Método numérico simplificado para determinação das curvas de potência mecânica de turbina wells instalada em dispositivo para captação da energia das ondas do tipo coluna de água oscilante sob incidência de ondas monocromáticas

Abstract

Dissertação (mestrado)A comunidade mundial está consciente da necessidade de aumentar a participação das energias limpas na matriz energética mundial. Uma quantidade bastante relevante de energia limpa está armazenada nas ondas oceânicas. Atualmente o aproveitamento da energia das ondas oceânicas ainda representa uma fronteira tecnológica a ser explorada. Ao longo dos últimos 30 anos, pesquisadores têm se dedicado ao desenvolvimento do dispositivo para conversão de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante - CAO. Neste trabalho é apresentado um modelo numérico simplificado para estimativa da conversão de energia em um dispositivo CAO sob incidência de ondas monocromáticas. O modelo está baseado na metodologia apresentada por Josset e Clément (2007). Para sua aferição são utilizados resultados gerados por um modelo mais robusto, o modelo Fluinco, que trata de problemas de escoamentos incompressíveis a partir das equações de Navier-Stokes e que emprega o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos. No modelo simplificado aferido, são geradas curvas de potência mecânica para turbinas com diâmetros entre 1,5 m a 2,75 m sob incidência de ondas monocromáticas de 1 m de altura e períodos de 6 s, 9 s e 12 s. As turbinas consideradas, do tipo Wells, têm geometria semelhante à turbina da central de Pico, Açores, Portugal. Com base na resposta do dispositivo sob incidência de ondas de 1 m de altura, são estimadas as respostas para ondas de 1,75 m e 2,5 m e mesmos períodos. Finalmente é exemplificada a utilização do modelo simplificado, na seleção do tamanho da turbina para uma distribuição de ondas monocromáticas.The world community is aware about the need for increasing the share of clean energies on the energy global matrix. A considerable amount of clean energy is storaged on ocean waves. Nowadays the ocean wave energy harnessing still represents a technological frontier. In the last 30 years, researchers dedicated special efforts to develop the Oscillating Water Column, OWC, wave energy converter. This work presents a simplified numerical model to estimate the energy conversion by the OWC under monochromatic waves. The model is based on the aerodynamic model presented by Josset and Clément (2007). In order to tune the model, results from Fluinco, a robust code to solve incompressible flow problems, based on the Navier-Stokes equations, employing the two-step semi-implicit Taylor-Galerkin method, are used. On the tuned model, for 1 m high waves with periods of 6 s, 9 s and 12 s, mechanical power curves were built. The considered Wells turbines, ranging from 1,5 m to 2,75 m in diameter, have geometry similar to the Pico’s Plant turbine, Azores, Portugal. The response of the OWC under 1 m high waves was extrapolated for 1,75 m and 2,5 m high waves with periods of 6 s, 9 s and 12 s. Finally, the simplified model was used for sizing a turbine for a theoretical time distribution of monochromatic waves