Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Áreas rurais ou isoladas são geralmente abastecidas com energia baseada na queima de óleo diesel. No entanto, estratégias melhores podem ser implementadas utilizando-se recursos de energia renováveis disponíveis na região como recursos hidráulicos, biomassa entre outros. A tecnologia...

Resumo: Áreas rurais ou isoladas são geralmente abastecidas com energia baseada na queima de óleo diesel. No entanto, estratégias melhores podem ser implementadas utilizando-se recursos de energia renováveis disponíveis na região como recursos hidráulicos, biomassa entre outros. A tecnologia hidrocinética está entre as mais promissoras soluções uma vez que é relativamente barata, de fácil manufatura, confiável e adequada para a maioria das áreas amazônicas devido à grande capacidade hidráulica e predominância de assentamentos de baixa densidade populacional localizados nas margens de rios. Esta dissertação desenvolve uma metodologia de simulação numérica de dinâmica dos fluidos com aplicação das equações de RANS (Reynolds Average Navier Stokes) e malhas bi e tridimensionais para caracterização e projeto de turbinas hidrocinéticas de eixo vertical. Diferentes perfis de pá foram analisados, tais como placa plana, arco circular, NACA simétrico e assimétrico. Os efeitos de número de pás, perfil da pá e velocidade do fluxo de água sobre os coeficientes de torque e potência são apresentados e discutidos. As vantagens desse tipo de turbina incluem operação independente da direção da corrente, reversibilidade, possibilidade de agrupamento, construção barata e sistemas de transmissão simples. Um sistema de apenas uma turbina de 0,5 m de raio e 1 m de altura com sete lâminas submetida à razão de velocidade da ponta de 2,5 com velocidade de fluxo de água de 2 m/s teria potência de aproximadamente 1,6 kW, o que é suficiente para alimentar aproximadamente 7 casas de padrão de consumo médio no Brasil

Abstract: Rural and isolated areas are usually served by diesel based energy supply. However, better strategies can be implemented using renewable energy sources available in the area such as hydraulic, biomass and others. The hydrokinetic technology is among the promising technologies since it is...

Abstract: Rural and isolated areas are usually served by diesel based energy supply. However, better strategies can be implemented using renewable energy sources available in the area such as hydraulic, biomass and others. The hydrokinetic technology is among the promising technologies since it is relatively cheap, easy to manufacture, reliable and suitable for most of the Amazon areas because of the large hydraulic capacity and low density population settlements near rivers borders. This dissertation uses CFD, RANS (Reynolds Average Navier Stokes) equations and two and three-dimensional meshes to characterize and develop a methodology of numerical simulation of a vertical axis hydrokinetic turbine. In the simulations, different blade profiles were used such as flat plate, circular arc, symmetric and asymmetric NACA profiles. The effects of the number of blades, blade profile and water flow velocity on the turbine torque and power coefficients were presented and discussed. The advantages of this type of turbines include operation independent of current direction, reversibility, possibility of stacking, cheap construction and simple transmission systems. A system with only one turbine with radius of 0.5 m and height of 1 m with seven blades submitted to a tip speed ratio of 2.5 with water flow velocity of 2 m/s would have power of approximately 1.6 kW, what is enough to supply energy to 7 standard homes in Brazil