Modelagem e simulação do sistema de geração de energia eólica aplicada em uma torre vertical

Abstract

O trabalho descrito por esse documento foi realizado na Usina Termelétrica de Anápolis (UTE-DAIA), localizada no Distrito Agroindustrial de Anápolis (DAIA), a 55 km de Goiânia – Goiás. A principal atividade dessa empresa é a geração de energia elétrica, produzida a partir da queima de óleo diesel e disponibilizada no Sistema Interligado Nacional (SIN). Diante desse cenário, buscando investir em soluções alternativas e limpas de gerar eletricidade, criou-se a ERFOX, Empresa de Energia Renovável do Futuro, situada nas dependências da UTE-DAIA. Um dos projetos financiados pela ERFOX consiste em uma torre eólica, que uniu alguns conceitos e tecnologias já existentes no mercado à fim de criar um novo processo de geração com máxima eficiência e fator de capacidade de 100%. O sistema construído consiste em uma torre com 4 aberturas na base, onde estão posicionados aerogeradores que transformam a energia cinética do ar em eletricidade. A entrada desse fluido é causada por um reator, que aquecer o ar interno por meio da queima de gás hidrogênio, criando assim variação de densidade e consequentemente o efeito convectivo que sustenta a circulação ascendente do mesmo. A estrutura foi construída e testada, porém os resultados obtidos não foram satisfatórios. Mesmo assim, a empresa decidiu dar continuidade ao projeto por meio de um protótipo menor da torre, mas antes disso, propôs-se um estudo mais aprofundado sobre o modelo fenomenológico do processo, utilizando-se de ferramentas computacionais. Portanto, esse trabalho descreve o processo de modelagem 3D do protótipo utilizando o SolidWorks, bem como simulações de fluidos por meio do Flow Simulation, uma ferramenta adicional desse software. Os resultados obtidos validam alguns princípios da física que sustentam essa nova ideia de geração e sugerem algumas modificações nas características construtivas da torre para a melhoria desse sistema.

This document is about a Project work developed within the Thermal Power Plant of Anápolis (UTE-DAIA) located at the Agroindustrial District of Anápolis (DAIA), 55 kilometers far from Goiânia (Goiás). The main activity of this company is the generation of electricity which is released on the National Interconnected System (SIN) and produced through diesel combustion. Given this scenario another company located inside UTE-DAIA and called ERFOX (Renewable Energy Enterprise for the Future) has started a new project based on a wind tower. The initial idea was to join some Known concepts and technologies seeking to create a new generation process with maximum efficiency and 100% of capacity factor. So they have constructed a tower which is openned at the top and contains 4 openings at the bottom with turbines inside to transform the kinetic energy of the air into electricity. The inlet flow is caused by a reactor installed inside the structure which heats the air by burning hydrogen gas. This process causes variation of the fluid density and hence the convective effect which maintains the upward movement of the air. The system was built and tested previously however the obtained results were not satisfactory. Nevertheless the company decided to continue with the project through a smaller prototype of the tower. Moreover they have proposed a deeper study on the phenomenological model of the process, using computational tools. Therefore this document describes the 3D modeling of the prototype using SolidWorks and some fluid simulations through an additional tool of this software called Flow Simulation. The obtained results validate some phisical principles that are present in the wind tower and suggest some modifications about its constructive characteristics which may improve the system in the future.