Otimização de torre de aço para aerogerador eólico.

Diversas formas de geração de energia vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de oferecer alternativas ecologicamente corretas. Neste contexto, a energia eólica vem se destacando na região Nordeste do Brasil, devido ao grande potencial dos ventos da região. As torres, que representam parcela significativa do custo total do sistema, tendem a crescer buscando ventos mais fortes e permitindo assim a utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia. Este trabalho tem como objetivo formular um modelo de otimização de torres tubulares de aço, para aerogeradores eólicos. Busca-se minimizar o volume total (custo, indiretamente), tendo como variáveis de projeto as espessuras da parede da torre. São impostas restrições relativas à frequência natural e ao comportamento estrutural (tensão e deslocamento máximo de acordo com recomendações da norma Europeia). A estrutura da torre é modelada com base no Método dos Elementos Finitos e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre, do conjunto de equipamentos instalados no topo (aerogerador), e o efeito estático da ação do vento sobre a torre. Para verificação das tensões, deslocamentos e frequências naturais, foram utilizados elementos finitos de casca disponíveis na biblioteca do programa de análise ANSYS. Os modelos de otimização foram também implementados no modulo de otimização do programa ANSYS (design optimization), que utiliza técnicas matemáticas em um processo iterativo computadorizado até que um projeto considerado ótimo seja alcançado. Nas aplicações foram usados os métodos de aproximação por subproblemas e o método de primeira ordem. Os resultados obtidos revelam que torres para aerogeradores merecem atenção especial, em relação à concepção do projeto estrutural, sendo que seu desempenho deve ser verificado através de metodologias completas que englobem além das análises clássicas (estáticas e dinâmicas), incluam também as análises de otimização.

Different forms energy generation have been developed with the main goal of offering correct ecological alternatives. In this context, wind energy is highly prominent in the northeast Brazil, due to the potential wind in the region. The towers, which represent a significant portion of the total cost of the system tends to find strong winds and permit them to utilize wind turbines as a medium for the generating energy. This work shows an objective way to formulate an model of towers with steel turbines, for wind generation. The work seeks to minimize the total volume (cost, indirectly) with the wall thickness of the tower as design variables. Natural frequencies and structural behavior (allowable stresses and maximum displacement according to the European code) are the design constraints. The tower structure is modeled using the Finite Element Method and the applied loads are the total weight of the structure (including the tower and the wind turbine installed on the top) and the static effect of the wind on the tower. To determine the stresses, displacements and natural frequencies shell elements available in the ANSYS analysis program were used. Optimization models were also implemented using the ANSYS design optimization modulus which uses mathematical programming techniques to find the optimum structure. The first order and sub problem methods were used in the developed applications. The obtained results show that the towers for wind generators deserve special attention related to the conception of the structural project. Its performance has to be verified by a complete methodology that embodies the classical analysis (static and dynamics) and also the optimization analysis.