Avaliação numérica do efeito da variação da altura relativa de um conversor de energia das ondas do mar tipo placa submersa

Abstract

O elevado potencial energético das ondas do mar torna esse recurso uma importante alternativa como fonte de energia limpa e renovável. O sistema de placa horizontal submersa é um tipo de estrutura utilizada como quebra-mar submerso, para proteção costeira, podendo ser utilizada, também, como conversor de energia das ondas. O objetivo deste estudo é avaliar numericamente o efeito da variação da altura relativa de uma placa submersa (dada pela razão entre a altura da placa e a profundidade da lâmina de água) sobre a eficiência do escoamento que ocorre abaixo da mesma, quando sujeita à incidência de diferentes ondas sobre sua estrutura, e obter dados para recomendações teóricas sobre a geometria do conversor. Para isso, foram simuladas seis ondas com períodos entre 1,25 e 3,50 s, incidindo numa placa submersa com alturas relativas de 86,7, 85,0 e 83,3 %. A eficiência do dispositivo, definida pela razão entre a potência disponível do escoamento sob a placa submersa e a potência média da onda incidente, foi avaliada desconsiderando a presença da turbina abaixo da placa. Nas simulações numéricas foi utilizado um domínio bidimensional que se baseia no modelo multifásico Volume of Fluid (VOF), para o tratamento da interação água-ar, e no Método de Volumes Finitos, para a solução das equações de conservação de massa e quantidade de movimento. A análise dos dados obtidos permitiu identificar uma eficiência do equipamento aproximadamente três vezes maior para as ondas de maior período em relação às ondas incidentes de menor período, chegando a aproximadamente 27%.

The high energy potential of the ocean waves make this resource an important alternative of clean and renewable energy. The submerged horizontal plate system is a structure type used as submerged breakwater for coastal protection and can be used also as a wave energy converter. The aim of this study is to numerically evaluate the effect of varying the relative height of a submerged plate (given by the ratio between the plate height and depth of the water layer) on the efficiency of the flow which occurs below the plate, when subjected to incidence of different waves on its structure, and obtain data to theoretical recommendations on the converter geometry. For this, six waves were simulated with periods between 1.25 and 3.50 s, and propagated through the submerged plate with relative heights of 86.7, 85.0 and 83.3%. The device efficiency, defined as the ratio of the available power flow under submerged plate and the average power of the incident wave was evaluated disregarding the presence of the turbine below the plate. In numerical simulations were used a two-dimensional domain that is based on the multiphase model Volume of Fluid (VOF) for the treatment of air-water interaction, and the Finite Volume Method for the solution of the equations of conservation of mass and momentum. The data analysis identified an equipment efficiency about three times higher for larger waves period in relation to the incident waves of shorter period, reaching approximately 27%.