Lâminas de Pitch Passivo para Turbinas de Maré: Design e Modelagem

Diante da instabilidade do fluxo inerente em seus ambientes operacionais, a maioria dos designs de turbinas de maré de eixo horizontal emprega controle de ângulo de lâmina para mitigar flutuações de carga e limitar a potência máxima transmitida ao gerador quando a velocidade do fluxo está acima da velocidade nominal. Um método inovador de controle de pitch passivo foi proposto (https://doi.org/10.36688/imej.5.183-193) como um meio para reduzir flutuações de carga sem afetar os valores médios, apontando para a promessa de redução da fadiga enquanto mantém a produção de energia constante em campos de fluxo variável. Neste artigo, expandimos o trabalho disponível (https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2024.104216 ; https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121921) para investigar as capacidades de um modelo numérico de baixa ordem em capturar a física de lâminas giratórias em campos de fluxo turbulento. Para isso, desenvolvemos um código Simulink acoplado ao OpenFAST, um código de código aberto baseado na teoria da mecânica de elementos de lâmina. Mostramos que a média computada e as estatísticas do torque e empuxo do rotor estão em boa concordância com aquelas medidas experimentalmente para uma turbina de 1,39 metro de diâmetro equipada com pitch passivo (veja o artigo "Lâminas de Pitch Passivo para Turbinas de Maré: Demonstração Experimental" de Sunil et al. dentro desta conferência para detalhes sobre os experimentos). O modelo numérico considera adicionalmente um campo de fluxo 2-dimensional discretizado informado pelas características de fluxo da instalação de testes (FloWave Ocean Energy Research Facility), medido usando velocimetria doppler acústica e ajustado a um espectro de Von Kármán. O uso de um campo resolvido em 2 dimensões acoplado ao modelo numérico de baixa ordem considera e identifica frequências de carga significativas e sua mitigação, conforme observado experimentalmente para turbinas fixas e de pitch passivo; informações que de outra forma não seriam capturadas por modelos mais simples. A validação experimental do modelo demonstra sua capacidade como uma ferramenta usada no processo de design de sistemas de pitch passivo, adequada para prototipagem rápida e exploração das capacidades e limitações de tais sistemas.