Contribuições à análise dinâmica de torres de turbinas eólicas. - Beraldo, Heloisa de Castro (2019)
A geração de energia por meio de turbinas eólicas tem ganhado mais espaço no Brasil desde 2002 como alternativa na diversificação da matriz energética. A energia eólica é uma fonte renovável e de menor impacto ambiental, se comparada com a construção de usinas hidroelétricas e termoelétricas. No entanto, o posicionamento de parques eólicos depende, principalmente, da incidência constante de ventos, o que limita a localização de tais estruturas. Dessa forma, no intuito de aumentar a geração de energia elétrica, é possível posicionar torres eólicas sobre plataformas flutuantes, onde algumas condições de operação podem ser mais favoráveis do que aquelas encontradas em terra. Tanto estruturas onshore como offshore podem ser solicitadas por movimentos oscilatórios em sua base, devido às ações sísmicas e hidrodinâmicas, respectivamente, levando ao aparecimento de um rico comportamento dinâmico. Portanto, faz-se necessário avaliar a resposta dinâmica de uma torre de turbina eólica por meio de simulações numéricas. Esse é o cenário no qual esta dissertação é enquadrada. Inicialmente realizam-se estudos sobre a influência do momento de inércia à rotação da massa na extremidade livre (conjunto rotor e a nacele) e a rotação da torre e da plataforma flutuante na frequência natural do sistema. Para tais análises, elaboram-se modelos de ordem reduzida (MOR) simplificados e também aqueles baseados no Método dos Elementos Finitos. Após os estudos, desenvolve-se um MOR não linear descritivo de uma torre, com dois graus de liberdade, a saber, os deslocamentos axial e lateral. Obtém-se a formulação analítica para uma torre de turbina eólica genérica, com carregamentos na extremidade livre e excitação forçada e paramétrica na base. As equações de movimento são particularizadas para duas configurações de torre e consideramse diferentes excitações de suporte na base. Obtém-se simulações numéricas do modelo e verifica-se a possibilidade de ressonância clássica e paramétrica em um cenário offshore.