The scientific community efforts in the field of renewable energy have been focused on avoiding an increase of the average global temperature that surpasses the 1.5C mark. In that scenario, wind energy had experienced a rapid and continuous growth in its installed capacity worldwide along the past two decades. This expansion however is bounded synchronously by multiple factors, such as land availability and impacts on the environment, fauna and people, once wind farms are being pushed more and more to the vicinity of inhabited areas. One of the major concerns regarding newer technologies of horizontal axis wind turbines is maintaining the noise level in line with each local noise control regulations. As noise level is direct proportional to the wind turbine rotor diameter, and newer blades are becoming larger and larger because of the simultaneous increase on power output, it is mandatory to adopt the noise emission as a wind turbine blade design constraint and look after new blade geometries that combine both aerodynamic and aeroacoustic efficiency. PNoise is an airfoil and wind turbine noise prediction module developed at Poli-USP by Poli-Wind group in collaboration with TU-Berlin QBlade wind turbine blade design software. PNoise, through a 2D mathematical modeling, takes into account the sources of airfoil noise combined in order to have an accurate spectrum prediction and contribute to the design of quieter blades without lowering the power output. Airfoil noise consists of a synchronized effect of multiple sources, being the main sources the airfoil self-noise and the turbulent inflow noise. The mathematical modeling and integration of the latter within QBlade code is the main objective of this study. The turbulent inflow noise is caused by the interaction between turbulent scales and the airfoil surface. It tends to be dominant over airfoil self-noise in the low to mid frequency range (up to 2000 Hz) and is very sensitive to the pair turbulence integral length scale and intensity. Central to this study are the application of Amiet theory and its extensions, and also the discussion regarding turbulence spectrum modeling considering the usual von K´arm´an homogeneous and isotropic turbulence assumption and Batchelor rapid distortion theory (RDT) that adds anisotropy effects on noise. As it is known, atmospheric turbulence conditions are hardly obtained in a aeroacoustic tunnel setup, and so a distinct turbulence spectrum may be observed in each case. Therefore, both may be covered by PNoise novel turbulent inflow noise prediction method.

Os esforços da comunidade científica no campo das energias renováveis tem se mantido focado em evitar que o acréscimo da temperatura média global ultrapasse a marca de 1.5C. Nesse cenário, a energia elétrica proveniente de fonte eólica tem experenciado uma rápida e contínua expansão em sua capacidade instalada global durante as duas últimas décadas. Essa expansão, entretanto, é balizada por múltiplos fatores síncronos, como a disponibilidade de terras e impactos relacionados ao ambiente, à fauna e às pessoas, ao se levar em consideração que esta expansão leva os parques eólicos para áreas cada vez mais próximas a regiões habitadas. Uma das grandes preocupações que vêm atreladas `as novas tecnologias de turbinas eólicas de eixo horizontal é que o nível de ruído seja mantido em compasso com as legislações de controle de ruído locais. Como o nível de ruído produzido por uma turbina eólica é diretamente proporcional ao diâmetro do rotor, e turbinas eólicas modernas apresentam pás cada vez maiores, por aumento simultâneo na conversão de energia, é mandatório que seja adotado o ruído como variável de projeto e buscar novas geometrias de pás que combinem eficiências aerodinâmica e aeroacústica. PNoise é um módulo para predição de ruído aerodinâmico de aerofólios e pás de turbinas eólicas desenvolvido na Poli-USP pelo grupo Poli-Wind em colaboração com a Universidade Tecnológica de Berlim, para o desenvolvimento do software de projetos de pás de turbinas eólicas QBlade. O PNoise, através de uma modelagem 2D, leva em consideração, de maneira combinada, as fontes de ruído aerodinâmico, de modo a obter uma predição precisa do espectro sonoro e contribuir para o projeto de pás mais silenciosas, sem que haja diminuição na efetividade da conversão de energia. O ruído de aerofólio consiste da combinação também sincronizada de múltiplas fontes, sendo as duas principais o ruído próprio do aerofólio e o ruído provocado pelo escoamento turbulento incidente. A modelagem matemática e a integração do último no código do QBlade é o principal objetivo deste estudo. O ruído provocado pelo escoamento turbulento incidente ´e causado pela interação entre escalas de turbulência e a superfície do aerofólio. Tende a ser dominante sobre o ruído próprio de aerofólio na faixa de frequências baixa a média (até cerca de 2000 Hz) e apresenta alta sensibilidade ao par escala integral de comprimento e intensidade de turbulência. Também centrais para este estudo são a aplicação da teoria de Amiet, suas extensões e a discussão com relação à modelagem do espectro de turbulência, considerando a usual adoção do espectro de turbulência homogêneo e isotrópico de von K´arm´an e a teoria de distorção rápida de Batchelor (RDT). Como sabido, condições de turbulência atmosférica dificilmente são obtidas em túnel aeroacústico e, portanto, um diferente comportamento espectral deverá ser observado em cada caso. Desta forma, ambas situações devem ser cobertas pelo novo método de predição de ruído provocado pelo escoamento turbulento incidente no PNoise.