Numerical simulation of the aerodynamic performance of horizontal axis wind turbine

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O fortalecimento da produção de energia eólica em diversos países devido às atuais crises ambiental, social, econômica e financeira promove o surgimento de um novo paradigma produtivo direcionado a uma economia de baixa emissão de carbono e recursos energéticos renováveis. De acordo com a Global Wind Energy Council - GWEC (2015) o setor está presente em mais de 80 países e irá movimentar o total de 3,6 trilhões de dólares entre 2014 e 2040. O Brasil está em expansão apresentando aumento de 46% na capacidade de energia eólica acumulada, além da aprovação da ANEEL no aprimoramento da Resolução Normativa ????? 482 que amplia possibilidades para micro e minigeração distribuída. Assim, o intenso uso de aerogeradores, metodologias para análise e simulação do desempenho de aerogeradores foram desenvolvidas, como o Método do Momento no Elemento de Pá que aborda um modelo numérico unidimensional desenvolvido inicialmente por Glauert em 1920, utilizado para determinar o desempenho aerodinâmico do rotor do aerogerador. No presente trabalho, foi desenvolvido um aerogerador considerado como padrão utilizando o aerofólio NACA 4424. O objetivo do estudo foi a otimização do mesmo através da mudança da geometria utilizando cinco outros aerofólios diferentes (NACA 0012, NACA 0015, NACA 0024, NACA 4412 e NACA 4415) e da mudança do modo de operação, podendo ser com velocidade angular ou a razão de velocidade de ponta de pá constante. Para isso foi desenvolvido um algoritmo utilizando o software Matlab aplicando o Método do Momento no Elemento de Pá com seus respectivos fatores de correção (Prandtl e Spera). Assim, observou-se que utilizando o aerofólio NACA 4412 obtem-se uma geometria com melhor eficiência. Sendo que ao operar com velocidade angular constante o coeficiente de potência máximo melhorou em 6% já com a razão de velocidade de ponta de pá constante melhorou 4%. E ao projetar um aerogerador para o município de Campinas-SP verificou-se que a maior produção anual de energia será ao utilizar a geometria para a velocidade de 7 m/s Abstract: The strengthening of wind power production in several countries due to current environmental, social, economic and financial crises promote the emergence of a new production paradigm directed to an economy of low carbon and renewable energy resources. According the Global Wind Energy Council - GWEC (2015) the sector is present in over 80 countries and will move a total of 3.6 trillion dollars between 2014 and 2040. The Brazil is in expansion presenting increase of 46% cumulative wind power capacity in addition the approval of ANEEL in the improvement of Normative Resolution 482 ????? that expands possibilities for micro and minigeneration distributed. So, the heavy use of wind turbines, methodology for the analysis and simulation of wind turbine performance were developed, such as Blade Element Momentum Method that addresses a unidimensional numerical model developed initially by Glauert in 1920, used to determine the aerodynamic performance of the wind turbine rotor. In the presente work, was developed a wind turbine using the airfoil NACA 0024. The aiming of study was optimization of the same through geometry change using five other different airfoils (NACA 0012, NACA 0015, NACA 0024, NACA 4412 e NACA 4415) and the change of the operating mode, may be with angular speed or blade tip speed ratio constant. For this, was developed an algorithm using the Matlab software applying the Blade Element Momentum with its respective correction factors (Prandtl and Spera). Thus, it was observed that using the NACA 4412 airfoil it will obtain a geometry with better efficiency. Being that to the operate with constant angular velocity the maximum power coefficient improved by 6% already with constant blade tip speed ratio improved by 4%. And to the designing a wind turbine for the city of Campinas-SP it was verified that the highest annual energy production will be when using the geometry for the velocity of 7 m /s Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica CNPQ 155684/2015-9