Análise de esforços em fundação de aerogerador utilizando método das bielas e tirantes

Abstract

O Brasil tem necessidade primária de aumentar seu potencial elétrico, e atualmente oferece grandes possibilidades para as energias de fontes renováveis. Neste cenário, a energia eólica, dentre as matrizes energéticas ditas alternativas, surge como opção graças, principalmente, ao potencial eólico no território nacional, notadamente nas regiões Nordeste e Sul. Esta indústria apresentava 4 por cento da capacidade nacional, com 4,71 GW de potência instalada em 2013, enquanto o ano de 2017 fechou com 12,77 GW de capacidade instalada, representando 8,1 por cento da matriz energética brasileira. O dimensionamento das fundações de aerogeradores não pode ser tratado de igual maneira ao cálculo destas estruturas em edifícios usuais, portanto o processo de análise de esforços e dimensionamento da infraestrutura se torna mais complexo e requer mais atenção. Para tanto, é realizado neste trabalho um estudo comparativo de esforços internos entre modelos elaborados de fundação de aerogerador. Através do programa computacional SAP2000, utiliza-se o método dos elementos finitos para elaboração do modelo de elementos sólidos referência e de quatro modelos que utilizam o método das bielas e tirantes. Através dos modelos elaborados, comparações entre os modelos mais simples e o mais complexo revelam que o modelo de bielas e tirantes BeT-01 representa melhor os caminhos de carga na estrutura proposta, e apresenta as tensões mais conservadoras na comparação com o modelo de elementos sólidos. BeT-01 mostra-se apto à utilização em fases inicias de projeto e orçamento. Considerações sobre a modelagem da estrutura estudada são indicadas, bem como pontos críticos da análise e aperfeiçoamentos posteriores.

Abstract: Brazil has a primary need to increase its electrical potential, and currently offers great possibilities for renewable energy sources. In this scenario, wind energy, among the so-called alternative energy matrices, appears as an option, mainly thanks to the wind potential in the national territory, notably in the Northeast and South regions. This industry had 4 percent of the national capacity, with 4.71 GW of installed capacity in 2013, while 2017 closed with 12.77 GW of installed capacity, representing 8.1 percent of the Brazilian energy matrix. The dimensioning of wind turbine foundations cannot be treated in the same way as the calculation of these structures in usual buildings, therefore the process of analysis and dimensioning of the infrastructure becomes more complex and requires more attention. To this end, a comparative study of internal efforts between elaborated models of wind turbine foundations is carried out in this work. Through the computer program SAP2000, the finite element method is used to elaborate the reference solid element model and four models that use the strut and tie method. Through the elaborated models, comparisons between the simplest and the most complex model reveal that the strut and tie model BeT-01 best represents the load paths in the proposed structure, and presents the most conservative stresses in comparison with the solid element model. BeT-01 proves to be suitable for use in initial project phases and budget analysis. Considerations about the modeling of the studied structure are indicated, as well as critical points of the analysis and further improvements.