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.

Vortex generators near shock/ boundary layer interactions

Experiments have been performed in a blowdown supersonic wind tunnel to investigate the effect of arrays of sub-boundary layer vortex generators placed upstream of a normal shock/ boundary layer interaction. The investigation makes use of a recovery shock wave and the naturally grown turbulent boundary layer on the wind tunnel floor. Experiments were performed at Mach numbers of 1.5 and 1.3 and a freestream Reynolds number of 28 × 106. Two types of vortex generators were investigated - wedge-shaped and arrays of counter-rotating vanes. It was found that at Mach 1.5 the vane-type VGs eliminated and the wedge-type VGs greatly reduced the separation bubble under the shock. When placed in the supersonic part of the flow both VGs caused a wave pattern consisting of a shock, re-expansion and shock. The re-expansion and double shocks are undesirable features since they equate to increased total pressure losses and hence increased -wave drag. Furthermore there are indications that the vortex intensity is reduced by the normal shock/ boundary layer interaction. When the shock was located directly over the VGs there was no re-expansion present, but the 'damping' effect of the shock on the vortex persisted. It appears that the vortices produced by the wedge-shaped VGs lift off the surface more rapidly. Similar results were observed at Mach 1.3, where the flow was unseparated.