Design de difusor aerodinâmico para turbina eólica de eixo vertical

Abstract

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de difusores aerodinâmicos para uma turbina eólica de eixo vertical de microescala, com o propósito de alcançar um melhor start rotacional em baixas velocidades de vento. O estudo tem como foco a manipulação da geometria dos difusores, avaliando como o seu design impacta no comportamento aerodinâmico e na capacidade de o difusor equacionar as zonas de alta e baixa pressão ao longo de sua estrutura, fator determinante para o efeito aerodinâmico de aceleração do escoamento de ar, resultando em um torque de partida com baixas velocidades de vento. Foram realizadas simulações por fluidodinâmica computacional (CFD) e testes no dispositivo em túnel de vento para avaliar o comportamento dinâmico do difusor na turbina de referência. Foram desenvolvidas dezoito geometrias a partir de uma área construtiva utilizada para o design dos difusores. Dentre os dezoito modelos analisados, os que apresentaram melhores resultados, comparados ao modelo de referência, foram as geometrias 6, 8 e 9. Nesse sentido, os resultados apontam que o design de difusores, aplicado a microturbinas, pode auxiliar na utilização desses microgeradores em ambientes de baixo volume de vento.

The objective of the present study was to develop aerodynamic diffusers for a micro-scale vertical-axis wind turbine to achieve a good starting torque at lower wind speeds. The main focus was on the manipulation of the diffuser geometry, analyzing how its design had an impact on the aerodynamic behavior, especially on the capacity of the diffuser to equate the high and low pressure zones along its structure, which is a determining factor for the aerodynamic effect of the airflow acceleration that results in a starting torque at low wind speeds. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were performed on diffusers as well as experimental tests in the wind tunnel to evaluate the dynamic behavior of the diffuser in the wind turbine. Eighteen geometries were developed from a standardized design area used for the design of diffusers. Of these, geometries 6, 8 and 9 presented better performance compared to those of the reference model. In view of this, the results suggest that the design of the diffusers applied to the micro-turbines may enable their use in low wind speed environment.