Turbinas Hidrocinéticas Para o Aproveitamento Do Potencial Remanescente

TURBINAS HIDROCINTICAS PARA O APROVEITAMENTO DO POTENCIAL REMANESCENTE EM USINAS HIDRELTRICAS

Bolsista: Thiago Vinicius Castro Rezende

Orientador: Dr. Jos Gustavo Coelho

Departamento de Engenharia Mecnica

INTRODUO Atualmente a necessidade de gerao de energia uma realidade do Brasil e tambm outras partes do mundo. No caso do nosso pas, a maior gerao de energia se da por conta de usinas hidreltricas devido ao grande potencial presente. Apesar de eficientes, as usinas hidreltricas causam muitos danos ao meio ambiente e necessitam de barragens e grandes espaos para a operao. Tendo em vista o esse potencial do nosso pas, o estudo de novos mtodos para se produzir energia torna-se necessrio e importante. Turbinas hidrocinticas podem ser uma boa alternativa, j que no necessitam de barragens e so ancoradas diretamente ao curso de gua aproveitando a energia cintica do escoamento. As turbinas so instaladas no ponto do rio onde a velocidade mdia do escoamento maior, para ter um maior aproveitamento. Elas so constituidas de um rotor e um difusor, que tem o papel de aumentar a presso, melhorando a gerao de energia e so definidas como turbinas de fluxo livre, assim como as turbinas elicas. A utilizao dessas turbinas reduzem gastos, danos ao meio ambiente alm de serem fceis de instalar e realizar manuteno. Atualmente muitas pesquisas esto sendo realizadas no mbito de obter melhores resultados na gerao de energia. Nesse trabalho o objetivo realizar um estudo de malhas nas geometrias geradas do rotor e difusor para tentar representar os resultados com o menor erro possvel em relao aos valores reais. O estudo do rotor e difusor foi baseado em um paper apresentado no Congresso internacional de engenharia mecnica (COBEM) de 2007, escrito por Rodrigo Queiroz Neiva, Aldo Joo de Sousa, Jos Gustavo Coelho e Antnio C.P. Brasil Junior ambos, na poca, vinculados Universidade Estadual de Braslia, entitulado: Experimental and numerical study of the swirling in conical difusers. A comparao de resultados das diversas malhas nesse trabalho est baseada nos valores experimentais obtidos por esse paper. Depois desse processo o prximo passo analisar o desempenho das turbinas atravs de simulao numrica usando o software CFX.

METODOLOGIA

Primeiramente foi construda a geometria do rotor e difusor no software SolidWorks, para us-la nas simulaes. Com a geometria pronta o prximo passo foi o estudo de malhas. A malha um dos principais, seno o principal, parmetro para uma boa simulao, pois uma malha boa consegue descrever melhor o problema. Foi o processo mais demorado e trabalhoso, pois o processo de construo de malhas no intuitivo e necessita de vrios testes para ver a qualidade da mesma. Depois de vrios testes de mtodos para gerao da malha, o resultado final foi a diviso da geometria em quatro domnios diferentes para gerar mtodos diferentes em cada um, j que algumas partes da geometria no de interesse, como a sada. Em cada domnio foi aplicado mtodos diferentes com tamanho de elementos diferentes, dando maior nfase no rotor e no difusor, que so pontos de interesse no estudo. Os mtodos utilizados foram o sweep e body sizing. Aps esse processo, a anlise da qualidade foi feita para validar a malha em questo. De acordo com os parmetros (orthogonal quality, swekness e aspect ratio) concluiu-se que a malha estava boa para realizar a simulao. A prxima etapa, foi impor as condies de contorno no CFX-Pre. Para o problema em questo, foi usada a condio de no escorregamento nas paredes e uma vazo de 40 L/min. Nessa etapa tambm foi definido os modelos de turbulncia, que so modelos matemticos que descrevem a turbulncia causada pelo rotor. Nesse trabalho trs modelos de turbulncia foram analisados: k-, k- e SST. O primeiro o modelo padro que o software impe e o mais comum e apresenta bons resultados para pequenos gradientes de presso e em casos em que a presso mdia relativamente baixa. O modelo k- apresenta bons resultados prximo parede, caracterizando bem a subcamada laminar da camada limite. O modelo SST uma juno dos dois anteriores, sendo que prximo parede ele utiliza o k- e no centro do escoamento o k-. O modelo k- no obteve convergncia.

RESULTADOS

Depois de realizadas simulaes com os trs modelos de turbulncia, os

resultados foram comparados com o experimental. Percebe-se um resultado bom

e prximo de velocidade, tendo pequenos desvios em relao ao experimental.

CONCLUSO Depois de concluda toda a anlise, pode-se dizer que os objetivos do projeto foram atingidos. O estudo de caso em questo possibilitou um grande aprendizado e base para trabalhos posteriores. Analisando os resultados, pode-se perceber que o modelo k- se aproximou mais dos valores de velocidade e o SST obteve melhor distribuio. Um estudo mais criterioso sobre malhas poderia ter levado a resultados mais exatos com o experimental, possibilitando uma melhor anlise.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

Coelho,J.G.,Brasil,A.C.P.J., Simulao Numrica da Influncia do Swirl em

Difusores, 11th Brazillian Congress of Thermal Sciences and Enginnering, ENCIT

2006, ABCM, Brasil.

Coelho, J. G., Noleto, L. G., e Brasil, A. C. P. J., Escoamentos Turbulentos em

Difusores Cnicos simulaes Transientes, 5 Escola de Primavera de Transio

e Turbulncia, EPTT 2006, ABCM, Brasil.

Bardina, J.E., Huang, P.G., Coakley, T.J. (1997), "Turbulence Modeling Validation,

Testing, and Development", NASA Technical Memorandum 110446.

a) Resultado experimental

b) Resultado k-

c) Resultado SST