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Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

O trabalho apresenta uma análise do desempenho de turbinas de eixo horizontal equipadas com difusores. Um conjunto de 155 artigos na área é analisado e classificado. A amostra de trabalho é dividida entre as 16 principais linhas de pesquisa para discussão. Métricas de análise de desempenho são propostas baseadas em coeficiente de potência e velocidade de ponta de pá, para quatificar e comparar todas as turbinas de eixo horizontal com difusor em uma métrica unificada. Sugestões de projeto para o desenvolvimento de um difusor para turbinas de eixo horizontal são apresentadas com base na análise de 73 casos. A análise de coeficiente de potência sobre a amostra apresenta que, em 58% dos casos, as turbinas com difusor apresentaram um coeficiente de potência maior que a turbina sem difusor ampliada para o mesmo diâmetro. A análise sobre a velocidade de ponta de pá mostra que em quase 90% dos casos as turbinas apresentaram uma diminuição no seu intervalo operacional após a adição do difusor. Cinco turbinas de alto desempenho são discutidas, realçando suas metodologias e contribuições. Cuidado é necessário ao utilizar difusores com turbinas de alto desempenho; especialmente nesses casos, o conjunto turbina-difusor deve ser projetado simultâneamente levando em consideração que vão operar juntos.

A performance analysis of the literature of diffuser-augmented horizontal-axis turbines is presented. A collection of 155 articles in the area is analyzed and classified. The work sample is divided into 16 main research branches for discussion. Power assessment metrics are proposed based on power coefficient and tip-speed-ratio, to quantify and compare all diffuser-augmented turbines in a unified, meaningful manner. Design suggestions for the development of diffuser- augmented turbines are pointed out based on the analysis of 73 cases. A power coefficient assessment on the work sample presented that, in 58% of the cases, the diffuser-augmented turbines surpassed the power coefficient of scaled bare turbines of the same diameter. A tip- speed-ratio assessment presented that almost 90% of the diffuser-augmented turbines developed a narrower operational interval. Five high-performing diffuser-augmented turbines are discussed, highlighting their methodologies and contributions. Caution is advised when coupling a diffuser to a bare turbine with an already high power coefficient; the diffuser-augmented turbine, especially in those cases, should be designed employing a simultaneous diffuser-rotor optimization.