Uma metodologia para análise de comportamento estrutural de componentes de aerogeradores
Simulações computacionais do comportamento dinâmico dos modernos aerogeradores constituem-se em informação técnica estratégica muito empregada e, cada vez mais valorizada, nas etapas de projeto e certificação de uma nova máquina para o cada vez mais concorrido mercado global de energia eólica. Essas simulações são realizadas com o emprego de complexos sistemas computacionais que demandam do usuário expertise em vários campos de conhecimento técnico das engenharias. Este trabalho objetiva apresentar e testar uma metodologia para investigar o comportamento estrutural de componentes de aerogeradores. O estudo de caso é desenvolvido com um aerogerador modelo do tipo Velocidade Varável Pitch Variável de 2 MW disponível em um código aeroelástico, GL Bladed que será utilizado nas simulações dinâmicas dos principais estados operacionais (operação normal, partida, parada normal, parada de emergência) e não operacionais (estado ocioso, estado estacionário) do aerogerador para obter as forças e momentos tridimensionais que serão transmitidas para toda a estrutura do aerogerador. Uma ferramenta de CAD (Solidworks) é utilizada para representar em 3D o modelo do aerogerador completo, considerando-se duas situações para a sua estrutura de sustentação: torre de aço e torre de concreto armado. Em seguida, os modelos geométricos são exportados para uma ferramenta de elementos finitos (COMSOL Multiphysics) visando realizar simulações numéricas da resposta estrutural dos modelos através de verificação das tensões e deslocamentos produzidos. A ferramenta de elementos finitos é alimentada pelos cenários mais críticos identificados, dentre os elencados pela IEC 61400-1. Ao se comparar os resultados obtidos pela solução do modelo de elementos finitos para todas as condições simuladas, verificou-se que nenhum dos valores de tensões máximas de Von-Mises sofridas pelas torres de aço e de concreto atingiu o valor das suas respectivas tensões de cálculo. Este resultado evidencia que tanto o modelo da torre de aço quanto ao de concreto resistiriam aos piores cenários de forças e momentos tridimensionais. Observaram-se concentrações de tensões nas regiões de descontinuidade geométricas da estrutura das torres. Por outro lado, os deslocamentos máximos obtidos para as torres foram analisados para verificar o aspecto da flexibilidade da estrutura de sustentação. Por fim, analisou-se o comportamento estrutural dos modelos das torres de aço e de concreto armado em regime estacionário, sob a ação da velocidade básica do vento (velocidade extrema) da região de interesse. Este estudo de caso demonstrou a aplicabilidade da metodologia proposta para análise do comportamento estrutural de componentes de aerogeradores. Sugere-se a aplicação da mesma para outros componentes da máquina visando demonstrar a robustez do método proposto.
Aerogeradores; Aeroelasticidade; Método de Elementos Finitos; Comportamento estrutural., Wind turbines; Aeroelasticity; Finite Element Method; Structural behavior
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