Análise harmônica em torres tubulares de aço para aerogeradores de eixo horizontal.

Abstract

O aumento do consumo de energia para atender às necessidades da população e das indústrias, traz à tona uma problemática lógica no que se refere ao esgotamento das atuais fontes de energia, o que evidencia a necessidade de se investir em pesquisas que busquem aprimorar as fontes de energia renovável em estudos que apontem para novas formas de captação de energia. Uma das alternativas de contornar este problema tem sido a utilização da energia oriunda da ação do vento. Neste contexto, a energia eólica vem se destacando no Brasil, em especial na região Nordeste, com ênfase no estado de Pernambuco, cujo desenvolvimento do potencial eólico tem sido promissor nos últimos anos, devido ao grande potencial dos ventos e às características de renovabilidade e complementaridade com a energia das usinas hidrelétricas. As torres de suporte aos aerogeradores, que representam parcela significativa do custo total do sistema, tendem a crescer, buscando ventos com maiores velocidades e permitindo assim a utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia, acentuando-se a sua importância como elemento estrutural do sistema. Neste aspecto, o presente trabalho visa a análise harmônica em torres tubulares de aço para aerogeradores de eixo horizontal de 120 m de altura, tal análise harmônica é realizada com o objetivo de avaliar os modos de vibração que mais contribuem na resposta dinâmica estrutural. Realizou-se, inicialmente, uma introdução apontando para a importância da energia eólica e a distribuição da matriz energética. Em seguida foi feita uma vasta revisão bibliográfica sobre o tema de estudo. Posteriormente, são apresentados os conceitos teóricos necessários para a compreensão e realização da análise modal da torre. Foi realizada então, a inclusão da contribuição do esforço normal nos deslocamentos transversais à torre via matriz de rigidez geométrica consistente. Na modelagem dinâmica da torre, foi implementado um código próprio para a obtenção das frequências naturais e dos modos de vibração (análise de autovalores e autovetores). Foi realizada também a análise dos deslocamentos, velocidades e acelerações da torre, tal análise foi feita para uma ação harmônica permanente com magnitude comparável a ação do vento e em seguida para uma ação transiente, tal análise se mostrou mais fidedigna que a anterior para explicar o que ocorre na prática nos aerogeradores de eixo horizontal.