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Desenvolvimento Experimental de um Dispositivo para Aproveitamento de Energia das Ondas no Arquipélago dos Açores

Publication . Braga, Francisco Pavão; Mendes, António Carlos

Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema de recuperação de energia das ondas que seja capaz de fornecer electricidade a pequenas comunidades insulares, como as do arquipélago dos Açores. O tema do trabalho enquadra-se dentro das metas definidas pelas directivas estabelecidas pela União Europeia, complementadas com as directivas Nacionais para o sector energético. Numa primeira fase é analisado o potencial energético das ondas, dedicando especial atenção ao grupo Ocidental do arquipélago. Após uma revisão das principais tecnologias de recuperação de energia das ondas actualmente existentes, o dispositivo atenuador de tubo distensível faz objecto do nosso estudo. Baseado no conceito Anaconda, o atenuador de tubo distensível é constituído por um tubo de borracha flutuante cheio de água, cuja proa é fechada por um nariz alinhado segundo a direcção das ondas incidentes. A parte traseira do tubo está acoplada a uma chaminé vertical, de secção circular, através de um cotovelo de 90°. A interacção das ondas com o tubo pressurizado dá origem a pulsos de pressão no seu interior que se deslocam em direcção à chaminé vertical, fazendo oscilar uma coluna de água (OWC) dentro desta. As oscilações são convertidas em energia de pressão numa câmara pneumática, em cujo topo pode ser instalada uma turbina de ar que acciona um gerador eléctrico. A investigação realizada é essencialmente experimental, com base no ensaio em tanque de ondas de dois modelos do dispositivo às escalas 1:50 e 1:20. As condições geradas no tanque de ondas reproduzem aproximadamente o clima de ondas na Ilha do Corvo, Açores. O desempenho deste dispositivo é analisado nestas condições e validado com resultados padrão para outros dispositivos, disponíveis na literatura. O desempenho do sistema com e sem o tubo instalado é também comparado, por forma a avaliar as vantagens introduzidas pelo tubo distensível. Os efeitos não-lineares e de escala são posteriormente discutidos. Dando seguimento às estratégias para melhorar o desempenho do sistema, que vêm sendo introduzidas desde 2014, foram ainda modeladas três situações reais: um sistema deste tipo fixo a uma estrutura em treliças assente no fundo do mar, o mesmo sistema equipado com uma parede reflectora junto à boca da OWC ou equipado com um canal de focagem de fundo inclinado. O estudo realizado permite demonstrar que o tubo distensível acoplado a um sistema OWC é viável e apresenta vantagens substanciais relativamente a muitos dos sistemas que se encontram actualmente numa fase de desenvolvimento pré-comercial.

2023-11-06Doctoral thesis

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Estudo do Dispositivo de Recuperação de Energia das Ondas ANACONDA

Publication . Paredes, Luís Manuel Andrês; Mendes, António Carlos

O ANACONDA é um dispositivo de conversão de energia das ondas relativamente recente. O sistema consiste essencialmente num longo tubo de borracha, cheio de água, que flutua alinhado com as ondas incidentes. Na extremidade da frente o tubo possui um nariz e a sua extremidade traseira está ligada a um sistema de extracção de potência. Quando é excitado pelas ondas do mar, este tubo flexível desenvolve internamente impulsos de pressão cuja amplitude aumenta em direcção ao sistema de conversão de energia. Neste dispositivo as ondas de pressão dentro do tubo impelem uma massa de água para uma chaminé. As oscilações da coluna de água dentro da chaminé, por seu lado, dão origem a variações de pressão no ar que está contido numa câmara pneumática superior. Estas variações de pressão podem então ser utilizadas para fazer funcionar uma turbina de ar com alternador. O presente estudo centra-se na análise de desempenho do sistema, quando este interage com ondas regulares de diferentes alturas e comprimentos de onda. Com esta finalidade foram realizados ensaios experimentais em canal de ondas, com um modelo reduzido do dispositivo à escala 1:100. No nosso modelo físico a câmara pneumática comunica com o meio ambiente exterior através de um orifício. Foram testados orifícios calibrados com diferente diâmetro. Procedeu-se à medição das ondas incidentes, reflectidas e transmitidas, assim como das oscilações do nível de água na chaminé, o que permitiu fazer uma estimativa da energia recuperada pelo dispositivo nas diferentes condições de funcionamento consideradas. São apresentados valores da potência extraída pelo sistema e do rendimento de absorção. Estes valores são finalmente utilizados para previsão do desempenho do dispositivo em condições de mar reais.

2016-11-2Master thesis

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Estudo Preliminar de um Dispositivo para Aproveitamento de Energia das Ondas no Arquipélago dos Açores

Publication . Braga, Francisco Pavão; Mendes, António Carlos

O presente trabalho trata do estudo do dispositivo de recuperação de energia das ondas ANACONDA quando este utiliza um sistema de conversão de potência pneumático e turbina de ar. Antes do estudo do dispositivo propriamente dito, efetuámos um levantamento consistente do clima de ondas nos Açores. As amplitudes e comprimentos de onda no arquipélago são favoráveis à utilização da energia das ondas para fins domésticos, através da ligação à rede elétrica da EDA. Neste âmbito procedeu-se ao ensaio de um modelo do dispositivo ANACONDA á escala 1:50. O modelo do dispositivo tem como corpo principal um tubo de latex com 2,44 m de comprimento e um diâmetro de 18,9 cm. Este tubo é conectado a um sistema de extração de potência (PTO) pneumático. Para simular a impedância da turbina de ar que equipará o protótipo, utilizámos uma descarga de ar para a atmosfera através de um orifício. Foram testados orifícios de diferentes diâmetros. O modelo foi ensaiado no tanque hidrodinâmico do fluidslab, para uma gama de frequências entre 0,51 e 0,95 Hz e amplitudes de onda entre 6,4 e 22,4 cm. Estas condições são representativas das ondas de período entre 5 e 13 s que caracterizam o clima de ondas do mar dos Açores. Nesta campanha de ensaios foram efetuadas medições da altura das ondas no tanque, do deslocamento da superfície livre dentro do sistema PTO e da pressão dentro da câmara pneumática. Os dados recolhidos permitiram fazer estimativas do caudal turbinado, da potência extraída e do rendimento do sistema. A análise do seu desempenho permite enfim obter algumas conclusões sobre a viabilidade da sua utilização na ilha do Corvo.

2017-11-13Master thesis

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Contribuição para o desenvolvimento de um túnel de vento para o ensaio de coroas de pás de turbomáquinas

Publication . Roque, Flávio Manuel Gomes; Mendes, António Carlos

Esta dissertação tem como objectivo contribuir para o desenvolvimento de um túnel de vento subsónico para o ensaio de coroas de pás de turbomáquinas, a funcionar no Laboratório de Mecânica dos Fluidos e Turbomáquinas da Universidade da Beira Interior (http://fluidslab.ubi.pt). O trabalho começa com uma revisão bibliográfica sobre os túneis de vento existentes na Europa, nos Estados Unidos e também em Portugal. No âmbito do presente estudo foram projectados e construídos os elementos essenciais de um túnel para ensaiar turbinas axiais, que constam da secção de admissão, secção de ensaio, sistema de propulsão e difusor. A análise do escoamento do fluido de trabalho através do túnel foi realizada com o auxílio de uma ferramenta CFD comercial, o Fluent™ 6.3. As simulações efectuadas permitiram conduzir o dimensionamento da morfologia do túnel de acordo com critérios padrão existentes. São apresentadas algumas das ideias desenvolvidas, com base nas isolinhas cinemáticas e dinâmicas do escoamento. Para o projecto dos elementos foi utilizado um software 3D CAD/CAE, o Solidworks® 2008. A construção dos elementos foi realizada pela empresa Marsilinox, situada em Vale de Cambra. A dissertação inclui a memória descritiva de todas as peças e dos processos de fabricação. O trabalho encerra com a discussão dos resultados e das principais conclusões, a par de uma síntese do trabalho a realizar no futuro.

2011Master thesis

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