Análise numérica da interação fluido-estrutura em torres de turbinas eólicas. - Bizuti, Thomas Hachul (2024)
Com o crescimento da população mundial, novas e mais eficientes formas de geração de energia são procuradas, dado o aumento da demanda energética. Essa busca tem como objetivo diminuir a agressão ao meio ambiente, levando às fontes renováveis, como por exemplo, a energia eólica. Visando contribuir para um maior entendimento do tema, o presente trabalho tem como foco o estudo da interação fluido-estrutura em torres de turbinas eólicas de eixo horizontal utilizando o programa Ansys. Para tal, esta pesquisa consiste em primeiramente expor o panorama mundial e brasileiro de geração de energia, ressaltando a importância da energia eólica nas respectivas matrizes energéticas. Após destacar a relevância do tema, é realizada uma revisão bibliográfica sobre turbinas eólicas, são citados alguns trabalhos relevantes sobre o tema e são apresentadas expressões para a implantação desse tipo de gerador de energia. Em seguida, exploram-se os conceitos importantes para o entendimento da interação fluido-estrutura, tais como a mecânica dos fluidos e a mecânica dos sólidos. Com esse embasamento teórico, é explicado o procedimento de modelagem para solucionar esse tipo de problema de utilizando ferramentas computacionais. Para a análise fluidodinâmica, é utilizado o Ansys Fluent, cujos resultados são exportados para o módulo estático estrutural do Ansys, a fim de realizar um estudo de interação fluido-estrutura de uma via. Sobre os modelos desenvolvidos, primeiro é realizada a validação da metodologia com formulações analíticas e comparação com um trabalho de referência, onde em ambos os casos é estudada a ação do vento em uma única pá de um rotor de turbina eólica. Validada a metodologia, trabalhando com as turbinas do projeto WindPACT da NREL, são analisadas primeiramente apenas pás sozinhas na condição nominal. Após esses modelos, são analisados os conjuntos compostos pelas torres, naceles e cubos para as diferentes potências nominais, incluindo as reações de apoio das pás como forças atuantes no cubo. Os modelos produzidos têm diferentes conjuntos de parâmetros de entrada, visando verificar a estrutura das torres eólicas modeladas sob diversas condições operacionais. Com esses resultados, desenvolve-se um roteiro para a realização de análises de interação fluido-estrutura de uma via em turbinas eólicas. Dessa forma, o presente trabalho busca contribuir com futuras pesquisas para o aprimoramento das análises e do desempenho estrutural de turbinas eólicas.