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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.106.2021.tde-23082021-173005
Documento
Autor
Nome completo
Yan Felipe de Oliveira Cavalcante
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Zachariadis, Demetrio Cornilios (Presidente)
Almeida, Odenir de
Lamas, Wendell de Queiróz
Saltara, Fábio
Título em português
Influência do perfil da borda e da razão de afastamento das pás na eficiência do rotor Savonius
Palavras-chave em português
Borda de pá
Razão de afastamento
Savonius
Simulação numérica
VAWT
Resumo em português
A preocupação com as mudanças climáticas, bem como a busca de reduzir o consumo de combustíveis fósseis e a incerteza sobre a segurança energética enfatizam o crescente valor das energias renováveis, sendo a geração de energia limpa um dos 17 Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS). Enquanto o aproveitamento energético dos ventos tem crescido nos últimos anos, o setor eólico ainda apresenta um grande potencial inexplorado no campo da geração distribuída. Nesse sentido, cabe ressaltar que as turbinas Savonius podem se apresentar como solução, por necessitar de ventos com baixa velocidade. Alterando os parâmetros de geometria no rotor e suas características aerodinâmicas pode-se avaliar a variação de eficiência do rotor Savonius. Dessa forma, o objetivo principal deste trabalho é analisar a influência da alteração na eficiência do rotor com a adoção diferentes de perfis de bordas da pá em relação à borda plana, e diferentes razões de afastamento da pá em relação ao afastamento nulo. Por fim, aferir a influência de características do escoamento do fluido no desempenho do rotor, através das imagens geradas pelos ensaios computacionais, compreendendo o comportamento do fluido. A metodologia utilizada é a simulação numérica baseada no Método de Volumes Finitos (MVF), utilizando a licença acadêmica do software comercial Ansys Fluent©, o qual resolve as equações de conservação utilizando o modelo de turbulência k-épsilon realizable. Realizado o estudo de convergência da malha, obteve-se um índice de convergência próximo ao valor considerado ideal, indicando que a solução da simulação está dentro de um intervalo de convergência. A análise dos principais parâmetros de desempenho do rotor Savonius é análoga a resultados experimentais e simulações numéricas realizadas por outros autores, e mostrou que os resultados deste estudo são bastante representativos do fenômeno analisado. O perfil da borda apresenta influência de aproximadamente 5% no desempenho do rotor. E a razão de afastamento nulo resulta o maior desempenho. Assim, é possível constatar que variações simples e de baixo custo na geometria do rotor Savonius são capazes de aperfeiçoar seu desempenho.
Título em inglês
Influence of blade edge profile and Savonius rotor blade gap ratio
Palavras-chave em inglês
Blade edge
Gap ratio
Numerical simulation
Savonius
VAWT
Resumo em inglês
Concerns about climate change, as well as the quest to reduce fossil fuel consumption and uncertainty about energy security, emphasize the growing value of renewable energy. Clean energy generation is one of the 17 Sustainable Development Goals (SDGs). While the use of wind energy has grown in recent years, the wind sector still has great untapped potential in distributed generation. In this sense, it is noteworthy that the Savonius turbines can present themselves as a solution, by requiring winds with low speed. Changing the geometry parameters in the rotor and its aerodynamic characteristics, one can evaluate the variation of efficiency of the Savonius rotor. In this way, the main objective of this work is to analyse the influence of the change in the efficiency of the rotor with different blade edge profiles concerning the flat edge, and different blade clearance ratios concerning the null clearance. Finally, the influence of fluid flow characteristics on the rotor performance is assessed, through the images generated by computational tests, understanding the fluid behaviour. The methodology used is a numerical simulation based on the Finite Volume Method (FVM), using the academic license of the commercial software Ansys Fluent©, which solves the conservation equations using the k-epsilon realizable turbulence model. Being performed a convergence study of the mesh, a convergence index closes to the value considered ideal was obtained, indicating that the solution of the simulation is within a convergence range. The analysis of the main performance parameters of the Savonius rotor is analogous to experimental results and numerical simulations performed by other authors and quite representative of the analysed phenomenon. The edge profile presents an influence of approximately 5% on the rotor performance. And the null distance ratio presents the highest performance. Thus, it is possible to conclude that simple and low-cost variations in the geometry of the Savonius rotor can improve its performance.
 
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Data de Publicação
2021-11-12
 
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