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Tipo do documento: Dissertação
Título: Investigação da instabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas
Título(s) alternativo(s): Investigation of aeroelastic instability of parked wind turbines
Autor: Cavalcanti, Alexander Alves 
Primeiro orientador: Silva, José Guilherme Santos da
Primeiro membro da banca: Soeiro, Francisco José da Cunha Pires
Segundo membro da banca: Souza, Roberto de Almeida
Terceiro membro da banca: Debona, Gilvan Lunz
Resumo: Em geral, as turbinas eólicas modernas são projetadas para operarem com uma velocidade de rotação dentro de uma faixa delimitada. Acima da velocidade máxima de operação, as pás se alinham com o vento, reduzindo o torque gerado pelas forças aerodinâmicas, o que faz com que o rotor deixe de girar, permanecendo a turbina nessa condição durante a ocorrência de ventos extremos. Embora já tenha sido prevista em estudos anteriores, a instabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas (com velocidade de rotação nula) ainda é um fenômeno relativamente pouco estudado, que vem ganhando relevância com o aumento das dimensões dessas estruturas. Nesse sentido, visando justamente contribuir para a melhor compreensão do assunto, o objetivo deste trabalho é investigar os principais fatores que influenciam a estabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas. Adota-se a turbina eólica conceitual NREL 5-MW como referência e utilizam-se os simuladores aeroelásticos FAST v8, desenvolvido pelo U.S. Department of Energy s (DOE) National Renewable Energy Laboratory (NREL), e ASHES, desenvolvido pela Simis. Inicialmente, a resposta dinâmica da turbina eólica estudada é simulada sob diversas situações, identificando-se as configurações instáveis por meio da análise não linear dos deslocamentos no domínio do tempo. Em seguida, as instabilidades identificadas são analisadas no domínio da frequência, correlacionando-se as frequências dominantes encontradas com os modos naturais de vibração da estrutura. Os resultados obtidos indicam que as instabilidades observadas são governadas, principalmente, pelos modos naturais da estrutura caracterizados pela vibração das pás na direção edgewise (cujos deslocamentos se dão paralelamente às cordas das seções transversais das pás), sendo a estabilidade sensível tanto à posição das pás (azimute e pitch) quanto à direção do vento incidente (yaw).
Abstract: Generally, modern wind turbines are designed to operate with a rotation speed in a limited range. Above the maximum operating speed (cut out speed), the blades are feathered, reducing the torque generated by the aerodynamic forces, which causes the rotor to stop rotating, with the turbine remaining in that condition during the occurrence of extreme winds. Although predicted in previous studies, aeroelastic instability of parked wind turbines is still a relatively little known phenomenon, that has gained relevance with the increase of the dimensions of these structures. In this sense, aiming to contribute to a better understanding of the subject, the objective of this work is to investigate the main factors that influence the aeroelastic stability of parked wind turbines. The NREL 5-MW reference wind turbine is considered and the aeroelastic simulators FAST v8, developed by the U.S. Department of Energy's (DOE) National Renewable Energy Laboratory (NREL), and ASHES, developed by Simis, are used. Initially, the dynamic response of the reference wind turbine is simulated under different situations, identifying the unstable configurations by the non-linear analysis of the displacements in the time domain. Then, the identified instabilities are analyzed in the frequency domain, correlating the dominant frequencies found with the natural modes of the structure. The obtained results indicate that the observed instabilities are governed mainly by the natural modes of the structure characterized by the edgewise vibration of the blades, being the stability sensitive to both the position of the blades (azimuth and pitch) and the direction of the incident wind (yaw).
Palavras-chave: Civil Engineering
Turbines
Mechanical movements
Dynamics
Finite element method
Wind turbines
Aeroelastic instability
Non linear dynamics
Finite element modelling
Engenharia civil
Turbinas
Movimentos mecânicos
Dinâmica
Método dos elementos finitos
Turbinas eólicas
Instabilidade aeroelástica
Dinâmica não linear
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: BR
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: CAVALCANTI, Alexander Alves. Investigação da instabilidade aeroelástica de turbinas eólicas estacionadas. 2019. 109 f. Dissertação (Mestrado em Estruturas; Geotecnia; Construção Civil) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11508
Data de defesa: 30-Mai-2019
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Civil

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