Modelo de Aumento de Velocidade para uma Turbina Eólica Aumentada por Concentrador-Difusor Vazio e Otimização de Parâmetros Geométricos Usando Metodologia de Superfície de Resposta

A energia eólica, renomada por sua relação custo-benefício e respeito ao meio ambiente, atende às necessidades globais de energia em meio à escassez de combustíveis fósseis e preocupações ambientais. Em regiões de baixa velocidade do vento, a otimização do desempenho da turbina eólica torna-se vital e pode ser alcançada aumentando a velocidade do vento no rotor da turbina usando sistemas de aumento, como concentradores e difusores. Este estudo foca no desenvolvimento de um modelo de aumento de velocidade que prevê corretamente a velocidade na garganta em um design de turbina eólica aumentada por concentrador-difusor vazio (CDaugWT) e determina parâmetros geométricos ótimos. Utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM) no Design Expert 13 e dinâmica de fluidos computacional (CFD) no ANSYS Fluent, 86 execuções foram analisadas, otimizando parâmetros como ângulos e comprimentos do difusor e do concentrador, comprimento da garganta e altura da flange. A análise de ANOVA confirmou a significância do modelo (p < 0.05). Notavelmente, a interação entre o comprimento do concentrador e o comprimento do difusor teve o maior impacto na velocidade da garganta. O modelo mostrou uma forte correlação (R2 = 0.9581) e precisão adequada (valor de razão de 49.655). Um baixo coeficiente de variação (C.V.% = 0.1149) destacou a confiabilidade do modelo. Os resultados revelaram um aumento de 1.953 vezes na velocidade do vento na posição da garganta. Os parâmetros geométricos ótimos para o CDaugWT incluíram um ângulo de difusor de 10°, ângulo de concentrador de 20°, comprimento do concentrador de 375 mm (0.62Rth), comprimento do difusor de 975 mm (1.61Rth), comprimento da garganta de 70 mm (0.12Rth) e altura da flange de 100 mm (0.17Rth), onde Rth é o raio da garganta. Um valor de desejabilidade de 0.9, próximo de 1, mostrou uma otimização bem-sucedida. As simulações de CFD e a RSM reduziram o custo e o tempo de cálculo ao determinar os parâmetros geométricos ótimos para o design do CDaugWT.