Um estudante de engenharia da Penn State refinou um problema matemático centenário em uma forma mais simples e elegante, tornando-o mais fácil de usar e explorar. O trabalho de Divya Tyagi expande a pesquisa em aerodinâmica, desbloqueando novas possibilidades no design de turbinas eólicas que Hermann Glauertt um aerodinamicista britânico e autor original, não considerou.

Tyagi, uma estudante de pós-graduação cursando mestrado em engenharia aeroespacial, concluiu este trabalho como uma estudante de graduação da Penn State para sua tese do Schreyer Honors College. Sua pesquisa foi publicada na Wind Energy Science .

"Criei um adendo ao problema de Glauert que determina o desempenho aerodinâmico ideal de uma turbina eólica resolvendo as condições ideais de fluxo para uma turbina a fim de maximizar sua produção de energia ", disse Tyagi, que obteve seu diploma de bacharel em engenharia aeroespacial.

Seu orientador, Sven Schmitz, professor da cátedra Boeing/AD Welliver no Departamento de Engenharia Aeroespacial e coautor do artigo, disse que o trabalho original de Glauert se concentrou exclusivamente no coeficiente de potência máxima atingível, que mede a eficiência com que uma turbina converte energia eólica em eletricidade.

Entretanto, Glauert não levou em consideração os coeficientes totais de força e momento que atuam no rotor — a unidade giratória com pás acopladas — ou como as pás da turbina se dobram sob a pressão do vento.

"Se você tem os braços abertos e alguém pressiona sua palma, você tem que resistir a esse movimento", disse Schmitz, um membro do corpo docente do Instituto de Energia e Meio Ambiente. "Nós chamamos isso de força de empuxo a favor do vento e momento de flexão da raiz, e as turbinas eólicas devem suportar isso também. Você precisa entender o quão grande é a carga total, o que Glauert não fez."

Schmitz disse que a simplicidade do adendo de Tyagi baseado no cálculo de variações, um método matemático usado para problemas de otimização restrita , permitirá que as pessoas explorem novas facetas do projeto de turbinas eólicas.

Tyagi disse que vê seu trabalho como um passo para melhorar a produção de energia eólica e reduzir custos.

"Melhorar o coeficiente de potência de uma grande turbina eólica em apenas 1% tem impactos significativos na produção de energia de uma turbina, e isso se traduz em outros coeficientes para os quais derivamos relações", disse ela. "Uma melhoria de 1% no coeficiente de potência poderia aumentar notavelmente a produção de energia de uma turbina, potencialmente abastecendo uma vizinhança inteira."

Durante seu último ano, Tyagi ganhou o Prêmio Anthony E. Wolk por sua tese sobre o adendo ao trabalho de Glauert. O Prêmio Wolk é concedido a um veterano em engenharia aeroespacial que desenvolveu a melhor tese entre os alunos de engenharia aeroespacial .

Atualmente cursando mestrado, Tyagi estuda simulações computacionais de dinâmica de fluidos, analisando o fluxo de ar ao redor do rotor de um helicóptero.

"O objetivo é integrar isso ao fluxo complexo ao redor de um navio para ver como o rastro aéreo do navio interage com um helicóptero tentando pousar em seu convés", disse ela.

Sua pesquisa apoiada pela Marinha dos EUA visa melhorar a simulação de voo e a segurança do piloto por meio de uma melhor compreensão dessas interações dinâmicas.

Refletindo sobre sua pesquisa de graduação, Tyagi disse que provar sua solução no papel foi desafiador.

"Eu passava de 10 a 15 horas por semana entre o problema, a escrita da tese e a pesquisa. Levava muito tempo porque era muito intensivo em matemática", ela disse. "Mas me sinto muito orgulhosa agora, vendo todo o trabalho que fiz."

Schmitz, que vem analisando o problema de Glauert há décadas, deu crédito à persistência de Tyagi em lidar com o problema.

"Quando pensei no problema de Glauert, pensei que faltavam etapas e que era muito complicado", disse Schmitz. "Tinha que haver uma maneira mais fácil de fazer isso. Foi quando Divya entrou. Ela foi a quarta aluna que desafiei a olhar para isso, e ela foi a única que aceitou. O trabalho dela é realmente impressionante."