nÃo hà / As grandes questÃes do mundo globalizado tÃm passado, necessariamente, pelos temas ligados à 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 à 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 à resistÃncia, à estabilidade e rigidez sÃo impostas com base em normas brasileiras. RestriÃÃes relativas à frequÃncia natural, a limitaÃÃes de transporte e geomÃtricas sÃo tambÃm requeridas. O conjunto nacele/rotor à 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 à 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 / The main subjects of the globalized world have passed necessarily by issues related to sustainability, clean energy, environment exploration in an ecologically correct way, and technology innovation to maintain a healthy planet. In this context, the wind has been highlighting, especially in the Northeast of Brazil, because of the large wind potential and the characteristics of renewability and complementarily with hydropower energy. The towers represent significant portion of the cost of the system, tends to grow seeking greatest wind speeds and allowing the use of wind turbines with bigger production capacity, emphasizing its importance as a structural element of the system. The main objective of this work is to formulate an optimization model of tubular steel towers, composed of segments in truncated cone. The aim is a minimum weight solution, having outer diameters and plate thicknesses characteristics of each segment as design variables. Constraints related to strength, stability and stiffness are imposed based on Brazilian codes. Constraints related to natural frequency, the limitations of transport and geometry are also required. The nacelle/rotor conjunct is modeled as a rigid mass attached to the top of the tower, without rotation, and the loading acting on the structure includes the weights of the tower and the nacelle/rotor conjunct, the static wind effect on the tower and on rotor blades. The analysis model adopts cantilever beam and employs a formulation for geometric nonlinear finite element method using a C++ program. The optimization model was implemented in MATLAB and due to the discrete nature of the design variables and the discontinuities of the constraint functions and their gradients we use genetic algorithms in the solution. Searches in the neighborhood of the discrete solutions are performed using a gradient based algorithm (fmincon in MATLAB). Applications to several tower heights are made, including comparisons with a cylindrical tower to validate the model. The results are analyzed against others models in the literature. The concepts of rigid and flexible tower project are discussed relaxing their stiffness and frequency constraints. Solutions obtained are analyzed using shell elements of ABAQUS analysis program to check tensions and displacements
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5736 |
| Date | 22 August 2011 |
| Creators | JoÃo Baptista Cardoso Athayde Lima |
| Contributors | AntÃnio MacÃrio Cartaxo de Melo |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia Civil Estruturas e ConstruÃÃo Civil, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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