Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4002
Registro completo de metadados
Campo DCValorIdioma
dc.creatorSALES JUNIOR, Celso Antonio Bittencourt-
dc.date.issued2024-02-09-
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4002-
dc.description.abstractThe ongoing energy transition has resulted in an increased focus on renewable energy systems and their viability for Distributed Generation (DG) applications. In this context, small-scale wind turbines have drawn significant attention due to their compact and adaptable dimensions, making them well-suited for water pumping, irrigation, and energy generation in domestic settings, whether in urban or remote areas. In this way, the main objective of this study was to develop a reliable methodology for optimizing the aerodynamic performance of a small-scale Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), specifically the Darrieus H type. To accomplish this, a flexible, accurate, and efficient Computational Fluid Dynamics (CFD) methodology was devised to predict the Power Coefficient (CP) of various configurations of Darrieus H VAWTs. This methodology was calibrated using experimental data from the literature and adapted to minimize the number of simulations related to spatial and temporal discretization independence studies. Furthermore, the CFD methodology was integrated into an optimization procedure based on Response Surfaces (RS), which was constructed using Design of Experiments (DoE) techniques and explored within their domains through Optimization Algorithms (OA) execution. The results of this study provided valuable insights into the configuration of a CFD approach for small-scale Darrieus H VAWTs, with a maximum percentage error of 12% in CP compared to experimental data. Additionally, the optimization procedure resulted in an 11% increase in nominal CP, where the typical CP value for small-scale Darrieus H VAWTs was 0.30, and the maximum percentage error of the CFD methodology was taken into consideration. The maximum value of 0.3778 for solidity (σ) was achieved when σ was equal to 0.24, and the installation angle (β) was equal to -4.1°. In conclusion, the integration of CFD simulation methodologies and RS-based optimization can provide reliable results in a relatively short time, thus serving as a powerful tool in the design of Darrieus H VAWTs..pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Itajubápt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectCFD turbinas eólicapt_BR
dc.subjectOtimização turbina eólicapt_BR
dc.subjectTurbina eólica de pequeno portept_BR
dc.subjectOtimização baseada em superfície de respostapt_BR
dc.titleOtimização de uma turbina eólica Darrieus H baseada em metodologias de superfícies de resposta e CFDpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.date.available2024-03-01-
dc.date.available2024-03-01T17:26:22Z-
dc.date.accessioned2024-03-01T17:26:22Z-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1826220299079724pt_BR
dc.contributor.advisor1SARMIENTO, Angie Lizeth Espinosa-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9086096367189031pt_BR
dc.contributor.advisor-co1BALDUZZI, Francesco-
dc.description.resumoNo contexto atual de transição energética, as diversas fontes e tipos sistemas de energias renováveis estão sendo amplamente investigados, principalmente com respeito as suas respectivas viabilidades de aplicações em empreendimentos de Geração Distribuída (GD). Em destaque, pode-se mencionar o emprego de turbinas eólicas para aplicações de pequeno porte, tendo em vista suas dimensões compactas e adaptáveis, o que as tornam adequadas em sistemas de bombeamento de água, irrigação e fornecimento de energia a níveis domésticos, em zonas urbanas ou remotas. Nesse sentido, o presente trabalho visou a criação de uma metodologia de otimização de desempenho aerodinâmico de uma Turbina Eólica de Eixo Vertical (TEEV) de pequeno porte, do tipo Darrieus H. Para tanto, primeiramente, foi elaborada uma metodologia de fluidodinâmica computacional (CFD) flexível, precisa e ágil, a qual demonstrou-se apta a predizer o Coeficiente de Potência (CP) de distintas configurações de TEEV Darrieus H, pois foi calibrada mediante a dados experimentais da literatura, e ainda, adaptada a minimizar a quantidade de simulações referentes aos estudos de independência das discretizações espacial e temporal. Tal metodologia de CFD foi então integrada a um procedimento de otimização baseado em Superfícies de Resposta (SR), sendo tais superfícies, construídas mediante a amostragens geradas a partir de técnicas de planejamento de experimentos (DoE), e ainda, exploradas por Algoritmos de Otimização (AO) na busca de máximo locais. A partir dos resultados, foi possível estabelecer diretrizes gerais para a configuração de uma abordagem de CFD para TEEV Darrieus H de pequeno porte, a qual apresentou um erro percentual máximo de 12% no CP nominal em relação a dados experimentais. Ademais, o procedimento de otimização resultou em um incremento de 11% no CP nominal (considerando um valor típico de CP de TEEV Darrieus H de pequeno porte igual a 0,30 e o erro percentual máximo da metodologia de CFD), o qual atingiu um valor máximo de 0,3778, para uma solidez (σ) igual a 0,24 e um ângulo de montagem (β) igual a -4,1°. Por fim, conclui-se que, a integração de metodologias de simulações de CFD e de otimização baseada em SR pode fornecer resultados confiáveis em um tempo relativamente pequeno, e, portanto, pode ser utilizada como uma ferramenta poderosa no projeto de TEEV Darrieus H.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentIEM - Instituto de Engenharia Mecânicapt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energiapt_BR
dc.publisher.initialsUNIFEIpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIApt_BR
dc.relation.referencesSALES JUNIOR, Celso Antonio Bittencourt. Otimização de uma turbina eólica Darrieus H baseada em metodologias de superfícies de resposta e CFD. 2023. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2023.pt_BR
Aparece nas coleções:Dissertações

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Dissertação_2024033.pdf3,85 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.