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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26331
Tipo: Dissertação
Título: Projeto de uma turbina eólica de eixo vertical tipo H para teste em túnel de vento
Autor(es): Oliveira Junior, Jakson Gomes de
Primeiro Orientador: Lima, João Alves de
Resumo: O presente trabalho descreve os procedimentos e desenvolve o projeto completo de uma turbina eólica de eixo vertical, tipo H, tomando como base o modelo hidrodinâmico de múltiplos tubos de corrente em conjunto com um algoritmo de otimização, para se determinar geometrias de rotores que operem na melhor condição de produção de energia. O objetivo principal é projetar um rotor otimizado, em escala, a ser testado em túnel de vento, que seja capaz de suportar os esforços a que estará sujeito em sua condição de coeficiente de potência máximo. O projeto foi realizado para uma série histórica de dados de vento (40 anos) obtidos da estação meteorológica OMM:08798 (Latitude: -7,1°; Longitude: -34,86°), situada no Laboratório de Energia Solar (LES/UFPB), João Pessoa/PB, Brasil. Uma vez que as dimensões e condições operacionais do túnel de vento onde o rotor será testado são limitadas (Laboratório de Hidráulica – CT/UFPB), análises de similaridade restringiram as dimensões/condições de operação para uma velocidade de escoamento livre no túnel de 15,89 m/s e potência de extração eólica de 25 W. Sob essas condições, adotando-se um perfil aerodinâmico NACA 0025 para o perfil da pá, um rotor de 3 pás e razão de aspecto 2, obteve-se um rotor em escala reduzida, com as seguintes características: solidez/solidicidade = 0,45, raio do rotor = 0,159 m, altura do rotor = 0,318 m, corda do aerofólio = 23,9 mm e velocidade de rotação = 3.243,8 rpm. Para essa geometria, o coeficiente de potência máximo alcançado foi Cpmax = 0,29 na razão de velocidade de ponta de asa λmax = 3,4. Para testes no túnel de vento, as pás do rotor foram construídas a partir de impressão 3D, utilizando PLA (Ácido Polilático). De forma simplificada, considerando-se os esforços inerciais do rotor e as forças atuantes nas pás, os seus elementos estruturais (eixo, hastes de ligação pá-eixo e elementos fixadores) foram projetados em alumínio liga 6351-T6. Uma análise computacional estrutural estática 3D foi realizada no software Mechanical APDL®/ANSYS para verificar se a estrutura projetada seria capaz de suportar os esforços a que estaria sujeita. Adicionalmente, foram realizadas análises modais no mesmo software para verificar se as frequências naturais da estrutura estariam distantes da frequência de operação do rotor.
Abstract: The present work develops a complete design of a H-type vertical axis wind turbine, based on the hydrodynamic model of multiple stream tubes in association with an optimization algorithm, to determine rotor geometries that operate in the optimal energy production condition. The main objective is to design an optimized scaled rotor to be tested in a wind tunnel, capable of withstanding the loads it will be subjected to in its maximum power coefficient condition. The project was carried out for a historical series of wind data (40 years) obtained from the meteorological station OMM:08798 (Latitude: -7.1°; Longitude: -34.86°), located in the Solar Energy Laboratory (LES/ UFPB), João Pessoa/PB, Brazil. Since the dimensions and operational conditions of the wind tunnel where the rotor will be tested are limited (Hydraulics Laboratory - CT/UFPB), similarity analyzes have restricted the dimensions/operating conditions to a free stream velocity in the tunnel of 15.89 m/s and 25 W of wind power extraction. Under these conditions, adopting a NACA 0025 aerodynamic profile for the blade profile, a 3-blade rotor with aspect ratio 2, a reduced-scale rotor was obtained, with the following characteristics: solidity = 0.45, rotor radius = 0.159 m, rotor height = 0.318 m, airfoil chord = 23.9 mm and rotation speed = 3,243.8 rpm. For this geometry, the maximum power coefficient achieved was Cpmax = 0.29 at the tip speed ratio λmax = 3.4. For tests in the wind tunnel, the rotor blades were constructed from 3D printing using PLA (Polylactic Acid). In a simplified, considering the rotor's inertial efforts and the forces acting on the blades, its structural elements (shaft, blade-shaft connection rods and fasteners) were designed in 6351-T6 aluminum alloy. A 3D static structural computational analysis was performed using Mechanical APDL®/ANSYS software to verify if the projected structure would be able to withstand the efforts to which it would be subjected. Additionally, modal analyzes were performed in the same software to verify if the structure's natural frequencies would not coincide to the rotor operating frequency.
Palavras-chave: Rotores eólicos
Rotor-H
Múltiplos tubos de corrente
Projeto estrutural
Termofluidos
Wind turbines
H-Rotor
Multiple stream-tubes model
Structural design
Thermofluids
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Mecânica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26331
Data do documento: 28-Jan-2022
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

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