Estudo da influência da espessura das pás na eficiência de turbinas Savonius

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dc.contributor.advisorFerreira, André Guimarães
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8989660381451385
dc.contributor.authorCavalcante, Yan Felipe de Oliveira
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8322952915763271
dc.contributor.refereeFerreira, André Guimarães
dc.contributor.refereeLima, Frederico Romagnoli Silveira
dc.contributor.refereeMaia, Cristiana Brasil
dc.date.accessioned2026-09-18T23:30:49Z
dc.date.available2026-09-18T23:30:49Z
dc.date.issued2026-03-26
dc.description.abstractA 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.
dc.description.abstractotherThe growing demand for clean and sustainable energy sources has driven the development of technologies for wind power generation, especially in regions with low wind speeds. In this context, Savonius turbines, which are vertical-axis devices based on the drag principle, emerge as a viable alternative due to their simple construction, low cost, and ability to operate in environments that are unfavorable to other wind turbine models. This study numerically investigates the impact of blade thickness variation on the aerodynamic performance of Savonius turbines. Although previous studies have focused on parameters such as overlap ratio, number of stages, and blade geometry, the influence of blade thickness remains scarcely explored in scientific literature. The research employed Computational Fluid Dynamics (CFD), using the finite volume method and the Realizable k-ε turbulence model to analyze the flow around the turbines. Initially, the computational model was validated against reference experimental data. Next, three-dimensional turbine models were developed with blade thicknesses of 2 mm, 3 mm, 5 mm, and 7 mm. The analyses considered two scenarios: one with constant convex-face area and another allowing blade thickness variation to affect this area. Static simulations (angles from 0° to 150°) and transient simulations were performed, enabling the evaluation of torque coefficients (Ct). The results indicated that blade thickness significantly influences rotor performance, but in a manner dependent on operating condition and angular position. For dynamic torque, the 3 mm blade thickness showed the best global mean performance (0.254), with behavior superior to the overall mean of the evaluated thicknesses and more consistent performance throughout the analyzed operating range. For static torque, the 2 mm blade thickness presented the highest global mean value (0.207), although with small differences among thicknesses, indicating that blade thickness acts mainly as a mechanism for angular redistribution of torque throughout the cycle. Thus, the results provide support for the geometric optimization of Savonius rotors, highlighting the 3 mm blade thickness as the configuration with the best overall aerodynamic trade-off under the investigated conditions.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG).
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2980
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.subjectTurbinas eólicas – Aerodinâmica
dc.subjectDispositivos eletromecânicos – Projeto e construção
dc.subjectFluidodinâmica computacional
dc.subjectEnergia eólica
dc.titleEstudo da influência da espessura das pás na eficiência de turbinas Savonius
dc.typeDissertação

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