Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Análise do escoamento em uma turbina hidrocinética tipo Darrieus-H dotada de anteparo à montante
Autor(es): URRUTIA, Christian Jair Martínez
Primeiro Orientador: TIAGO, FILHO, Geraldo Lúcio
metadata.dc.contributor.advisor-co1: BOTAN, Antônio Carlos Barkett
Resumo: Este trabalho avalia as análises locais do campo de escoamento (2D) em uma turbina hidrocinética de eixo vertical tipo Darrieus-H, por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD, sigla em inglês), considerando a inserção de um anteparo à montante, com o objetivo melhorar a sua curva de desempenho. Este tipo de configuração é de fácil implementação em turbinas hidrocinéticas Darrieus-H existentes, permitindo acelerar e direcionar o escoamento sobre a pá de avanço, criando uma zona de baixa energia à montante da pá de retardo que, por sua vez, funciona como mecanismo de partida do sistema. Este trabalho está dividido em três partes. A primeira fornece um método de predição da curva de desempenho de rotores Darrieus com baixo custo computacional. A segunda parte avalia por meio de CFD, a turbina hidrocinética Darrieus-H projetada por Patel, Eldho, & Prabhu, (2019) em um escoamento livre, também na configuração com placa de bloqueio (também chamada de anteparo), de melhor desempenho analisada pelos supracitados autores, e com a adição de várias geometrias de anteparo sobre a pá de avanço com variação do ângulo inclinação. Por último, é projetada uma turbina com anteparo, semelhante à que obteve maior rendimento para dois pontos localizados sobre o rio San Juan no departamento do Chocó na Colômbia e é avaliada computacionalmente sob as condições do seu escoamento. Como resultado, as análises CFD demostram que é possível aumentar a eficiência obtida com o rotor livre até em ~26% adicionado um anteparo de ângulo reto. No entanto, com crescimento da turbulência gerada pela aceleração de escoamento do rio San Juan e o aumento no tamanho do rotor com anteparo reto previsto para geração neste rio, o ganho no rendimento diminuiu, mostrando que com este tipo de configuração se reduz o ganho de eficiência em valores elevados de números de Reynolds.
Abstract: This work evaluates the local analyzes of the flow field (2D) in a Darrieus-H vertical axis hydrokinetic turbine, through computational fluid dynamics - CFD, considering the insertion of an upstream blocking plate, in order to improve its performance curve. This type of configuration is easy to implement in existing Darrieus-H hydrokinetic turbines, allowing to accelerate and to direct the flow over the advancing blade, creating a low energy zone upstream of the retarding blade which, in turn, works as a starting mechanism system. This work is divided into three parts. The first provides a method for predicting the performance curve of Darrieus runners with a low computational cost. The second part evaluates through CFD the Darrieus-H hydrokinetic turbine designed by Patel, Eldho, & Prabhu, (2019) in a free flow, also in the blocking plate configuration (also called anteparo) with the best performance analyzed by them, and with the addition of several geometries of blocking plates on the advancing blade with variation of the inclination angle. In third and last part of this work, a turbine with a blocking plate, like the developed one with the highest efficiency, is designed for two points located over the San Juan River in the department of Chocó in Colombia and is computationally evaluated under its flow conditions. As a result, CFD analyzes demonstrate that it is possible to increase the efficiency obtained with the free runner up to ~26% by adding a straight angle blocking plate. However, with the growth of turbulence generated by the flow acceleration of the San Juan River and the increase in the size of the runner with straight blocking plate predicted for generation in this river, the gain in efficiency decreased, showing that in this type of configuration the efficiency gain for high Reynolds number is reduced.
Palavras-chave: Turbina hidrocinética de eixo vertical
Anteparo
Coeficiente de interferência
Coeficiente de potência
Dinâmica de fluidos computacional
Pá de retardo
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3132
Data do documento: 13-Dez-2021
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