Análise dinâmica estrutural de aerogeradores sob a ação do vento

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Morais, Dodani Renan de
• Orientador(a): Gomes, Herbert Martins
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Vibrações estruturais; Torres (Engenharia); Sistemas eólicos; Análise dinâmica; Ação do vento nas estruturas
• Palavras-chave em Inglês: Structural vibration; Wind turbine tower; Frequency domain analysis; NBR 6123:1988; Correlated wind generation
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/212160

A crescente demanda por energia e a conscientização da sociedade quanto à preservação dos recursos naturais tem feito com que a utilização de fontes de energia renováveis seja cada vez mais desenvolvida e recorrente. Uma destas fontes é o vento, explorado para a geração de energia através da implantação de aerogeradores, também conhecidos como turbinas ou torres eólicas, que em conjunto formam os parques eólicos. Os aerogeradores são estruturas, normalmente dotadas de pás que captam a força do vento e, por meio de um gerador, convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. Para a implantação de torres eólicas, além de se conhecer a viabilidade econômica e em termos de segurança, é importante conhecer e avaliar esforços e deslocamentos que poderão ocorrer nas pás, na torre e nas fundações. Diante disso, este trabalho propõe uma ferramenta para pré-avaliar o comportamento dinâmico de aerogeradores sujeitos à ação do vento. Conhecer este comportamento é importante especialmente devido à natureza aleatória do vento. Para simulação da ação do vento é adotado um modelo de geração de sinais de velocidade do vento correlacionados no tempo e no espaço, o qual segue uma densidade espectral de potência de von Kármán com parâmetros como intensidade de turbulência, desvio padrão de turbulência, perfil de velocidade média de acordo com a altura e coeficientes de decaimento para correlação conforme a distância entre os pontos de ação do vento. A implementação da estrutura e das condições simuladas é realizada em ambiente e linguagem de programação Matlab. Simulações com diferentes condições de vento (velocidade média e outros parâmetros) são realizadas e para cada uma é feita a análise nos domínios do tempo e da frequência. Verifica-se o tempo de simulação e o esforço computacional na avaliação dos valores RMS (Root Mean Square) de sinais de aceleração e deslocamentos em pontos específicos do aerogerador, assim como reações nas fundações. Resultados obtidos indicam que para simulações longas o método do domínio da frequência se mostra mais eficiente. O parâmetro do vento com maior impacto nos resultados foi a velocidade média, seguido do expoente da camada limite atmosférica.