Autor: Lucas Amaral Gaspar (Currículo Lattes)
Resumo
Neste trabalho, apresenta-se uma análise numérica do comportamento e dos balançosenergéticos dos escoamentos envolvidos na conversão de energia das ondas de três dispositivos de conversão do tipo coluna de água oscilante (CAO) onshore de geometrias diferentes. O caso A é baseado na geometria da planta de Pico (Açores, Portugal); o caso B tem suas paredes com uma inclinação constante e igual a da planta do LIMPET (Isley, Escócia); o caso C tem geometria similar a do LIMPET, no qual a parte submersa de sua parede frontal tem inclinação com ângulo diferente da parte emersa. Os dispositivos têm tanto o comprimento quanto a largura de 10 m e estão colocados no final de um canal numérico bidimensional de 10 m de profundidade. Nas câmaras, são considerados os efeitos da turbina do tipo Wells, com uma relação característica de 50 Pa s m-3. São simulados casos com diferentes ondas incidentes de períodos de 6 a 12 s e alturas de 1. 0 a 2.5 m, através do modelo FLUENT, que aplica a técnica dos volumes finitos nas equações de Navier-Stokes. O método Volume of Fluid (VOF) é usado para levar em conta o escoamento multifásico. São analisados comportamentos gerais do escoamento ao redor do CAO, incluindo run up/down na parede frontal e sloshing dentro da câmara. Pela lei da conservação de energia, a energia de onda incidente é dividida em energia aproveitada (energia pneumática) ou rejeitada (energia refletida, perdas viscosas, perdas por turbulência) nas saídas (turbina, perdas). O caso A apresentou umaeficiência mais homogênea ao longo do período de onda, ao contrário dos casos B e C, sendo muito superior no período de 6 s (em média 1.8 vezes mais eficiente que o segundo colocado, caso C). Nos períodos de 9 e 12 s, os casos B e C foram superiores, o caso B apresentou a melhor eficiência, média de 54%, enquanto que os casos A e C apresentaram 43% e 51%, respectivamente. A eficiência máxima ocorreu para o caso B de 66% em 9 s. Foi observada em todos os casos a existência de um balanço entre as perdas energéticas e a reflexão de energia relativa à energia incidente, sendo as perdas energéticas maiores no período de 6 s e a reflexão de energia maior no período de 12 s. Os níveis máximos de run up/down e de elevação de superfície dentro da câmara são significativamente maiores nos casos B e C, exigindo uma maior submersão da parede frontal e um maior cuidado com a proteção do sistema da turbina da câmara em relação ao caso A. De forma geral, este tipo de análise se mostrou eficaz para identificar o comportamento das diferentes geometrias e promover melhorias de projeto nos dispositivos CAO.