Autor: Max Letzow (Currículo Lattes)
Resumo
Entre as pesquisas sobre formas de conversão de energia das ondas em energia elétrica, destacam-se os dispositivos do tipo Coluna de Água Oscilante (OWC - do inglês: Oscillating Water Column). Este dispositivo tem seu princípio físico de funcionamento baseado em uma câmara fechada parcialmente submersa, aberta para o mar abaixo da superfície livre da água. O processo de geração de eletricidade divide-se em duas fases: quando uma onda entra na estrutura o ar que se encontrava dentro dela é forçado a passar por uma turbina devido ao aumento de pressão na câmara de ar. Quando a onda regressa ao mar o ar passa novamente na turbina, desta vez no sentido inverso, dada a pressão inferior gerada no interior da câmara de ar. O grupo turbina/gerador é o responsável pela produção de energia elétrica. No presente trabalho é realizado um estudo numérico relacionado ao efeito da geometria da rampa e da câmara sobre o desempenho de um dispositivo OWC onshore em escala real, empregando Constructal Design. O principal propósito é verificar quais geometrias para a câmara (razão entre a altura e comprimento da câmara: H1/L1) e rampa (razão entre a altura e comprimento da rampa: H2/L2) que maximizam a potência disponível no dispositivo. Vale destacar que, neste trabalho, é avaliado apenas o princípio físico de funcionamento do dispositivo. Consequentemente, as geometrias ótimas obtidas aqui servem como uma recomendação teórica para futuros estudos e construções desse tipo de conversor de energia das ondas. Nas presentes simulações, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte da fração volumétrica são resolvidas com o método dos volumes finitos (MVF). Para abordar a mistura água e ar, o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é utilizado. O emprego do Constructal Design permitiu aumentar significativamente o desempenho fluidodinâmico do dispositivo. Também foi observado que ambos graus de liberdade estudados (H1/L1 e H2/L2) possuem grande influência sobre a potência disponível no dispositivo. Contudo, os graus de liberdade apresentaram efeitos diferentes para os dois casos de comprimento da borda frontal do dispositivo estudados (H3 = 2.5 m e 5.0 m). A geometria ótima global foi obtida para H3 = 2.5 m, (H1/L1)o = 0.4 e (H2/L2)oo = 0.8 apresentou uma potência Pot =331.57 W.