Modelagem e análise de um aerogerador de eixo horizontal sujeito à ação de ventos turbulentos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moraes, Layse Freitas Boere de, 1990-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1637297
Resumo: Orientador: Milton Dias Junior
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spelling Modelagem e análise de um aerogerador de eixo horizontal sujeito à ação de ventos turbulentosModeling and analysis of a horizontal axis wind turbine subject to a wind turbulent fieldEnergia eólicaAerodinâmicaTurbinas a ventoMecânica - VibraçãoWind energyAerodynamicWind turbineMechanics - VibrationOrientador: Milton Dias JuniorDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Dentre as estratégias mais eficientes para redução do custo de produção de energia eólica está o aumento da escala do aerogerador. Por esse motivo, desde 1980 o setor atravessa um período de intensas e rápidas transformações relacionadas a esse aumento, logo se pode notar que a viabilidade dos custos de produção de energia de fonte eólica está intrinsicamente relacionada ao aumento de tamanho dos aerogeradores. Essa inevitável ampliação acarreta sérios problemas de vibrações que necessitam ser abordados não só para garantir uma operação segura nessas condições, mas também para proporcionar uma maior eficiência de geração de energia eólica com um menor custo. Essa dissertação tem como objetivo analisar o comportamento vibratório das frequências mais baixas de um aerogerador, utilizando para isso um modelo aero elástico de turbina eólica idealizado de 13 graus de liberdade submetido a um campo turbulento de velocidade em duas dimensões. As três pás são modeladas pela teoria de Viga de Bernoulli-Euller, o sistema é modelado utilizando a metodologia de aproximação modal e especificações técnicas do aerogerador NREL offshore 5-MW Baseline Wind Turbine. A característica periódica dependente do tempo do modelo foi discutida através de simulação de testes de impulso e utilização da transformada de coordenada multi-pá, que foi aplicada não só com o objetivo de filtragem das frequências periódicas na densidade espectral de potência, mas também e principalmente para resolver o problema de autovalor gerando o Diagrama de Coleman. A modelagem da excitação turbulenta foi realizada através do método SANDIA, e as diferenças de espectros entre a simulação do ponto de vista no espaço e do ponto de vista da pá girando é analisada. Por fim, o sistema idealizado foi simulado na condição de vibração forçada cuja excitaçãoodinâmica é proveniente do campo de velocidade turbulento, na qual o expressivo acoplamento do modelo é evidenciado e a característica periódica dependente do tempo é evidenciada. Todas as simulações realizadas nesse trabalho demonstraram boa concordância com a literatura tanto em casos simulados quanto para casos de medição em campoAbstract: The most effective strategy for reducing production cost of wind power is the wind turbine upscale. From the 1980s the wind industry has been through a period of intensities and fast transitions related to this upscale process, which is intrinsically associated to a feasibility production cost. The unavoidable upscale of wind turbines generates serious vibrations problems which need to be study not only to ensure safe operations under these conditions, but also to provide higher power generation efficiency at low costs. This dissertation aims to analyze the low frequency vibrations behavior using a wind turbine elastic model of 13 DOF, exposed to a 2 dimensions velocity field. The three blades are modeled by Bernoulli-Euller Beam theory, the system was modeled using modal approach and the technical specifications are provided by NREL offshore 5-MW Baseline Wind Turbine. The model periodic time-dependence was analyzed through impulse tests and application of the Multi-Blade Coordinate Transformation. This transformation was applied to filter the PSD periodic frequency and to solve the eigenvalue problem resulting in the Coleman Diagram. The SANDIA Method was used to model the 2D wind turbulent velocity field, and the difference between the point of view in the spectra (space frame or rotational blade frame) is analyzed. Lastly, the forced vibration behavior, in which the aerodynamic force was provided by the 2D wind turbulent velocity field was simulated. The massive coupled between the model degrees of freedom is presented in the spectra results together with the periodic time-dependence presented by the model. All simulations performed in this work presented a good agreement with the literature for simulated cases and for field measures as wellMestradoMecânica dos Sólidos e Projeto MecânicoMestra em Engenharia MecânicaCAPES33003017[s.n.]Dias Junior, Milton, 1962-Daniel, Gregory BregionCavalini Júnior, Aldemir AparecidoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMoraes, Layse Freitas Boere de, 1990-20192019-07-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (164 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1637297MORAES, Layse Freitas Boere de. Modelagem e análise de um aerogerador de eixo horizontal sujeito à ação de ventos turbulentos. 2019. 1 recurso online (164 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1637297. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1093910Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-10-16T10:47:14Zoai::1093910Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2019-10-16T10:47:14Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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