Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Otimização geométrica multiobjetivo de um concentrador híbrido do tipo disco parabólico
Autor(es): SILVA, Alex Anderson Calbino da
Primeiro Orientador: VENTURINI, Osvaldo José
metadata.dc.contributor.advisor-co1: CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez
Resumo: Os sistemas Dish-Stirling são comumente instalados em locais geograficamente remotos, sendo sujeitos a frequente incidência de ventos. Esta condição de contorno fomentou a proposta de hibridização de sistemas Dish-Stirling fundamentada no aproveitamento da energia eólica para a geração de eletricidade. Esta proposta oportunizou o desenvolvimento do concentrador híbrido do tipo disco parabólico, o qual promove concentração solar e, sob disponibilidade eólica, geração de torque. O concentrador híbrido do tipo disco parabólico foi projetado e o sistema de conversão de energia solar eólico oriundo da hibridização proposta modelado, sendo ambos extensivamente analisados. Estudos subsequentes demonstraram que a maximização da geração de eletricidade do sistema hibridizado proposto seria obtida através da otimização geométrica multiobjetivo do concentrador híbrido. Deste modo, o presente estudo propôs uma metodologia para a realização desta otimização fundamentada no estudo parametrizado de variáveis geométricas de projeto do concentrador híbrido. A metodologia proposta é composta por operações parametrizadas de geração de geometrias, malhas e CFD. Estas operações são definidas pelo DOE para a obtenção da superfície de resposta que posteriormente é otimizada pela aplicação do algoritmo MOGA. A otimização do concentrador híbrido resultou no aumento da geração anual de eletricidade do sistema híbrido proposto em aproximadamente 25% e 1 [MWh]. A maximização da geração anual de eletricidade promoveu igualmente redução percentual de seu LCOE em cerca de 17%. A análise comparativa entre o LCOE do sistema híbrido otimizado e de dois sistemas análogos (Dish-Stirling tradicional e Dish-Stirling associado a turbina eólica) demonstra a efetividade da otimização, obtendo um sistema que apresenta LCOE significativamente menor que os demais sistemas analisados. Este estudo propôs uma metodologia válida para aplicações semelhantes envolvendo análises parametrizadas e otimização de turbinas eólicas de eixo horizontal e sistemas Dish-Stirling. A parametrização desenvolvida consiste no elemento notório da metodologia proposta, sobretudo pela aplicação de uma nova abordagem da teoria do momento do elemento de pá (BEM).
Abstract: Dish-Stirling systems are commonly installed in geographically remote and isolated locations, often receiving incident winds. This boundary condition encouraged the proposal for hybridization of Dish-Stirling systems based on the harnessing wind energy to generate electricity. This proposal fomented the development of the hybrid dish concentrator, which consists of an innovative concept that performs solar concentration and, under wind availability, torque generation. The hybrid dish concentrator was designed and the proposed hybridized system was modeled, both being extensively analyzed. Subsequent studies concluded that maximizing electricity generation of the proposed hybridized system would be achieved through multi-objective geometric optimization of the hybrid concentrator. Therefore, this study proposed a methodology for carrying out an optimization based on parameterized geometric analysis of the hybrid concentrator. The proposed methodology consist of the parameterized generation of geometries, meshes and CFD, which are defined by the DOE to obtain the response surface that will be optimized by the MOGA algorithm. The optimization of the hybrid concentrator resulted in an increase in the annual electricity generation of the proposed hybrid system by around 25% and 1 [MWh]. Maximizing annual electricity generation also resulted a reduction in its LCOE of around 17%. The comparative analysis based on LCOE of the optimized hybrid system and two analogous systems (Dish-Stirling and Dish-Stirling associated with a wind turbine) demonstrates that the optimization achieved its purpose, obtaining a system with an LCOE much lower than the other systems analyzed. This study proposed a suitable methodology for parameterized analyzes and optimization of horizontal axis wind turbines and Dish-Stirling systems. Parameterization is the highlight of the proposed methodology, mainly due to the new approach for blade element moment theory (BEM).
Palavras-chave: Dish-Stirling
Projeto de pás eólicas
Hibridização
CFD e otimização
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
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: Doutorado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4167
Data do documento: 8-Ago-2024
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