Análise de geradores de vórtices para controle de camada limite em pás de turbinas eólicas de pequeno porte

Abstract

Conhecendo a importância da energia eólica no mundo e a necessidade de torná-la também cada vez mais acessível para a geração individual de energia por pequenos consumidores, se faz necessário buscar mecanismos capazes de melhorar a eficiência desses equipamentos de modo a facilitar ainda mais seu acesso em regiões com características de vento distintos. Nesse sentido, os Vortex Generators (VGs) surgem como uma possível alternativa capaz de melhorar a capacidade de utilização dessa tecnologia pois são capazes de gerar perturbações no escoamento de forma controlada e transportar quantidades de movimento de regiões mais distantes para regiões mais próximas à superfície aerodinâmica estudada. Assim, este trabalho tem por objetivo analisar a influência desses dispositivos na aerodinâmica das pás de turbinas eólicas de pequeno porte, utilizando como base o perfil NACA 4415. Para isto, três modelos de turbulência (Kω SST, Spalart-Allmaras e KΕ RNG) foram testados para escolher o modelo mais adequado para o estudo. Além disso, a densidade de malha utilizada nesta pesquisa foi definida a partir da análise da dependência de malha que testou diversas malhas com com densidades de malha diferentes. Os parâmetros numéricos escolhidos foram validados a partir da comparação dos resultados em CFD com os resultados experimentais encontrados na literatura. Em seguida, VGs retangulares do tipo vane foram inseridos no extradorso do perfil e testados nas posições 10%, 30%, 50%, 70% e 90% da corda. Os resultados mostraram que as situações com VGs em 30%, 70% e 90% da corda possibilitaram um aumento no desempenho aerodinâmico do perfil. Porém, estas duas últimas citadas estão submergidas na esteira aerodinâmica, impossibilitando dizer que este efeito positivo é devido ao uso dos VGs. Portanto, este trabalho indica que a alocação dos VGs na posição 30% da corda é a mais indicada para se conseguir o melhor ganho de eficiência buscada.