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UMA METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE COMPONENTES DE AEROGERADORES.pdf: 2234628 bytes, checksum: c801a59ec85918d199458eb62c41c451 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-12T18:09:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2
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Previous issue date: 2016-01-29 / 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. / Computational simulations of the dynamic behavior of modern wind turbines provide
technical strategic information very much employed and, increasingly valued during the
design stages and certification of a new wind turbine for the increasingly competitive global
wind energy market. These simulations are performed with the use of complex computational
systems that require user experience in several technical expertise fields of engineering. This
work seeks to present and test a methodology in order to investigate the structural behavior of
wind turbine components. The case study is performed with a 2 MW Variable Speed Variable
Pitch (VSVP) wind turbine model available in an aeroelastic code, GL Bladed where dynamic
simulations of the main operational (normal operation, start-up, normal stop, emergency stop)
and non-operational (idling and parked state) states of the wind turbine are performed in order
to obtain the tridimensional forces and moments transmitted to the whole turbine structure. A
CAD tool (Solidworks) is employed to represent the complete wind turbine model in 3D,
considering two situations for the support system: steel tower and reinforced concrete tower.
The geometric models are exported to a finite element tool (COMSOL Multiphysics) with the
aim of simulating numerically their structural behavior by observing the stresses and
displacement produced. The finite element tool is fed with the most critical scenarios
identified, among others given by IEC 61400-1. When the results of the solution given by the
finite element model for all the simulated conditions were compared, it was observed that the
maximum von Mises stresses produced in each of the towers did not reach the respective
calculated stress value. This result proves that both concrete and steel towers resisted the
worst scenarios of tridimensional forces and moments. Stress concentrations were identified
in the discontinuity regions of the tower structures. On the other hand, the maximum
displacements produced on the towers were analyzed with the aim of verifying the flexibility
aspect of the support structure. Finally, the influence of extreme wind on the structural models
of the steel and reinforced concrete tower model were analyzed under the rotor parked mode
at the region of interest. The case study demonstrated the applicability of the proposed
methodology for analyzing the integrity of wind turbine components. It is recommended that
this methodology is applied for other wind turbine components in order to demonstrate the
robustness of the proposed method.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/17828 |
| Date | 29 January 2016 |
| Creators | ASIBOR, Aigbokhan Isaiah |
| Contributors | ARAÚJO, Alex Maurício, ARAÚJO, Alex Maurício |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Engenharia Mecanica, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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