Controle de vibrações em turbina eólica utilizando absorvedor passivo de coluna de líquido sintonizado

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Alkmim, Mansour Hassan
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: http://bdm.unb.br/handle/10483/13549
Resumo: Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015.
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spelling Alkmim, Mansour HassanMorais, Marcus Vinicius Girão deFabro, Adriano TodorovicALKMIM, Mansour Hassan. Controle de vibrações em turbina eólica utilizando absorvedor passivo de coluna de líquido sintonizado. 2015. xiii, 81 f., il. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2015.http://bdm.unb.br/handle/10483/13549Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015.Mecanismos de absorção de vibração se fazem necessários para reduzir níveis de vibração em diversas aplicações de engenharia como pontes, edifícios, aerogeradores, entre outros. Na literatura existem diversos estudos acerca dos vários tipos de absorvedores. Um dos dispositivos mais promissores para a absorção de energia são os absorvedores que utilizam líquidos devido principalmente a sua simplicidade e baixo custo. Em especial, os Absorvedores por Colunas de Líquido Sintonizado (ACLS) – do inglês Tuned Liquid Column Damper (TLCD) – são uma classe de controle passivo que utilizam líquidos em um reservatório em forma de “U” para controlar a vibração da estrutura primária. A energia é dissipada pela passagem de liquido por um orifício dentro do reservatório que possui perdas de cargas como características intrínsecas associadas a efeitos de turbulência e de fricção. A aplicação estudada no trabalho para esses tipos de dispositivos são as turbinas eólicas. Devido a sua geometria delgada e o alto custo associado a construção e manutenção dessas estruturas, dispositivos de absorção de vibração são aplicados para prolongar a vida útil dos aerogeradores e proteção contra a excitação proveniente das forças dos ventos. Esse trabalho apresenta uma revisão bibliográfica acerca do tema controle estrutural de vibração e seus diversos tipos de dispositivos estudados pela literatura bem como os avanços nas últimas décadas acerca do assunto. Conceitos teóricos básicos de vibrações mecânicas são apresentados como vibração em sistemas com um grau de liberdade, sistemas com dois graus de liberdade e absorvedores de vibração. Também são discutidos tópicos de vibração aleatória dando ênfase às ferramentas estocásticas e probabilística que fornecem conceitos essenciais como densidade espectral de potência e autocorrelação. Em seguida, é apresentado o modelo matemático proposto e os métodos utilizados para tratar a não-linearidade presente no sistema. Métodos de otimização desenvolvidos pela literatura foram usados para se determinar parâmetros otimizados do sistema e por fim uma análise comparativa é realizada considerando o sistema linearizado equivalente e o sistema não-linear utilizando tanto forçamento harmônico quanto forçamento aleatório. A objetivo da análise consiste em comparar o modelo não-linear com o seu equivalente linear. Para isso, utilizam-se os conceitos de linearização estatística que procuram minimizar o erro dessa aproximação. Em seguida são analisadas os métodos de solução utilizando dois tipos de forçamentos, o forçamento harmônico e o forçamento aleatório. iii Para o forçamento harmônico, primeiramente são feitas comparação apenas com o ACLS e depois o sistema integrado a estrutura variando parâmetros. Para a análise com forçamento aleatório, comparam-se os sistema linear e não-linear utilizando os conceitos de densidade espectral de potência. Os resultados apresentados para o forçamento harmônico mostram que o modelo linear apresenta boa acurácia embora a resposta apresente uma maior amplitude que para amortecimento não-linear. Para a análise com forçamento aleatório, primeiro se descreve o algoritmo utilizado e os dois métodos utilizados para a comparação. Nesse caso, o resultados obtidos são apresentados tanto utilizando ruído branco quanto espectro do tipo filtro de primeira ordem, este último apresenta resultados mais satisfatórios pois é um modelo fisicamente mais realista do que o ruído branco. O comparativo foi feito considerando os sistema não-linear e linearizado e obteve-se uma boa aproximação entre os dois.Submitted by Nayara Silva (nayarasilva@bce.unb.br) on 2016-05-09T19:44:58Z No. of bitstreams: 1 2015_MansourHassanAlkmim.pdf: 6198441 bytes, checksum: 03ffb4b7d16c5a5aed0f10a3450cb921 (MD5)Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2016-07-05T12:34:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_MansourHassanAlkmim.pdf: 6198441 bytes, checksum: 03ffb4b7d16c5a5aed0f10a3450cb921 (MD5)Made available in DSpace on 2016-07-05T12:34:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_MansourHassanAlkmim.pdf: 6198441 bytes, checksum: 03ffb4b7d16c5a5aed0f10a3450cb921 (MD5)Vibration absorbing mechanisms are promising devices that help reducing vibration levels in many engineering applications such as bridges, buildings, wind turbines, among others. In the literature, there are several studies on a variety of absorbers. One of the most promising devices for the absorption of energy are those using liquid, mainly due to its simplicity and low cost. In particular, Tuned Liquid Column Damper (TLCD) is a class of passive control, which utilize liquid in a “U” shape reservoir to control structural vibration of the primary system. The energy is dissipated from the movement of the liquid passing through an orifice in the reservoir, which has head-losses associated with turbulent, and friction effects. The application of TLCDs in wind turbines presented in this work gain significant attention mainly due to its slender geometry, the high cost associated with building, manufacture and the maintenance of these structures. Vibration absorbers devices are applied to extend the life and safety of the wind turbines from the wind forces. This work presents a literature overview on the subject structural control describing the different types of devices studied by the literature as well as advances in recent years on the subject. Basic theoretical concepts are shown, for instance, vibration of single degree of freedom systems, vibration of two degree of freedom systems and vibration absorbers. In addition, topics of random vibration are discussed with an emphasis on stochastic and probabilistic tools providing the essential concepts such as power spectral density and autocorrelation. Then, the mathematical model and the methods used to overcome the nonlinearity present in the system are shown. Optimization methods developed by the literature are used to determine optimum parameters of the system and finally a comparative analysis is made considering the linearized system and the equivalent nonlinear system using both harmonic and random excitation. The objective of the analysis is to compare the nonlinear model with the linear equivalent. In order to accomplish this, the concepts of statistical linearization seeking to minimize the error between the nonlinear and equivalent linear system are used. Next, a variety of methods of solution are analyzed using two types of excitation, the harmonic and the random excitation. For harmonic excitation, comparisons are first made only with the TLCD and then the integrated system varying structural parameters. For the analysis of the random excitation, the linear and nonlinear system using the concepts of power v spectral density are compared . The results for the harmonic excitation show that the linear model has good accuracy although the response amplitude has been shown to be slightly higher than for the nonlinear system. For the random excitation analysis, first, the algorithm used and the two methods used for the comparison are described. In this case, the results are presented using both white noise and filters of the first order spectrum, the latter presents more satisfactory results since the excitation spectrum is physically more realistic than white noise spectrum model. The comparison are made with regards the nonlinear system and the linearized system where it has been shown satisfactory approximation between the two methods.Controle de vibrações em turbina eólica utilizando absorvedor passivo de coluna de líquido sintonizadoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2016-07-05T12:34:45Z2016-07-05T12:34:45Z2016-07-05T12:34:45Z2015-12-11Turbinas eólicasVibraçãoinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2015_MansourHassanAlkmim.pdf2015_MansourHassanAlkmim.pdfapplication/pdf6198441http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/13549/1/2015_MansourHassanAlkmim.pdf03ffb4b7d16c5a5aed0f10a3450cb921MD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain46http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/13549/2/license_url587cd8ffae15c8598ed3c46d248a3f38MD52license_textlicense_textapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/13549/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/octet-stream21267http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/13549/4/license_rdf73e23c2acaaf13389e092bd813e3223dMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1847http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/13549/5/license.txt64ac2420a090326b57b63c350ed9c64fMD5510483/135492018-01-19 18:25:56.152oai:bdm.unb.br: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Biblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712018-01-19T20:25:56Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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