate the feasibility of their use to meet energy needs while causing the least environmental impact. Data from waves used in assessments was collected in the ocean area near the Port of Rio Grande during the years of 1996 to 1999, totaling sixteen months of tracking the maritime unrest in the region. The dataset was treated and grouped month by month with the resulting four seasons of weather information on energy resources listed monthly, seasonally and annually. It found an average of 8,6 kW per meter of the wave front. A brief study of the economic viability revealed that it would be feasible to establish a plant with waves where the costs of investing in such a project would be comparable to the wind plants in Brazil. The study also covered an technical-economical assessment with four alternatives for use, highlighting the technical characteristics and costs involved in the deployment of plants. The study concludes by presenting a more viable alternative to exploit this energy resource, pointing out that this mode of generating energy can be used as an important tool in the sustainable development of the region.

O aproveitamento do recurso energético de ondas oceânicas constitui-se em uma real oportunidade para suprir parte das demandas energéticas em diversos países, visto que algumas localidades possuem notável potencial energético que pode ser aproveitado para geração de energia elétrica. Atualmente, os impactos ambientais têm limitado o crescente uso dos combustíveis fósseis para geração de calor, trabalho ou energia. Os elevados custos de investimento necessários para expansão do atual modelo de geração de energia, também configuram um cenário desafiador para os próximos anos. Sob esta perspectiva ambiental e econômica, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar o recurso energético de ondas oceânicas e investigar a viabilidade do seu aproveitamento para atendimento das necessidades energéticas causando poucos impactos ambientais. Os dados de ondas utilizados nas avaliações foram coletados na zona marítima próxima ao Porto de Rio Grande durante os anos de 1996 a 1999, totalizando dezesseis meses de monitoramento da agitação marítima da região. O conjunto de dados foi tratado e agrupado mês a mês e nas quatro estações climáticas resultando informações de recurso energético mensal, sazonal e anual. A média anual encontrada foi de 8,6 kW por metro de frente de onda. Um breve estudo de viabilidade econômica revelou que é viável implantar uma usina para aproveitamento da energia de ondas com custos de investimento semelhantes aos atuais projetos de centrais eólicas no Brasil. O estudo também incluiu uma avaliação técnico-econômica para quatro alternativas de aproveitamento destacando as características técnicas e custos envolvidos na implantação das usinas. O trabalho conclui apresentando a alternativa mais viável para explorar este recurso energético, apontando que esta modalidade de geração de energia pode ser utilizada como importante ferramenta no desenvolvimento sustentável da região. / The exploitation of the ocean wave energy resource is in a real opportunity to meet the demands of energy in several countries, as some localities have considerable potential energy that can be used for generation of electricity. Currently, the environmental impacts have limited the increasing use of fossil fuels for generation of heat, work or energy. The high cost of investment needed for expansion of the current model of generation of energy, also set a scenario challenging for the next few years. Under this environmental approach and economic stability, the present study aims to evaluate the use of energy waves and investigate the feasibility of their use to meet energy needs while causing the least environmental impact. Data from waves used in assessments was collected in the ocean area near the Port of Rio Grande during the years of 1996 to 1999, totaling sixteen months of tracking the maritime unrest in the region. The dataset was treated and grouped month by month with the resulting four seasons of weather information on energy resources listed monthly, seasonally and annually. It found an average of 8,6 kW per meter of the wave front. A brief study of the economic viability revealed that it would be feasible to establish a plant with waves where the costs of investing in such a project would be comparable to the wind plants in Brazil. The study also covered an technical-economical assessment with four alternatives for use, highlighting the technical characteristics and costs involved in the deployment of plants. The study concludes by presenting a more viable alternative to exploit this energy resource, pointing out that this mode of generating energy can be used as an important tool in the sustainable development of the region.

O trabalho se concentra no estudo de um sistema de conversão de energia a partir de movimentos oscilatórios. Toma-se como exemplo de aplicação e objetivo norteador do estudo o aproveitamento da oscilação de uma boia marítima, oriunda do movimento ondulatório da água, como fonte de energia mecânica primária oscilatória, para de prover energia elétrica ao sinalizador da referida boia. O movimento da boia é modelado por um movimento com forma de onda sinusoidal, de acordo com as referências bibliográficas. A baixa frequência do acionamento força a escolha da topologia por uma que propicie alta densidade magnética. Após uma revisão sobre os materiais magnéticos e das topologias, optou-se pela topologia radial com duplo rotor, imãs permanentes de NdFeB e enrolamento toroidal. Após a análise numérica através do Método dos Elementos Finitos foi projetado e construído o protótipo do gerador. A maioria das peças componentes do gerador foram fabricadas no próprio Laboratório de Máquinas Elétricas, Acionamentos e Energia, LAMEAE – UFRGS. Paralelamente a construção foi feita a modelagem analítica do gerador. Primeiro, foi feita a modelagem do campo magnético com a correção do efeito da ranhura, pelo Fator de Carter e após, foi modelada a tensão induzida a partir de movimento constante e de um movimento sinusoidal. A modelagem analítica do sistema dinâmico foi baseada no método de Lagrange. E finalmente, são apresentados os resultados e são feitas as validações entre os métodos analítico, numérico e experimental. Os ensaios experimentais foram feitos variando a frequência do acionamento e a amplitude do movimento do acionador. E finalmente, a utilização de um conversor CC-CC na saída do gerador, mostrou-se que pode ser uma solução para a utilização do protótipo em uma boia de sinalização. / This work focuses on the study of a power conversion system driven by an oscillating movement. The example of application taken into account as a guiding target of this study is the utilization of a sea buoy, exposed to the wave motion of the water, as the prime mover, a renewable source of oscillating mechanical energy, in order to supply power to the previously mentioned buoy flag. The movement of the float is modeled by a sine wave, according to the references. The low frequency of the sea waves requires a machine topology that provides high magnetic density. After a review of magnetic materials and topologies, the radial topology with dual rotor, permanent magnets NdFeB and toroidal winding was chosen. With the numerical analysis using the Finite Element Method the generator is designed and built. Most of generator parts were manufactured in the Electrical Machines Laboratory at UFRGS. In addition to the prototype construction, analytical modeling was studied. First, the magnetic field modeling was performed with the correction of the effect of the slotting, with the Carter’s factor and also the induced voltage was modeled for a sinusoidal constant prime mover’s movement. The analytical modeling of the dynamic system was based on the equation of Lagrange. Finally, the results are validated with the investigation on the analytical, numerical and experimental methods. Experimental tests were performed by varying the actuation frequency and amplitude of the prime mover’s oscillation. At the end, the use of a DC-DC converter is proposed as the generator’s power output to feed the signaling buoy.

O trabalho se concentra no estudo de um sistema de conversão de energia a partir de movimentos oscilatórios. Toma-se como exemplo de aplicação e objetivo norteador do estudo o aproveitamento da oscilação de uma boia marítima, oriunda do movimento ondulatório da água, como fonte de energia mecânica primária oscilatória, para de prover energia elétrica ao sinalizador da referida boia. O movimento da boia é modelado por um movimento com forma de onda sinusoidal, de acordo com as referências bibliográficas. A baixa frequência do acionamento força a escolha da topologia por uma que propicie alta densidade magnética. Após uma revisão sobre os materiais magnéticos e das topologias, optou-se pela topologia radial com duplo rotor, imãs permanentes de NdFeB e enrolamento toroidal. Após a análise numérica através do Método dos Elementos Finitos foi projetado e construído o protótipo do gerador. A maioria das peças componentes do gerador foram fabricadas no próprio Laboratório de Máquinas Elétricas, Acionamentos e Energia, LAMEAE – UFRGS. Paralelamente a construção foi feita a modelagem analítica do gerador. Primeiro, foi feita a modelagem do campo magnético com a correção do efeito da ranhura, pelo Fator de Carter e após, foi modelada a tensão induzida a partir de movimento constante e de um movimento sinusoidal. A modelagem analítica do sistema dinâmico foi baseada no método de Lagrange. E finalmente, são apresentados os resultados e são feitas as validações entre os métodos analítico, numérico e experimental. Os ensaios experimentais foram feitos variando a frequência do acionamento e a amplitude do movimento do acionador. E finalmente, a utilização de um conversor CC-CC na saída do gerador, mostrou-se que pode ser uma solução para a utilização do protótipo em uma boia de sinalização. / This work focuses on the study of a power conversion system driven by an oscillating movement. The example of application taken into account as a guiding target of this study is the utilization of a sea buoy, exposed to the wave motion of the water, as the prime mover, a renewable source of oscillating mechanical energy, in order to supply power to the previously mentioned buoy flag. The movement of the float is modeled by a sine wave, according to the references. The low frequency of the sea waves requires a machine topology that provides high magnetic density. After a review of magnetic materials and topologies, the radial topology with dual rotor, permanent magnets NdFeB and toroidal winding was chosen. With the numerical analysis using the Finite Element Method the generator is designed and built. Most of generator parts were manufactured in the Electrical Machines Laboratory at UFRGS. In addition to the prototype construction, analytical modeling was studied. First, the magnetic field modeling was performed with the correction of the effect of the slotting, with the Carter’s factor and also the induced voltage was modeled for a sinusoidal constant prime mover’s movement. The analytical modeling of the dynamic system was based on the equation of Lagrange. Finally, the results are validated with the investigation on the analytical, numerical and experimental methods. Experimental tests were performed by varying the actuation frequency and amplitude of the prime mover’s oscillation. At the end, the use of a DC-DC converter is proposed as the generator’s power output to feed the signaling buoy.

O trabalho se concentra no estudo de um sistema de conversão de energia a partir de movimentos oscilatórios. Toma-se como exemplo de aplicação e objetivo norteador do estudo o aproveitamento da oscilação de uma boia marítima, oriunda do movimento ondulatório da água, como fonte de energia mecânica primária oscilatória, para de prover energia elétrica ao sinalizador da referida boia. O movimento da boia é modelado por um movimento com forma de onda sinusoidal, de acordo com as referências bibliográficas. A baixa frequência do acionamento força a escolha da topologia por uma que propicie alta densidade magnética. Após uma revisão sobre os materiais magnéticos e das topologias, optou-se pela topologia radial com duplo rotor, imãs permanentes de NdFeB e enrolamento toroidal. Após a análise numérica através do Método dos Elementos Finitos foi projetado e construído o protótipo do gerador. A maioria das peças componentes do gerador foram fabricadas no próprio Laboratório de Máquinas Elétricas, Acionamentos e Energia, LAMEAE – UFRGS. Paralelamente a construção foi feita a modelagem analítica do gerador. Primeiro, foi feita a modelagem do campo magnético com a correção do efeito da ranhura, pelo Fator de Carter e após, foi modelada a tensão induzida a partir de movimento constante e de um movimento sinusoidal. A modelagem analítica do sistema dinâmico foi baseada no método de Lagrange. E finalmente, são apresentados os resultados e são feitas as validações entre os métodos analítico, numérico e experimental. Os ensaios experimentais foram feitos variando a frequência do acionamento e a amplitude do movimento do acionador. E finalmente, a utilização de um conversor CC-CC na saída do gerador, mostrou-se que pode ser uma solução para a utilização do protótipo em uma boia de sinalização. / This work focuses on the study of a power conversion system driven by an oscillating movement. The example of application taken into account as a guiding target of this study is the utilization of a sea buoy, exposed to the wave motion of the water, as the prime mover, a renewable source of oscillating mechanical energy, in order to supply power to the previously mentioned buoy flag. The movement of the float is modeled by a sine wave, according to the references. The low frequency of the sea waves requires a machine topology that provides high magnetic density. After a review of magnetic materials and topologies, the radial topology with dual rotor, permanent magnets NdFeB and toroidal winding was chosen. With the numerical analysis using the Finite Element Method the generator is designed and built. Most of generator parts were manufactured in the Electrical Machines Laboratory at UFRGS. In addition to the prototype construction, analytical modeling was studied. First, the magnetic field modeling was performed with the correction of the effect of the slotting, with the Carter’s factor and also the induced voltage was modeled for a sinusoidal constant prime mover’s movement. The analytical modeling of the dynamic system was based on the equation of Lagrange. Finally, the results are validated with the investigation on the analytical, numerical and experimental methods. Experimental tests were performed by varying the actuation frequency and amplitude of the prime mover’s oscillation. At the end, the use of a DC-DC converter is proposed as the generator’s power output to feed the signaling buoy.

O objetivo desse trabalho é a construção de um sistema de geração de energia elétrica, para uso em locais remotos, tendo como fonte primária a energia proveniente de ondas marinhas. Numa primeira etapa foram realizados estudos e análises dos principais parâmetros significativos para a geração da energia elétrica e os dados de consumo de eletroeletrônicos. Este sistema serviu para coletar e armazenar dados que orientam o desenvolvimento de bombas e turbinas para a geração de energia elétrica. Foram também usados para avaliar o seu rendimento em diversas aplicações que necessitavam de energia elétrica. O uso da energia elétrica gerada também foi estudado para melhorar o seu rendimento diante dos vários equipamentos que foram utilizados desde notebooks até geladeiras convencionais. Foram empregados um microcontrolador, da família \"arduino\", vários sensores colocados em pontos estratégicos no local e os dados armazenados em memória durante o período do desenvolvimento. Sensores de pressão, vazão, amplitude das ondas, sentido do vento, temperatura e vários medidores (de tensão e corrente em AC e DC) foram usados para obter valores numéricos para análises de rendimentos de conversão em energia elétrica, vazão e outros parâmetros importantes para uma posterior melhoria no projeto inicial. Os dados foram armazenados em memórias do tipo cartão SD de 16 G bytes. Foi confeccionada uma bomba de água movida pelas ondas marinhas. Sua implantação ocorreu na Ilha do Arvoredo, em Guarujá, SP, onde a energia elétrica era gerada através do uso de motores a diesel. A água é bombeada a uma altura de 30 metros e armazenada em um tanque com capacidade de 20.000 litros. A água armazenada vai diretamente para uma turbina geradora de eletricidade por um sistema controlador de pressão e, pode gerar uma potência elétrica de até 200 W. O excedente de água poderá ser também usado para os viveiros de animais marinhos. A maior parte dos materiais que foram utilizados na fabricação dos equipamentos foi de materiais recicláveis reduzindo o custo do projeto. Esse projeto estará disponível para comunidades carentes que necessitam de energia elétrica em locais remotos, normalmente ilhas, mas podem ser adaptadas em terra desde que possuam quedas de água. O projeto de geração de energia usando ondas marinhas é inovador e com fins sociais para pessoas de baixa renda como os pescadores. Normalmente o pescado conseguido nas proximidades de ilhas isoladas são salgados para serem conservados devido à falta de refrigeração. / The aim of this work is the constructions of an electrical power generation system for use in remote locations, having primary source of energy from sea waves. At a first step were carried out studies and analyzes of the main important parameters for the generation of electricity and electronics power consumption data. This system was used to collect and store data that guide the development of pumps and turbines for generating electricity. Various electronics applications were also used to evaluate the total electricity was required and were studied to improve their performance like notebooks or conventional refrigerators. A microcontroller was employed and several sensors placed at strategic points in the power generation energy system and the data stored in the memory card during the development period. Pressure sensors, flow, amplitude of waves, wind direction, temperature and various electrical sensors (voltage and current in AC and DC) that were used to obtain numerical values for analysis of conversion into electrical energy, water flow and other important parameters for further improvement the initial project. The data were stored on SD memory card of 16 G bytes. A water pump driven by ocean sea waves was made. This work has taken place in Ilha do Arvoredo, in Guarujá, SP, where the electricity was generated using diesel engines. The water is pumped until 30 meters high and stored in a tank with 20.000 liters. This stored water goes directly to the turbine by a pressure system control and generate an electrical power output up to 200 W. When not require, the exceeding water can also be used for marine animals nurseries. Most materials that were used in manufacturing of the equipment is recyclable materials reducing the cost of the project. The final project will be available to poor communities that need electricity in remote locations. Usually the fish achieved near isolated islands are salted to be maintained for lack of refrigeration.

Os dispositivos oscilantes por translação de ondas correspondem a um dos sistemas de maior potencial de geração de energia elétrica a partir das ondas do oceano, razão pela qual diversos engenheiros e pesquisadores dedicam-se ao desenvolvimento e aperfeiçoamento desta tecnologia. O princípio de funcionamento destes conversores, cujos principais exemplos são o Oyster, o Waveroller e o Langlee, baseia-se no movimento oscilatório de um sistema placapistão, que promove a geração de eletricidade por meio de uma turbina. Os trabalhos existentes acerca destes dispositivos ainda não reúnem informações suficientes que possibilitem a estimativa do comportamento hidrodinâmico e da captação de energia dos mesmos em situações reais de funcionamento. Desta forma, o presente trabalho busca preencher estas lacunas por meio de modelagem numérica bidimensional, baseada em médias de Reynolds (RANS), de ondas regulares atuando sobre os respectivos dispositivos. As simulações são realizadas pelo código computacional livre e aberto OpenFOAM v 4.1 e sua extensão OLAFOAM, ambos fundamentados em volumes finitos e que utilizam a metodologia VOF para o tratamento da superfície livre, solucionando as equações de Navier-Stokes e da continuidade. A representação da dinâmica de corpo rígido dos dispositivos é tratada por uma metodologia que permite a deformação dos elementos de malha e o movimento do fundo do domínio, que oscila juntamente com as placas dos conversores no intuito de assegurar a convergência numérica. Tal metodologia é validada com base na comparação dos resultados numéricos com valores experimentais presentes na literatura. As simulações realizadas permitiram concluir que o método de fundo deformável se mostra adequado no estudo da hidrodinâmica e captação de energia destes conversores, sendo uma alternativa a outras metodologias existentes. Um aumento na largura das placas destes conversores relaciona-se a uma intensificação das velocidades angulares e numa maior captação de energia, sendo a largura ideal de placa aquela cuja dimensão é próxima a duas vezes a sua altura. Um aumento na espessura das placas ocasiona uma diminuição na oscilação e na captação energética dos dispositivos, sendo a espessura ideal com dimensão entre 10 % e 20 % da altura da placa. A captação de energia tende a diminuir com o aumento da profundidade, sendo que, para lâminas de água superiores a duas vezes a altura da placa do conversor, a influência da profundidade torna-se pouco significativa. O aumento do período de onda é responsável por intensificar a ação do campo de velocidades nas regiões próximas ao conversor, sendo o período de máxima captação de energia em torno de 11 s em escala real. Maiores alturas de onda são responsáveis por intensificar o movimento e a captação de energia dos conversores. / The oscillating wave surge converters represents one of the most effective systems to transform the energy of ocean waves into electric power, reason why many researchers and engineers are dedicated to the development and improvement of this technology. The main examples of those kind of converters are Oyster, Waveroller and Langlee, which energy production is related to a oscillating plate-piston mechanism, that drives a secondary hydraulic system, moving a turbine and generating electricity. Recent papers about this technology does not bring enough information to predict the hydrodynamic and the power capture in real operation cases. In order to fulfill those gaps, the present study is focused on bidimensional numerical modelling of regular ocean waves interaction over the converters, based on Reynolds Average Navier Stokes equations (RANS). The numerical simulations are performed by the opensource code OpenFOAM v 4.1 and its extension OLAFOAM, both based on finite volume discretization and VOF method for free surface representation, which solves the Navier-Stokes and continuity equations. The rigid body dynamics is represented by a methodology that uses the mesh morphing method combined with an oscillating bottom, which moves according to the plate movement, in order to ensure numerical convergence. The present method is validated by the comparison of the numerical model results with previous experimental studies. The numerical results led to the conclusion that the oscillating bottom method seems to be adequate to perform a study based on the hydrodynamic and power capture of the oscillating wave surge converters, representing an alternative method to modelling the dynamic of those devices. An increase in plate width are related to an increase on the device oscillation and its power capture. The ideal width is approximately twice the plate height. Thicker plates causes lower angular velocities, as a result, lower electric generation. The more efficient thickness is around 10 % to 20 % of plate height. The power capture decreases according to an increase on water depth, and the depths with values around twice of the plate height does not seem to modify the device hydrodynamics. Higher wave periods causes an intensification of the velocity field near the converter. The pitching period, which is related to the maximum power captured, is near to 11 s in real scale. The highest wave heights are responsible to increase the converter oscillation and electricity generation.

Os dispositivos oscilantes por translação de ondas correspondem a um dos sistemas de maior potencial de geração de energia elétrica a partir das ondas do oceano, razão pela qual diversos engenheiros e pesquisadores dedicam-se ao desenvolvimento e aperfeiçoamento desta tecnologia. O princípio de funcionamento destes conversores, cujos principais exemplos são o Oyster, o Waveroller e o Langlee, baseia-se no movimento oscilatório de um sistema placapistão, que promove a geração de eletricidade por meio de uma turbina. Os trabalhos existentes acerca destes dispositivos ainda não reúnem informações suficientes que possibilitem a estimativa do comportamento hidrodinâmico e da captação de energia dos mesmos em situações reais de funcionamento. Desta forma, o presente trabalho busca preencher estas lacunas por meio de modelagem numérica bidimensional, baseada em médias de Reynolds (RANS), de ondas regulares atuando sobre os respectivos dispositivos. As simulações são realizadas pelo código computacional livre e aberto OpenFOAM v 4.1 e sua extensão OLAFOAM, ambos fundamentados em volumes finitos e que utilizam a metodologia VOF para o tratamento da superfície livre, solucionando as equações de Navier-Stokes e da continuidade. A representação da dinâmica de corpo rígido dos dispositivos é tratada por uma metodologia que permite a deformação dos elementos de malha e o movimento do fundo do domínio, que oscila juntamente com as placas dos conversores no intuito de assegurar a convergência numérica. Tal metodologia é validada com base na comparação dos resultados numéricos com valores experimentais presentes na literatura. As simulações realizadas permitiram concluir que o método de fundo deformável se mostra adequado no estudo da hidrodinâmica e captação de energia destes conversores, sendo uma alternativa a outras metodologias existentes. Um aumento na largura das placas destes conversores relaciona-se a uma intensificação das velocidades angulares e numa maior captação de energia, sendo a largura ideal de placa aquela cuja dimensão é próxima a duas vezes a sua altura. Um aumento na espessura das placas ocasiona uma diminuição na oscilação e na captação energética dos dispositivos, sendo a espessura ideal com dimensão entre 10 % e 20 % da altura da placa. A captação de energia tende a diminuir com o aumento da profundidade, sendo que, para lâminas de água superiores a duas vezes a altura da placa do conversor, a influência da profundidade torna-se pouco significativa. O aumento do período de onda é responsável por intensificar a ação do campo de velocidades nas regiões próximas ao conversor, sendo o período de máxima captação de energia em torno de 11 s em escala real. Maiores alturas de onda são responsáveis por intensificar o movimento e a captação de energia dos conversores. / The oscillating wave surge converters represents one of the most effective systems to transform the energy of ocean waves into electric power, reason why many researchers and engineers are dedicated to the development and improvement of this technology. The main examples of those kind of converters are Oyster, Waveroller and Langlee, which energy production is related to a oscillating plate-piston mechanism, that drives a secondary hydraulic system, moving a turbine and generating electricity. Recent papers about this technology does not bring enough information to predict the hydrodynamic and the power capture in real operation cases. In order to fulfill those gaps, the present study is focused on bidimensional numerical modelling of regular ocean waves interaction over the converters, based on Reynolds Average Navier Stokes equations (RANS). The numerical simulations are performed by the opensource code OpenFOAM v 4.1 and its extension OLAFOAM, both based on finite volume discretization and VOF method for free surface representation, which solves the Navier-Stokes and continuity equations. The rigid body dynamics is represented by a methodology that uses the mesh morphing method combined with an oscillating bottom, which moves according to the plate movement, in order to ensure numerical convergence. The present method is validated by the comparison of the numerical model results with previous experimental studies. The numerical results led to the conclusion that the oscillating bottom method seems to be adequate to perform a study based on the hydrodynamic and power capture of the oscillating wave surge converters, representing an alternative method to modelling the dynamic of those devices. An increase in plate width are related to an increase on the device oscillation and its power capture. The ideal width is approximately twice the plate height. Thicker plates causes lower angular velocities, as a result, lower electric generation. The more efficient thickness is around 10 % to 20 % of plate height. The power capture decreases according to an increase on water depth, and the depths with values around twice of the plate height does not seem to modify the device hydrodynamics. Higher wave periods causes an intensification of the velocity field near the converter. The pitching period, which is related to the maximum power captured, is near to 11 s in real scale. The highest wave heights are responsible to increase the converter oscillation and electricity generation.

Os dispositivos oscilantes por translação de ondas correspondem a um dos sistemas de maior potencial de geração de energia elétrica a partir das ondas do oceano, razão pela qual diversos engenheiros e pesquisadores dedicam-se ao desenvolvimento e aperfeiçoamento desta tecnologia. O princípio de funcionamento destes conversores, cujos principais exemplos são o Oyster, o Waveroller e o Langlee, baseia-se no movimento oscilatório de um sistema placapistão, que promove a geração de eletricidade por meio de uma turbina. Os trabalhos existentes acerca destes dispositivos ainda não reúnem informações suficientes que possibilitem a estimativa do comportamento hidrodinâmico e da captação de energia dos mesmos em situações reais de funcionamento. Desta forma, o presente trabalho busca preencher estas lacunas por meio de modelagem numérica bidimensional, baseada em médias de Reynolds (RANS), de ondas regulares atuando sobre os respectivos dispositivos. As simulações são realizadas pelo código computacional livre e aberto OpenFOAM v 4.1 e sua extensão OLAFOAM, ambos fundamentados em volumes finitos e que utilizam a metodologia VOF para o tratamento da superfície livre, solucionando as equações de Navier-Stokes e da continuidade. A representação da dinâmica de corpo rígido dos dispositivos é tratada por uma metodologia que permite a deformação dos elementos de malha e o movimento do fundo do domínio, que oscila juntamente com as placas dos conversores no intuito de assegurar a convergência numérica. Tal metodologia é validada com base na comparação dos resultados numéricos com valores experimentais presentes na literatura. As simulações realizadas permitiram concluir que o método de fundo deformável se mostra adequado no estudo da hidrodinâmica e captação de energia destes conversores, sendo uma alternativa a outras metodologias existentes. Um aumento na largura das placas destes conversores relaciona-se a uma intensificação das velocidades angulares e numa maior captação de energia, sendo a largura ideal de placa aquela cuja dimensão é próxima a duas vezes a sua altura. Um aumento na espessura das placas ocasiona uma diminuição na oscilação e na captação energética dos dispositivos, sendo a espessura ideal com dimensão entre 10 % e 20 % da altura da placa. A captação de energia tende a diminuir com o aumento da profundidade, sendo que, para lâminas de água superiores a duas vezes a altura da placa do conversor, a influência da profundidade torna-se pouco significativa. O aumento do período de onda é responsável por intensificar a ação do campo de velocidades nas regiões próximas ao conversor, sendo o período de máxima captação de energia em torno de 11 s em escala real. Maiores alturas de onda são responsáveis por intensificar o movimento e a captação de energia dos conversores. / The oscillating wave surge converters represents one of the most effective systems to transform the energy of ocean waves into electric power, reason why many researchers and engineers are dedicated to the development and improvement of this technology. The main examples of those kind of converters are Oyster, Waveroller and Langlee, which energy production is related to a oscillating plate-piston mechanism, that drives a secondary hydraulic system, moving a turbine and generating electricity. Recent papers about this technology does not bring enough information to predict the hydrodynamic and the power capture in real operation cases. In order to fulfill those gaps, the present study is focused on bidimensional numerical modelling of regular ocean waves interaction over the converters, based on Reynolds Average Navier Stokes equations (RANS). The numerical simulations are performed by the opensource code OpenFOAM v 4.1 and its extension OLAFOAM, both based on finite volume discretization and VOF method for free surface representation, which solves the Navier-Stokes and continuity equations. The rigid body dynamics is represented by a methodology that uses the mesh morphing method combined with an oscillating bottom, which moves according to the plate movement, in order to ensure numerical convergence. The present method is validated by the comparison of the numerical model results with previous experimental studies. The numerical results led to the conclusion that the oscillating bottom method seems to be adequate to perform a study based on the hydrodynamic and power capture of the oscillating wave surge converters, representing an alternative method to modelling the dynamic of those devices. An increase in plate width are related to an increase on the device oscillation and its power capture. The ideal width is approximately twice the plate height. Thicker plates causes lower angular velocities, as a result, lower electric generation. The more efficient thickness is around 10 % to 20 % of plate height. The power capture decreases according to an increase on water depth, and the depths with values around twice of the plate height does not seem to modify the device hydrodynamics. Higher wave periods causes an intensification of the velocity field near the converter. The pitching period, which is related to the maximum power captured, is near to 11 s in real scale. The highest wave heights are responsible to increase the converter oscillation and electricity generation.