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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48919Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.creator | Corrêa, Rafaela Gomide | - |
| dc.date.accessioned | 2026-07-20T17:29:42Z | - |
| dc.date.available | 2026-07-20T17:29:42Z | - |
| dc.date.issued | 2026-07-09 | - |
| dc.identifier.citation | CORRÊA, 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.2026.538 | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48919 | - |
| dc.description.abstract | The 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.sponsorship | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Uberlândia | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Turbinas hidrocinéticas | pt_BR |
| dc.subject | Hydrokinetic turbines | pt_BR |
| dc.subject | Conjuntos de turbinas | pt_BR |
| dc.subject | turbine arrays | pt_BR |
| dc.subject | BEM | pt_BR |
| dc.subject | Blade Element Momentum | pt_BR |
| dc.subject | Modelo de esteira | pt_BR |
| dc.subject | wake modeling | pt_BR |
| dc.subject | Modelo de Jensen | pt_BR |
| dc.subject | Jensen model | pt_BR |
| dc.subject | Modelo de esteira gaussiano | pt_BR |
| dc.subject | Gaussian wake model | pt_BR |
| dc.subject | Energia renovável | pt_BR |
| dc.subject | renewable energy | pt_BR |
| dc.subject | HydroBEM | pt_BR |
| dc.subject | HydroBEM | pt_BR |
| dc.title | Proposta de uma metodologia para avaliação de desempenho de fazendas de turbinas hidrocinéticas por métodos de ordem reduzida | pt_BR |
| dc.title.alternative | Proposal for a methodology to evaluate the performance of hydrokinetic turbine farms using reduced-order methods | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Souza, Francisco José de | - |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1257320066520278 | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Mariano, Felipe Pamplona | - |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4538460201961283 | pt_BR |
| dc.contributor.referee2 | Duarte, Carlos Antônio Ribeiro | - |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/3533635470069420 | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Padilla, Elie Luis Martínez | - |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/1525969231971828 | pt_BR |
| dc.contributor.referee4 | Silveira Neto, Aristeu da | - |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/4650888739121183 | pt_BR |
| dc.creator.Lattes | https://lattes.cnpq.br/5324612915986465 | pt_BR |
| dc.description.degreename | Tese (Doutorado) | pt_BR |
| dc.description.resumo | Com 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.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| dc.sizeorduration | 149 | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS | pt_BR |
| dc.identifier.doi | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.538 | pt_BR |
| dc.orcid.putcode | 221317310 | - |
| dc.subject.autorizado | Engenharia mecânica | pt_BR |
| dc.subject.autorizado | Desempenho - Avaliação | pt_BR |
| dc.subject.autorizado | Turbinas | pt_BR |
| dc.subject.ods | ODS::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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|---|---|---|---|---|
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