Dissertação (mestrado)Dispositivos de conversão de energia das ondas em energia elétrica (WEC – do inglês: Wave
Energy Converter) vêm sendo estudados nas últimas décadas como uma alternativa para suprir a
demanda energética mundial. O dispositivo de galgamento é um dos diversos conversores de
energia das ondas do mar em energia elétrica e seu princípio de funcionamento consiste em uma
rampa que guia a água das ondas incidentes para um reservatório localizado acima do nível médio
do mar. A água acumulada no reservatório escoa através de uma turbina de baixa queda gerando
energia elétrica. No presente trabalho é realizado um estudo numérico relacionado ao efeito da
geometria da rampa (razão entre a altura e comprimento da rampa: H1/L1) e a submersão (S) da
mesma sobre o desempenho de um dispositivo de galgamento onshore em escala real para duas
ondas monocromáticas diferentes e três diferentes áreas construtivas (ϕ) do dispositivo, empregando
o Design Construtal e a Busca Exaustiva. Mais especificamente, pretende-se avaliar a influência da
razão entre altura e comprimento da rampa (H1/L1) que maximiza a potência disponível (Pd) obtida a
partir da quantidade total de massa de água acumulada no reservatório para diferentes frações de
área (ϕ), várias distâncias entre o fundo do dispositivo e o fundo do tanque (S) e diferentes ondas
monocromáticas (T), com a finalidade de se determinar a geometria ótima do dispositivo. Neste
trabalho, é avaliado apenas o princípio físico de funcionamento do dispositivo. Consequentemente,
as geometrias ótimas obtidas aqui servem como uma recomendação teórica para futuros estudos e
construções desse tipo de conversor de energia das ondas. Neste estudo, as equações de conservação
de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte da fração volumétrica são
resolvidas com o método dos volumes finitos (MVF). O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF)
é empregado para abordar a mistura água e ar. O emprego do Design Construtal permitiu um
aumento no desempenho fluidodinâmico do dispositivo para todos os casos simulados. Os
resultados mostraram que as melhores geometrias são obtidas para as menores razões de H1/L1 para
todas as profundidades. Estes indicaram ainda que o efeito da razão H1/L1 sobre Pd foi semelhante
para dois diferentes períodos de onda T. Além disso, conforme esperado, a diminuição do período
(T) conduziu a uma diminuição da potência disponível (Pd).Devices to convert wave energy into electrical (WEC) have been studied in last decades as an
alternative to supply the world energy demand. Therefore, the overtopping device is one of several
wave energy converters into electrical energy and their operational principle consists of a ramp
which guides the incoming waves into a reservoir raised slightly above the sea level. The
accumulated water in the reservoir flows through a low head turbine generating electricity. In the
present work it is performed a numerical study concerned with the effect of ramp geometry (ratio
between the height and length of ramp: H1/L1) and the submergence S over the performance of an
onshore overtopping device in real scale for two different monochromatic waves and three different
construction areas (ϕ) of the device, by means of Constructal Design and the Exhaustive Search.
The main purpose here is to verify the ratio between the height and length of ramp (H1/L1) which
maximizes the available power (Pd) for several area fraction (ϕ), several distances from the bottom
of the tank to the bottom of device (S) and monochromatic waves (T), for the purpose to
determinates the optimal geometry of the device. In this work, it is evaluated only the main
operational principle of device. Consequently, the optimal geometries achieved here serve as a
theoretical recommendation for future studies and constructions of this kind of wave energy
converter. In the present simulations, the conservation equations of mass, momentum and one
equation for the transport of volumetric fraction are solved with the finite volume method (FVM).
To tackle with water-air mixture, the multiphase model Volume of Fluid (VOF) is used. Constructal
Design allowed a strong improvement of device fluid dynamic performance for all simulated cases.
Results showed that the best shapes were achieved for the lowest ratios of H1/L1 for all analyzed
depths. They also indicated that the effect of the ratio H1/L1 over Pd was similar for two different
wave periods T. Furthermore, as expected, a decrease of period (T) resulted in a decrease of
available power (Pd)
