Análise dinâmica de aerogeradores offshore com fundação tipo monopilar

Abstract

É notório o contínuo aumento da produção de energia eólica nos últimos anos. O potencial eólico da Zona Econômica Exclusiva Brasileira (ZEE) é significativo, com plataforma continental de baixa profundidade e velocidade do vento extremamente favorável na região Nordeste. A exploração de energia eólica offshore aparece, então, como uma alternativa para a expansão das fontes nacionais de energia primária. O tipo monopilar representa aproximadamente 80% das soluções globais de fundação de turbinas offshore. Em geral, o estudo das estruturas de suporte das turbinas é desafiante para a engenharia estrutural, uma vez que são estruturas extremamente esbeltas submetidas a esforços de natureza dinâmica, como o vento, ondas, abalos sísmicos e as próprias excitações do sistema. Este trabalho tem como objetivo propor e desenvolver dois modelos numéricos que realizem a análise modal e obtenham a resposta transiente de torres eólicas sobre monopilar, quando submetidas à ação do vento no rotor. Ambos os modelos utilizam o Método dos Elementos Finitos (MEF), sendo um unidimensional e o outro tridimensional. Além disso, é verificada a influência de um conjunto de aspectos dinâmicos na análise: a interação solo-estrutura (ISE) por modelos simplificados, o efeito da carga axial e a interação fluido-estrutura (IFE) pelo modelo simplificado da Massa Hidrodinâmica Adicional e por elementos de fluido acústico. Observa-se que o fator de maior impacto nas frequências naturais do sistema é a ISE, seguida da IFE. Demonstra-se que através do modelo 1D é possível estimar satisfatoriamente as frequências naturais e modos de vibração da fase II da turbina de referência NREL 5MW considerando os resultados da literatura.