Investigação numérica da coleta de energia a partir do fenômeno de vibrações induzidas pela emissão de vórtices utilizando de piezoeletricidade

Resumo

O escoamento ao redor de um corpo cilíndrico pode, sob certas condições, estar sujeito à separação da camada limite e ao surgimento do desprendimento alternado de vórtices. No caso de uma estrutura elástica, quando a frequência de emissão de vórtices é próxima de uma de suas frequências naturais, caracteriza-se o fenômeno de vibrações induzidas pela emissão de vórtices (VIV), de relevância no contexto da dinâmica de risers e outras estruturas oceânicas. No VIV, as máximas amplitudes de oscilação são da ordem de um diâmetro estrutural e ocorrem em uma determinada faixa de velocidades de correnteza incidente. Usualmente, é de interesse suprimir tais oscilações, uma vez que elas podem acelerar o processo de fadiga das estruturas. No entanto, dado o seu caráter auto-excitado, diversos grupos de pesquisa ao redor do mundo têm investido esforços na utilização do VIV como fonte de energia renovável e limpa para a alimentação de pequenos equipamentos. Outra fonte de investigação relacionada a energias renováveis consiste no uso de materiais piezoelétricos (que associam tensão elétrica quando deformados mecanicamente) em estruturas oscilantes. O objetivo deste plano de pesquisa é utilizar os modelos fenomenológicos preditivos do VIV em conjunto com equações constitutivas de materiais piezoelétricos para simulação da operação de coleta de energia.