Estudo experimental e numérico de uma turbina eólica de eixo horizontal em escala reduzida com e sem difusor

A demanda global por fontes renováveis de energia tem aumentado significativamente nos últimos anos, dentre as formas mais conhecidas destaca-se a energia eólica que, impulsionada pela colaboração de empresas de tecnologia juntamente com governos que estão cada vez mais interessados por esta forma de energia, tem se desenvolvido consideravelmente nas últimas décadas. As turbinas eólicas de eixo horizontal se destacam dentre os demais tipos na geração eólica, apresentando a vantagem de aumentar a sua capacidade de geração de potência através da utilização de difusores, que envolvem a turbina e aceleram o escoamento do ar através do rotor. Neste contexto, estudos em laboratório em modelos de turbinas em escala reduzida são de fundamental importância para o desenvolvimento de novas tecnologias, a partir de metodologias experimentais complementadas pela dinâmica dos fluidos computacional (CFD) é possível prever o comportamento de turbinas eólicas em escala real dentro de várias condições de operação. A pesquisa deste trabalho foi desenvolvida sobre uma turbina eólica de eixo horizontal didática com rotor de quatro pás e difusor de material ABS impresso em uma impressora 3D. Foram desenvolvidos estudos experimentais em túnel de vento com o modelo em escala (1:5,5) com e sem difusor, além de simulações numéricas do modelo via o plugin CFX do software comercial Ansys Workbench. Para os ensaios em túnel de vento foi desenvolvido um sistema de controle de malha fechada PID integrado à um Arduino, responsável pelo controle de rotação da turbina através da modulação PWM do freio aplicado sobre o equipamento. Foram obtidos dados experimentais para as velocidades do vento de 6, 7 e 8 metros por segundo, em cada ensaio a velocidade de escoamento foi mantida constante enquanto a rotação da turbina foi reduzida gradualmente pelo sistema de modulação, de forma a plotar a curva de potência (𝐶𝑝) para diferentes velocidades específica de ponta de pá (λ). Os resultados experimentais mostraram um aumento considerável na potência extraída do vento pelo modelo em túnel de vento, chegando em 33% com a utilização do difusor em uma velocidade do vento de 8 metros por segundo.