Estudo da influência da espessura das pás na eficiência de turbinas Savonius
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Data
2026-03-26
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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
A crescente demanda por fontes de energia limpa e sustentável impulsionou o desenvolvimento de tecnologias voltadas para a geração eólica, especialmente para regiões com baixa intensidade de vento. Nesse contexto, as turbinas Savonius, do tipo eixo vertical e baseadas no princípio de arrasto, surgem como uma alternativa viável devido à sua simplicidade construtiva, baixo custo e capacidade de operar em ambientes adversos a outros modelos de turbinas eólicas. Este trabalho investiga numericamente o impacto da variação da espessura das pás no desempenho aerodinâmico de turbinas Savonius. Embora estudos anteriores tenham focado em parâmetros como razão de sobreposição, número de estágios e geometria de pás, a influência da espessura das pás permanece pouco explorada na literatura científica. A pesquisa utilizou a técnica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), empregando o método dos volumes finitos e o modelo de turbulência Realizable k-ε para analisar o escoamento ao redor das turbinas. Inicialmente, foi feita a validação do modelo computacional com dados experimentais de referência. Em seguida, foram construídos modelos tridimensionais da turbina, com variações de espessura de pás de 2 mm, 3 mm, 5 mm e 7 mm. As análises consideraram dois cenários: um com área da face convexa constante e outro permitindo que a variação de espessura impactasse essa área. Foram realizadas simulações estáticas (ângulos de 0° a 150°) e transientes, permitindo avaliar os coeficientes de torque (Ct). Os resultados indicaram que a espessura da pá influencia significativamente o desempenho do rotor, porém de forma dependente da condição operacional e da posição angular. No torque dinâmico, a espessura de 3 mm apresentou o melhor desempenho médio global, com comportamento superior à média geral das espessuras avaliadas e desempenho mais consistente ao longo da faixa operacional analisada. No torque estático, a espessura de 2 mm apresentou o maior valor médio global (0,207), embora com diferenças reduzidas entre as espessuras, evidenciando que a espessura atua principalmente como mecanismo de redistribuição angular do torque ao longo do ciclo. Assim, os resultados fornecem subsídios para a otimização geométrica de rotores Savonius, com destaque para a espessura de 3 mm como configuração de melhor compromisso aerodinâmico global nas condições investigadas.
Descrição
Palavras-chave
Turbinas eólicas – Aerodinâmica, Dispositivos eletromecânicos – Projeto e construção, Fluidodinâmica computacional, Energia eólica