Desenvolvimento de modelo numérico de um oscillating water column

Abstract

Devido às recentes mudanças climáticas têm-se buscado fontes de energia renováveis para a substituição dos combustíveis fósseis, promovendo a descarbonização e a redução da temperatura global. Ondas tem alta densidade energética, tornando, desta forma, a energia ondomotriz umas das energias renováveis mais promissoras. Neste trabalho foi realizada a análise bibliométrica de metadados de artigos científicos de 2012 a 2022, obtidos na base de dados Scopus, para selecionar um conversor de energia ondomotriz a ser estudado. Optou-se pelo oscillating water column (OWC) o conversor de energia de onda mais pesquisado e implementado, que apresenta média a alta eficiência. Em seguida, selecionou-se um artigo científico que propusesse a geometria de um OWC fixo tradicional utilizando metadados de 1986 a 2022. Desenvolveu-se um modelo hidrodinâmico numérico bidimensional utilizando do software olaFlow para análise do coeficiente de absorção de energia. Três malhas de diferentes refinos foram simuladas utilizando a onda de um metro de altura significativa, com as teorias de geração de ondas Stokes I e Stokes II, para cálculo do índice GCI e comparação de resultados com a literatura de referência. Observou-se um GCI para as malhas grossa e intermediária acima de 4,5% e para as malhas intermediária e refinada no valor de 0,1% . O erro percentual para a simulação em relação ao coeficiente de absorção proposto pela literatura base com o uso da teoria de Stokes I e a malha refinada foi de 5,3% , mostrando que o modelo desenvolvido tem capacidade de representar o problema proposto. Três ondas regulares entre meio metro e um metro e meio de altura significativa foram simuladas com a teoria de geração de ondas Stokes II, obtendo respectivos coeficiente de absorção de energia máximo de 29,9 e mínimo de 21,8, mostrando que o coeficiente de absorção de energia diminui com o aumento da amplitude de onda devido a efeitos que dissipam a energia do fluido.

Due to recent climate changes, renewable energy sources have been research for to replace fossil fuels, promoting decarbonization and reducing global temperatures. Waves have high energy density, making wave energy one of the most promising renewable energies. In this work, a bibliometric analysis of metadata from scientific articles from 2012 to 2022 was carried out, obtained from Scopus database, to select an wave energy converter to be studied. The oscillating water column (OWC) was chosen, the most researched and implemented wave energy converter, which has medium to high efficiency. Next, a scientific article was selected to propose the geometry of a traditional fixed OWC using metadata from 1986 to 2022. A two-dimensional numerical hydrodynamic model was developed using the olaFlow software to analyze the energy absorption coefficient. Three meshes of different refinements were simulated using a wave with a significant height of one meter, with the Stokes I and Stokes II wave generation theories, to calculate the GCI index and compare results with reference literature. The GCI observed for the coarse and intermediate meshes was above 4.5% and for the intermediate and refined meshes at a value of 0.1% . The percentage error for the simulation in relation to the absorption coefficient proposed by the literature using the Stokes I theory and the refined mesh was 5.3% , showing that the model developed has the capacity to represent the proposed problem. Three regular waves between half a meter and one and a half meters of significant height were simulated with the Stokes II wave generation theory, obtaining respective maximum energy absorption coefficient of 29.9 and minimum of 21.8, showing that the energy absorption coefficient decreases with the increase of wave amplitude due to effects that dissipate the energy of the fluid.