Análise dinâmica linear de aerogeradores offshore

Abstract

A energia eólica apresenta-se, atualmente, como uma das fontes de energia em rápido desenvolvimento e implementação em todo o mundo. O projeto, construção e manutenção dos chamados parques eólicos ainda apresentam muitos desafios para os engenheiros e pesquisadores. Neste contexto, encontram-se os chamados aerogeradores offshore: turbinas eólicas instaladas no mar próximas à costa que, entre outras vantagens, aproveitam o fato do vento nestas regiões ser mais intenso e consistente com menor turbulência. Uma das concepções deste tipo de aerogerador é a turbina eólica flutuante. Este tipo de sistema estrutural pode ser representado por um modelo discreto de pêndulo invertido. A estrutura de um aerogerador flutuante, por causa de sua geometria e elevada altitude, pode experimentar vibrações excessivas causadas pelo seu próprio funcionamento e, também, pela força do vento. Uma solução para o problema de vibrações excessivas, que tem sido estudada por vários pesquisadores nos últimos anos, é o controle estrutural. Um dos dispositivos de controle estrutural, já extensivamente estudado e implementado na prática, é o Amortecedor de Massa Sintonizado (AMS). O AMS é projetado como um dispositivo massa-mola-amortecedor que é sintonizado numa frequência específica para transferir energia vibracional do sistema principal para a massa auxiliar que vibra fora de fase. Uma geometria alternativa para o AMS é o absorvedor de vibração pendular. O período natural deste dispositivo depende do comprimento do seu cabo, e pode ser considerado como um oscilador linear apenas quando as amplitudes de vibração são pequenas. Este trabalho estuda o comportamento dinâmico de um aerogerador offshore modelado como um pêndulo invertido. Além disso, como este tipo de pêndulo é originalmente instável, é proposto um controle proporcional para estabilizar seu comportamento. Como um segundo passo, um absorvedor pendular de massa-mola é acoplado na estrutura principal do sistema para reduzir a vibração excessiva, entretanto, para este segundo caso, o sistema principal é considerado inicialmente estável. São realizadas simulações numéricas para definir os parâmetros do AMS que aprimoram a performance do dispositivo de controle. Entretanto, dispositivos passivos apenas trabalham apropriadamente dentro da faixa de frequência considerada no projeto, e as forças do vento são excitações aleatórias. Melhores resultados seriam alcançados se um sistema de controle robusto fosse desenvolvido. Este estudo servirá como base para a proposição de um dispositivo semi-ativo.