Desenvolvimento de turbinas eólicas com geometria bio-inspirada e uso de perfis aerodinâmicos gerados por métodos heurísticos

dc.creatorChristiano Pagung Neto
dc.date.accessioned2022-10-20T17:13:32Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:51:53Z
dc.date.available2022-10-20T17:13:32Z
dc.date.issued2022-03-25
dc.description.abstractThe use of renewable energy has gained importance in recent years. One of these energy sources that is also growing is wind energy. The use of this source is extremely important for society both in the environmental and in the economic sphere. There are two approaches to improving gains for wind turbines: location and turbine design. This work proposes to expand on the second approach. For this, three geometry improvement techniques will be used in order to obtain an optimal geometry. Initially, a commercial wind turbine is chosen to define the flow parameters. Then, using the blade element momentum method (BEMM) a primary geometry will be created using the best NACAs for each blade section. Soon after, the sweep from selected seeds is introduced in each geometry, and a second geometry is calculated. The use of this sweep will be analyzed along the length of the blade, because, despite reducing some forms of drag, it also reduces lift. Finally, using the genetic algorithm method, profile geometries for each section will be created. With these geometries in hand, it is possible to create final turbine geometries based on each studied seed. The final results demonstrate a significant power gain with the use of this methodology. For the best case, the gain is almost double the power for the same flow conditions as the commercial turbine. After the theoretical results, validation takes place using commercial computational fluid dynamics (CFD) software. The CFD results obtained help to corroborate the results, even considering a certain final difference in potency. This difference can be attributed to the method employed of sweep compensation within BEMM or other three-dimensional aerodynamic phenomena not considered. In the end, it can be concluded that the final geometries actually present a significant power gain. Even so, further validation studies should be carried out as some dimensions of analysis were not considered in this method.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/46448
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia mecânica
dc.subjectOtimização
dc.subjectEnergia eólica
dc.subjectAlgoritmos genéticos
dc.subject.otherOtimização topológica
dc.subject.otherEnergia eólica
dc.subject.otherBEMM
dc.subject.otherAlgoritmo genético
dc.subject.otherCFD
dc.titleDesenvolvimento de turbinas eólicas com geometria bio-inspirada e uso de perfis aerodinâmicos gerados por métodos heurísticos
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Rudolf Huebner
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9514309218273598
local.contributor.referee1Ricardo Poley Martins Ferreira
local.contributor.referee1Guilherme de Souza Papini
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8414041521532804
local.description.resumoO uso de energias renováveis vem ganhando importância nos últimos anos. Uma dessas fontes de energia que também vem crescendo é o aproveitamento de energia eólica. Um exemplo é a aprovação em fevereiro de 2022 em mais sete usinas eólicas a serem construídas na Bahia com apoio do BNDES. A melhoria desse aproveitamento é de extrema importância para a sociedade tanto em âmbito ambiental como em âmbito econômico. Existem duas abordagens de melhoria de ganhos para turbinas eólicas: localização e projeto da turbina. Esse trabalho se propôe a expandir a segunda abordagem. Para isso, serão utilizadas três técnicas de melhoria de geometria a fim de obter uma geometria ótima. Inicialmente é escolhida uma turbina eólica comercial para definir os parâmetros de escoamento. Em seguida, utilizando o método de momentum de elemeto de pá (BEMM) será criada uma geometria primária utilizando os melhores NACAs para cada seção de pá. Logo após, é introduzida em cada geometria o enflexamento proveniente de alguma das sementes selecionadas e uma segunda geometria é calculada. O uso desse enflexamento será analisado ao longo do comprimento da pá pois, apesar de reduzir algumas formas de arasto, ele também reduz sustentação. Por fim, utilizando o método de algoritmo genético, serão criadas geometrias de perfil para cada seção. De posse dessas geometrias, pode-se criar geometrias finais de turbina baseadas em cada semente estudada. Os resultados finais demonstram um ganho de potência significativo com o uso dessa metodologia. Para o melhor dos casos o ganho é de quase o dobro de potência para mesmas condições de escoamento da turbina comercial. Após os resultados teóricos, ocorre validação utilizando software comercial de fluido-dinâmica computacional (CFD). Os resultados de CFD obtidos ajudam a corroborar os resultados, apresentando diferença final de potência de menos de 10%. Essa diferença pode ser atribuída ao método empregado de compensação de enflexamento associado ao BEMM ou de outros fenômenos aerodinâmicos tridimensionais não considerados. Pode-se concluir ao final, que as geometrias finais realmente apresentam um ganho de potência de aproximadamente 4% em relação as geometrias otimizadas utilizando NACAs. Ainda assim, mais estudos de validação devem ser realizados pois algumas dimensões de análise não foram consideradas nesse método.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica

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