Estudante americana resolve problema matemático com 100 anos!

Uma jovem estudante reformulou um problema matemático com mais de 100 anos e descobriu uma solução simples, mas elegante, que pode otimizar as condições de fluxo das turbinas eólicas e aumentar significativamente a sua eficiência.

Divya Tyagi, estudante de engenharia aeroespacial na Penn State, nos Estados Unidos, desenvolveu uma alteração à solução do disco de rotor ótimo proposta pelo britânico Hermann Glauert.

Quando olhei para o problema de Glauert, percebi que faltavam passos e que a abordagem era excessivamente complexa. Estava convencido de que existia uma abordagem melhor.

Foi então que a Divya interveio. Desafiei outros três estudantes antes dela, mas foi a única que realmente se comprometeu. O trabalho dela é verdadeiramente impressionante.

Explica Sven Schmitz, professor no Departamento de Engenharia Aeroespacial da universidade e coautor do estudo.

Abordagem inovadora para melhorar as turbinas eólicas

Divya dedicou inúmeras horas ao problema e acabou por desenvolver uma solução baseada no cálculo de variações, um método matemático para otimização com restrições.

Criei um complemento ao problema de Glauert que determina o desempenho aerodinâmico ótimo de uma turbina eólica, resolvendo as condições de fluxo ideais para maximizar a sua produção de energia.

Afirma a estudante.

Schmitz sublinha que o trabalho original de Glauert se focava exclusivamente no coeficiente máximo de potência, que mede a eficiência da turbina na conversão do vento em eletricidade. No entanto, Glauert não considerou os coeficientes totais de força e momento no rotor - a unidade giratória com pás acopladas - nem o impacto da flexão das pás sob a pressão do vento.

Imaginem que estendem os braços e alguém pressiona as vossas palmas. Têm de resistir a essa força. Chamamos a isso força de impulso a favor do vento e momento de flexão na raiz. As turbinas eólicas também têm de lidar com estas forças.

É essencial compreender a magnitude total da carga, algo que Glauert não abordou.

Exemplifica o professor, destacando que a abordagem de Divya poderá influenciar a próxima geração de turbinas eólicas.

Divya destaca ainda o impacto concreto da sua descoberta. De acordo com a estudante, um aumento de apenas 1% pode ser suficiente para alimentar um bairro inteiro.

Planos e investigações em curso

Graças a este trabalho, Divya Tyagi foi distinguida com o Prémio Anthony E. Wolk pela melhor tese de engenharia aeroespacial entre os seus colegas. A jovem investigadora acredita que os seus resultados podem contribuir para turbinas mais eficientes e avanços na energia renovável.

Atualmente, a estudante está a prosseguir um mestrado e a aprofundar os seus conhecimentos em simulações de dinâmica de fluidos computacional. O seu trabalho atual foca-se no estudo do fluxo de ar em torno dos rotores de helicópteros, numa investigação financiada pela Marinha dos EUA, com o objetivo de melhorar a segurança dos pilotos e a simulação de voo.

Passei entre 10 a 15 horas por semana a trabalhar no problema, a escrever a tese e a realizar investigação. Foi um desafio muito exigente em termos matemáticos, mas agora sinto um grande orgulho ao ver o resultado de todo este esforço.

Recorda Divya.

O estudo foi publicado na revista Wind Energy Science (WES).

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