Investigação da instabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Cavalcanti, Alexander Alves
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia; BR; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
• Palavras-chave em Português: Civil Engineering; Turbines; Mechanical movements; Dynamics; Finite element method; Wind turbines; Aeroelastic instability; Non linear dynamics; Finite element modelling; Engenharia civil; Turbinas; Movimentos mecânicos; Dinâmica; Método dos elementos finitos; Turbinas eólicas; Instabilidade aeroelástica; Dinâmica não linear; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11508

Em geral, as turbinas eólicas modernas são projetadas para operarem com uma velocidade de rotação dentro de uma faixa delimitada. Acima da velocidade máxima de operação, as pás se alinham com o vento, reduzindo o torque gerado pelas forças aerodinâmicas, o que faz com que o rotor deixe de girar, permanecendo a turbina nessa condição durante a ocorrência de ventos extremos. Embora já tenha sido prevista em estudos anteriores, a instabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas (com velocidade de rotação nula) ainda é um fenômeno relativamente pouco estudado, que vem ganhando relevância com o aumento das dimensões dessas estruturas. Nesse sentido, visando justamente contribuir para a melhor compreensão do assunto, o objetivo deste trabalho é investigar os principais fatores que influenciam a estabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas. Adota-se a turbina eólica conceitual NREL 5-MW como referência e utilizam-se os simuladores aeroelásticos FAST v8, desenvolvido pelo U.S. Department of Energy s (DOE) National Renewable Energy Laboratory (NREL), e ASHES, desenvolvido pela Simis. Inicialmente, a resposta dinâmica da turbina eólica estudada é simulada sob diversas situações, identificando-se as configurações instáveis por meio da análise não linear dos deslocamentos no domínio do tempo. Em seguida, as instabilidades identificadas são analisadas no domínio da frequência, correlacionando-se as frequências dominantes encontradas com os modos naturais de vibração da estrutura. Os resultados obtidos indicam que as instabilidades observadas são governadas, principalmente, pelos modos naturais da estrutura caracterizados pela vibração das pás na direção edgewise (cujos deslocamentos se dão paralelamente às cordas das seções transversais das pás), sendo a estabilidade sensível tanto à posição das pás (azimute e pitch) quanto à direção do vento incidente (yaw).