Estudo do comportamento dinâmico de aerogeradores

Abstract

Estruturas especiais, tais como turbinas eólicas, possuem características e apresentam comportamento significativamente diferente das estruturas convencionais de engenharia civil. Turbinas eólicas em geral são estruturas flexíveis e suscetíveis a deslocamentos consideráveis devido a vibrações externas. Assim, é de importância significativa analisar o comportamento dinâmico dessas estruturas. Considerando isso, o presente estudo tem como objetivo avaliar o desempenho dinâmico de turbinas eólicas através de dois modelos aproximados, investigando três condições diferentes e como cada uma delas afetará os resultados. Os três aspectos estudados são a influência da condição operacional (estacionada e rotativa), a influência do ISE e a influência da velocidade do rotor. A turbina eólica NREL 5MW será a fonte de propriedades para a torre, a nacele e o rotor. Os modelos utilizam multi-graus de liberdade para representar uma turbina eólica onshore de eixos horizontais; além disso, a abordagem Euler-Lagrangiana é usada para processar a análise dinâmica. O primeiro modelo foi desenvolvido usando pás rotativas modeladas como vigas contínuas. Todo o modelo tem 8 graus de liberdade. As pás são analisadas como um sistema de dois graus de liberdade, isto é, é possível vibrar nas direções no plano e fora do plano. Elas estão conectadas no centro da torre-nacele representada por uma mola de massa correspondente a um sistema de dois graus de liberdade, isto é, também pode ter vibrações nas direções no plano e fora do plano. O segundo modelo tem as mesmas características do primeiro; no entanto, é incluído nele uma fundação modelada como uma mola com rigidez rotacional bidirecional. Desta forma, é possível, a partir deste modelo, estudar a interação solo-estrutura (ISE). A rigidez do solo e as propriedades de amortecimento foram adquiridas a partir dos padrões da DNV/Risø e são usados como comparação. Uma carga de vento e um terremoto são usados como fonte de vibração para os modelos. O objetivo principal, então, é avaliar o impacto de três condições diferentes através da resposta dinâmica obtida dos dois modelos. A partir dos resultados, percebe-se que as respostas da turbina eólica na condição de operação são muito maiores do que aquelas na condição estacionada; A ISE pode afetar consideravelmente as respostas da torre; no entanto, não tem um efeito significativo nas vibrações que ocorrem no plano de rotação das pás. Por fim, percebe-se que a amplitude da resposta aumenta com a velocidade do rotor, em geral.