Otimização multiobjetivo de pá de turbina eólica de eixo horizontal considerando aspectos aerodinâmicos e estruturais - Kunsch, Júlia Cássia da Silva (2024)
Nos últimos anos, a energia eólica ganhou destaque devido ao seu potencial energético e ambiental. Ocorreram notáveis avanços no setor, com as turbinas eólicas aumentando sua capacidade de 75 kW para 7,5 MW. O principal componente de uma turbina eólica é o gerador (rotor), responsável por converter a energia mecânica, que é produzida pela rotação das pás da turbina, em energia elétrica. As pás do rotor, por sua vez, são componentes estruturais essenciais que precisam ser projetadas adequadamente para garantir o funcionamento eficiente do sistema e garantir a sua estabilidade. É no contexto de melhorias no desempenho aerodinâmico do rotor, observando aspectos dinâmicos de frequências naturais das pás de turbinas eólicas de eixo horizontal, que se insere a presente pesquisa. Propõe-se, portanto, uma abordagem para a otimização multiobjetivo, mediante a resolução de problemas que visam maximizar a potência e minimizar o empuxo, impondo restrições de frequências naturais, associando-as a limitações impostas pela rotação da turbina. Para alcançar os objetivos, a metodologia compreende o acoplamento do modelo aerodinâmico da teoria do elemento de pá combinada com a do disco atuador (Blade Element Momentum Theory - BEM) com o modelo estrutural de viga rotativa, na abordagem proposta, a longarina, associada a um material equivalente ao compósito, é tratada como uma simplificação da geometria da pá. A turbina eólica padrão NREL (National Renewable Energy Laboratory) de 5 MW é utilizada como estudo de caso, sendo otimizada por meio de cinco algoritmos evolutivos. Para cada problema de otimização proposto, realiza-se a avaliação do desempenho de cada algoritmo e extraem-se modelos de turbinas da frente de Pareto, com auxílio do tomador de decisão multi-criteria decision making (MCDM).