Análise dinâmica analítico-numérica de torres de aerogeradores equipadas com atenuadores de coluna líquida sintonizada

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Batista, Rafael Neponuceno
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48880
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Faculdade de Tecnologia, 2023.
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Este trabalho utiliza abordagens analíticas e numéricas para análises dinâmicas de estruturas de aerogeradores de eixo horizontal, avaliando, também, os efeitos da utilização de atenuadores de coluna líquida sintonizada (tuned liquid column dampers – TLCDs) como dispositivos passivos para redução de deslocamentos das estruturas. Foram desenvolvidas rotinas computacionais para simulação de aerogeradores através da discretização das torres em elementos finitos de viga com posterior aplicação do processo da condensação estática para eliminação dos graus de liberdade de rotação do sistema. As implementações foram introduzidas em uma nova versão do software DynaPy, permitindo a análise dessas estruturas equipadas com TLCD e submetidas a excitações harmônicas e carregamentos sísmicos. Além disso, foi empregada uma abordagem analítica para representação da estrutura como um sistema de um único grau de liberdade com propriedades generalizadas, a partir da qual foram conduzidas análises paramétricas do TLCD para auxiliar no dimensionamento ótimo do dispositivo. As frequências naturais e deformadas modais obtidas através do modelo com condensação estática apresentaram boa concordância com os valores de referência quando desprezada a inércia rotacional da massa na extremidade. Ao se considerar esse parâmetro, a precisão se tornou restrita ao primeiro modo. Apesar disso, verificou-se boa adequação do modelo na determinação da resposta da estrutura no domínio do tempo, o que também foi observado para o método de simplificação com propriedades generalizadas. As análises da estrutura equipada com TLCD no DynaPy demonstraram a eficiência do dispositivo na redução de vibrações. Também foi possível visualizar a influência da quantidade de TLCDs e da razão de abertura do seu diafragma no comportamento da estrutura e da coluna líquida do atenuador. Por fim, as análises paramétricas confirmaram a importância da escolha de uma razão de sintonização próxima do valor unitário no dimensionamento do TLCD, bem como indicaram um acréscimo na eficiência do dispositivo à medida em que se aumenta as razões de massa e de aspecto.Wind energy generation has established itself as a sustainable alternative in the energy matrix whose installed power has consistently grown over the years. The development of new wind turbine designs with large nominal capacities and dimensions makes it essential to study the vibrations of their structures and devices that can reduce their displacements. This work uses analytical and numerical approaches for dynamic analysis of horizontal axis wind turbine structures, also evaluating the effects of using tuned liquid column dampers (TLCDs) as passive devices to reduce structural displacements. Computational routines were developed to simulate wind turbines by discretizing the towers into beam finite elements with subsequent application of the static condensation process to eliminate the system's rotational degrees of freedom. The implementations were introduced in a new version of the software DynaPy, allowing the analysis of these structures equipped with TLCD and subjected to harmonic excitations and seismic loading. Furthermore, an analytical approach was used to represent the structure as a single degree of freedom system with generalized properties, from which parametric TLCD analyses were conducted to assist in the optimal sizing of the device. The natural frequencies and mode shapes obtained through the model with static condensation showed good agreement with the referential values when the rotational inertia of the mass at the extremity is ignored. When considering this parameter, accuracy became restricted to the first mode. Despite this, the model was well suited to determining the structure's response in the time domain, which was also observed for the simplification method with generalized properties. Analyses of the structure equipped with TLCD on DynaPy demonstrated the device's efficiency in reducing vibrations. It was also possible to visualize the influence of the number of TLCDs and the opening ratio of the diaphragm on the behavior of the structure and liquid column of the attenuator. Finally, the parametric analysis confirmed the importance of choosing a tuning ratio close to the unity value when sizing the TLCD. It also indicated an increase in the device's efficiency as the mass and aspect ratios were set to higher values.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção CivilPedroso, Lineu JoséBatista, Rafael Neponuceno2024-07-15T20:58:47Z2024-07-15T20:58:47Z2024-07-152023-12-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBATISTA, Rafael Neponuceno. Análise dinâmica analítico-numérica de torres de aerogeradores equipadas com atenuadores de coluna líquida sintonizada. 2023. xxiii, 130 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade De Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48880A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-15T20:58:47Zoai:repositorio.unb.br:10482/48880Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-15T20:58:47Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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