Investigação da influência do coeficiente de momento aerodinâmico no controle individual de passo de turbinas eólicas de eixo horizontal e três pás
Resumo
A crescente demanda por energias renováveis impulsiona a exploração do vento no Brasil
e no mundo. Esse mercado demanda das fabricantes turbinas e equipamentos cada vez
mais duráveis, eficientes e maiores para captar mais energia do vento. Uma das consequências
do aumento no tamanho dos aerogeradores é o aumento na intensidade e assimetria
dos carregamentos estruturais no rotor. A redução desses carregamentos é sempre
visada a fim de diminuir custos de manutenção e conferir maior durabilidade. O controle
individual de passo das pás de turbinas eólicas apresenta-se como uma alternativa para redução
de cargas ao longo de sua estrutura. Os efeitos desse tipo de controle de passo podem
ser verificados através de simulações computacionais. Entretanto, simulações pouco
detalhadas e com dados incompletos podem levar a predições ruins dos efeitos que ocorrem
em uma turbina real, causando resultados e análises imprecisos. Logo, esse trabalho
consiste em uma investigação sobre a influência do coeficiente de momento aerodinâmico
em um controle individual de passo em simulações de turbinas eólicas de eixo horizontal e
três pás realizadas no OpenFAST. Visto que o módulo aerodinâmico desse software requer
coeficientes de sustentação, arrasto e momento de -180 até +180 e os dados fornecidos
foram computados para uma pequena quantidade de ângulos de ataque, os modelos de
correção de Du-Selig e Eggers e extrapolação de Viterna foram usados para tratamento de
dados antes das simulações. Também, visto que o IPC utilizado não leva em consideração
o momento torsional na raiz das pás para calcular os carregamentos no cubo da turbina,
novas equações de transformação de coordenadas foram desenvolvidas, implementadas
e testadas. Seguindo as recomendações da IEC 61400 Part 13, as principais variáveis
analisadas nesse trabalho são os momentos na raiz das pás e momentos de arfagem e
guinada do rotor. Os resultados das simulações indicaram que levar em considerar o coeficiente
de momento aerodinâmico e implementar equações mais gerais não levaram a
mudaçnas significativas nos momentos edgewise e flatwise da raiz das pás, tampouco nos
momentos de arfagem e guinada do rotor, logo, não impactaram não dinâmica do controlador.
Entretanto, o momento de torsão foi significativamente afetado ao considerar o
coeficiente de momento nas simulações. Como isso pode impor restrições a um projeto de
controle de passo, sugere-se introduzir esse coeficiente nos próximos estudos com o controle
individual de passo para que resultados mais realistas sejam obtidos das simulações
aerodinâmicas, mais espaço se abra para melhorias e um controlador ainda mais robusto
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