Aspectos de dimensionamento de torres eólicas tubulares em aço

Abstract

Uma fonte renovável com baixo impacto ambiental, para produção de energias alternativas aos métodos convencionais é a energia eólica. Tem obtido muitos bons resultados, já amplamente demonstrados, e é captada através de turbinas eólicas que se encontram no topo de torres. A torre tubular em aço é o tipo de torre mais usado, facto que advém da rápida montagem no local, mesma rigidez de flexão em todas as direções, e bom comportamento a torção, fazendo com que essas torres sejam alvo de otimização. As torres estão sujeitas principalmente a ações cíclicas, geradas pelo vento e pelo funcionamento da turbina, que podem levar à sua rutura por fadiga, ou por instabilidade da casca metálica em virtude da minimização da sua espessura. Esta tese tem como principal objetivo a sistematização de procedimentos de análise e dimensionamento, para que possam ser utilizados no desenvolvimento de guias de dimensionamento para torres eólicas tubulares em aço, tendo em conta os Eurocódigos, outras normas aplicáveis, e a mais recente investigação tendo em conta o melhoramentos de ligação. O documento incide sobre os procedimentos de projeto para a verificação da estabilidade da casca, fadiga, incluindo ligações em flange e por atrito. O documento apresenta sistematicamente as metodologias e procedimentos de projeto ilustrados com exemplos numéricos. É feita uma comparação entre ligações em flange convencionais e ligações de atrito, ilustrando-o com o exemplo numérico de uma torre eólica com 80 m de altura. As ações consideradas no dimensionamento do exemplo apresentado incluem o peso próprio, tanto dos elementos estruturais como dos elementos de produção de energia, e a ação do vento a incidir sobre as pás do rotor e sobre a torre.

Wind energy is a renewable source with low environmental impact and constitutes nowadays a real alternative to conventional energy sources. Its effectiveness, both technical and economical has been widely demonstrated, through the technical evolution of modern wind turbines mounted on top of towers. The tubular steel tower type is the most used. Its advantages in comparison with other types of towers, arise from the short time necessary for assemblage on site, high degree of pre-fabrication and pre-assemblage of internal components, same bending stiffness in all directions, good torsional resistance and stiffness. The towers are subjected to cyclic loads generated by wind and operation of the turbine, and to extreme wind speeds making them prone to failure induced by fatigue or instability of the shell. This thesis has the main objective of providing design guidance for steel tubular wind towers based on the Eurocodes and other applicable codes, and on the recent research concerning the improvement of connections. The document will focus on the design procedures for verification of stability and fatigue of the shell, including flange and friction connections. It presents systematically the design methodologies and procedures illustrated with numerical examples. Comparison is made between conventional (flange connections) and the new tower design (friction connections), illustrating it with a numerical example of a complete wind tower with 80 m. The actions considered in the design include the self-weight of both structural elements and turbine, and the wind acting on the rotor and the tower.