Metodologia de Projeto Hidrodinâmico de Turbinas Hidrocinéticas Carenadas Baseada na Otimização e Simulação em Dinâmica dos Fluidos Computacional.

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto de turbinas hidrocinéticas carenadas baseada na integração entre processos computacionais envolvendo geração de malha, simulação fluidodinâmica e otimização.A metodologia foi dividida em duas partes, sendo a primeira responsável por fornecer a geometria do difusor, do canal meridional e os parâmetros para o pré-projeto do rotor através de uma abordagem simplificada do problema e a segunda responsável pelo projeto hidrodinâmico do rotor a partir dos dados obtidos na primeira fase.A primeira parte foi executada considerando condição de simetria axial do escoamento e modelando o rotor por um disco atuador que cria um salto de pressão no interior da máquina. Essa fase teve os processos de geração de geometria, malha e simulação computacional automatizadas e integradas por meio de um algoritmo de otimização (simulated annealing), permitindo obter o melhor conjunto de variáveis de projeto, com o objetivo de maximizar a potência hidráulica.A segunda parte da metodologia envolve o projeto do rotor a partir das grandezas resultantes do processo de otimização que gerou o projeto preliminar (vazão e variação de pressão total). O rotor foi projetado com base na teoria da asa de sustentação com condição de equilíbrio radial de vórtice livre. A partir do projeto do rotor, foi possível modelar a geometria da máquina completa e simular o funcionamento a partir de uma análise tridimensional em dinâmica dos fluidos computacional. Esse procedimento gerou como resultados as curvas de comportamento da máquina, revelando um coeficiente de potência máximo de aproximadamente 0,8 (com relação à área do rotor) muito próximo ao ponto de projeto.