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dc.creatorCorrêa, Rafaela Gomide-
dc.date.accessioned2026-07-20T17:29:42Z-
dc.date.available2026-07-20T17:29:42Z-
dc.date.issued2026-07-09-
dc.identifier.citationCORRÊA, Rafaela Gomide. Proposta de uma metodologia para avaliação de desempenho de fazendas de turbinas hidrocinéticas por métodos de ordem reduzida. 2026. 149 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.538pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48919-
dc.description.abstractThe growing demand for alternative renewable energy sources has increased interest in hydrokinetic turbines as a means of harnessing the high energy density available in riverine and marine currents. To improve energy extraction efficiency and power generation capacity, these devices are commonly deployed in arrays, also known as farms. In this context, the main objective of this work was to develop a methodology for evaluating the performance of hydrokinetic turbine arrays, with an emphasis on the application of low-order models. To this end, the Blade Element Momentum (BEM) method was assessed for the prediction of turbine power and thrust coefficients. This methodology requires lift and drag coefficient curves as functions of the angle of attack for the airfoil composing the turbine blades. Initially, the procedures used to obtain these aerodynamic coefficients were investigated, focusing on their predictive capability. The conventional BEM methodology was validated, and an improvement was proposed. The proposed enhancement consisted of employing the local Reynolds number of each blade section to calculate the lift and drag coefficients, rather than using a single representative Reynolds number evaluated at 70 % of the blade span for the entire blade. This modification was implemented in Fortran, validated, and registered as a new software named HydroBEM. Experimental validation of HydroBEM was performed using two different hydrokinetic turbines with experimental data available in the literature. The first one was a three-bladed turbine of 1.6 m diameter and blades based on a thickened NACA 63-415 airfoil, which was evaluated under two different turbulence intensity conditions. The second turbine had a diameter of 0.444 m and two blades employing the NACA 4415 airfoil. The study of turbine arrays requires accurate knowledge of wake velocity profiles, as these constitute the inflow conditions for downstream turbines. For this purpose, the conventional Jensen wake model and its cosine-modulated formulation were evaluated. Although widely adopted in the literature, these models present important limitations. To overcome these shortcomings, a new hybrid Jensen–Gaussian wake model was proposed. The model was experimentally validated and demonstrated superior performance compared with the standard Jensen formulation. Validation was conducted using literature data for a 0.7 m diameter turbine with three blades based on the NACA 63418 airfoil, as well as experimental data from the 0.444 m diameter turbine with two NACA 4415 blades previously employed in the HydroBEM validation. Finally, the latter turbine was also used to validate the coupled application of HydroBEM and the proposed wake model. The combined methodology provided satisfactory predictions of the performance of coaxial hydrokinetic turbines while maintaining a low computational cost.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectTurbinas hidrocinéticaspt_BR
dc.subjectHydrokinetic turbinespt_BR
dc.subjectConjuntos de turbinaspt_BR
dc.subjectturbine arrayspt_BR
dc.subjectBEMpt_BR
dc.subjectBlade Element Momentumpt_BR
dc.subjectModelo de esteirapt_BR
dc.subjectwake modelingpt_BR
dc.subjectModelo de Jensenpt_BR
dc.subjectJensen modelpt_BR
dc.subjectModelo de esteira gaussianopt_BR
dc.subjectGaussian wake modelpt_BR
dc.subjectEnergia renovávelpt_BR
dc.subjectrenewable energypt_BR
dc.subjectHydroBEMpt_BR
dc.subjectHydroBEMpt_BR
dc.titleProposta de uma metodologia para avaliação de desempenho de fazendas de turbinas hidrocinéticas por métodos de ordem reduzidapt_BR
dc.title.alternativeProposal for a methodology to evaluate the performance of hydrokinetic turbine farms using reduced-order methodspt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor1Souza, Francisco José de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1257320066520278pt_BR
dc.contributor.referee1Mariano, Felipe Pamplona-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4538460201961283pt_BR
dc.contributor.referee2Duarte, Carlos Antônio Ribeiro-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3533635470069420pt_BR
dc.contributor.referee3Padilla, Elie Luis Martínez-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1525969231971828pt_BR
dc.contributor.referee4Silveira Neto, Aristeu da-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4650888739121183pt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/5324612915986465pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoCom a crescente busca por fontes alternativas de energia renovável, as turbinas hidrocinéticas se destacam como uma forma de aproveitar a grande densidade de energia disponível em correntes marítimas e fluviais. Para maior eficiência e capacidade de extração de energia, tais equipamentos são usualmente instalados em conjuntos, também chamados de fazendas. Nesse sentido, o presente trabalho teve como principal objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para avaliação do desempenho dos conjuntos de turbinas, focando na utilização de métodos de baixa ordem. Para isso, foi avaliada a metodologia Blade Element Momentum (BEM) para o cálculo dos coeficientes de potência e empuxo das turbinas. Tal metodologia requer as curvas dos coeficientes de arrasto e sustentação em função do ângulo de ataque para o perfil aerodinâmico que compõe a pá da turbina. Foi avaliada inicialmente a metodologia de obtenção destes coeficientes, focando na capacidade de predição. A metodologia BEM tradicional foi validada e foi proposta uma melhoria. A melhoria em questão foi a utilização do número de Reynolds local de cada seção da pá para o cálculo dos coeficientes de arrasto e sustentação ao invés da utilização de um número de Reynolds representativo obtido em 70 % da envergadura para toda a pá. Esta alteração foi implementada em linguagem Fortran, validada e registrada como um novo programa de computador sob o nome HydroBEM. A validação experimental do HydroBEM foi realizada para duas turbinas hidrocinéticas diferentes, com resultados experimentais disponíveis na literatura. A primeira foi um turbina de 1,6 m de diâmetro, com três pás de perfil NACA 63-415 espessado, avaliada sob duas intensidades turbulentas diferentes. A segunda foi uma turbina de 0,444 m de diâmetro, com duas pás com perfil NACA 4415. Para o estudo de turbinas operando em conjunto, é necessário conhecer o perfil de velocidades das suas esteiras, uma vez que este será o escoamento de entrada das turbinas a jusante. Para isso, foram avaliados os modelos de Jensen tradicional e modulado por cosseno. Apesar de consagrado na literatura, tal modelo apresenta limitações. Para superá-las foi proposto um novo modelo de esteira híbrido Jensen-Gaussiano, que foi validado experimentalmente e apresentou desempenho superior ao modelo padrão. A validação experimental foi realizada com dados da literatura para uma turbina de 0,7 m de diâmetro com três pás de perfis baseados no NACA 63-418 e também com dados da turbina de 0,444 m de diâmetro, com duas pás com perfil NACA 4415 utilizada na validação do HydroEBM. Esta última turbina também foi utilizada para validar a combinação do programa de computador HydroBEM com o novo modelo de esteira, que gerou resultados satisfatórios de previsão de desempenho de turbinas coaxiais com baixo custo computacional.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration149pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOSpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.538pt_BR
dc.orcid.putcode221317310-
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânicapt_BR
dc.subject.autorizadoDesempenho - Avaliaçãopt_BR
dc.subject.autorizadoTurbinaspt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.pt_BR
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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