Parametrização e otimização estrutural de comportas ensecadeiras utilizando APDL

Abstract

O projeto paramétrico de componentes mecânicos exerce papel cada vez mais importante na indústria moderna, especialmente quando aliado a rotinas de otimização estrutural com o objetivo de elevar a confiabilidade no dimensionamento, reduzir o tempo, massa e custo final do produto acabado. A indústria de equipamentos hidromecânicos tem função primordial no desenvolvimento da matriz energética brasileira, que é predominantemente composta por empreendimentos hidrelétricos de médio e grande porte. A comporta ensecadeira, que é amplamente empregada em obras hidráulicas, é o foco desse trabalho. Serão apresentadas duas rotinas computacionais em linguagem APDL (Ansys Parametric Design Language) para realização do dimensionamento da comporta e sua posterior otimização estrutural, executado de forma automatizada, utilizando o Método de Elementos Finitos em associação com pacote comercial ANSYS. Para validação das rotinas computacionais foram utilizados os dados provenientes dos projetos das comportas ensecadeiras das usinas hidrelétricas de Belo Monte e Sinop. Foram otimizadas oito comportas distintas e os resultados obtidos foram satisfatórios, uma vez que o valor médio da redução de massa foi de 9%, que no contexto dos dois empreendimentos, corresponde a 245 toneladas de aço, incluindo os painéis das comportas provisórias de Belo Monte. De forma geral, as estruturas dos painéis foram otimizadas pelo aumento da altura da alma da viga horizontal associada à redução da espessura da alma e das abas da viga na região central e lateral. Além do retorno financeiro significativo que pode ser obtido com o emprego desta técnica, uma importante ferramenta foi desenvolvida para o dimensionamento estrutural de comportas ensecadeiras, principalmente para o cálculo da deflexão, cujos valores calculados analiticamente pelos fornecedores, se mostraram subestimados.