Análise dinâmica não determinística e otimização estrutural do projeto de torres de aço para suporte de turbinas eólicas

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Castilho, André Victor da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Palavras-chave em Português: Mechanical engineering; Structural dynamics; Genetic algorithms; Towers; Windmills; Engenharia mecânica; Dinâmica estrutural; Algorítmos genéticos; Torres; Moinhos de vento; ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20026

Considerando a crescente demanda por energia elétrica e a urgente necessidade da redução da emissão de gases do efeito estufa, a adoção de energia de fontes renováveis apresentou um considerável crescimento nos últimos anos. Dentre as fontes de energia renovável, por conta do seu nível de desenvolvimento tecnológico e preços competitivos, a energia eólica apresenta papel fundamental para a transição global para uma matriz energética descarbonizada. Neste contexto, este trabalho de pesquisa visa realizar a otimização estrutural de uma torre de aço para suporte de uma turbina eólica com capacidade produtiva de 2 MW, considerando restrições de frequência natural, deslocamento horizontal, tensão admissível e resistência à flambagem. A análise da resposta estrutural da torre de aço é dada através de um modelo em elementos finitos tridimensional que considera as cargas de vento sobre o rotor, ação dinâmica não determinística do vento sobre a estrutura e a sua interação com o solo. O processo de otimização proposto é conduzido através de interação entre um software de elementos finitos e uma biblioteca de algoritmos genéticos em código livre. Por conta da natureza da formulação matemática adotada para a ação dinâmica do vento, é realizada uma análise estatística da resposta dinâmica da estrutura, bem como dos resultados da otimização não determinística, visando a obtenção dos resultados dentro de um intervalo de confiança de 95%. De modo a obter uma base comparativa para os resultados do processo de otimização apresentados, uma análise do comportamento estrutural da torre de aço sob a ação estática e dinâmica do vento é realizada. Com base nos resultados, foi possível verificar que o processo de otimização sob a ação não determinística do vento resulta em um projeto estrutural com um volume 31,3% abaixo do volume inicial e apenas 4,6% acima do projeto obtido consideração sua ação estática. Contudo, foi verificado que o modelo otimizado obtido neste trabalho apresentou maior robustez frente às incertezas relacionadas a ação dinâmica do vento sobre a estrutura.