Parametrização e simulação numérica da turbina hidrocinética : otimização via algoritmos genéticos

Abstract

O rotor é o componente do sistema hidrocinético cujas características de configuração são de suma importância, pois influencia diretamente no rendimento global do sistema. Dessa maneira, a determinação da geometria de pá que melhor se adapta as condições de funcionamento impostas, aumentando a potência gerada, é um importante fator a ser otimizado na turbina hidrocinética (THC). Para que a otimização se torne mais eficiente, é necessário realizar a implementação de um modelo matemático capaz de descrever o comportamento da THC. No presente trabalho utilizou-se o MATLAB 7.0 na plataforma Windows XP. Tal algoritmo é baseado na definição de parâmetros operacionais e dimensionais, os quais permitem o tratamento de dados de ensaios de desempenho, assim como a proposição de uma linha de desenvolvimento tecnológico do projeto hidrodinâmico do rotor. Um modelo simplificado do escoamento na THC possibilita uma avaliação sistemática do efeito da geometria da máquina, considerando o efeito de um difusor no incremento da potência gerada. Algoritmos genéticos foram utilizados para a otimização da geometria das pás, isto é, a melhor combinação dos ângulos dos bordos de ataque e de fuga, além da dimensão da corda de cada perfil. Simulações numéricas foram realizadas, através do código comercial ANSYS-CFX 11, a fim de se validar toda a metodologia matemática e de otimização. Comprovando a capacidade do modelo matemático de descrever o comportamento da THC, além da viabilidade do uso de algoritmos genéticos para sua otimização. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The rotor is the part of the hydrokinetic system whose configuration characteristics are essential due to its influence on the global efficiency of the system. The definition of the blade runner that adapts to the imposed working conditions, increasing the power, is an important factor to be optimized in a hydrokinetic turbine (HKT). In order to make the optimization more efficient, a mathematical model capable of describing the HT behavior has to be implemented. In this work the MATLAB 7.0 in the Windows XP platform was used. The algorithm is based on the definition of operational and dimensional parameters that enable the treatment of performance test data and the proposition of a technological development line of the hydrodynamic project of the rotor. A simplified flowing model in the HKT enables a systemic evaluation of the geometric effect of the machine, considering the effect of a diffuser on the increase of the generated power. Genetic algorithms were applied for blade geometry optimization in order to obtain the best combination of the angles of leading and trailing edges besides the dimensions of the ropes of each profile. Numerical simulations were conducted using the commercial code ANSYS-CFX 11 to validate the mathematical methodology and the optimization. The results indicate that the applied model describes properly the HKT behavior and that the genetic algorithm optimized the hydrokinetic system of the rotor.