Análise de um amortecedor de coluna de líquido sintonizado em uma turbina eólica sujeita a carregamento aleatório

Abstract

Os sistemas passivos de dissipação de energia abrangem uma variedade de materiais e dispositivos para melhorar o amortecimento de estruturas. Entre os atuais sistemas de dissipação de energia passiva, o amortecedor de coluna de líquido sintonizado (TLCD), uma classe de controle passivo que utiliza líquido em um reservatório de forma “U”, tem sido amplamente pesquisado em diversas aplicações. O principal objetivo desta dissertação é desenvolver técnicas de análise numéricas e experimentais para um TLCD com aplicação em turbinas eólicas submetido a cargas de vento aleatório. A análise numérica está dividida em duas etapas. A primeira etapa considera o modelo determinístico da turbina e TLCD. Um algoritmo de otimização é utilizado para encontrar parâmetros ótimos do TLCD submetido a espectros de vento aleatório. Em seguida, um exemplo numérico com um modelo de turbina eólica simplificado é estudado para ilustrar a eficácia do TLCD e é mostrado que diferentes espectros de vento podem afetar significativamente os resultados de otimização, isto é, os parâmetros do TLCD. Os resultados no tempo e frequência da análise de vibração aleatória mostram uma redução satisfatória dos níveis de vibração de resposta. Na segunda etapa, considera-se o modelo não determinista com objetivo de quantificar incertezas nos parâmetros do TLCD e da estrutura. A função de resposta em frequência do sistema com TLCD é investigada considerando dois casos de incerteza de parâmetros. Para o primeiro caso, os resultados mostraram que a incerteza só é predominante perto da região de ressonância e antirressonância e pode interferir na condição ideal do TLCD. Para o segundo caso, as incertezas estão presentes em todas a faixa de frequência. Finalmente, uma análise experimental é realizada. A caracterização dos parâmetros modais do TLCD e da estrutura é realizada e os resultados numéricos e teóricos se mostram em boa concordância. Em seguida, A resposta do sistema acoplado é investigada. Os resultados mostram que o efeito da massa adicional é o predominante. Embora o efeito do TLCD tenha sido pequeno, ele apresenta uma redução de vibração próximo a sua frequência natural.