Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Diversas formas de geração de energia vêm sendo desenvolvidas com o
objetivo de oferecer alternativas ecologicamente corretas. Neste contexto, a energia
eólica vem se destacando na região Nordeste do Brasil, devido ao grande potencial
dos ventos da região. As torres, que representam parcela significativa do custo total
do sistema, tendem a crescer buscando ventos mais fortes e permitindo assim a
utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia. Este
trabalho tem como objetivo formular um modelo de otimização de torres tubulares de
aço, para aerogeradores eólicos. Busca-se minimizar o volume total (custo,
indiretamente), tendo como variáveis de projeto as espessuras da parede da torre.
São impostas restrições relativas à frequência natural e ao comportamento estrutural
(tensão e deslocamento máximo de acordo com recomendações da norma
Europeia). A estrutura da torre é modelada com base no Método dos Elementos
Finitos e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre, do conjunto
de equipamentos instalados no topo (aerogerador), e o efeito estático da ação do
vento sobre a torre. Para verificação das tensões, deslocamentos e frequências
naturais, foram utilizados elementos finitos de casca disponíveis na biblioteca do
programa de análise ANSYS. Os modelos de otimização foram também
implementados no modulo de otimização do programa ANSYS (design optimization),
que utiliza técnicas matemáticas em um processo iterativo computadorizado até que
um projeto considerado ótimo seja alcançado. Nas aplicações foram usados os
métodos de aproximação por subproblemas e o método de primeira ordem. Os
resultados obtidos revelam que torres para aerogeradores merecem atenção
especial, em relação à concepção do projeto estrutural, sendo que seu desempenho
deve ser verificado através de metodologias completas que englobem além das
análises clássicas (estáticas e dinâmicas), incluam também as análises de
otimização. / Different forms energy generation have been developed with the main goal of
offering correct ecological alternatives. In this context, wind energy is highly
prominent in the northeast Brazil, due to the potential wind in the region. The towers,
which represent a significant portion of the total cost of the system tends to find
strong winds and permit them to utilize wind turbines as a medium for the generating
energy. This work shows an objective way to formulate an model of towers with steel
turbines, for wind generation. The work seeks to minimize the total volume (cost,
indirectly) with the wall thickness of the tower as design variables. Natural
frequencies and structural behavior (allowable stresses and maximum displacement
according to the European code) are the design constraints. The tower structure is
modeled using the Finite Element Method and the applied loads are the total weight
of the structure (including the tower and the wind turbine installed on the top) and the
static effect of the wind on the tower. To determine the stresses, displacements and
natural frequencies shell elements available in the ANSYS analysis program were
used. Optimization models were also implemented using the ANSYS design
optimization modulus which uses mathematical programming techniques to find the
optimum structure. The first order and sub problem methods were used in the
developed applications. The obtained results show that the towers for wind
generators deserve special attention related to the conception of the structural
project. Its performance has to be verified by a complete methodology that embodies
the classical analysis (static and dynamics) and also the optimization analysis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:UERJ:oai:www.bdtd.uerj.br:5283 |
| Date | 16 October 2013 |
| Creators | Núria Alice Alves Silva Santos |
| Contributors | Francisco José da Cunha Pires Soeiro, José Guilherme Santos da Silva, Jayme Pereira de Gouvêa, Evandro da Silveira Goulart |
| Publisher | Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UERJ, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro, instacron:UERJ |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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