Análise dinâmica analítico-numérica de torres de aerogeradores equipadas com atenuadores de coluna líquida sintonizada

Abstract

A geração de energia eólica tem se firmado como uma alternativa sustentável na matriz energética cuja potência instalada apresenta crescimento consistente ao longo dos anos. O desenvolvimento de novos projetos de aerogeradores com grandes capacidades nominais e dimensões torna imprescindível o estudo de vibrações das suas estruturas e de dispositivos que possam reduzir os seus deslocamentos. Este trabalho utiliza abordagens analíticas e numéricas para análises dinâmicas de estruturas de aerogeradores de eixo horizontal, avaliando, também, os efeitos da utilização de atenuadores de coluna líquida sintonizada (tuned liquid column dampers – TLCDs) como dispositivos passivos para redução de deslocamentos das estruturas. Foram desenvolvidas rotinas computacionais para simulação de aerogeradores através da discretização das torres em elementos finitos de viga com posterior aplicação do processo da condensação estática para eliminação dos graus de liberdade de rotação do sistema. As implementações foram introduzidas em uma nova versão do software DynaPy, permitindo a análise dessas estruturas equipadas com TLCD e submetidas a excitações harmônicas e carregamentos sísmicos. Além disso, foi empregada uma abordagem analítica para representação da estrutura como um sistema de um único grau de liberdade com propriedades generalizadas, a partir da qual foram conduzidas análises paramétricas do TLCD para auxiliar no dimensionamento ótimo do dispositivo. As frequências naturais e deformadas modais obtidas através do modelo com condensação estática apresentaram boa concordância com os valores de referência quando desprezada a inércia rotacional da massa na extremidade. Ao se considerar esse parâmetro, a precisão se tornou restrita ao primeiro modo. Apesar disso, verificou-se boa adequação do modelo na determinação da resposta da estrutura no domínio do tempo, o que também foi observado para o método de simplificação com propriedades generalizadas. As análises da estrutura equipada com TLCD no DynaPy demonstraram a eficiência do dispositivo na redução de vibrações. Também foi possível visualizar a influência da quantidade de TLCDs e da razão de abertura do seu diafragma no comportamento da estrutura e da coluna líquida do atenuador. Por fim, as análises paramétricas confirmaram a importância da escolha de uma razão de sintonização próxima do valor unitário no dimensionamento do TLCD, bem como indicaram um acréscimo na eficiência do dispositivo à medida em que se aumenta as razões de massa e de aspecto.