Disciplina

Área

Área Científica de Termofluidos e Tecnologias de Conversão de Energia > Tecnologias de Conversão de Energia

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Nível

A classificação final é composta por dois testes (T1 e T2), um trabalho (A) e um projeto final (P). Todos os componentes da avaliação são realizados durante o período regular de aulas e, como tal, são elementos de avaliação contínua. O trabalho consiste no projeto aerodinâmico e na análise de uma turbina eólica usando o método BEM. O projeto final compara os dados experimentais adquiridos no trabalho de laboratório com os resultados de um programa de cálculo de escoamento potencial hidrodinâmico (WAMIT). A nota final (FG) é calculada a partir de FG = 0,25×A + 0,25×P + 0,25×T1 + 0,25×T2 sujeito a FG ≥ 9,5 e T1 ≥ 6,5 e T2 ≥ 6,5 e 0,5×(T1 + T2) ≥ 9,5 para a conclusão da UC.

Tipo

Não Estruturante

Regime

Semestral

Carga Horária

1º Semestre

3.0 h/semana

0.5 h/semana

119.0 h/semestre

Objectivos

Após a conclusão da UC, o aluno deverá estar familiarizado com: • os fundamentos da teoria aerodinâmica para turbinas eólicas; • a modelação numérica e simulação do controlo de turbinas eólicas; • o recurso eólico offshore e as diferenças para o recurso eólico em terra; • a teoria das ondas lineares; • a estabilidade hidrodinâmica e dinâmica das fundações flutuantes eólicas offshore (FFEO); • os sistemas de amarração e tipos de âncoras; • estimativas de cargas do vento, ondas e correntes em estruturas offshore fixas e flutuantes; • os procedimentos de laboratório para ensaiar FFEOs.

Programa

AERODINÂMICA, MODELAÇÃO E CONTROLO DE TURBINAS • Teoria dos perfís alares. Teoria da quantidade de movimento dos elementos de pá (BEM). Linha sustentadora. • Clima do vento e produção de energia • Escoamento potencial e métodos baseados em RANS • Regulação de potência, produção de energia e controlo de turbinas. • Princípios de projeto de parques eólicos e aspetos operacionais. FUNDAÇÕES FLUTUANTES EÓLICAS OFFSHORE (FFEO) • Tipos de FFEO • Teoria das ondas lineares: ondas regulares e irregulares. • Lei da flutuação. Estabilidade a pequenos e grandes ângulos. Estabilidade dinâmica e em avaria. • Dinâmica de FFEO. Sistemas simples/corpos múltiplos: vibrações livres e forçadas, frequência natural e decaimento livre. Frequência de encontro. Acoplamento aerodinâmico/hidrodinâmico. • Tipos de amarração e ancoragem. Análise estática. Cabos inelásticos e elásticos. • Cargas de corrente, vento e ondas nas estruturas. Equação de Morison. • Métodos experimentais aplicados a FFEOs

Metodologia de avaliação

A classificação final é composta por dois testes (T1 e T2), um trabalho (A) e um projeto final (P). Todos os componentes da avaliação são realizados durante o período regular de aulas e, como tal, são elementos de avaliação contínua. O trabalho consiste no projeto aerodinâmico e na análise de uma turbina eólica usando o método BEM. O projeto final compara os dados experimentais adquiridos no trabalho de laboratório com os resultados de um programa de cálculo de escoamento potencial hidrodinâmico (WAMIT). A nota final (FG) é calculada a partir de FG = 0,25×A + 0,25×P + 0,25×T1 + 0,25×T2 sujeito a FG ≥ 9,5 e T1 ≥ 6,5 e T2 ≥ 6,5 e 0,5×(T1 + T2) ≥ 9,5 para a conclusão da UC.

Pré-requisitos

Mecânica dos fluidos e capacidades básicas de programação.

Componente Laboratorial

O trabalho de laboratório consiste em testar um modelo à escala 1:160 de uma plataforma semi-submersível para uma turbina eólica sob a ação das ondas. A geometria é baseada na plataforma semi-submersível DeepCwind desenvolvida para a turbina eólica NREL 5MW. O modelo é fabricado com peças de PVC e possui um balastro de aço para o ajuste das propriedades físicas. A plataforma está ancorada no canal de ondas usando três linhas de amarração. Os testes são realizados no canal de ondas IST. Este canal possui um sistema de geração de ondas capaz de produzir ondas unidirecionais regulares e irregulares. O laboratório está equipado com sondas resistivas para medir o deslocamento da superfície livre e um sistema de rastreio do movimento da plataforma (câmaras de infra-vermelhos) considerando seis graus de liberdade. Os dados adquiridos permitem o cálculo do operador de resposta em amplitude para os movimentos de arfagem, cabeceio e avanço-recuo da plataforma.

Princípios Éticos

Todos os membros do grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação, todo o aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa Avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.

Componente de Programação e Computação

Os alunos devem desenvolver um código de computador baseado na teoria BEM para o projeto e análise de uma turbina eólica de eixo horizontal para diferentes TSRs. A linguagem de computação é escolhida pelos alunos. Para o pós-processamento dos dados do laboratório, os alunos precisam executar um código de computador que calcula os operadores de resposta em amplitude e outros parâmetros relevantes. Além disso, devem validar os resultados calculados. Para concluir o trabalho (A) e o projeto final (P), os alunos devem usar capacidades de abstração, automação e programação com raciocínio algorítmico, estimadas em 0,4 ECTS.

Componente de Competências Transversais

O trabalho e o projeto final são apresentados e discutidos com o corpo docente. O trabalho de laboratório deve ser realizado em grupo. No final do curso, realiza-se um seminário de um dia que traz ao IST vários especialistas da indústria marítima e offshore. Este seminário cria uma ligação entre os estudantes e a indústria eólica offshore.

Bibliografia

Principal

"Wind Turbine Technology"

David Spera (Editor)

2009

2nd Edition, ASME


"Innovation in Wind Turbine Design"

Peter Jamieson

2011

Wiley


"Wind Energy Explained: Theory, Design and Application"

J. F. Manwell, J. G. Mcgowan, A. L. Rogers

2010

Wiley.


"Aerodynamics of Wind Turbines"

M. O. L. Hansen

2008

Earthscan


"Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists"

R. G. Dean, R. A. Dalrymple

1984

World Scientific.


" Principles of Naval Architecture - Volume I - Stability and Strength"

E.V. Lewis (Eds.)

1998

The Society of Naval Architects and Marine Engineers.