Estudos da conversão de energia do vento em energia elétrica nos parques eólicos não devem ser feitos com foco em aerogeradores (turbinas) individuais: a passagem do fluxo por uma delas irá gerar um fenômeno complexo de queda na velocidade e aumento da turbulência – conhecido como esteira – e pode afetar o funcionamento de outros aerogeradores, daí a importância de estudos do escoamento nos conjuntos. Um projeto em andamento na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP) tem o objetivo de levantar dados para enfrentar este desafio e conta com a colaboração do túnel de vento do Laboratório de Vazão do Instituto de Pesquisas Tecnológicas e do Departamento de Ciências da Engenharia da Universidade de Oxford.
A ideia do projeto surgiu em 2018 como parte da frente de energia eólica conduzida no Departamento de Engenharia Mecânica da Poli-USP, quando a equipe buscou lacunas na área de pesquisas de energia eólica no mundo. “Percebemos um espaço para ensaios de túnel de vento com modelos de aerogeradores para avaliar interferências que servissem de benchmarking. Uma série de trabalhos de modelagem computacional já havia sido realizada pelo departamento e a intenção era dar um passo na parte experimental”, explica Bruno Souza Carmo, professor do departamento e coordenador do projeto.
Com recursos disponibilizados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), a pesquisa teve início no segundo semestre de 2018 e a equipe da Poli-USP trabalhou primeiramente na parte do projeto dos modelos de aerogeradores a serem empregados nos ensaios.
Primeiramente foi feito o projeto aerodinâmico (com auxílio da Universidade de Oxford) e mecânico; em seguida, em função da necessidade de importação de algumas peças (motores elétricos), o projeto se estendeu e somente no segundo semestre de 2019 foi possível construir os modelos.
Dois aerogeradores, um em frente ao outro no arranjo denominado alinhado, foram ensaiados; disposição triangular deve ser uma das próximas configurações a serem testadas.
Boa parte dos componentes usados para a montagem dos modelos dos aerogeradores foi fabricado com impressão 3D.
Os primeiros testes no túnel de vento do IPT aconteceram no final de 2019. Foram ensaiados nesta etapa do trabalho dois aerogeradores, um em frente ao outro no arranjo denominado alinhado, mas desde o princípio a intenção era testar os modelos em disposição triangular, explica Carmo: “Por conta da agenda, não foi possível aplicar este conceito na primeira fase, mas agora faremos uma revisão do projeto. Três aerogeradores serão montados para testar os arranjos triangulares, que têm interesse principalmente para a indústria offshore na montagem de plataformas com três pontos de apoio”.
A intenção da equipe é de retornar ao túnel de vento para a execução de novos ensaios no mês de março ou abril – o túnel de vento do IPT trabalha em parceria com a POLI-USP desde 2002 para permitir aos alunos a capacitação experimental, principalmente nas áreas de aerodinâmica veicular e de edifícios.
CAPACITAÇÃO – Quatro alunos de graduação se envolveram no projeto para a realização de trabalhos de conclusão de curso – dois deles apresentaram os resultados no final de 2019. Uma delas é a ex-aluna do curso de Engenharia Mecânica Isabella Ono Skusa, e seu trabalho teve como tema a interferência de uma turbina sobre outra em um parque eólico, com o objetivo concreto de desenvolver um modelo.
“A turbulência gerada por um rotor pode causar perda na eficiência no aerogerador localizado em sua proximidade, o que pode trazer esforços e causar falhas”, afirma ela. “Este tipo de estudo é importante para estudar o layout do parque eólico e a melhor opção de disposição das máquinas, além da distância entre elas. A ideia era entender o impacto das diferentes configurações”.
Antes de executar os ensaios no IPT, uma série de testes com os modelos foi feita no túnel de vento do Departamento de Engenharia Mecânica, mas as suas dimensões reduzidas e seção aberta com interferência do ambiente externo não permitiram simular as condições da camada limite atmosférica, as quais são requeridas para o experimento.
“Para coletar dados mais precisos, é essencial executar os testes em um túnel nas dimensões do equipamento disponível no Laboratório de Vazão. Usamos a infraestrutura disponível na Poli para avaliar o funcionamento do modelo e antecipar problemas que poderiam acontecer no ensaio no IPT”, afirma Skusa. “Era preciso validar os modelos computacionais: sem o túnel de vento do Instituto, os estudos seriam feitos apenas aqui e os dados coletados teriam menor relevância”, completa Carmo.
Um dos trabalhos de conclusão de curso em andamento é de Carolina Maname Taira, do Departamento de Engenharia Química da Poli-USP. O tema é a análise dos dados obtidos nos experimentos e a inclusão dos modelos no túnel de vento do IPT para avaliar o layout triangular dos aerogeradores deve acontecer nas próximas semanas.
Além da capacitação dos alunos, a parceria do IPT no projeto do Departamento de Engenharia Mecânica reforça a atuação do túnel de vento na área de energia eólica, explica o pesquisador Gilder Nader: “O laboratório realiza, desde 2004, a calibração de anemômetros para parques e executa também estudos de eficiência de aerogeradores, sejam comerciais, protótipos inovadores ou projetos”.
