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Tipo: Dissertação
Data do documento: 30-Mai-2023
Autor(es): BEZERRA, Waldson Melo
Primeiro(a) Orientador(a): MESQUITA, André Luiz Amarante
Título: Avaliação de modelo de elemento de pá aplicado a turbinas eólicas com difusores através de análise CFD
Agência de fomento: 
Citar como: BEZERRA, Waldson Melo. Avaliação de modelo de elemento de pá aplicada a turbinas eólicas com difusores através de análise CFD. Orientador: André Luiz Amarante Mesquita. 2023. 112 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Infraestrutura e Desenvolvimento Energético) – Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16427. Acesso em:.
Resumo: O efeito do difusor em turbinas de fluxo livre mostra uma possibilidade de atingir um coeficiente de potência maior que uma turbina clássica, ultrapassando o limite de Betz. O presente trabalho avalia o efeito do difusor com perfil Eppler 423 acoplado em uma turbina eólica de eixo horizontal com rotor de perfil NACA 65(3)-618 com 4 pás. Utilizando a dinâmica dos fluidos computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics), simulações numéricas foram realizadas possibilitando obter mais informações sobre o escoamento do fluído e o aumento na potência extraída para configurações com e sem difusor para a velocidade de escoamento de 7 m/s. Considerando as dimensões da seção de testes, os resultados obtidos nas análises CFD foram validados usando resultados experimentais, onde o conjunto rotor e difusor estavam confinados em um túnel de vento. Observou-se que o acoplamento do difusor na turbina aumentou consideravelmente a velocidade do escoamento, proporcionando um acréscimo de 37% em relação a velocidade inicial. Resultados apontaram um aumento no coeficiente de potência na ordem de 45,45% com a utilização do difusor, para a mesma velocidade de escoamento, 7 m/s. Assim, através dos resultados obtidos numericamente neste trabalho, foi possível obter dados confiáveis para a avaliação de um modelo específico de Blade Element Momentum (BEM) aplicado à turbinas eólicas com difusores, que é empregado para analisar o projetos de rotores de turbinas e difusores. Apesar dos bons resultados do modelo BEM, o presente estudo indica possíveis melhorias para a consistência da modelagem.
Abstract: The diffuser effect on free flow turbines shows a possibility of reaching a power coefficient greater than that of a classic turbine, exceeding the Betz limit. The present work evaluated the effect of an Eppler 423 profile diffuser coupled in a horizontal axis wind turbine with a 4-bladed rotor NACA 65(3) 618 profile. Using computational fluid mechanics (CFD, Computational Fluid Dynamics), numerical simulations were performed allowing to obtains more information about the fluid flow and the increase in extracted power for configurations with and without diffuser for the velocity of 7 m/s. Considering the dimensions of the test section, the results obtained in the CFD analyses were validated through experimental results, in which the rotor and diffuser assembly were confined in a wind tunnel. It was observed that coupling the diffuser to the turbine considerably increased the fluid velocity, providing a 37% increase in the initial velocity of the flow. Showed an increase in the power coefficient in the order of 45,45% with the use of the diffuser, for the same flow velocity, 7 m/s. Thus, through the results obtained numerically in this work, it was possible to obtain reliable data for the evaluation of a specified Blade Element Momentum (BEM) model applied to diffuser-augmented wind turbines, which is employed to analyze the same turbine rotor and diffuser designs. Despite the good results of the BEM model, the present study indicates possible improvements for the consistency of the modeling.
Palavras-chave: BEM
CFD
Turbinas de fluxo livre
Difusor
Free flow turbines
Diffuser
Área de Concentração: TECNOLOGIAS SUSTENTÁVEIS
Linha de Pesquisa: ENERGIAS RENOVÁVEIS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia - NDAE/Tucuruí
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Infraestrutura e Desenvolvimento Energético
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte URI: Disponível na internet via Sagitta
Aparece nas coleções:Dissertações em Engenharia de Infraestrutura e Desenvolvimento Energético (Mestrado) - PPGINDE/NDAE/Tucuruí

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