Análise da influência do número de pás na turbulência causada por turbinas eólicas de eixo horizontal

Abstract

A energia eólica ocupa uma posição estratégica na matriz energética brasileira, sendo crucial a otimização da eficiência dos parques eólicos. A formação de esteiras turbulentas (wakes) a jusante das turbinas é um dos fatores de perdas energéticas e fadiga estrutural. Este trabalho tem como objetivo analisar a influência do número de pás na intensidade da turbulência, no arrasto e no torque estático gerados por turbinas eólicas de eixo horizontal. A metodologia adotada consistiu em uma abordagem quantitativa utilizando simulações de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) no software ANSYS. Foram modeladas geometrias de rotores com duas, três, quatro e cinco pás, submetidas a um escoamento de ar com velocidade de 7,35 m/s, utilizando o modelo de turbulência k-$\omega$ SST. As simulações consideraram o rotor em condição estática para isolar os efeitos geométricos da obstrução no escoamento. Os resultados demonstraram que o aumento do número de pás eleva a solidez do rotor, resultando em um aumento significativo na força de arrasto e no torque estático, o que favorece a partida em ventos fracos. Em relação à turbulência, observou-se que rotores com menos pás geram picos de intensidade turbulenta mais elevados e concentrados, enquanto configurações com maior número de pás promovem uma homogeneização mais rápida da esteira. Conclui-se que, embora um maior número de pás aumente o torque inicial, as perdas associadas ao arrasto e a complexidade estrutural justificam a predominância comercial de turbinas com três pás.