Análise do comportamento dinâmico de torres eólicas por integração direta das equações do movimento

Abstract

A construção de torres eólicas sofreu um forte crescimento nos últimos anos, em consequência da corrida às fontes renováveis de energia. A torre, em si, é um tipo clássico de estrutura, mas, neste caso, a altura que pode atingir, as ações específicas e o facto de existir atualmente uma forte concorrência entre as várias soluções possíveis, trazem aspetos novos para a análise e o dimensionamento. Por outro lado, as ferramentas de modelação e análise colocadas atualmente à disposição do projetista, facilitam a adequação das suas características, a melhoria da sua performance e a otimização do seu custo e comportamento. Em particular, as torres eólicas em betão armado pré-esforçado, sendo a solução economicamente mais interessante para as gamas de potência mais elevada, e portanto de maior altura, têm merecido uma atenção crescente. Este trabalho apresenta dois objetivos: 1) Modelação e análise deste tipo de estruturas com o apoio de um programa informático de modelação e análise de estruturas, o Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2016; 2) Análise do comportamento dinâmico deste tipo de estruturas, quando sujeitas a uma ação dinâmica definida por um sinal simples, com o mesmo programa informático. Mais concretamente, a dissertação inclui: 1) O estudo e modelação da própria torre eólica; 2) A modelação de uma ação dinâmica simples; 3) A realização de uma análise dinâmica por integração direta das equações do movimento e a análise dos resultados.

The construction of wind turbines, or eolic towers, suffered a big increase in the last few years, in consequence of the need for renewable energy sources. The tower, by itself, is a classic type of structure, but the specific actions and the existence of several types of solutions competing between themselves, bring new issues to their analysis and design. On the other side, the tools of analysis and modelling nowadays available to the designer, enable the improvement of their performance and characteristics, as well as the optimization of their cost and behaviour. In particular, prestressed concrete towers, being the most competitive solution for the turbines having higher power capacity, which are the highest towers, have been receiving a special attention. This work presents two main objectives: 1) The modelling and analysis of this kind of structures with the assistance of one software appropriate for this kind of task, Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2016; 2) Analysis of the dynamic behaviour for this kind of structures, using the same software. More specifically, this thesis includes: 1) The modelling and analysis of the tower; 2) The modelling of a simple harmonic dynamic action; 3) Performing the dynamic analysis by direct integration of the movement equations and the analysis of the results.