Otimização de uma turbina eólica tipo Darrieus-H através da integração com superfícies de resposta para análise do comportamento aerodinâmico

Abstract

A busca por fontes de energias renováveis e com baixa emissão de gases de efeito estufa têm crescido nos últimos anos, sendo uma delas, a energia eólica. As turbinas eólicas de eixo vertical podem ser classificadas em turbinas movidas por sustentação e por arrasto, dentre as movidas por sustentação, destaca-se o rotor de Darrieus. Na grande maioria das vezes o projeto de uma turbina eólica é feito utilizando modelos computacionais, pois o investimento necessário para uma instalação de alta qualidade para experimentos é geralmente mais alto do que o necessário para se obter uma descrição suficientemente completa de um escoamento por meio de simulação numérica. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo a otimização dos parâmetros geométricos, corda e espessura, de uma turbina eólica de eixo vertical do tipo Darrieus-H a fim de aumentar o coeficiente de potência tendo em vista um comportamento mais estável desse parâmetro em função da razão de velocidade de ponta de pá, TSR. O processo de otimização é feito utilizando-se o algoritmo genético NSGA-II e aproximação por superfície de resposta. As simulações numéricas são feitas em 2D e em escoamento incompressível no software ANSYS® Fluent, o processo de otimização, por meio do software modeFRONTIER®, e a aproximação por superfície de resposta, utilizando o software Minitab®. São otimizadas configurações de turbinas com 2, 3 e 4 pás com o objetivo de encontrar aquela com melhor comportamento de coeficiente de potência em relação à velocidade de ponta de pá. Os resultados obtidos são comparados com dados experimentais da literatura e um ganho médio de coeficiente de potência de 42% é atingido para a configuração com 3 pás com um comportamento mais estável do coeficiente de potência para a faixa de TSR analisada.