Metodologia para otimização topológica, dimensional e geométrica de estruturas de torres de linha de transmissão

Abstract

Este trabalho apresenta um método de otimização topológica para torres de linha de transmissão de energia elétrica. Nesta proposta, a torre é dividida em módulos principais (templates), os quais podem assumir diferentes topologias pré-estabelecidas. Estas configurações são definidas não apenas em função da prática corrente de projeto como também da viabilidade da realização de ensaios de protótipos, possibilitando que a solução ótima tenha um caráter direto de aplicação industrial. Paralelamente, durante o procedimento de otimização as áreas e a geometria da torre são otimizadas simultaneamente à escolha da topologia. Para o exemplo numérico é utilizada a torre de transmissão estudada em Cigré Brochure 387 (2009). A estrutura é submetida a oito diferentes casos de carregamento e avaliada segundo restrições da norma NBR 8850/2003. Pela natureza não convexa do problema e considerando a presença de variáveis contínuas e discretas, a otimização foi conduzida através dos algoritmos heurísticos Firefly Algorithm (FA) e Backtracking Search Optimization Algorithm (BSA), permitindo uma comparação entre eles. Os resultados para otimização dimensional, dimensional e geométrica, e dimensional, geométrica e topológica são apresentados e discutidos, além de uma análise entre o desempenho dos dois algoritmos heurísticos avaliados. Por fim, esse procedimento calcula o número de parafusos necessários em cada barra, também de acordo com a norma NBR 8850/2003.

This paper presents a method for topology optimization of a transmission line tower. In this proposal, the tower is divided in modules (templates), which can assume different pre-established topologies. These configurations are defined not only in terms of the design practice, but also of the feasibility of prototype tests, allowing to obtain optimal solutions which can be directly used in industrial application. During the optimization process the size and shape of the structure are optimized simultaneously to the topology choice. The transmission line tower studied in Cigré Brochure 387 (2009) is adopted as a numerical example. The structure is submitted to eight different static load cases and evaluated with constraints from the ASCE 10/97 (NBR 8850/2003). Due to the non-convex nature of the problem and considering the presence of discrete variables in the procedure, the optimization was conducted through the heuristic algorithms Firefly Algorithm (FA) and Backtracking Search Algorithm (BSA). The results for the optimization of size, size and shape and size, shape and topology are shown and discussed, well as an analysis of the performance of the algorithms Firefly and BSA. Lastly this procedure calculates the bolts that are necessary in each member, also following the recommendation of the ASCE 10/97 (NBR 8850/2003).