Author(s): Gaspar, Pedro Miguel Tavares
Date: 2015
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/5602
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Sector energético; Produção descentralizada; Turbina de Tesla; Ensaio laboratorial; Modelo analítico; Modelação numérica; MFC; CFD; Energy sector; Decentralized energy; Tesla turbine; Laboratory test; Analytical model; Numerical modeling
Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica
O estado do sector energético mundial e o atual estado do ambiente constituem um dos maiores desafios que a Humanidade terá que resolver nas próximas décadas. Para responder às crescentes necessidades energéticas, sem causar a degradação do meio ambiente, as sociedades têm vindo a adotar formas alternativas de produção de energia elétrica, exemplo disso é o desenvolvimento de unidades de produção descentralizada. No presente trabalho pretendeu-se estudar uma turbina pouco convencional, a turbina de Tesla, em que o rotor é formado por uma série de discos lisos, paralelos e igualmente espaçados entre si e acoplados ao veio, visando a sua aplicação para a produção descentralizada. Recorrendo a modelos analíticos e numéricos (MFC), pretendeu-se caraterizar o funcionamento da turbina afim de a poder otimizar. É elaborado ainda um modelo físico da turbina que valida os resultados obtidos pelos modelos. O modelo físico desenvolvido apresenta um rendimento máximo de cerca de 40% para uma velocidade de rotação de 377 rad/s. Os resultados obtidos indicam que a turbina de Tesla apresenta um desempenho mais elevado para a geração de potência reduzida, quando comparada com turbinas mais convencionais. Isto indica que a turbina tem interesse para aplicações de baixa potência ou onde os custos são um fator principal, sendo por isso uma tecnologia com potencial para a produção descentralizada.
Abstract: The state of the global energy sector and the current state of the environment is one of the greatest challenges that humanity have to solve in the next decades. To respond the energy demand without causing degradation of the environment, the societies have been adopting alternative ways of electric energy production, example of this is the adoption of decentralized energy units. In this work it is intended to study an unconventional turbine, the Tesla turbine, wh ere the rotor is formed by a series of flat disks, parallel and equally spaced from each other and coupled to the shaft, aiming at its application to decentralized energy. Using analytical and numerical models (CFD) is intended to characterize the operation of the turbine in order to optimize the power. It was also produced a physical model of the turbine that validates the results obtained by the models. The physical model developed has a maximum efficiency of about 40% at a rotation of 377 rad/s. The results indicate that Tesla turbine presents parameters in their best performance for low power applications, compared with conventional turbines. This indicates that the turbine could be attractive for low power applications or where first costs are a main factor, a technology is therefore of interest to apply the decentralized production.
