Análise dinâmica de aerogeradores offshore com fundação tipo monopilar
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/39123 |
Resumo: | É notório o contínuo aumento da produção de energia eólica nos últimos anos. O potencial eólico da Zona Econômica Exclusiva Brasileira (ZEE) é significativo, com plataforma continental de baixa profundidade e velocidade do vento extremamente favorável na região Nordeste. A exploração de energia eólica offshore aparece, então, como uma alternativa para a expansão das fontes nacionais de energia primária. O tipo monopilar representa aproximadamente 80% das soluções globais de fundação de turbinas offshore. Em geral, o estudo das estruturas de suporte das turbinas é desafiante para a engenharia estrutural, uma vez que são estruturas extremamente esbeltas submetidas a esforços de natureza dinâmica, como o vento, ondas, abalos sísmicos e as próprias excitações do sistema. Este trabalho tem como objetivo propor e desenvolver dois modelos numéricos que realizem a análise modal e obtenham a resposta transiente de torres eólicas sobre monopilar, quando submetidas à ação do vento no rotor. Ambos os modelos utilizam o Método dos Elementos Finitos (MEF), sendo um unidimensional e o outro tridimensional. Além disso, é verificada a influência de um conjunto de aspectos dinâmicos na análise: a interação solo-estrutura (ISE) por modelos simplificados, o efeito da carga axial e a interação fluido-estrutura (IFE) pelo modelo simplificado da Massa Hidrodinâmica Adicional e por elementos de fluido acústico. Observa-se que o fator de maior impacto nas frequências naturais do sistema é a ISE, seguida da IFE. Demonstra-se que através do modelo 1D é possível estimar satisfatoriamente as frequências naturais e modos de vibração da fase II da turbina de referência NREL 5MW considerando os resultados da literatura. |
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BARROS, Diogo César Figueirôahttp://lattes.cnpq.br/8913204517390451http://lattes.cnpq.br/0171120821110850RIBEIRO, Paulo Marcelo Vieira2021-01-26T12:37:58Z2021-01-26T12:37:58Z2020-02-20BARROS, Diogo César Figueirôa. Análise dinâmica de aerogeradores offshore com fundação tipo monopilar. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2020.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/39123É notório o contínuo aumento da produção de energia eólica nos últimos anos. O potencial eólico da Zona Econômica Exclusiva Brasileira (ZEE) é significativo, com plataforma continental de baixa profundidade e velocidade do vento extremamente favorável na região Nordeste. A exploração de energia eólica offshore aparece, então, como uma alternativa para a expansão das fontes nacionais de energia primária. O tipo monopilar representa aproximadamente 80% das soluções globais de fundação de turbinas offshore. Em geral, o estudo das estruturas de suporte das turbinas é desafiante para a engenharia estrutural, uma vez que são estruturas extremamente esbeltas submetidas a esforços de natureza dinâmica, como o vento, ondas, abalos sísmicos e as próprias excitações do sistema. Este trabalho tem como objetivo propor e desenvolver dois modelos numéricos que realizem a análise modal e obtenham a resposta transiente de torres eólicas sobre monopilar, quando submetidas à ação do vento no rotor. Ambos os modelos utilizam o Método dos Elementos Finitos (MEF), sendo um unidimensional e o outro tridimensional. Além disso, é verificada a influência de um conjunto de aspectos dinâmicos na análise: a interação solo-estrutura (ISE) por modelos simplificados, o efeito da carga axial e a interação fluido-estrutura (IFE) pelo modelo simplificado da Massa Hidrodinâmica Adicional e por elementos de fluido acústico. Observa-se que o fator de maior impacto nas frequências naturais do sistema é a ISE, seguida da IFE. Demonstra-se que através do modelo 1D é possível estimar satisfatoriamente as frequências naturais e modos de vibração da fase II da turbina de referência NREL 5MW considerando os resultados da literatura.CAPESThere has been a steady increase in wind energy production in recent years. The wind potential of the Brazilian Exclusive Economic Zone (ZEE) is significant, with a continental shelf of shallow depth and extremely favorable wind speed in the Northeast region. Offshore wind power exploration appears as an alternative for the expansion of the national primary energy sources. The monopile type represents approximately 80% of the global foundation solutions for Offshore Wind Turbines. In general, the study of turbine support structures is challenging for structural engineering, since they are extremely slender subjected to loads of dynamic nature, such as wind, waves, seismic action and the own system vibrations. This work aims to propose and develop two numerical models able to carry out a modal analysis and to obtain a transient response of towers over monopiles, when subjected to the wind action on the rotor. Both models use the Finite Element Method (FEM), one being one-dimensional and the other three-dimensional. In addition, the influence of a set of dynamic aspects is verified in the analysis: the soil-structure interaction (ISE) by simplified models, the axial load effect and the fluid-structure interaction (IFE) by the simplified model of Added Hydrodynamic Mass and by elements of acoustic fluid. It was noticed that the factor with greatest impact on the system’s natural frequencies is ISE, followed by IFE. Also, it is shown that using the 1D model one may obtain good estimations of the system’s natural frequencies and vibration modes of the Phase II of the NREL 5MW reference turbine, considering the results of the literature.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia CivilUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia CivilTurbinas eólicasDinâmica estruturalSolo-estruturaFluido-estruturaAnálise dinâmica de aerogeradores offshore com fundação tipo monopilarinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPECC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39123/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52ORIGINALDISSERTAÇÃO Diogo César Figueirôa Barros.pdfDISSERTAÇÃO Diogo César Figueirôa Barros.pdfapplication/pdf3854823https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39123/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Diogo%20C%c3%a9sar%20Figueir%c3%b4a%20Barros.pdf773e55967a0fab4db08fc04840bde8b5MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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