Modelagem e dimensionamento de um sistema de geração de energia a partir das ondas do oceano

Abstract

Este trabalho aborda a modelagem e o dimensionamento de um dispositivo de extração da energia proveniente das ondas do oceano, considerando a utilização de um conversor do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO ou OWC, do inglês Oscillating Water Column), composto por tubos fixados nos pilares de uma plataforma de pesca, na cidade de Balneário Arroio do Silva/SC. Esta aplicação em particular representa uma condição de operação diferente do que já foi considerada em outros estudos sobre o tema. A modelagem deste dispositivo é realizada utilizando conceitos de mecânica dos fluidos, a fim de descrever as características físicas do escoamento do ar no interior do dispositivo, otimizar o dimensionamento do dispositivo e determinar as perdas de velocidade do escoamento devido à influência das paredes do tubo, as perdas de carga e o afunilamento. Para a conversão do movimento do ar em energia mecânica foi considerada a utilização de uma turbina Wells. A simulação no domínio do tempo foi realizada utilizando Matlab/Simulink levando em conta os parâmetros atuais, um regime específico das ondas e a análise dos fluidos realizada no Autodesk CFD. Os resultados obtidos permitem otimizar o dimensionamento do dispositivo e avaliar o desempenho do OWC sob a influência de diferentes fatores.

This work discusses the modelling and the design of an energy extraction device from ocean waves, considering the use of a converter device called Oscillating Water Column (OWC), composed by fixed tubes in a concrete pillar of a fishing pier, in Balneário Arroio do Silva/SC - Brazil. This application in particular represents a different condition than has been considered in other studies on the subject. The modelling of this device is performed using concepts of fluid mechanics, in order to describe the physical characteristics of the air flow within the device. These concepts are also applied to optimize the device design and to determine the losses of flow velocity due to the influence of the tube's walls, the head losses and the contraction. The conversion of the air movement into mechanical energy is performed considering the use of a Wells turbine. The simulation in the time domain was performed using Matlab/Simulink taking into account the current parameters and a specific regime of the waves. The fluid analysis was performed using Autodesk CFD. The results allow to optimize the device design and to evaluate the performance of OWC under the influence of different factors.