Análise dinâmica de torres de geradores eólicos sob carregamento aleatório do vento

• Autor(a) principal: Foschiera, Lucas Carminatti
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/188011
• topic: Engenharia mecânica; Wind Turbines; Correlated wind field generation; Frequency domain analysis; Newmark method

Nos últimos anos a utilização de energias renováveis e limpas cresceu substancialmente. No Nordeste Brasileiro, em 2017, ela representou 50% do abastecimento em energia. O Brasil é um país de enorme potencial gerador e neste contexto, o projeto de torres de aerogeradores merece um destaque especial no impacto de custos e segurança na viabilidade econômica de empreendimentos. Avaliar esforços e deslocamentos tanto nas pás, torres e fundações é de vital importância para o correto projeto de tais estruturas. Este trabalho propõe uma metodologia para avaliar o comportamento dinâmico de aerogeradores levando em conta o efeito da ação do vento em seus componentes estruturais (torre, nacele e pás). Este comportamento é importante principalmente para a correta avaliação das componentes flutuantes de esforços que surgem devido à condição aleatória do vento. Para isto, um modelo de geração de sinais de velocidade do vento correlacionados no tempo e no espaço é adotado. Este, segue uma Densidade Espectral de Potência usual de von Kárman que possui parâmetros como intensidades de turbulência e desvios padrões das flutuações da velocidade do vento nas três direções, perfil de velocidades com a altura, e coeficientes de decaimento da coerência com a distância entre os pontos de ação do vento. É investigada se a análise feita no domínio do tempo e diretamente no domínio da frequência está adequada quanto ao tempo de simulação e ao esforço computacional na avaliação dos valores RMS de sinais de aceleração e deslocamentos em pontos específicos do aerogerador, assim como reações nas fundações. O modelo proposto do aerogerador leva em conta os perfis de esforços como cortantes, momentos fletores e torsores. A implementação foi realizada em ambiente e linguagem de programação Matlab com rotinas próprias para visualização de grandezas de interesse de forma sistematizada. Uma metodologia no domínio do tempo pelo Método de Newmark para a integração é utilizada nas simulações no tempo. Para as simulações no domínio da frequência, a integração direta das densidades espectrais de potências das grandezas de interesse (deslocamentos, acelerações, etc) pelo método dos trapézios é empregado. Resultados para uma simulação típica são investigados e comparadas em situações diversas de velocidade de vento e parâmetros para a simulação da estrutura. Resultados obtidos indicam similaridades quanto a frequências naturais, modos de vibração além de amplitudes de vibração com casos relatados na literatura.