Desenvolvimento de uma microturbina eólica e bancada experimental para análise do desempenho aerodinâmico

Abstract

O desenvolvimento de uma região está fortemente relacionado com um maior aporte de energia. Dentre as matrizes energéticas disponíveis, a elétrica é comumente usada pelos setores industrial, comercial e residencial devido à sua flexibilidade de transformação em outras formas de energia. A crescente exploração de grandes reservas fósseis, hídricas, eólicas e solares tem o viés de impactar áreas geograficamente próximas e apresentar uma parcela de perdas técnicas ao longo da geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Como alternativa de solução, a geração descentralizada e próxima ao usuário vem recebendo desenvolvimentos tecnológicos de forma a proporcionar viabilidade técnica e econômica com menores impactos ambientais. Neste cenário o presente trabalho busca o desenvolvimento e análise de uma microturbina eólica voltada à aplicação em área urbana juntamente com a bancada de teste experimental. A metodologia adequa o algoritmo genético denominado Small Wind-turbine Rotor Design Code (SWRDC) a um bocal difusor que circunda o rotor para incrementar a quantidade de movimento no rotor da turbina. O túnel de vento de seção quadrada de 1 m² recebeu alterações de forma a qualificar o escoamento em sua seção de teste onde obteve-se uma intensidade de turbulência de 1,9%. O modelo da turbina foi construído em escala de 1:4 em conjunto com um sistema de instrumentação capaz de testá-la experimentalmente. Foram realizados testes no túnel de vento e em campo. A metodologia empregada permitiu a obtenção de um coeficiente de potência superior a 33%. A comparação dos resultados numéricos, experimentais no túnel e campo possibilitaram a confirmação de incrementos de velocidade na turbina de 24 a 33% na faixa de velocidades de 5,4 a 11 m/s. A análise de semelhança dos resultados experimentais obtidos com o modelo demonstram que o protótipo pode alcançar 96 W em uma velocidade de vento de 7,3 m/s.

The development of a region is strongly related to a greater energy supply. Among the available energy matrixes, the electrical one is commonly used by the commercial, residencial and industral sectors, due to its flexibility in beeing converted to other energy forms. The increasing exploitation of fossil, water, wind and solar reserves has the bias of impacting geographically close areas and presents technical losses in generation, transmission and distribution of electric energy. The decentralized energy generation, brough closer to the usuer, has been receiving technological developments, as an alternative solution, to provide technical and economic viability with lower enviromental impacts. In this scenario the present research looks for the development and analysis of a wind microturbine focused on application in urban area, as well as its experimental test bench. The methodology adapts the genetic algorithm called Small Wind-turbine Rotor Design Code (SWRDC) to a diffuser nozzle that surrounds the turbine rotor to increase its momentum. Modifications were introduced in the square section wind tunnel of 1m² in order to qualify the flow in it is teste section, where a turbulence intensity of 1.86% was obtained. The turbine model was built on a 1:4 scale in conjunction with an instrumentation system for the experimental tests. Measurements were performed in the wind tunnel and in the field. The methodology allowed to obtain a power coefficient greater than 33%. Comparisons of numerical, experimental and field results enable the confirmation of the turbine speed increments from 24 to 32.8%, in the velocity range of 5.4 to 11 m/s. The similarity analysis of the experimental results obtained with the model, shows that the prototype can reach 96W at a wind speed of 7.3 m/s.