Análise de esforços solicitantes em turbinas eólicas de eixo horizontal para diferentes condições de vento. - Imamura Júnior, Mauro Tuyoshi (2021)
Com o aumento da demanda energética e preocupação em se utilizar fontes de energia consideradas limpas, a indústria de aerogeradores tem se expandido, sobretudo na produção de turbinas com maior capacidade de geração, que consequentemente exigem equipamentos maiores e mais robustos. Nesse ínterim, a necessidade de desenvolvimento de máquinas que sejam mais leves e menos custosas, aliada à preocupação em assegurar sua durabilidade em anos de exposição às adversidades do meio, como mudanças abruptas das condições atmosféricas ou mesmo acidentes durante a operação, levantam questões ligadas às especificações de esforços sob os quais o aerogerador está submetido em sua região de instalação. Em meio a esse contexto, o presente estudo apresenta e analisa uma coletânea de dados provenientes de simulações numéricas de turbinas eólicas em diferentes condições de vento para averiguar como os esforços solicitantes oscilam em dadas combinações de velocidade, turbulência e eventos extremos. O estudo foi desenvolvido com auxílio da ferramenta OpenFAST, uma plataforma para simulações de aerogeradores que combina métodos de dinâmica de sistemas multicorpos, teoria de quantidade de movimento no elemento de pá, dinâmica modal e rotinas de controle para compor a modelagem e descrever o comportamento de toda a turbina ao longo de sua operação. As simulações são tomadas com base em cenários descritos na norma técnica IEC 61400-1 para projeto de equipamentos eólicos, na qual encontram-se as definições do modelo de vento normal e modelagem de casos extraordinários, os quais o aerogerador deve ser capaz de suportar. Definidas as ferramentas de cálculo e a sua metodologia, foram selecionados três modelos de turbinas eólicas para realizar as simulações e fez-se o levantamento de parâmetros estatísticos para observar as principais tendências dos esforços em função das condições de vento. Em relação aos eventos extremos, são indicados os valores máximos e mínimos dos esforços em cada situação, a fim de determinar quais componentes das solicitações estruturais são mais impactados de acordo com os diferentes cenários de operação empregados.