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Título: Projeto e ensaio de pás para turbinas eólicas de pequeno porte com diferentes correções geométricas na ponta e na raiz da pá
Título em inglês: Design and testing of blades for small wind turbines with different geometrical correction in root and tip of blade
Autor(es): Sousa, Isaac Diego Pereira de
Orientador(es): Andrade, Carla Freitas de
Coorientador(es): Rocha, Paulo Alexandre Costa
Palavras-chave: Engenharia Mecânica
Turbinas eólicas
Estudo comparativo
Energia renovável
Data do documento: 1-Ago-2014
Citação: SOUSA, I. D. P. (2014)
Resumo: O trabalho visou construir, através da Teoria do BEM (Blade Element Moment), e testar três rotores eólicos, cada um destes constituídos de três pás, as quais foram construídas e aplicadas na montagem de três TEPP (Turbinas Eólicas de Pequeno Porte) com TSR (Tip Speed Ratio de projeto igual a sete. Os três rotores, com pás de 2 metros de comprimento, distinguiram-se, em suas geometrias, do seguinte modo: 1) pás sem correção alguma, 2) pás com correção somente na ponta e 3) pás com correção somente na raiz. O aerofólio aplicado foi o NREL S809, desenvolvido pelo laboratório norte americano de energias renováveis (NREL). Este aerofólio é caracterizado por ter sido projetado para uso específico em turbinas eólicas. Os dados experimentais do aerofólio, como os coeficientes de sustentação e arrasto em função do ângulo de ataque, foram obtidos com base nos resultados de testes em túnel de vento para um número de Reynolds de 3 x 105. Realizou-se, também, testes em campo, utilizando-se de uma instrumentação necessária para a coleta de dados de torque no eixo principal do rotor eólico [N.m], velocidade angular do rotor [rad/s], e velocidade do vento, por meio de um sistema de coleta de dados. Os dados colhidos em campo, de cada turbina, foram analisados por inferência estatística. Os dados de Cp foram agrupados por faixas de TSR, e observou-se que os dados das duas últimas faixas foram os únicos intervalos que apresentaram uma distribuição normal de probabilidade dos dados de Cp . Estes dados foram submetidos a uma ANOVA com um fator. E os resultados mostraram que não há uma diferença significativa entre as médias dos rotores SC e CP. Já os dados que não apresentaram uma distribuição normal foram analisados pela Média Móvel Exponencialmente Ponderada (MMEP). Verificou-se também que os três rotores não apresentaram diferença entre os coeficientes de potência, do ponto de vista estatístico. Uma importante constatação dos experimentos realizados foi a de que as pás CR apresentaram valores médios de Cp superiores para cada faixa de TSR.
Abstract: The work aims to build , using the BEM (Blade Element Moment) theory , and test three wind rotors , each one consisting of three blades, which were constructed and used for assembling three SWT (Small Wind Turbine) with TSR (Tip Speed Ratio) equal to seven. The three rotors with blades of 2 meters length, distinguished themselves in their geometries as follows: 1) blades without any correction, 2) blades with only tip correction, 3) blades with only root correction. The NREL S809 airfoil developed by the U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL) was used. This airfoil is characterized by having been specially developed for wind turbines. The airfoil experimental data, such as the lift and drag coefficients as a function of angle of attack, were obtained based on wind tunnel test results for Reynolds number of 3 x 105. Also, field tests were conducted to collect torque in the main shaft of the wind rotor [N ∙ m], angular velocity [rad/s] and wind speed [m/s] data, using proper instrumentation and a data collection system. The data collected in the field for each turbine, were analyzed by statistical inference. The power coefficient data were grouped by TSR ranges, and was observed that the data of the last two ranges were the only intervals that showed a normal distribution of data of the Cp . These data were subjected to a one-way ANOVA. And the results showed no significant difference between the average of the rotors SC and CP. Already the data did not exhibit a normal distribution were analyzed by Exponentially Weighted Moving Average (MMEP). It was also observed that the three rotors showed no difference between the power coefficients, of the statistical point of view. An important finding of the experiments was that the CR blades had higher average values of power coefficients for each band TSR.
Descrição: SOUSA, I. D. P. Projeto e ensaio de pás para turbinas eólicas de pequeno porte com diferentes correções geométricas na ponta e na raiz da pá. 2014. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/11055
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