Caracterização aerodinâmica de uma pá para rotor de micro-eólica

Abstract

A necessidade cada vez maior que a sociedade atual tem de recorrer a fontes de energias renováveis, aliada á imersão de um mundo tecnológico em que a eficiência e a inovação são aspetos fulcrais, levam a que o ramo da energia eólica tenha de estar na vanguarda dos recursos disponíveis, sendo esta a principal motivação do desenvolvimento deste trabalho. Os aerogeradores de pequeno porte, apesar da produção de energia ser bastante reduzida em relação aos de grande porte, têm um campo de aplicação bem mais alargado, dada a facilidade de transporte (presença frequente em novos iates) e flexibilidade quanto à gama de velocidades de funcionamento, permitindo um bom desempenho a baixo número de Reynolds, fator este, alvo de análise/otimização no decorrer do projeto. Na aerodinâmica de uma pá destacam-se os seguintes fatores: coeficiente de sustentação (CL), coeficiente de arrasto (CD), coeficiente de momento (CM) e o coeficiente de solidez (CTEH). Associado à variação destes parâmetros, está a alteração do perfil geométrico, ângulos de ataque e Twist, direção e intensidade do vento. A preponderância dos programas de modelação e simulação numérica nas áreas da Engenharia é cada vez mais evidente. Na análise de escoamentos o software Ansys Fluent tem reunido consenso, quanto a resultados obtidos, tendo uma panóplia de ferramentas e funcionalidades que permite descrever qualquer tipo de escoamento. Por exemplo, no caso de escoamentos externos existe um modelo de turbulência, Spalart-Allmaras, que permite obter resultados de forma mais rápida e eficiente. A escolha do ângulo de ataque ótimo e a seleção da geometria adequada na geração de uma pá é fundamental para que a turbina eólica a projetar tenha um funcionamento mais eficiente, reduzindo as perdas de energia e garantindo um maior retorno financeiro a quem investe neste tipo de equipamentos. O desenvolvimento deste tipo de trabalhos garante o progresso de uma alternativa viável àquele que tem sido um dos maiores problemas globais, a produção de energia através de fontes não renoveis.

The growing need on resorting renewable energy sources that actual society has, allied to immersion of a technological world where efficiency and innovation are crucial aspects, mean that the wind energy branch has to be in the forefront of available resources, which is the main motivation on the development of this work. The small wind turbines, although the power generation is significantly reduced compared to the large turbines, have a much broader field of application, due to the flexibility of transport (frequent presence in new yachts) and flexibility in the range of operation speeds, allowing a good performance and a low Reynolds number, factor which, is in target of analysis/optimization throughout the project. In the aerodynamics of a shovel, the following factors are highlighted: lift coefficient (LC), drag coefficient (DC), moment coefficient (MC) and the solidity coefficient (SC). Associated to the variation of this parameters is the geometric profile alteration, angles of attack and Twist, wind direction and intensity. The preponderance of modelling and numeric simulation software in the areas of Engineering is becoming more evident. In the analysis of flow Ansys Fluent software has reunited consensus, as the obtained results, and a range of tools and features for describing any type of flow down to the smallest detail. For example, if there is an external flow, there is a turbulence model, Spalart-Allmaras, which allows faster and more efficient results. The choice of the optimal attack angle and the selection of the correct geometry in the generation if a shovel is essential for the projecting wind turbine to be more efficient, reducing energy losses and ensuring greater financial returns to those who invest in this type of equipment’s. The development of this type of work results in the progress for a viable alternative to that which has been a major global problem, the production of energy by sources that are not renewed.