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Title in Portuguese: Otimização em escala de uma turbina eólica equipada com difusor de ângulo de ataque 7º.
Title: Scale optimization of a wind turbine equipped with 7º angle of attack diffuser.
Author: Cavalcante, Malenna Aguiar de Sá
Advisor(s): Wehmann, Claus Franz
Keywords: Turbina eólica
Difusor aerodinâmico
Geração de energia
Impressão 3D
Sensor infravermelho
Geração de potência
Issue Date: 2018
Citation: CAVALCANTE, Malenna Aguiar de Sá. Otimização em escala de uma turbina eólica equipada com difusor de ângulo de ataque 7º. 2018. 65 f. Monografia (Graduação em Engenharia de Energias Renováveis) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: A busca pela melhor eficiência de geração de energia elétrica é constante independentemente da área ou da fonte utilizada. Para a Energia Eólica, o uso de um difusor aerodinâmico é uma das ideias mais promissoras a fim de aumentar a conversão da energia mecânica para energia elétrica em turbinas eólicas de eixo horizontal. A presença do difusor junto ao rotor gera uma diferença de pressão que aumenta o fluxo de massa de ar passando pela turbina quando comparado a uma turbina convencional. Assim, este trabalho dispõe-se a projetar, construir, testar e comparar a rotação e a geração de potência de um sistema com e sem a presença de um difusor. Para isso, foi construído um conjunto de pás eólicas com 50 mm de comprimento e perfil aerodinâmico NREL S809, embasado na teoria da quantidade de movimento do elemento da pá (BEM). O difusor foi construído com a rotação do perfil NACA 4412 em um eixo central e ângulo de ataque de 7º. O projeto de todos os componentes foi feito com auxílio de software CAD e a construção por impressão 3D com plástico ABS, melhorando a qualidade de fabricação e diminuindo imperfeições. Os testes foram realizados no Laboratório de Aerodinâmica e Mecânica dos Fluidos (LAERO) da Universidade Federal do Ceará, com auxílio de um sistema composto por sensor infravermelho e programação em arduíno para determinar a rotação do rotor para diferentes velocidades. Na comparação das velocidades, foi possível observar um acréscimo de 58% na velocidade do rotor em uma corrente livre de 7 m/s e de 42% na velocidade de 10 m/s com a presença do difusor aerodinâmico. O aumento foi significativo para a escala de trabalho e demonstrou o impacto do uso desse equipamento na geração de potência.
Abstract: The quest for increasing the efficiency of electric power generation is a constant regardless the area or source used. For Wind Energy, the use of an aerodynamic diffuser is one of the most promising concepts for increase the conversion of mechanical energy to electric energy in the horizontal axis wind turbine. The presence of the diffuser next to the rotor generates a pressure difference that increases the mass flow of air through the turbine when compared to a conventional turbine. Thus, this work proposes to design, construct, test and compare the rotation and power generation of a system with and without the presence of a diffuser. For this, a group of wind blades was built with length of 50 mm and aerodynamic airfoil NREL S809, based on the blade element momentum (BEM) theory. The diffuser was built with the rotation of the aerodynamic airfoil NACA 4412 through a central axis and 7º angle of attack. The design of all components was made with a CAD software and the construction by 3D printing using ABS plastic, improving the manufacturing quality and reducing imperfections. The tests were performed in Aerodynamics and Fluid Mechanics Laboratory (LAERO) of the Federal University of Ceará, with a system composed by infrared sensor and programming in Arduino to determine the rotation of the rotor in different speeds. Comparing different velocities, it was possible to observe an increase of 58% in the rotor speed in a free stream airflow of 7 m/s and 42% in the velocity of 10 m/s with the presence of the aerodynamic diffuser. The increase was significant for the work scale and demonstrated the impact of the use of this equipment on power generation.
Abstract in Spanish: La búsqueda de la mejor eficiencia de generación de energía es constante independientemente del área o fuente utilizada. Para la energía eólica, el uso de un difusor aerodinámico es una de las ideas más prometedoras para aumentar la conversión de energía mecánica en energía eléctrica en turbinas eólicas de eje horizontal. La presencia del difusor cerca del rotor genera una diferencia de presión que aumenta el flujo de masa de aire a través de la turbina en comparación con una turbina convencional. Por lo tanto, este trabajo está diseñado para diseñar, construir, probar y comparar la rotación y la generación de energía de un sistema con y sin la presencia de un difusor. Para esto, se construyó un conjunto de palas de turbina eólica de 50 mm de largo NREL S809, basado en la teoría de la cantidad de movimiento del elemento de pala (BEM). El difusor se construyó girando el perfil NACA 4412 sobre un eje central y un ángulo de ataque de 7 °. El diseño de todos los componentes se realizó con la ayuda del software CAD y la construcción mediante impresión 3D con plástico ABS, mejorando la calidad de fabricación y reduciendo las imperfecciones. Las pruebas se realizaron en el Laboratorio de Aerodinámica y Mecánica de Fluidos (LAERO) de la Universidad Federal de Ceará, con la ayuda de un sistema de sensores infrarrojos y programación arduino para determinar la rotación del rotor para diferentes velocidades. Comparando las velocidades, fue posible observar un aumento del 58% en la velocidad del rotor en una corriente libre de 7 m / sy del 42% en la velocidad de 10 m / s con la presencia del difusor aerodinámico. El aumento fue significativo para la escala de trabajo y demostró el impacto del uso de este equipo en la generación de energía.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/45655
metadata.dc.type: TCC
Appears in Collections:ENGENHARIA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS - Monografias

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