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Título: Estudo da aplicação de aeroelastic tailoring para controle passivo do ângulo de passo de pás de geradores eólicos
Título(s) alternativo(s): Study of the Application of Aeroelastic Tailoring for Passive Control of the Pitch Angle of Wind Turbine Blades
Autor(es): Borges, Bruna Kolczycki
Fofano, Luiz Guilherme Seleme
Orientador(es): Silva, Claudio Tavares da
Palavras-chave: Energia eólica
Energia elétrica - Produção
Aeroelasticidade
Laminação (Metalurgia)
Engenharia mecânica
Wind power
Electric power production
Aeroelasticity
Rolling (Metal-work)
Mechanical engineering
Data do documento: 23-Nov-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: BORGES, Bruno Kolczycki; FOFANO, Luiz Guilherme Seleme. Estudo da aplicação de aeroelastic tailoring para controle passivo do ângulo de passo de pás de geradores eólicos. 2016. 62 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
Resumo: A geração de energia eólica está se expandindo no mundo por emitir menos poluentes do que formas tradicionais de geração e, principalmente, por ser renovável. Grandes geradores com controle de arfagem ativo rotacionam suas pás, modificando o ângulo de passo de acordo com a velocidade do vento. Isso permite que o gerador opere próximo da sua potência nominal para faixas maiores de velocidade, otimizando seu rendimento energético. Já para geradores de pequeno porte, os custos de um sistema ativo de arfagem penalizam a sua utilização. Sendo assim, deseja-se investigar se a utilização de materiais compósitos laminados é viável em proporcionar um sistema de controle passivo de arfagem. Neste trabalho, são analisadas as matrizes de flexibilidade dos laminados para diversas orientações de camadas (aeroelastic tailoring) em programa realizado em MATLAB, a fim de obter o máximo comportamento de torção em acoplamento com a deflexão. Posteriormente, os resultados são validados através da simulação de uma pá genérica sob carregamentos simplificados no software HyperWorks. A magnitude dos ângulos de torção obtidos neste trabalho é satisfatória para considerar viável a aplicação de aeroelastic tailoring para o controle de arfagem de micro e mini geradores, restando o estudo da relação entre o ângulo de passo e a otimização do rendimento energético, ou seja, o ajuste dos ângulos para condições operacionais específicas. Dessa forma, espera-se poder proporcionar um aumento na eficiência e versatilidade desses geradores, contribuindo à sua difusão como fonte de geração autônoma em pequenas propriedades ou em regiões isoladas de abastecimento elétrico no Brasil.
Abstract: The generation of wind energy is expanding worldwide by emitting less pollutants than traditional power sources and mainly for being renewable. Large generators with active pitch control can rotate their blades, modifying the pitch angle according to the wind speed. This allows the generator to operate close to its nominal power for wider velocity ranges, optimizing its energetic efficiency. However, for small generators the cost of such active pitch control system would penalize its utilization. Therefore, this research intends to investigate if the use of laminate composite materials is viable in providing a passive pitch control system. The flexibility matrices of the laminates were analyzed for different sheet orientations (aeroelastic tailoring) in a program coded in MATLAB, in order to obtain the best behavior in terms of twist and bending. These results were then validated through simulation of the wind turbine blade under a simplified load in the software HyperWorks. The twist angles magnitude obtained in this research is satisfactory for considering viable the application of aeroelastic tailoring for the pitch control of micro and mini generators, now remaining the study of the relation between pitch angle and energetic efficiency, in other words, the fit of correct angles for certain specific operational conditions. These results are expected to be able to provide better outputs in terms of efficiency and versatility for these generators, contributing for its diffusion as an autonomous source of power generation in small properties and regions isolated from electrical supply in Brazil.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10497
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