ContribuiÃÃes para otimizaÃÃo estrutural de torres tubulares de aÃo para turbinas eÃlicas - JoÃo Baptista Cardoso Athayde Lima (2011)
As grandes questÃes do mundo globalizado tÃm passado, necessariamente, pelos temas ligados Ã sustentabilidade, energia limpa, exploraÃÃo do meio ambiente de forma ecologicamente correta e inovaÃÃo tecnolÃgica para manter o planeta saudÃvel. Nesse contexto, a energia eÃlica vem se destacando, principalmente na regiÃo Nordeste do Brasil, pelo grande potencial dos ventos e as caracterÃsticas de renovabilidade e complementaridade com a energia das hidrelÃtricas. As torres, que representam parcela significativa do custo do sistema, tendem a crescer buscando ventos com maiores velocidade e permitindo a utilizaÃÃo de turbinas eÃlicas de maior capacidade de geraÃÃo, acentuando-se a sua importÃncia como elemento estrutural do sistema. O objetivo geral deste trabalho Ã formular um modelo de otimizaÃÃo de torres tubulares de aÃo, composta de segmentos em tronco de cone. Busca-se a soluÃÃo de peso mÃnimo, tendo como variÃveis de projeto os diÃmetros externos e as espessuras de chapa caracterÃsticas de cada segmento. RestriÃÃes relativas Ã resistÃncia, Ã estabilidade e rigidez sÃo impostas com base em normas brasileiras. RestriÃÃes relativas Ã frequÃncia natural, a limitaÃÃes de transporte e geomÃtricas sÃo tambÃm requeridas. O conjunto nacele/rotor Ã modelado como uma massa rÃgida fixada no topo da torre, sem rotaÃÃo, e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre e do conjunto rotor/nacele, o efeito estÃtico da aÃÃo do vento sobre a torre e as pÃs do rotor. A concepÃÃo de anÃlise adota modelo de viga engastada na base e livre no topo e emprega uma formulaÃÃo nÃo linear geomÃtrica pelo MÃtodo de Elementos finitos usando um programa em C++. O modelo de otimizaÃÃo foi implementado no MATLAB e, devido Ã natureza discreta das variÃveis de projeto e Ãs descontinuidades de funÃÃes de restriÃÃo e de suas derivadas, utilizam-se algoritmos genÃticos na soluÃÃo. Buscas na vizinhanÃa das soluÃÃes discretas sÃo realizadas usando um algoritmo baseado em informaÃÃo de gradiente (fmincon do MATLAB). AplicaÃÃes para vÃrias alturas de torre sÃo feitas, incluindo comparaÃÃes com uma torre cilÃndrica para validaÃÃo do modelo. Os resultados sÃo analisados frente aos de outros modelos da literatura. Os conceitos de projeto de torre rÃgida e flexÃvel sÃo discutidos relaxando-se as restriÃÃes de rigidez e de frequÃncia. SoluÃÃes obtidas sÃo analisadas usando elementos de casca do programa de anÃlise ABAQUS para verificaÃÃo de tensÃes e deslocamentos