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Previous issue date: 2017-08-28 / A preocupa??o com o efeito estufa e com a degrada??o que o meio ambiente vem sofrendo,
devido a utiliza??o de fontes de energia n?o renov?veis, como os combust?veis f?sseis, tem
despertado um interesse especial na utiliza??o de fontes renov?veis de energia. Diante disso, a
energia e?lica vem se destacando no cen?rio energ?tico atual do Brasil. Os aerogeradores,
respons?veis pela convers?o da energia e?lica em energia el?trica, s?o intensamente estudados,
visto que se busca formas de aumentar a efici?ncia dos mesmos. Uma poss?vel solu??o para o
aumento da pot?ncia de sa?da fornecida pelo aerogerador ? a utiliza??o de difusores flangeados.
A ideia ? gerar um gradiente de press?o, que causaria a passagem de uma maior de massa de ar
a uma maior velocidade, atrav?s do rotor. Como a pot?ncia de sa?da de um aerogerador ?
diretamente proporcional ao cubo da velocidade, a mesma aumentaria. Com isso o presente
trabalho teve como objetivo principal investigar a utiliza??o de um difusor flangeado, acoplado
a um aerogerador de baixa pot?ncia, visando aumento de pot?ncia convertida. Para isso foi
desenvolvido o projeto e a modelagem 3D do rotor de um aerogerador com capacidade de
convers?o de 300 W utilizando o Blade Element Momentum (BEM). Foram realizadas
simula??es num?ricas transientes do escoamento turbulento que age sobre os dom?nios
estudados, empregando um software CFD. Dois modelos diferentes foram consideradas, o
primeiro foi a turbina e?lica envolta sem o elemento intensificador e o segundo com o elemento
intensificador, possibilitando ent?o uma compara??o entre as duas configura??es. Como
objetivo secund?rio efetuou-se compara??es dos resultados num?ricos com os resultados
anal?ticos da metodologia de projeto adotada (BEM), visando identificar se os dados obtidos
atrav?s do projeto (coeficiente de indu??o axial, ?ngulos, triangulo de velocidade) est?o
pr?ximos da solu??o num?rica. Ao final da an?lise dos resultados, foi poss?vel verificar que o
difusor aumenta a velocidade do ar que passa pelo rotor e?lico em aproximadamente 50%,
causando um aumento de cerca 330% da pot?ncia de sa?da. Diferen?as m?ximas na ordem de
10% foram encontradas entre a solu??o anal?tica (obtidas com o BEM) e a solu??o num?rica.
Al?m disso, p?de-se observar que com o aumento da velocidade da massa de ar, e sem o
aumento da velocidade de rota??o, o tri?ngulo de velocidades acaba sendo modificado o que
gera o fen?meno do stall. Por fim foi feita uma nova an?lise, com a velocidade de rota??o
corrigida, onde p?de-se observar que o tri?ngulo de velocidade volta a se estabilizar. / Concerns about the greenhouse effect and the ill-treatment of the environment due to nonrenewable
energy sources, such as fossil fuels, has aroused a special interest in the use of
renewable energy sources, such as wind energy. Wind energy has been standing out in Brazil?s
current energy scenario. The conversion of wind energy into electricity is accomplished with
wind turbines. Wind Turbines, which are responsible for the conversion of wind energy into
electricity, are intensively studied, since they are a powerful system for energy conversion, but
still have a low efficiency when compared to other systems. One way to increase efficiency is
using flanged diffusers in order to create a pressure gradient which would result in a larger flow
of air, in the rotor, at a higher speed. As the output power of a wind turbine is directly
proportional to the velocity, the power would increase. Therefore, the present work investigates
how the use of a flange diffuser coupled to a low power wind turbine can influence its power
output. In order to achieve this objective, the design and 3D modeling of the rotor of a wind
turbine with a conversion capacity of 300W was done using the Blade Element Momentum
(BEM). Transient numerical simulations of the turbulent flow using CFD software were
accoplished. Two different 3D models were considered, the first one was only the wind turbine
and the second was the wind turbine with an element to increase power, thus allowing a
comparison between the two configurations. As a secondary objective, comparisons of the
numerical results with the analytical results of the adopted design methodology (BEM) were
carried out to identify whether the data obtained through the design (axial induction factor,
angles, velocities triangle) are present in the numerical solution. The analysis allowed to verify
that the diffuser increases the velocity of the air, passing through the wind rotor, by
approximately 50%, causing an increase of 330% in the output power. Maximum differences
of about 10% were found between the analytical solution and the numerical solution. In
addition, it was observed that with the increase of the velocity of the mass of air, and without
the increase of the speed rotation, the velocities triangle ends up being modified which
generates the stall phenomenon. Finally, a new analysis was done, with the corrected speed
rotation, where it can be observed that the speed triangle stabilizes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/24976 |
| Date | 28 August 2017 |
| Creators | Barros, Aide? Am?lia Torres Sampaio |
| Contributors | 90795636091, Cavalcanti, Eduardo Jos? Cidade, 13685269852, Ferro, Lu?s Mor?o Cabral, 60238455335, Souza, Sandi Itamar Schafer de, Maurente, Andr? Jesus Soares |
| Publisher | PROGRAMA DE P?S-GRADUA??O EM ENGENHARIA MEC?NICA, UFRN, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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