Estudo da utilização de conceitos biomiméticos no perfil hidrodinâmico NACA 4412
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Data
2023-02-09Primeiro coorientador
Santos, César Gabriel dos
Primeiro membro da banca
Souza, Carlos Eduardo de
Segundo membro da banca
Rezende, André
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Mostrar registro completoResumo
O Brasil é um dos grandes países que geram energia elétrica através da energia hidráulica.
Em uma usina hidrelétrica, as turbinas hidráulicas são as únicas responsáveis por realizar a
transformação de energia hidráulica em energia mecânica, para posteriormente ser
transformada em energia elétrica. O rotor é um dos componentes mais importantes
encontrados nas turbinas, sendo que pás de algumas turbinas hidráulicas, como por exemplo,
as turbinas Kaplan e turbinas Francis, são formadas por perfis aerodinâmicos, os quais devem
ser validados e testados antes de serem aplicados em projetos de turbinas hidráulicas. Desta
forma, pode-se afirmar que os perfis aerodinâmicos são superfícies que causam diferenças
de pressão, resultando em diferenças de velocidades entre o extradorso e intradorso, gerando
efeitos aerodinâmicos. Pensando em inovação na área, a biomimética pode ser uma boa
alternativa, sendo que consiste em inspirar-se em organismos biológicos para realizar projetos
de diferentes ramos do conhecimento, ou também, aplicar princípios básicos da natureza em
projetos e estudos. A baleia Jubarte pode servir como inspiração, pois é um mamífero que,
ao predar, possui a capacidade de realizar manobras de giro, facilidade encontrada por
possuírem protuberâncias em todo bordo de ataque de suas grandes nadadeiras, melhorando
o controle do escoamento e a flexibilidade de suas manobras. Desta forma, este trabalho tem
como objetivo identificar os principais ganhos de perfis hidrodinâmicos NACA 4412
modificados com a utilização de tubérculos a partir de analises do escoamento. Para realizar
o estudo foram modelados quatro hidrofólios, M1, M2, M3 e M4, sendo três destes com
características senoidais no bordo de ataque, variando o comprimento de onda e a amplitude
das protuberâncias. O estudo foi realizado no software ANSYS Fluent, o domínio
computacional definido com base em referências bibliográficas para suprir as necessidades
das simulações, a malha foi verificada a partir de testes de independência de malha e o
modelo validado através da análise dos coeficientes de pressão e sustentação, sendo todas
as simulações utilizando água como fluido de trabalho. Para executar as análises
computacionais, foram considerados diferentes ângulos de ataque, uma faixa de 0 à 25 graus.
Quando comparados com o perfil padrão, os hidrofólios NACA 4412 modificados com
tubérculos perderam sustentação antes, a partir dos 6 graus de inclinação. Após 5 graus, os
coeficientes de arrasto se tornam maiores para os perfis modificados. O gráfico de polar de
arrasto mostra que para baixos coeficientes de arrasto o hidrofólio sem tubérculo
apresentaram maior sustentação, porém os hidrofólios modificados revelaram maior
sustentação para maiores coeficientes de arrasto. Para 20 e 25 graus, foi possível verificar
um atraso no ponto de deslocamento da camada limite, principalmente para a configuração
M4. Para alpha=25º foi identificado escoamento irregular e com recirculações em 2/3 ao longo
dos perfis modificados, já para o hidrofólio sem modificação essa característica do
escoamento atinge regiões ainda mais próximas ao bordo de ataque, porém possui locais que
as recirculações são menores. Apesar das dificuldades apresentadas, surgiram resultados
novos e interessantes. Foi possível mostrar que a inserção de tubérculos no bordo de ataque
dos perfis apresentados resultam em características interessantes nas análises dos
coeficientes de sustentação e arrasto, assim como no campos de velocidade e camada limite.
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