Otimização Multiobjetivo de Turbinas Hidrocinéticas de Eixo Vertical
Turbinas hidrocinéticas; Turbina Darrieus H; Método das Linhas Atuadoras; Método dos Elementos Finitos; Interação fluido-estrutura; Otimização multiobjetivo.
Esta pesquisa propõe o desenvolvimento de uma modelagem hidroestrutural de fidelidade intermediária para a análise transiente e a otimização de turbinas Darrieus H hidrocinéticas. A abordagem combina o Método das Linhas Atuadoras (Actuator Line Method – ALM), empregado na determinação das cargas hidrodinâmicas distribuídas ao longo das pás, com um modelo estrutural baseado no Método dos Elementos Finitos unidimensional (FEM 1-D) e na teoria de vigas de Timoshenko. O modelo estrutural representará conjuntamente pás, estruturas de sustentação e eixo, considerando os carregamentos hidrodinâmicos, gravitacionais, centrífugos e inerciais associados à rotação. As cargas calculadas pelo ALM serão transferidas ao modelo estrutural preservando-se as forças e os momentos resultantes entre os centros aerodinâmicos e os referenciais estruturais. Inicialmente, será adotado um acoplamento particionado unidirecional, no qual as cargas hidrodinâmicas determinam a resposta estrutural sem realimentação das deformações sobre o escoamento. A necessidade de acoplamento bidirecional será avaliada a partir das magnitudes dos deslocamentos, rotações e alterações produzidas na cinemática das pás. A metodologia será verificada mediante comparações hidrodinâmicas e estruturais e aplicada a uma turbina Darrieus H de referência. Posteriormente, será empregada em uma otimização multiobjetivo indireta, baseada em planejamento de experimentos e metamodelos, buscando conciliar o desempenho energético com a redução das solicitações estruturais. Espera-se, assim, estabelecer uma metodologia com melhor equilíbrio entre fidelidade física e custo computacional para análises transientes, estudos paramétricos e otimização de turbinas hidrocinéticas.