Estudo de diferentes direcionadores de escoamento na otimização da potência convertida de uma turbina eólica de eixo vertical

Abstract

A utilização da energia em consonância com o crescimento econômico de um país é um dos temas de maior relevância para um desenvolvimento sustentável da sociedade. Atualmente, o mundo depende do carvão, petróleo e gás natural para sua geração. Porém, o esgotamento dessas fontes não renováveis juntamente com as alterações climáticas tornam-se grandes preocupações para todos os países. Portanto, os recursos energéticos alternativos, como a energia eólica, tem atraído a atenção de diversos investidores de energia sustentável e verde. A geração de energia local renovável esta se tornando mais generalizada como é o caso dos painéis fotovoltaicos, micro-cogeração (produção combinada de calor e eletricidade) e a microeólica. Este conceito se baseia em extrair energia a partir de fontes renováveis perto da área povoada onde ela será necessária. O potêncial eólico em ambientes urbanos possue vantagens frente à forma que hoje se explora esse tipo de energia. Vantagens estas que podem ser citadas como a menor perda de energia devido às longas linhas de transmissão, gastos com transporte e logística de equipamentos entre outros. As turbinas comumentes utilizadas em parques eólicos, as turbinas eólicas de eixo horizontal (TEEH), não são propícias para a utilização em ambientes urbanos devido a diferença do tipo de ventos ou pelas grandes dimensões da turbina. Entretanto, podem-se utilizar turbinas eólicas com outras características, como as turbinas eólicas de eixo vertical (TEEV), as quais apresentam um melhor desempenho nas condições de vento encontradas em cidades. Porém, 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 que será estudado nesse trabalho trata-se de um direcionador de escoamento, o qual baseia seu funcionamento no aumento da velocidade do escoamento de ar entregue à turbina eólica, juntamente com a diminuição da área de torque negativo das pás da turbina. O presente trabalho estuda à eficiência de diferentes direcionadores de escoamento para uma turbina de energia eólica vertival (TEEV) de 5 pás do tipo H-Darrieus em busca de otimizar e comparar resultados dos mesmos feitos por Chong et al., 2013. Para a confecção dos modelos que serão ensaiados, as escalas serão reduzidas devido aos custos inerentes de fabricação e às dimensões limitantes do túnel de vento utilizado nos ensaios. Os experimentos serão realizados em um túnel de vento de circuito aberto onde medições de rotação e tensão gerada pela TEEV serão tomadas a partir de um sistema Arduino onde a medição de potência é convertida em um banco de cargas.

The economic growth of a country depends on its energy demands and thus there is a need to get it. Currently, the world relies on coal, oil and natural gas to its generation. However, the depletion of these non-renewable sources along with climate change becomes major concerns for all countries. Therefore, alternative energy sources such as wind power, has attracted the attention of several investors in a sustainable and green energy. The site renewable energy generation is becoming more widespread as in the case of photovoltaic panels, micro-cogeneration (combined heat and electricity) and micro Eolic. This concept is based on extracting energy from renewable sources close to the populated area where it is needed. The wind potential in urban environments possesses advantages over the way that today explores this type of energy. These advantages can be cited as the lower power loss due to long transmission lines, spending on transport and logistics equipment among others. The usual turbines used in wind farms, wind turbines horizontal axis (TEEH), are not appropriated for use in urban environments because of the wind variability or by the large size of the turbine. However, they may be used to other wind turbine features, such as vertical axis wind turbine (TEEV), which exhibit enhanced performance in windy conditions found in cities. However, 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 will be studied in this work it is a flow director, which bases its operation on increasing the speed of the air flow delivered to the wind turbine along with the decrease of the negative torque area of the turbine blades. This paper will examine the effectiveness of different flow drivers for a vertical direction wind turbine (TEEV) of 5 blades of the H-Darrieus type seeking to optimize and compare results thereof made by Chong et al., 2013. To prepare the models to be tested, the scales will be reduced due to inherent manufacturing costs and limiting dimensions of the wind tunnel used in the trials. The experiments are performed in a open-circuit wind tunnel in which rotation TEEVmeasurements and the generated voltage are taken from a Arduino system where the power measurement is converted into a bank loads.