Simulação de escoamentos em turbinas eólicas tipo Savonius
dc.contributor.advisor1 | Nascimento, Andreia Aoyagui | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4938165765006772 | |
dc.contributor.referee1 | Nascimento, Andreia Aoyagui | |
dc.contributor.referee2 | Borges, Jonatas Emmanuel | |
dc.contributor.referee3 | Silveira Neto, Aristeu da | |
dc.creator | Silva, Mylena Carvalho | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/8468574716856191 | |
dc.date.accessioned | 2025-08-05T16:07:35Z | |
dc.date.available | 2025-08-05T16:07:35Z | |
dc.date.issued | 2025-07-10 | |
dc.description.abstract | Wind energy represents a significant portion of Brazil’s energy matrix, with strong growth projections for the coming years. Among wind turbine models, vertical-axis turbines are characterized by low noise levels and independence from wind direction. In particular, Savonius turbines, which feature a distinctive S-shaped rotor, exhibit good self-starting capabilities. This study aims to numerically and computationally model the behavior of a Savonius rotor under free rotation. The IMERSPEC numerical methodology is employed, which couples the Fourier pseudospectral method (FPM) with the Immersed Boundary Method (IBM). The analysis begins with the validation of the methodology for flow over square and triangular cross-section cylinders, in both fixed and flow-induced rotation conditions, reproducing wake patterns and aerodynamic coefficients consistent with computational results reported in the literature. Next, the effects of convex and concave semi-cylinders are examined, highlighting differences in recirculation mechanisms and wake structures. The fixed Savonius rotor is analyzed at different azimuthal angles, revealing that the configuration θ = π/4 yields the highest torque, whereas θ = 3π/4 is the only one to produce negative torque, due to the shading of the advancing blade. Finally, free rotation is investigated for Re = 100 and Re = 800, where two distinct regimes are identified: low-amplitude rotation and continuous rotation, respectively. In the low-amplitude regime, a direct relationship is observed between torque and azimuthal displacement, characterizing an in-phase regime, with a 2S-type wake. In the continuous rotation regime, the angular velocity increases and reaches a steady state, forming an S+P-type wake. The results confirm the applicability of the IMERSPEC methodology for modeling vertical-axis wind rotors and offer relevant contributions to the understanding of the fluid dynamic mechanisms associated with the Savonius rotor. | eng |
dc.description.resumo | A energia eólica constitui uma parcela significativa da matriz energética nacional, com estimativas expressivas de crescimento nos próximos anos. Dentre os modelos de turbinas eólicas, as de eixo vertical destacam-se por seu baixo nível de ruído e independência quanto à direção do vento. Nesse contexto, as turbinas com rotor Savonius, de formato característico em "S", apresentam boa capacidade de auto-inicialização. Logo, no presente trabalho busca-se compreender e modelar, de forma numérica e computacional, o comportamento do rotor Savonius submetido à rotação livre. Para isso, emprega-se o método numérico IMERSPEC, que combina o método pseudoespectral de Fourier (MPF) com o método da fronteira imersa (MFI). A análise tem início com a validação da metodologia frente ao escoamento sobre cilindros de seção quadrada e triangular, tanto em condição fixa quanto com rotação induzida, reproduzindo padrões de esteira e coeficientes aerodinâmicos compatíveis com dados da literatura. Em seguida, investigam-se os efeitos dos semitubos convexos e côncavos, evidenciando as diferenças nos mecanismos de recirculação e nos padrões de esteira.A análise do rotor Savonius fixo, em diferentes ângulos azimutais, indica que a configuração θ = π/4 resulta no maior torque, enquanto θ = 3π/4 é a única a apresentar torque negativo, devido ao sombreamento da pá de avanço. Por fim, analisa-se o comportamento em rotação livre para Re = 100 e Re = 800, onde são identificados dois regimes distintos: rotação de baixa amplitude e rotação contínua, respectivamente. No primeiro, observa-se uma relação direta entre o torque e o deslocamento azimutal, caracterizando um regime sem defasagem e uma esteira do tipo 2S. No segundo, o crescimento da velocidade angular leva à estabilização do regime permanente, formando uma esteira do tipo S+P. Os resultados obtidos consolidam a aplicabilidade da metodologia IMERSPEC na modelagem de rotores de eixo vertical, oferecendo contribuições relevantes à compreensão dos mecanismos fluidodinâmicos associados ao rotor Savonius. | |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | |
dc.identifier.uri | https://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/14570 | |
dc.language | Português | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Goiás | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG) | |
dc.publisher.initials | UFG | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica | |
dc.relation.references | SILVA, M. C. Simulação de escoamentos em turbinas eólicas tipo Savonius. 2025. 145 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2025. | |
dc.rights | Acesso Aberto | |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
dc.subject | Turbina de eixo vertical | por |
dc.subject | Rotor savonius | por |
dc.subject | Método pseudoespectral de Fourier | por |
dc.subject | Método da fronteira imersa | por |
dc.subject | Vertical-axis wind turbine | eng |
dc.subject | Savonius rotor | eng |
dc.subject | Fourier pseudospectral method | eng |
dc.subject | Immersed boundary method | eng |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | |
dc.title | Simulação de escoamentos em turbinas eólicas tipo Savonius | |
dc.title.alternative | Simulation of flows in Savonius-type wind turbines | eng |
dc.type | Dissertação |