Effects of annealing and test temperature on the tensile properties

Os grandes centros urbanos, principalmente aqueles que apresentam baixa capacidade energética, devido às suas características geográficas (capacidade hídrica, relevo etc.), direcionaram seus estudos às fontes de energias renováveis que fossem mais eficientes, viáveis economicamente e que não fossem tão impactantes do ponto de vista ambiental. Dentre essas fontes naturais renováveis, a energia produzida a partir dos ventos vem ganhando destaque devido a sua disponibilidade, por não produzir gases de efeito estufa durante a geração de energia e pelo seu baixo impacto ambiental, em comparação com as outras formas de produção de energia.

No Brasil, questões políticas, sociais e técnicas têm sido estudadas de maneira a viabilizar e desenvolver a utilização desse tipo de energia para produção de energia elétrica (JUÁREZ et al., 2014). Especificamente, o Estado de Pernambuco tem realizado, ao longo dos últimos anos, uma série de ações, com o objetivo de fomentar o setor de energia renovável (ATLAS…, 2017). Dentre estas, destaca-se a atração de indústrias para o Polo Eólico de Suape, que resultou na instalação de um conjunto de empresas para fabricação de aerogeradores, torres tubulares, pás de grande porte e forjados em aço. Por exemplo, as Usinas de Ventos de Santa Brígida (no agreste, nos munícipios de Caétes, Pedra e Paranatama) e as Usinas de Ventos de Santo Estevão (na Chapada do araripe, no munícipio de Araripina) totalizam mais de 600 torres de 80 m para suporte de aerogeradores em operação no estado, evidenciando o crescimento deste tipo de energia.

Em atenção ao vasto potencial eólico que pode ser aproveitado no estado de Pernambuco (ATLAS…, 2017), o porte dos aerogeradores a serem empregados no futuro, tende a ser cada vez maior e mais potente, tornando necessária a instalação destes equipamentos sob a ação de ventos mais intensos e contínuos e, assim, fazendo com que as dimensões das torres destes aerogeradores sejam continuamente incrementadas. Particularmente, a altura da torre é um parâmetro essencial para captação de ventos estáveis de grande altura; entretanto, o seu custo, que pode superar 20% do custo total do gerador eólico (HAU, 2006; YOSHIDA, 2006), faz com que o aumento de altura represente uma

desvantagem. Além disto, o transporte e a montagem da torre tornam-se mais custosos. Então, a busca pelo projeto e pela instalação de turbinas eólicas de maior capacidade, faz com que sejam necessárias torres cada vez mais altas que necessitam de análises estruturais, de estabilidade e dinâmica mais elaboradas, resultando, portanto, em um projeto mais complexo. Assim, o incremento da esbeltez das torres resulta num aumento dos efeitos de 2ª ordem geométrico a que estas estruturas ficam submetidas e, concomitantemente, agravam a probabilidade de tombamento do conjunto fundação-torre-nacele-rotor. Este fato leva à necessidade de estudos mais detalhados para a previsão de deslocamentos e deformações, tanto da torre quanto da fundação. Alguns autores, a exemplo de Bazeos et al. (2002) e Lavassas et al. (2003), estudaram questões relacionadas com o projeto e com as análises estruturais estáticas, de estabilidade e de comportamento sísmico, de protótipos de torre com 38 e 45 m de altura para aerogeradores com potências nominais de 0,75 e 1 MW, respectivamente. Ademais, Sirqueira (2008) estudou o comportamento estrutural de uma torre com 76,2 m de altura para um aerogerador com 2 MW de potência nominal. Entretanto, percebeu-se a necessidade de estudos nacionais e regionais a respeito da estabilidade e do projeto de torres tubulares de aço para aerogeradores de maior porte.

Com o aumento da altura das torres para aerogeradores os efeitos de vibração a que os componentes dos aerogeradores ficam submetidos são amplamente aumentados, de forma que, nas últimas décadas, pesquisadores e fabricantes de componentes para aerogeradores têm buscado soluções para mitigar vibrações oriundas do funcionamento dos componentes mecânicos e dos efeitos eólicos e sísmicos aos quais estas estruturas são submetidas. Tais ações podem provocar vibrações excessivas, causando danos e comprometendo a integridade estrutural dos componentes do aerogerador. Mesmo em situações em que estas estruturas possam suportar a ação das cargas dinâmicas, sem obrigatoriamente sofrer danos estruturais, não se pode desprezar os efeitos de fadiga dos materiais constituintes.

Para alcançar o equilíbrio entre a segurança e a eficiência econômica no projeto de aerogeradores de grande porte, o controle estrutural, que pode mitigar as respostas excessivas da estrutura, é uma opção viável. Desta forma, os sistemas de controle passivos, ativos, híbridos e semiativos são indicados como uma ferramenta valiosa para o controle de vibrações de torres de suporte a aerogeradores de grande porte. Mesmo em vista dos estudos já realizados e das inúmeras aplicações práticas do controle estrutural em pontes, em torres para telecomunicações e em edifícios altos, o estudo e a aplicação de sistemas de controle para torres de aerogeradores são temas relativamente recentes.

análises realizadas por diversos autores (MURTAGH et al., 2008; LACKNER; ROTEA, 2011a; STEWART; LACKNER, 2013; SHZU et al., 2015; COLHERINHAS et al., 2015; TONG; ZHAO; ZHAO, 2015; ZUO; BI; HAO, 2017). Entretanto, apesar dos estudos feitos, há campos de análises que ainda não foram totalmente abordados, como a idealização e projeto de um aparelho de controle com desempenho satisfatório e com condições de exequibilidade claramente demonstradas.

É importante mencionar que existem dados técnicos relevantes desenvolvidos pelas fabricantes de turbinas eólicas que auxiliariam às pesquisas acadêmicas. No entanto, tais informações são preservadas, evitando a divulgação de conteúdos que podem ser acessados por concorrentes, ainda que exista a patente. Os estudos oriundos da academia são, portanto, a única fonte pública possível para fomentar contribuições a serem amplamente compartilhadas. Desta forma, é proposto na presente tese, o desenvolvimento de um projeto estrutural da torre de aço tubular e de sua fundação, bem como a análise de estabilidade elástica do conjunto. Ademais, o projeto de um aparelho absorvedor de vibração para o controle estrutural da torre é desenvolvido, considerando a caracterização dinâmica do modelo de torre proposto.