A Kot Engenharia foi responsável pela medição de cargas atípicas em turbinas eólicas de grande porte de um de seus clientes. Para isso, foi desenvolvido um Digital Twin para calcular condições de carregamento consideradas impossíveis ou muito difíceis. Se a sua empresa atua no setor de infraestrutura, transporte ou obras de grande porte, continue a leitura para compreender a importância do uso dessa tecnologia nos seus projetos.

Introdução

A expansão na geração de energia elétrica por meio de fontes renováveis é um assunto de interesse mundial. No Brasil, que possui na região Nordeste um grande potencial on-shore para a geração de energia eólica, essa expansão vem ocorrendo de maneira ainda mais especial.

A capacidade de geração dos aerogeradores aumentou significativamente ao longo dos últimos anos, podendo atingir atualmente valores da ordem de 6 MW por equipamento. Capacidades tão elevadas apresentam um grande desafio para os engenheiros estruturais envolvidos no dimensionamento desses equipamentos. Portanto, são necessárias técnicas avançadas de avaliação estrutural para garantir a segurança operacional desse tipo de ativo. É possível visualizar a seguir, na Figura 1, o registro fotográfico de um aerogerador em operação.

                                                                                                Figura 1: Imagem de um aerogerador em operação.

Assim, é de fundamental importância o conhecimento preciso das cargas atuantes nos elementos desse tipo de equipamento, de modo a possibilitar o correto dimensionamento das estruturas. Este tópico será tratado a seguir.

Cargas atuantes em um aerogerador

Esse tipo de equipamento é submetido à incidência do vento, que gera forças resultantes na mesma direção e sentido do vento (alongwind) e transversais à direção do vento incidente (crosswind), conforme exemplo a seguir, na Figura 2.

                                                                              Figura 2: Forças causadas pela incidência do vento em um aerogerador.

A carga de arrasto da torre é distribuída ao longo do fuste, e possui relação direta com a velocidade do vento. As cargas atuantes no aerogerador e na torre geram esforço de momento fletor ao longo do fuste, de modo que o momento fletor máximo ocorre na base da torre, como é possível observar abaixo, na Figura 3.

                                                                                              Figura 3: Momento fletor atuante em um aerogerador.

As cargas principais são provenientes das pás do aerogerador, que são introduzidas na torre na linha de centro da nacele. A carga gerada é controlada por um sistema que atua no ângulo das pás, em função da velocidade do vento, haja vista que tal velocidade é uma variável estocástica. Conforme a norma GL2010, alguns parâmetros operacionais em função da velocidade do vento são definidos no gráfico abaixo, na Figura 4.

                                                                              Figura 4: Parâmetros operacionais de aerogeradores em função do vento.

Em um dos cases de sucesso da empresa, a Kot instalou sensores em aerogeradores com o intuito de medir as cargas reais atuantes, auxiliando o cliente a verificar se as cargas fornecidas pelo fabricante do equipamento estavam adequadas para o dimensionamento. Realizando esse tipo de estudo é possível propiciar maior segurança à operação e a durabilidade adequada ao equipamento.

O monitoramento dessas cargas foi realizado com equipamentos desenvolvidos exclusivamente pela Kot. Nesse, assim como em muitos outros casos, a necessidade do cliente exige soluções sob demanda para o monitoramento de estruturas. 

O gráfico abaixo (Figura 5) apresenta a variação temporal dos esforços de momento atuante na torre do aerogerador, para um período de 5 minutos.

                                                                 Figura 5: Esforços do momento atuante na torre do aerogerador em função do tempo.

Ao término do monitoramento os dados foram processados, e por meio de análises estatísticas e cálculos de engenharia foi desenvolvido um Digital Twin do ativo. Após a caracterização dos parâmetros do Digital Twin, foi possível calcular os esforços atuantes para condições de carregamento extremas, que seriam impossíveis ou muito difíceis de serem medidas no ativo físico. 

Como exemplo temos os ventos de tormenta, que possuem tempo de recorrência da ordem de 50 anos, logo, de ocorrência muito baixa. Seria como ganhar na loteria realizar a instrumentação em um aerogerador e capturar a estrutura sendo submetida a um vento com ocorrência tão rara.

Por meio do trabalho realizado pela Kot, foram obtidos dados fundamentais para o desenvolvimento e aprimoramento da estrutura da torre do equipamento. Foi possível aumentar a segurança, utilizando estruturas dimensionadas corretamente, e ainda reduzir custos, ao se evitar superdimensionamentos por falta de informações precisas. Se você, assim como nossos mais de 150 clientes, busca soluções especializadas de engenharia ou prevenção de falhas, consulte nossa equipe e conte com a Kot Engenharia.

Desde 1993, oferecemos serviços de consultoria em engenharia por meio de estudos técnicos com o uso de ensaios não destrutivos, instrumentação de campo e simulações computacionais (FEM, DEM e CFD) para diagnósticos de alta complexidade em estruturas de concreto, metálicas e equipamentos industriais.

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