Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Falcão, Jonas Pereira
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/45014
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2022.
id UNB_41a2b6a9203a375df9fee443266c4804
oai_identifier_str oai:repositorio.unb.br:10482/45014
network_acronym_str UNB
network_name_str Repositório Institucional da UnB
repository_id_str
spelling Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuanteEnergia renovávelAerogeradoresPêndulo invertidoDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2022.A crescente demanda de energia elétrica bem como a necessidade de desenvolvimento sustentável têm feito com que diversos países busquem por fontes renováveis de energia em substituição à utilização de combustíveis fósseis e nucleares. Os aerogeradores, dispositivos para converter a energia cinética dos ventos em energia elétrica, são formados por estruturas flexíveis submetidas às ações dinâmicas dos ventos e ondas do mar, os quais podem sofrer vibrações indesejáveis que afetam a sua segurança e funcionalidade. Os tipos de controle que podem reduzir essas vibrações são classificados em passivo, ativo, semi-ativo e híbrido. Um exemplo é um pêndulo invertido, dispositivo de controle passivo, o qual dissipa a energia mecânica do sistema principal quando sintonizado corretamente à estrutura, uma vez que ele vibra em diferença de fase em relação ao sistema principal. O presente trabalho propõe acoplar um pêndulo invertido à torre de um aerogerador offshore flutuante com o objetivo de reduzir as vibrações de rotação da torre quando o aerogerador está submetido às ações dinâmicas dos ventos e das ondas do mar. Cinco parâmetros de pêndulo invertido são otimizados por meio de análise determinística da Função Resposta em Frequência, considerando dois critérios: pico de rotação da torre e variância de rotação da torre. Uma vez definida uma configuração ótima de pêndulo invertido, utiliza-se o Método de Monte Carlo para avaliar o caráter aleatório das ações no domínio do tempo e o espectro de Davenport e o espectro de Pierson-Moskowitz para avaliar, respectivamente, o caráter aleatório do vento e das ondas do mar no domínio da frequência. As reduções de vibração na rotação da torre por meio da análise determinística foram da ordem de 90% para ambas as ações. Quando submetido à ação aleatória do vento, as reduções do pico máximo da rotação da torre foram de 65% no domínio do tempo e 70% no domínio da frequência. As reduções de vibrações nas análises probabilísticas são menores que nas análises determinísticas, pois a energia do espectro não está concentrada em apenas uma frequência, mas distribuída ao longo de uma faixa de frequência. Não obstante, o erro relativo entre as respostas aleatórias obtidas no domínio do tempo e no domínio da frequência são inferiores a 10%. Já quando o aerogerador está submetido às ações aleatórias das ondas do mar, as reduções das vibrações da torre são insignificantes. Isso se dá pelo fato de que a maior concentração de energia do espectro de Pierson-Moskowitz ocorre em uma frequência afastada da frequência fundamental da estrutura. Ainda assim, o erro relativo entre as respostas obtidas no domínio do tempo e no domínio da frequência é pequeno. Dessa maneira, verificouse que é possível otimizar os parâmetros do pêndulo invertido a partir de uma análise determinística e alcançar reduções significativas de vibração da torre quando o aerogerador está submetido a excitações de caráter aleatório.The growing demand for electricity as a need for sustainable development has made many countries look for renewable sources of energy as well as a replacement for energy from fossil and nuclear fuels. Wind turbines, devices to convert the kinetic energy of the winds into electrical energy, are composed by flexible structures subjected to dynamic actions of winds and sea waves, which may suffer undesirable vibrations that affect their safety and operability. The types of control that can reduce these vibrations are classified into passive, active, semi-active and hybrid. An example is an inverted pendulum, passive control device, which dissipates the mechanical energy of the main system, when correctly tuned to the structure, since it vibrates in phase difference in relation to the main system. The work proposes to couple an inverted pendulum to the tower of a floating offshore wind turbine to reduce the rotation vibrations of the tower when the wind turbine is subjected to the dynamic actions of winds and sea waves. Five parameters from inverted pendulum are optimized through Frequency-Response Function, considering two criterions: tower peak rotation and tower variance rotation. Once an optimal inverted pendulum configuration is defined, the Monte Carlo method is used to evaluate the random actions in the time domain and Davenport spectrum and Pierson-Moskowitz spectrum are used to evaluate, respectively, the randomness of the wind and waves in the frequency domain. The vibration reductions in the tower rotation through the deterministic analysis were around 90% for both actions. When subjected to the random action of the wind, the reductions in the maximum peak of the tower rotation were 65% in the time domain and 70% in the frequency domain. The vibration reductions in probabilistic analyses are smaller than in deterministic analyses because the spectrum energy is not concentrated in only one frequency, but distributed over a frequency range. Nevertheless, the relative error between the random responses obtained in the time domain and in the frequency domain is less than 10%. When the wind turbine is subjected to the random actions of the sea waves, the reductions in the tower vibrations are insignificant. This happens because the highest concentration of energy in the Pierson-Moskowitz spectrum occurs at a frequency far from the fundamental frequency of the structure. Besides that, the relative error between the responses obtained in the time domain and in the frequency domain is small. In this way, it was verified that it is possible to optimize the inverted pendulum parameters from a deterministic analysis and achieve significant reductions in tower vibration when the wind turbine is subjected to random excitations.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção CivilBrito, José Luís Vital deAvila, Suzana Moreirajonaspfalcao@hotmail.comFalcão, Jonas Pereira2022-10-08T16:34:17Z2022-10-08T16:34:17Z2022-10-082022-07-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFALCÃO, Jonas Pereira. Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante. 2022. 304 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.https://repositorio.unb.br/handle/10482/45014A 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.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, 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:UNB2024-08-29T16:49:50Zoai:repositorio.unb.br:10482/45014Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-08-29T16:49:50Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
dc.title.none.fl_str_mv Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
title Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
spellingShingle Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
Falcão, Jonas Pereira
Energia renovável
Aerogeradores
Pêndulo invertido
title_short Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
title_full Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
title_fullStr Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
title_full_unstemmed Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
title_sort Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante
author Falcão, Jonas Pereira
author_facet Falcão, Jonas Pereira
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Brito, José Luís Vital de
Avila, Suzana Moreira
jonaspfalcao@hotmail.com
dc.contributor.author.fl_str_mv Falcão, Jonas Pereira
dc.subject.por.fl_str_mv Energia renovável
Aerogeradores
Pêndulo invertido
topic Energia renovável
Aerogeradores
Pêndulo invertido
description Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2022.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-10-08T16:34:17Z
2022-10-08T16:34:17Z
2022-10-08
2022-07-15
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv FALCÃO, Jonas Pereira. Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante. 2022. 304 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.
https://repositorio.unb.br/handle/10482/45014
identifier_str_mv FALCÃO, Jonas Pereira. Controle passivo por pêndulo invertido de um aerogerador offshore flutuante. 2022. 304 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.
url https://repositorio.unb.br/handle/10482/45014
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UnB
instname:Universidade de Brasília (UnB)
instacron:UNB
instname_str Universidade de Brasília (UnB)
instacron_str UNB
institution UNB
reponame_str Repositório Institucional da UnB
collection Repositório Institucional da UnB
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@unb.br
_version_ 1814508315104772096

Registros relacionados