93

de um escoamento aberto sobre uma geometria esbelta. Oliveira (2006) fez testes utilizando o

modelo de Smagorinsky e também obteve resultados com descolamento prematuro da camada

limite para baixos ângulo de ataque.

(a) Coeficiente de sustentação (Cl) (b) Coeficiente de arrasto (Cd)

Figura 5.51 – Coeficientes de arrasto e sustentação em função do ângulo de ataque α utilizandofunção indicadora.

5.5 Acoplamento entre formulações integral e diferencial

A proposta final deste trabalho é acoplar ambas as formulações, onde os dados obtidos

na simulação, coeficiente de arrasto Cd e sustentação Cl, são utilizados para calcular a eficiência

da turbina utilizando a metodologia integral. A Fig. 5.52 apresenta o coeficiente de potência uti-

lizando dados de simulação em torno do perfil NACA 0012 e dados experimentais (SHELDAHL;

KLIMAS, 1981). Foi utilizada a formulação de uma turbina de eixo horizontal. Os dados geomé-

tricos da turbina OWW (LEITE; ARAúJO, 2007) foram apresentados na seção 5.2. Tanto para as

simulações numéricas quanto para a experimentação foi utilizado Re = 104. E ainda foi escolhida

uma faixa de operação da turbina com tsr variando de 0, 2 até 3, 2.

Nota-se uma diferença nas curvas da Fig. 5.52, uma vez o coeficiente de sustentação

ficou acima dos dados da literatura, tendo como consequência valores do coeficiente de potência

Cp maior quando se utiliza dados obtidos com a simulação numérica realizada no presente tra-

balho. Observa-se também que o coeficiente de potência é muito baixo quando comparado com

o coeficiente de potência teórico máximo para este tipo de turbina, onde o mesmo pode chegar

a Cp = 0, 59 (BETZ, 1928). Esta baixa eficiência existe devido ao fato do número de Reynolds

ser baixo para este tipo de aplicação. Faz necessário então corrigir as causas dos desvios numé-

94

Figura 5.52 – Comparação do coeficiente de potência utilizando dados da simulação e dadosexperimentais (SHELDAHL; KLIMAS, 1981).

ricos presente nas simulações a altos valores do número de Reynolds. Contudo, este resultado

exemplifica bem a proposta de acoplar as duas formulações, metodologia integral e diferencial.

Finalizadas as apresentações dos resultados, o capítulo seguinte irá apresentar as con-

clusões e trabalhos futuros.

CAPÍTULO VI

CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

A energia eólica é parte da solução para a demanda de energia do mundo. A análise

computacional aplicada em turbinas eólicas é notavelmente versátil, uma vez que não existem

gastos com laboratórios e protótipos como em análises experimentais, e ainda é possível facil-

mente alterar as variáveis de projeto em busca da melhor solução para um problema específico.

Com a formulação integral sobre rotores eólicos é possível determinar com facilidade

a eficiência da turbina, uma vez que é possível calcular as forças que agem nas pás do rotor

em função das variáveis de entrada do modelo, as quais são velocidade do vento, velocidade de

rotação da turbina, comprimento da pá e tipo de perfil aerodinâmico. Conforme varia-se o tipo de

perfil, altera-se também os coeficientes de arrasto e sustentação do mesmo, os quais podem ser

obtidos experimentalmente.

Uma alternativa para não existir esta dependência de coeficientes experimentais é a si-

mulação numérica, que foi também apresentada neste trabalho através da formulação diferencial.

Para isto foi utilizado o código computacional FLUIDS3D, o qual resolve as equações de Navier-

Stokes, e modela corpos imersos em fluido através da metodologia da fronteira imersa. Esta

ferramenta foi validada através da simulação da cavidade com tampa deslizante e escoamento

sobre uma esfera com o domínio aberto.

Nesta formulação diferencial foi simulado o escoamento bidimensional sobre o perfil

NACA 0012 com número de Reynolds elevado e foi detectado um descolamento prematuro da

camada limite. O autor deste trabalho implementou uma função indicadora de tal forma a amor-

96

tecer o escoamento no interior do perfil, e ainda implementou a função de amortecimento de Van

Driest para amortecer a viscosidade na fronteira imersa. Os resultados para ângulo de ataque até

6 graus foram melhorados quando comparados com a literatura, porém para ângulos mais ele-

vados ainda continua com o problema do descolamento prematuro da camada limite. Um maior

refinamento na malha poderia resolver este problema, ou ainda modelar a turbulência com equa-

ções médias, uma vez que foi utilizada simulação das grandes escalas, ou ainda, a utilização de

modelagem híbrida do tipo Detached Eddy Formulation - DES.

E por fim, este trabalho apresenta o acoplamento entre as metodologias integral e dife-

rencial, mostrando que é possível resolver um problema de engenharia complexo apenas mate-

maticamente e numericamente, uma vez que dispensa a necessidade de coeficientes experimen-

tais.

Para se dar continuidade a este trabalho é necessário aprofundar os estudos relativos

a fenomenologia da interação turbulência-camada limite-parede, englobando a metodologia da

fronteira imersa, através da simulação numérica de escoamentos turbulentos utilizando metodo-

logias URANS, LES e Híbridas, como por exemplo DES.

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