Análise de estabilidade e modal de torres tubulares de aço para aerogeradores de eixo horizontal.

Abstract

Visando atender a demanda por energia elétrica da população e das indústrias em geral, aliada a atual preocupação com os impactos ambientais provocados por diversas matrizes energéticas, o uso de fontes renováveis vem ganhando força nos últimos anos, como é o caso da energia eólica. No cenário nacional, houve um desenvolvimento notável na geração de energia eólica no Brasil, que em 2017 figurou entre os 10 países com maior capacidade acumulada de geração elétrica a partir de aerogeradores. Em Pernambuco, surgindo como alternativa para às usinas hidroelétricas que operam abaixo do esperado nos períodos de estiagem, a produção de energia eólica obteve grande relevância nos últimos anos. Na busca de equipamentos cada vez mais eficientes e sujeitos a ventos mais intensos, o porte das torres tem aumentado, ampliando a importância dos estudos a respeito dos efeitos de 2ª ordem geométrico e de vibrações livre da estrutura. Deste modo, este trabalho tem como objetivo a realização de uma análise da estabilidade elástica e a determinação das frequências e dos modos de vibração de uma torre tubular de aço, com 120 m de altura, para a sustentação de um aerogerador de eixo horizontal. Inicialmente, realizou-se uma introdução sobre os tipos de aerogeradores existentes, suas características, e os tipos de torres utilizadas para sustentação. Em seguida, é apresentado um resumo com alguns dos principais trabalhos desenvolvidos a respeito desse tema abordado. Posteriormente, são apresentados os conceitos teóricos necessários para a compreensão e realização das análises de estabilidade e modal da estrutura. A torre foi modelada utilizando elementos finitos de barra, no qual a não linearidade geométrica foi considerada mediante a implantação da 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). Verificou-se que os deslocamentos detectados no topo da torre encontram-se abaixo do limite estabelecido por norma europeia, e a respeito a resposta dinâmica da torre, pode-se concluir que a influência do primeiro modo de vibração é predominante em relação aos demais, destacando-se a relevância do estudo das propriedades dinâmicas deste tipo de estrutura, principalmente quanto a possibilidade de ocorrência de problemas de ressonância.