Estudo de um sistema de concentração integrado numa pequena turbina eólica de eixo vertical

Master thesis Portuguese OPEN
Santos, António José Alves da Silva (2014)
  • Subject: Teses de mestrado - 2014 | Engenharia da Energia e do Ambiente

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014 Este trabalho pretende estudar um novo conceito de aproveitamento energético, através de um sistema de concentração eólico adaptado para turbinas de eixo vertical (VAWT). O sistema permite aumentar a velocidade do vento à entrada do rotor da turbina e assim a potência disponível. O aproveitamento energético de fonte eólica ainda não é comum no ambiente urbano pelo que esta é uma área de investigação relativamente nova. Este projecto deu continuidade ao trabalho de carácter exploratório efectuado em 2012 no âmbito do Projecto de Licenciatura, onde foi optimizada uma estrutura aerodinâmica para concentração eólica. Neste trabalho, foram construídas duas estruturas de concentração e uma turbina VAWT com o propósito de verificar que o efeito de concentração se manteria no sistema integrado e se contribuiria para a melhoria do desempenho da turbina. Foram realizados dezenas de ensaios em túnel de vento, para diferentes velocidades de vento, de forma a caracterizar a turbina e os sistemas de concentração. Os resultados obtidos para o sistema VAWT e concentrador, mostram que o efeito de concentração com a VAWT existe, contudo de forma reduzida quando comparada com as simulações computacionais para a estrutura de concentração. A diminuição do efeito de concentração poderá estar ligada às condições dos ensaios, ao regime de operação da turbina projectada, e ainda a falhas no protótipo. Desta forma, e como o efeito de concentração foi verificado, recomenda-se a construção de um novo protótipo de maiores dimensões de forma a mitigar o efeito prejudicial do regime de operação do protótipo usado neste projecto. The purpose of this project is a feasibility study of a new concept of energy production, through a system of wind concentration for VAWT. The system increase the wind speed in the turbine rotor and thus the available power. Wind turbines adapted to urban environment and new types are rarely used nowadays and they are a new field to develop. This project continues the work developed in 2012 when it was built and tested the first concentration prototype. In this work, two different concentration structures and a VAWT were built, in order to prove that the concentration effect remains with a VAWT working and if it contributes to increase the VAWT efficiency. Several wind tunnel tests were performed, for different wind speeds, to characterize the VAWT and the concentration systems. The results shows, that the concentration effects is still present with a VAWT operating, but in a small quantity compared to the results obtained in CFD simulations for the concentration structure. The decreased effect of concentration can be associated to the conditions of the tests, the VAWT operating regime and linked with prototype assembly failures. However, as the concentration effect was observed, it is recommended to build a larger prototype in order to reduce the negative effects of the operation conditions verified in this prototype design.
  • References (6)

    6.2.3 Dimensionamento do rotor através do programa Qblade....................................... 42 9.2.1 Comparação entre as configurações ensaiadas e os resultados obtidos por CFD sem presença de turbina.......................................................................................... 66 9.2.2 Comparação entre as configurações ensaiadas do sistema B50 e da VAWT....... 70 9.2.3 Comparação entre os valores medidos para os pontos laterais e a jusante do rotor, para o sistema de concentração B50 com cavidade e para a VAWT.................... 71 9.2.4 Comparação do desempenho das configurações do sistema de concentração B50 e da VAWT........................................................................................................................ 72 10.

    Viabilidade económica .................................................................................................. 76 [1] Santos, António, Rodrigues, Gonçalo, Silva, João e Menezes, Jorge. (2012).

    [18] Brochier, G., Frauni´e, P., Begui´er, C., and Paraschivoiu, I. (1986). Water channel experiments of dynamic stall on darrieus wind turbine blades. Journal of Propulsion.

    [20] Jacobs, E., and Sherman, A., (1937). Airfoil Section Characteristics as Affected by Variations of the Reynolds Number. Technical Report No. 586. National Advisory Committee for Aeronautics, Washington, D.C.

    [21] Mertens, S.(2002). Turby. DUWIND report 009.Technical University Delft, The Netherlands.

    [22] Brederode, Vasco de. (2014). Fundamentos de aerodinâmica incompressível. Edição do autor.

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