Estudo comparativo entre direcionadores de escoamento para uma turbina eólica de eixo vertical

Abstract

Tendo em vista a conjuntura atual do mercado de energia elétrica mundial, fica evidente a necessidade do desenvolvimento e aprimoramento de fontes alternativas de energia. Sabe-se que é possível explorar melhor o potêncial eólico em ambientes urbanos, já que este apresenta algumas vantagens frente à forma que hoje se explora esse tipo de energia. Vantagens essas que podem ser citadas como a menor perda de energia devido às longas linhas de transmissão, gastos com transporte e logística de ferramentas entre outros. Embora os ventos encontrados em ambientes urbanos não sejam propícios para utilização das turbinas eólicas comumente utilizadas, seja pelas grandes dimensões ou pela ineficiência devido as condições encontradas, se podem utilizar turbinas eólicas com outras características, assim como as turbinas eólicas de eixo vertical, as quais apresentam um melhor desempenho nas condições de vento encontradas em ambientes urbanos. Esse tipo de turbina não é tão eficiente quanto às turbinas de eixo horizontal hoje utilizadas em parques eólicos, mas apresentam um desempenho satisfatório quando integradas com dispositivos que ajudam a melhorar sua eficiência. O dispositivo apresentado nesse trabalho trata-se de um direcionador de escoamento, o qual baseia seu funcionamento no aumento da velocidade do fluxo de ar entregue à turbina eólica, juntamente com a diminuição da área de torque negativo das pás da turbina. O presente trabalho busca otimizar e comparar resultados com um direcionador construído por Chong et al., 2013. Para a confecção dos modelos a serem ensaiados, as escalas foram reduzidas devido aos custos inerentes de fabricação e às dimensões limitantes do túnel de vento utilizado nos ensaios. Os experimentos foram realizados em um túnel de vento de circuito aberto onde medições de rotação e tensão gerada pela turbina eólica de eixo vertical foram tomadas sem e com a presença de ambos os direcionadores. Foi possível confirmar a melhora de performance com a utilização do direcionador, mas no entanto, a diferença não foi tão grande quanto à encontrada na literatura. A qualidade inferior do material utilizado na confecção da turbina eólica pode ter interferido nos resultados.

Bearing in mind the current situation of the global electricity market, it is evident the need for the development and improvement of alternative energy sources. It is known that it is possible to exploit the wind potential in urban environments, as this presents some advantages to form what is now exploits this type of energy. Advantages that can be cited as the lower power loss due to long transmission lines, spending on transportation and logistics tools, among others. Although winds encountered in urban environments which are not suited the use of commonly used wind turbines, through the large or the inefficiency due to conditions found, can be used wind turbines with other features, as well as the vertical axis wind turbines, which have a better performance in windy conditions encountered in urban environments. This type of turbine is not as efficient as the horizontal axis turbines used today in wind farms but perform satisfactorily when integrated with devices that help improve their efficiency. The device presented in this paper is a flow driver, which bases its operation on increasing the speed of the air flow delivered to the wind turbine along, together with the decreasing the negative torque area of the turbine blades. This study aims to optimize and compare results with a driver built by Chong et al., 2013. For making models to be tested, the scales were reduced due to inherent manufacturing costs and limiting dimensions of the wind tunnel used in the trials. The experiments were performed in an open circuit wind tunnel whose rotation and voltage generated by the vertical axis wind turbine was taken with and without the presence of both drivers. It was possible to confirm the improvement in performance with the use of the driver. However, the difference was not as great as that found in the literature. The lower quality used in the manufacture of wind turbine material may have affected the results.