Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344644.pdf: 4287031 bytes, checksum: df51b0a1e8a46a3d53e3196cbbb16141 (MD5) Previous issue date: 2016 / A demanda por fontes de energia renováveis limpas é um fenômeno de escala mundial. O Brasil acompanha essa tendência e, desde 2009, vem incentivando o crescimento destas formas de geração de energia. Particularmente, a energia eólica chama atenção pela velocidade com que se expande no país. Por outro lado, este mercado tem apresentado resultados que precisam ser devidamente analisados. Estudos realizados com parques eólicos em operação no Brasil mostram que muitos destes estão produzindo abaixo do esperado, um problema que afeta o proprietário do parque, em termos de receita; o governo, em termos de planejamento estratégico e fornecimento de energia; e a população, que paga por uma energia mais cara e que não tem ainda a devida garantia de disponibilidade. Em face deste contexto, apresenta-se um Modelo para Garantia da Disponibilidade de Turbinas Eólicas, fundamentado na organização e sistematização do conhecimento, e estruturado em técnicas para prover ações de manutenção. Pretende-se que as soluções desenvolvidas contribuam para adequar a quantidade de energia produzida ao nível da estimada nos diversos parques eólicos já em funcionamento no Brasil. Com o intuito de facilitar e viabilizar a aplicação do modelo proposto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional denominada MADE. Tanto o modelo, quanto o software, passaram por um processo de validação, junto a profissionais do setor eólico e da área de metodologia e sistematização, a fim de autenticar sua aplicabilidade e resposta ao problema. Os resultados obtidos indicam que a solução proposta é, de fato, um caminho para suportar a gestão de manutenção com vistas à garantia de disponibilidade dos parques eólicos em operação.<br> / Abstract : The demand for clean renewable energy sources is a worldwide phenomenon. Brazil follows this trend and since 2009 has encouraged the growth of these forms of energy generation. Particularly wind power draws attention due the fast expansion in the country. In the other hand, this same market has shown results that must be properly analyzed. Studies of wind farms in operation in Brazil show that many of these parks are producing below the expectations: a problem that affects the owner of the park in terms of revenue; the government, in terms of strategic planning and energy supply; and the people who pay for a more expensive energy and that does not present the due availability guarantee. Given this context, one presents a Model for Availability Guarantee of Wind Turbines, based on the organization and systematization of knowledge, and structured techniques to provide maintenance actions. The solutions presented aims to contribute for the adequacy of the quantity of energy produced by the several wind farms already operating in Brazil. For the purpose of facilitate and make viable the implementation of the proposed model, a computational tool called MADE was developed. Both model and software went through a validation process with professionals of the wind sector and the methodology and systematization area in order to authenticate their applicability and response to the problem. The results indicate that the proposed solution is indeed one way to support the maintenance management to guarantee availability of farms in operation.

Orientador: Sandro D, Mancini / Banca: Sandra Andrea Cruz / Banca: Rogerio Scatena Biscaro / Resumo: O processo de fabricação das pás de turbinas eólicas envolve a colagem de estruturas fabricadas em plásticos reforçados com fibra de vidro. Neste trabalho foram analisadas os três principais tipos de adesivos estruturais utilizados pelos fabricante de pás (epóxi, poliuretano e metil-metacrilato), com o objetivo de desenvolver critérios que auxiliem na seleção de adesivos e de tratamentos superficiais aplicados às estrutuaras a serem coladas. A caracterização dos adesivos envolveu dois tipos de ensaios mecânicos: o cisalhamento de juntas de sobreposição simples e a clivagem de juntas adesivas. Dois tipos de tratamento das superfícies dos aderentes foram utilizados: camada de sacrifício removível (peel-ply) e abrasão. Também foi realizada a análise dos modos de falha das juntas ensaiadas como auxílio de compatibilidade entre adesivo e substrato. Os resultados mostram que o tratamento via peel-ply foi o mais eficiente para as juntas coladas com epóxi e testadas em cisalhamento, ao apresentar um aumento de 28% na resistência em relação às superfícies sem tratamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura sugerem que esse tratamento gerou uma área maior de contato em relação à superfície não tratada e que causou menos danos à superfície do aderente do que o método abrasivo. Os grupos colados com adesivo metil metacrilato, independentemente do tipo de tratamento, obtiveram os maiores valores nos ensaios de clivagem, cerca de 170% superiores aos demais grupos. Para estruturas de pás corretamente projetadas para evitar cargas de peeling em suas juntas adesivas, este trabalho mostra que a melhor opção são aderentes tratados com peel-ply e colados com epóxi. Contudo, um plano de testes deve ser elaborado sempre que houver a necessidade do emprego de um novo adesivo ou método de preparação superficial / Abstract: The manufacturing process of wind turbine blades involves the bonding of structures made of glass reinforced plastic. This work analyzes the theree main types of structural adhesives used by blades manufactures (epoxy, polyurethane and methyl methacrylate), with the goal of developing criteria to assist in the selection of adhesives and surface treatments applied to the structures to be bonded. The characterization of the adhesives involved two types of mechanical tests: single lap shear joints and cleavage of adhesive joints. Two types of surface treatment of the adherents were used: removable sacrifical layer (peel-ply) and abrasion. The joint failure mode analysis was also carried out as an aid to the study of compatibility between adhesive and substrate. The results show that treatment via peel-ply was the most efficient for epoxy bonded substrates tested in shear, by presenting a 28% increase in strengh compared to untreated surfaces. Images of scanning electron microscopy suggest that this treatment led to a larger area of contact relative to untreated surfaces and caused less damage to the substrate's surface than the abrasive method. The groups bonded with methyl methacrylate regardless the type of treatment, had the highest values in the cleavage test, approximately 170% higher than other groups. For propertly designed blades, that avoid peeling loads in their adhesive joints, this work shows that the best option are substrate treated with peel-ply and bonded with epoxy. However, a test plan should be prepared whenever there is the necessity of using a new adhesive or method of surface preparation / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-25T04:10:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344810.pdf: 3814184 bytes, checksum: 75b2bf2f6546681a6fcaa43a079fc6be (MD5) Previous issue date: 2016 / A presente pesquisa tem por finalidade realizar uma abordagem técnica quanto ao advento de uma nova categoria de tecnologia de geração de energia eólica, no caso, as Turbinas Eólicas Canalizadas (TEC) ou Ducted Wind Turbines (DWT) - sendo a mesma posta à prova, por meio de um estudo dissertativo dos seus aspectos intrínsecos, além de uma análise de eficiência e comparativa simulando um cenário de geração distribuída na cidade de Florianópolis - SC através do software HOMER. O presente trabalho tem como foco o cenário da possibilidade de implantação de uma nova tecnologia no campo energético, munida de alto desempenho. Os sistemas TECs exploram desenvolvimentos tecnológicos recentes e que têm como base o efeito Venturi como seu fundamental componente além de efetuar uma captação otimizada de ventos, com posterior segregação do mesmo em um sistema canalizado que direciona o ar para uma ou mais turbinas eólicas. As possibilidades de advento desta tecnologia no Brasil estão atreladas em sua maioria à geração distribuída, panorama aqui examinado por meio de uma abordagem de embasamentos técnicos e dados publicados sobre a inovação tecnológica em questão. Para tanto, o presente estudo tem como alicerce a legislação existente quanto à geração distribuída afim de idealizar um comparativo entre um sistema de microgeração baseado nas TECs e a tecnologia atual de Torres Eólicas Geradoras. De posse dos dados climáticos de velocidade do vento, além das legislações vigentes, foi escolhido o aerogerador SkyStream Land 2.4 kW de potência. As simulações acerca da eficiência e as análises realizadas no software HOMER fornecem um estudo específico de quanto a sensibilidade da velocidade do vento impacta nos resultados de forma a comparar a vantagem do sistema proposto através de seu fator de escala de aceleração. Os resultados obtidos demonstram que na condição atual, as TECs evidenciam fatores que podem fazer jus ao seu advento como custos inferiores e potencial gerador nominal na ordem de 4,9 vezes acima do método convencional. A pesquisa explana sobre os conceitos fundamentais de geração eólica, exibindo suas principais características técnicas e evolucionais, além de abordar uma nova proposta para viabilidade de geração em locais considerados atualmente como tendo baixo potencial eólico.<br> / Abstract : The present work aims to develop a technical approach to deal with a new category of wind energy generation technology, namely, the Ducted Wind Turbines (DWT). To achieve this aim, this dissertation investigates the DWT intrinsic characteristics and analyzes its efficiency simulating a scenario of a distributed generation in the city of Florianópolis, Brazil, through the HOMER software. The proposed development focuses on the main advantages (and disadvantages) of this new technology in an actual energy usage scenario, offering high performance. New DWT systems rely on recent technological developments based on the Venturi effect as a fundamental component and on harnessing the wind through a pipe system which conducts it to one or more wind turbines. There are promising possibilities of this technology in Brazil, mostly related to its newly created distributed generation system. The herein proposed study will examine these possibilities through a technical approach based on literature review and published research related to the subject. Also, it considers the Brazilian regulations and legislations on the distributed generation in order to compare micro systems based on TECs and on the current technology of Wind Generators Towers. Besides local climatological data of wind speed, the proposed study considered the specifications of the wind turbine SkyStream 2.4 kW. The accomplished simulations with the software HOMER provided a general sensitivity scale of the wind speed impact of the efficiency results, allowing a comparison of the system proposed advantages regarding its acceleration factor. Compared to the conventional Wind Towers, the results show that the current TEC technology can offer high efficiency at lower costs, providing up to 4.9 times higher power-generating potential. In brief, the proposed work discusses about the fundamental concepts of wind generation and its main technical and historical features, and presents a new possibility for generation in areas with low wind potential.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:22:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345248.pdf: 4540254 bytes, checksum: b61753d1576a6ca395e102d19e3c04e0 (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : Research institutes and industry have recently initiated the development of wind turbines for energy production at sites with lower wind speeds. The relatively high electric power production of this type of wind turbine is related to the growing of the swept area. Thus, in order to increase the swept area, the length of the new blades must be greater than the ones of traditional blades for horizontal axis wind turbines. The expansion of the rotors diameter of large wind turbines has some implications, such as the increase of gravity loads and new transportation logistics challenges. To overcome these challenges, advances in the blade technology have led to more efficient structural and aerodynamic design and optimized material usage. In this context, analytical models have to accurately predict aerodynamic loads acting on the blades and calculate the structural stresses developed during the turbine operation. Since composite materials have high strength/weight ratio compared to other structural materials and are flexible with respect to the fabrication process, they are more appropriate for blade applications. This dissertation presents an improvement in the aerodynamic model that takes into account an iterative procedure for determining Reynolds number instead of depending on experimental data for the process of airfoil selection along the blade span that maximize the power extracted from the wind. The multilayer shell theories and the relationship between the aerodynamic bending and torsional moments acting on the blade are presented. The in-plane normal and shear stresses on the thin-walled multilayer blade are determined by using the Shear Flow Theory. A case study is conducted on a 20 MW wind turbine developed in the Energy Research Centre of the Netherlands-ECN. The normal and shear stresses are calculated and the Tsai-Wu criterion is applied for the strength evaluation of the blade made of glass/epoxy. Results obtained with two stacking sequences are presented.<br> / Institutos de pesquisa e a indústria iniciaram recentemente o desenvolvimento de turbinas eólicas para a produção de energia em locais com baixas velocidades de vento. A produção de energia elétrica relativamente alta deste tipo de turbina está relacionada com o crescimento da área varrida pelo rotor. Assim, de forma a aumentar a área varrida, o comprimento das novas pás deve ser maior que o das pás tradicionais de turbinas eólicas de eixo horizontal. O aumento do diâmetro dos rotores das turbinas eólicas tem algumas implicações, tais como o aumento das cargas gravitacionais e desafios no seu transporte. Para superá-los, avanços na tecnologia de pás têm levado a projetos estruturais e aerodinâmicos mais eficientes. Neste contexto, modelos analíticos têm de prever com precisão as cargas aerodinâmicas atuando sobre as pás, além de calcular as tensões estruturais desenvolvidas durante sua operação. Uma vez que materiais compostos têm uma elevada relação resistência/peso em comparação com outros materiais estruturais, além de serem flexíveis no que diz respeito ao processo de fabricação, estes materiais têm sido os mais investigados para aplicações em pás de turbina eólica. Esta dissertação apresenta uma melhoria no modelo aerodinâmico que leva em conta um processo iterativo para a determinação do número de Reynolds, em vez de depender de dados experimentais para o processo de escolha do aerofólio ao longo da envergadura da pá que maximiza a potência extraída do vento. As teorias de cascas multilaminares e a relação entre os momentos aerodinâmicos fletores e de torção que atuam sobre a pá são apresentados. As tensões normais e de cisalhamento atuantes no plano da pá multilaminar de parede fina são determinadas utilizando a Teoria do Fluxo de Cisalhamento. Um estudo de caso é conduzido em uma turbina eólica de 20 MW desenvolvida no Centro de Pesquisa em Energia dos Países Baixos (ECN). As tensões normais e de cisalhamento são calculadas e o critério de Tsai-Wu é aplicado para a avaliação da resistência da pá feita em vidro/epóxi. Os resultados obtidos com duas sequências de empilhamento de lâminas são apresentados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308827.pdf: 5918959 bytes, checksum: 3c0fa749b7939450da7cd8861e57c7ae (MD5) / Esta dissertação apresenta um estudo dos esforços a que são submetidos os sistemas de variação do ângulo de passo em turbinas eólicas e o desenvolvimento de um sistema experimental de emulação de forças para teste de sistemas de controle do ângulo de passo. Na busca de uma maior e mais eficiente extração da energia do vento , as turbinas eólicas experimentam um crescente desenvolvimento em todas as áreas tecnológicas envolvidas no seu projeto e construção. Com o aumento da potência das turbinas, o aumento na eficiência da conversão do recurso eólico para fonte de energia elétrica mostra-se com o um dos requisitos de projeto mais importantes. É neste cenário que o papel dos sistemas de orientação de ângulo de passo e a complexidade das estratégias de controle vêm mostrando um considerável crescimento nos últimos anos. No controle de turbinas eólicas de eixo horizontal, a variação de ângulo de passo permite maximizar a captura de energia, reduz ir as cargas dinâmicas na estrutura da turbina e manter a qualidade da potência gerada dentro dos padrões exigidos. Atuadores dos tipos eletromecânicos e hidráulicos são os comumente encontrados na indústria eólica, porém, independentemente do tipo de atuador, o estudo e reprodução de condições de operação representa um desafio para o seu desenvolvimento teórico experimental devido a fatores como a característica dinâmica do vento incidente, as grandes massas a serem movimentadas e os esforços não lineares decorrentes da aerodinâmica das pás. Neste contexto, apresenta-se neste trabalho a determinação dos esforços de carregamento e a aplicação da técnica de simulação via hardware in the loop (HIL) para a análise de sistemas e estratégias de controle de ângulo de passo. No sistema experimental as forças de atrito, as forças devido aos efeitos inerciais e as forças dinâmicas decorrentes do vento são determinadas analiticamente e depois emuladas pelo sistema de carregamento. Este sistema emulador consiste em um cilindro hidráulico cujas pressões nas câmaras são controladas por válvulas proporcionais redutoras de pressão. Este trabalho pretende contribuir na área de projeto de sistemas de controle para turbinas eólicas, proporcionando informações e métodos para estimar requisitos de operação dos elementos de atuação para regulação do ângulo de passo. Além disto, proporciona uma ferramenta para o trabalho experimental na área de controle e operação de turbinas eólicas e sistemas hidráulicos. / This master#s thesis presents the study of the forces submitted to pitch control systems of wind turbines as well as the development of a experimental load emulator system to test pitch control systems. Looking for a larger and more efficient wind energy capture, wind turbines experience a growing development in all the technological areas involved in their design and construction. With the increasing power of the turbines, the optimization of the conversion of the wind resource into a source of electric energy is presented as on e of the most important design requirements. It is in this scenery that the role of the pitch drive systems and the complexity of the pitch control strategies has shown a considerable growth in the last years. In the contr ol of horizontal axis wind turbines, the pitch angle variation makes possible to optimize the energy capture, to reduce the dynamic loads in the turbine structure, and to maintain the quality of the generated power according to the standard requirements. Electromechanic and hydraulic actuato rs are commonly found in the wind industry, however, independently of the kind of actuator, the study and the reproduction of operational conditions represent a challenge for its theoretical and experimental deve lopment due to factors like the dynamic characteristic of the incident wind, the big masses to be moved and the non linear forces of the aerody namics of the blades In this context, the determination of loading force s and the application of the hardware in the loop simulation technique (H IL) are presented in this study for the analysis of the pitch control systems and strategies. In the experimental system, the friction forces, the forces due to the inertial effects and the dynamic forces of the wind are analytically determined and then emulated by the loading system. This emulator system consists of a hydraulic cylinder and its pressures in the chambers are controlled by proportional pressure reducing valves. This stud y pretends to contribute to the area of the design of pitch control systems of wind turbines, providing information and methods to estimate operational requirements of the actuating elements for the regulation of pitch control. Moreover, the study provides a tool for the experimental works in the area of control and operation of wind turbines and hydraulic systems.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-23Bitstream added on 2014-06-13T19:00:07Z : No. of bitstreams: 1 ricci_rp_me_bauru.pdf: 3607185 bytes, checksum: d742c0c6ab4783eb07af6258b0f9b7ad (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O processo de fabricação das pás de turbinas eólicas envolve a colagem de estruturas fabricadas em plásticos reforçados com fibra de vidro. Neste trabalho foram analisadas os três principais tipos de adesivos estruturais utilizados pelos fabricante de pás (epóxi, poliuretano e metil-metacrilato), com o objetivo de desenvolver critérios que auxiliem na seleção de adesivos e de tratamentos superficiais aplicados às estrutuaras a serem coladas. A caracterização dos adesivos envolveu dois tipos de ensaios mecânicos: o cisalhamento de juntas de sobreposição simples e a clivagem de juntas adesivas. Dois tipos de tratamento das superfícies dos aderentes foram utilizados: camada de sacrifício removível (peel-ply) e abrasão. Também foi realizada a análise dos modos de falha das juntas ensaiadas como auxílio de compatibilidade entre adesivo e substrato. Os resultados mostram que o tratamento via peel-ply foi o mais eficiente para as juntas coladas com epóxi e testadas em cisalhamento, ao apresentar um aumento de 28% na resistência em relação às superfícies sem tratamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura sugerem que esse tratamento gerou uma área maior de contato em relação à superfície não tratada e que causou menos danos à superfície do aderente do que o método abrasivo. Os grupos colados com adesivo metil metacrilato, independentemente do tipo de tratamento, obtiveram os maiores valores nos ensaios de clivagem, cerca de 170% superiores aos demais grupos. Para estruturas de pás corretamente projetadas para evitar cargas de peeling em suas juntas adesivas, este trabalho mostra que a melhor opção são aderentes tratados com peel-ply e colados com epóxi. Contudo, um plano de testes deve ser elaborado sempre que houver a necessidade do emprego de um novo adesivo ou método de preparação superficial / The manufacturing process of wind turbine blades involves the bonding of structures made of glass reinforced plastic. This work analyzes the theree main types of structural adhesives used by blades manufactures (epoxy, polyurethane and methyl methacrylate), with the goal of developing criteria to assist in the selection of adhesives and surface treatments applied to the structures to be bonded. The characterization of the adhesives involved two types of mechanical tests: single lap shear joints and cleavage of adhesive joints. Two types of surface treatment of the adherents were used: removable sacrifical layer (peel-ply) and abrasion. The joint failure mode analysis was also carried out as an aid to the study of compatibility between adhesive and substrate. The results show that treatment via peel-ply was the most efficient for epoxy bonded substrates tested in shear, by presenting a 28% increase in strengh compared to untreated surfaces. Images of scanning electron microscopy suggest that this treatment led to a larger area of contact relative to untreated surfaces and caused less damage to the substrate's surface than the abrasive method. The groups bonded with methyl methacrylate regardless the type of treatment, had the highest values in the cleavage test, approximately 170% higher than other groups. For propertly designed blades, that avoid peeling loads in their adhesive joints, this work shows that the best option are substrate treated with peel-ply and bonded with epoxy. However, a test plan should be prepared whenever there is the necessity of using a new adhesive or method of surface preparation

Orientador: Milton Dias Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T23:46:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_GustavoRobertodeSouza_M.pdf: 19462532 bytes, checksum: 9591493a03edfc2b4ed7c18c9cf7005a (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Entre os anos de 2004 e 2014 a capacidade total instalada de aerogeradores no mundo apresentou um crescimento de aproximadamente 700%. Este crescimento tão acentuado tem ocorrido devido à atual preocupação mundial com o desgaste do planeta e a consequente busca por novas fontes de energia renováveis e limpas. Evidentemente, esta situação tem atraído muitos investimentos para o estudo de geradores eólicos mas o que se observa na prática é que um número significativo de falhas prematuras ainda ocorrem nos componentes dos aerogeradores. Problemas com a caixa de engrenamento estão entre as principais causas de downtime de um aerogerador. Estudos ainda mais profundos relacionados a este assunto são necessários para o desenvolvimento de projetos de turbinas eólicas mais confiáveis. O presente trabalho se insere neste contexto analisando o comportamento vibratório torcional do trem de potência de um aerogerador de eixo horizontal de velocidade variável. Para tanto, utiliza-se um modelo de múltiplos corpos no qual são incorporados os efeitos da rigidez variável dos engrenamentos helicoidais, fazendo com que o sistema resultante seja linear e variante com o tempo. Os parâmetros modais - frequências naturais, fatores de amortecimento e modos de vibrar - do sistema linear e invariante no tempo equivalente são apresentados. Foram também realizadas simulações com o aerogerador operando nas condições de velocidades de rotação constante e variável, sempre funcionando em faixas de operação compatíveis com o gerador eólico estudado. Os resultados das simulações foram analisados utilizando ferramentas de processamento de sinais estacionários e não estacionários. Estes resultados mostram a presença de forças dinâmicas internas à caixa de engrenagens que contém componentes de frequência iguais às frequências do engrenamento e suas múltiplas. Demonstra-se que estas forças, dependendo da velocidade de operação da máquina e das características do par engrenado, podem excitar as frequências naturais do sistema, e isto, por sua vez, pode levar ao desgaste prematuro dos componentes do aerogerador. Verifica-se também a ocorrência de ressonâncias de segunda ordem, característica de sistemas variantes com o tempo / Abstract: Between 2004 and 2014, the total capacity installed of wind turbines in the world presented an increase of approximately 700%. This very sharp increase has been due to the current global concerns about the planet wear and the consequent search for new sources of renewable and clean energy. Clearly, this situation has attracted many investments for the wind turbines study, but in practice it is observed that a significant number of premature failures still occur in the wind turbine components. Problems with the gear box are one of the leading causes of the downtime of a wind turbine. Deeper studies related to this matter are necessary for the development of more trustable wind turbines projects. The main work was inserted in this context analyzing the torsional vibration behavior of the power train of a horizontal axis wind turbine with variable speed. To do so, a multibody model was used in which the variable stiffness effects of the helical gear ratio were embedded, so that the resulting system was linear time-varying. The modal parameters ¿ natural frequencies, damping factors and vibration modes- of the equivalent linear time-invariant system were presented. Simulations with a wind turbine operating in constant and variable rotation speed conditions were also made, always working on compatible operating ranges with the wind generator studied. The simulations results were analyzed using stationary and not stationary signal processing tools. These results showed the presence of dynamic forces inside the gear box containing the frequencies components equal to the gear meshing frequencies and its multiples. Depending of the operation machine speed and the gear pair characteristics, it was demonstrated that these forces may excite the natural frequencies of the system, and in turn, this can lead to premature wear of the wind turbine components. It is also verified the occurrence of second-order resonances and linear time-varying systems characteristics / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

This work presents the coupling between two different formulations applied to flow simulation and analysis of wind rotors, integral and differential formulations. First, for the integral formulation is defined a control volume where the variables problem are defined, as well as the necessaries working hypothesis, then a proposed mathematical modeling is defined. Simulations through NACA airfoils, using Computational Dynamic Fluids, are performed in order to evaluate drag and lift coefficients, to be used in the integral formulation. The Navier-Stokes equations are solved in house and the Smagorinsky turbulence model with Van Driest damping function is retained. The computational code is implemented with structured cartesian mesh, where the airfoil is modeled using the Immersed Boundary Methodology. The results of simulation through a NACA0012 airfoil are shown for several attack angles and Re = 10000. Results of energetic efficiency are presented for a horizontal axis wind turbine using the integral formulation, where the coefficients are given by differential formulations. / Este trabalho apresenta o acoplamento entre as duas formulações diferentes aplicadas à simulação do escoamento e análise de rotores eólicos, formulações integral e diferencial. Primeiramente para a formulação integral é definido um volume de controle onde as variáveis do problema são definidas, bem como as hipóteses simplificadoras necessárias, para então ser proposta uma modelagem matemática. Simulações do escoamento em aerofólios NACA, utilizando Dinâmica dos Fluidos Computacional, são realizadas a fim de determinar os coeficientes de arrasto e sustentação, os quais foram utilizados na formulação integral. As equações de Navier-Stokes são resolvidas em um código computacional e o modelo de turbulência de Smagorinsky com função de amortecimento de Van Driest é utilizado. O código computacional é implementado com uma malha cartesiana estruturada, e o aerofólio é modelado utilizando a Metodologia da Fronteira Imersa. Os resultados da simulação através de um aerofólio NACA0012 são mostrados para vários ângulos de ataque e Re = 10000. Os resultados de eficiência energética são apresentados para uma turbina eólica de eixo horizontal utilizando a formulação integral, onde os coeficientes são dados pelas formulações diferenciais. / Mestre em Engenharia Mecânica