Autor: Rafael Pereira Maciel (Currículo Lattes)
Resumo
O presente trabalho apresenta uma análise numérica de um dispositivo conversor de energia de ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (do inglês, OWC), empregando dados realísticos de estado do mar. O objetivo deste trabalho é realizar uma avaliação geométrica deste dispositivo, a fim de se definir uma geometria ótima para maximizar a potência hidrodinâmica disponível. Para tanto, foi empregada a metodologia WaveMIMO, que converte dados de mar do modelo de ondas espectral TOMAWAC em séries temporais de elevação da superfície livre, que são, por sua vez, devidamente tratadas e transformadas em componentes de velocidade orbital de partículas de água. Por meio do TOMAWAC foram obtidos dados realísticos de estado de mar da região costeira da cidade de Rio Grande, Rio Grande do Sul, para o ano de 2014, os quais foram usados para o estudo de caso. Assim, nas simulações numéricas, foi empregada uma metodologia que utiliza dados de velocidade transiente como condições de contorno de velocidade para a geração de ondas numéricas. Esta metodologia foi validada reproduzindo um experimento de laboratório com ondas regulares, que consistia em um dispositivo OWC em escala laboratorial inserido em um canal de ondas. Para realizar a avaliação geométrica do dispositivo, é empregado o método Design Construtal. A função objetivo é maximizar a potência hidropneumática disponível. O volume da câmara hidropneumática Vhc e o volume total do dispositivo OWC (Vt) são adotados como restrições geométricas do problema e foram mantidos constantes. Três graus de liberdade (do inglês, DOF) são escolhidos para este estudo: H1/L (relação entre altura e comprimento da câmara hidropneumática), cujos valores são variados, H2/l (relação entre altura e comprimento do duto da turbina ) e H3 (profundidade de submersão da câmara hidropneumática), cujos valores foram mantidos constantes. O melhor desempenho do dispositivo aconteceu com a geometria de valor H1/L igual a 0,1985 e apresentou uma potência hidropneumática Phyd de 29,63 W. Isso é 4,34 vezes maior que a potência obtida com o pior desempenho geométrico, que foi de 6,83 W, obtido com o grau de liberdade H1/L igual a 2,2789 e 2,49 vezes superior à potência obtida pelo dispositivo com as mesmas dimensões do dispositivo da ilha do Pico, que foi de 11,89 W. A contribuição deste estudo é realizar uma avaliação geométrica, com o método Design Construtal, de um dispositivo OWC submetido a ondas realísticas região costeira da cidade de Rio Grande, Rio Grande do Sul, o que é algo inédito na literatura.