Análise de falhas por fadiga de engrenagens de turbina eólica ocasionadas por vibrações torcionais. - Mansano, Alex De Pretto (2022)
O uso de turbinas eólicas tem aumentado por conta do desenvolvimento sustentável. São sistemas mecânicos sujeitos a várias falhas por conta da aerodinâmica, sistemas elétricos etc., no entanto, há pouca contribuição científica na análise da transmissão, responsável por 60% das falhas e 25% do tempo de inatividade da turbina, bem como determinar as tensões de fadiga das engrenagens por causa das vibrações através de uma metodologia que possa vincular ambos os conceitos. Por isso, o objetivo dessa dissertação é obter as tensões de fadiga das engrenagens através dessa metodologia de forma simples, eficiente e prática. Inicialmente, foram criados quatro modelos baseados nas turbinas NREL 750 kW e 5 MW, considerando as rigidezes das malhas engrenadas e dos eixos. Todos os modelos foram simulados analiticamente e em ambiente Simulink/Simscape para gerar as curvas de receptância e obter os deslocamentos angulares sob ação de uma malha de controle feedback. Em seguida, obtiveram-se as forças normais para determinar as tensões de fadiga de flexão e de contato das engrenagens para, por fim, obter as vidas úteis à fadiga. Os resultados demonstraram que a engrenagem solar tem mais chances de falhar por fadiga de flexão, por ser a com o menor número de dentes da transmissão acoplada a três engrenagens planetárias e submetida a baixas rotações; por outro lado, o pinhão da alta rotação é o mais vulnerável à fadiga de contato por estar submetido a altas rotações. Conclui-se que a metodologia foi bem-sucedida ao demonstrar o impacto das rigidezes e dos eixos, detalhar o estudo da análise de fadiga através do estado triplo de tensões e coeficientes de carga e geometria e à variação das vidas úteis em função dos modelos, o qual elaborou um diagrama de falhas das engrenagens em função da linha de potência da transmissão.