Análise modal de um modelo simplificado de torre de turbina eólica em escala reduzida

dc.contributor.advisor-co1Kitatani Júnior, Sigeo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9419723461067210
dc.contributor.advisor1Fagundes Neto, Marlipe Garcia
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6303674803792521
dc.contributor.referee1Fagundes Neto, Marlipe Garcia
dc.contributor.referee2Morais, Marcus Vinicius Girão de
dc.contributor.referee3Colherinhas, Gino Bertollucci
dc.contributor.referee4Kitatani Júnior, Sigeo
dc.creatorMorais, Pedro Henrique Debs de
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8997347822509728
dc.date.accessioned2025-03-27T19:21:06Z
dc.date.available2025-03-27T19:21:06Z
dc.date.issued2025-02-18
dc.description.abstractThe growing demand for renewable energy sources, such as wind energy, has driven research on wind turbines, which are essential for the sustainable generation of clean energy. In this context, studies conducted in the wind tunnel acquired through Furnas' research and development (R&D) program have highlighted the importance of evaluating reduced-scale models of the NREL 5 MW wind turbine tower, considering different structural configurations, including cantilevered beams, beams with concentrated mass at the free end, and the inclusion of Tuned Mass Dampers (TMDs). The use of reduced-scale models enables the simulation and analysis of the dynamic behavior of wind turbine towers under controlled wind tunnel conditions. This study focuses on evaluating the dynamic behavior of beams with concentrated mass subjected to low-velocity flows. The comparison is performed through (a) analytical modeling using Euler-Bernoulli beam theory, (b) numerical modeling using the finite element method (FEM), and experimental validation via (c) experimental modal analysis (EMA) and (d) operational modal analysis (OMA). The experimental results obtained in this study show high agreement with the theoretical predictions of Euler-Bernoulli beam theory and FEM, validating the accuracy of the employed methodologies. The comparison between Euler-Bernoulli and FEM demonstrated that FEM provides a strong correlation between modal shapes, allowing the results obtained for cantilevered beams with mass at the free end and beams with TMDs to be referenced using FEM. The Modal Assurance Criterion (MAC) revealed a correlation above 90% between the modes identified by EMA and OMA in the cantilevered beam model, reinforcing the reliability of the results. Despite some discrepancies observed in the comparison of accelerometer positions along the beam, particularly in the intermediate section, these were attributed to the sensitivity of the methodologies to experimental conditions. FEM enabled a more detailed analysis of the dynamic behavior of the three beam models, confirming the tuning effectiveness for vibration mitigation in wind turbines through TMD implementationpor
dc.description.resumoA crescente demanda por fontes de energia renovável, como a energia eólica, tem impulsionado estudos sobre aerogeradores, essenciais para a geração de energia limpa, de forma sustentável. Nesse contexto, pesquisas realizadas no túnel de vento, adquirido por meio do programa de pesquisa e desenvolvimento (P&D) de Furnas, destacaram a importância da avaliação de modelos de escala reduzida da torre eólica NREL 5 MW, considerando diferentes configurações estruturais, como vigas engastadas-livres, vigas com massa concentrada na extremidade e a inclusão de absorvedores de vibração do tipo TMD (Tuned Mass Damper). A utilização de modelos em escala reduzida permite a simulação e análise do comportamento dinâmico da torre eólicas sob condições controladas em túnel de vento. O presente estudo concentra-se a avaliação do comportamento dinâmico de vigas com massa concentrada sujeitos a escoamentos de baixa velocidade. Busca-se efetuar a comparação do comportamento através de uma abordagem (a) Analítica por viga de Euler Bernoulli, (b) Numérica por elementos finitos, e uma validação experimental por (c) Análise modal experimental (EMA) e (d) Análise modal operacional (OMA). Os resultados experimentais obtidos neste trabalho alta concordância com as previsões teóricas de Euler-Bernoulli e MEF, validando a precisão das metodologias empregadas. A comparação entre Euler-Bernoulli e MEF demonstrou que o MEF apresenta uma boa correlação entre as formas modais, permitindo que os resultados obtidos para os modelos de viga engastada-livre com massa na extremidade e viga com TMD sejam utilizados com MEF como referência. O Critério de Garantia Modal (MAC) revelou uma correlação superior a 90% entre os modos identificados por EMA e OMA no modelo de viga engastada-livre, reforçando a confiabilidade dos resultados. Apesar de algumas discrepâncias observadas comparando as demais posições dos acelerômetros ao longo da viga, principalmente na porção intermediária, estas foram atribuídas à sensibilidade das metodologias às condições experimentais. O MEF permitiu uma análise mais detalhada do comportamento dinâmico dos três modelos de viga, confirmando a sintonização para a mitigação de vibrações em turbinas eólicas através do uso de TMD
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás
dc.description.sponsorshipOutro
dc.identifier.citationMORAIS, P. H. D. Análise modal de um modelo simplificado de torre de turbina eólica em escala reduzida. 2025. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2025.
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/13992
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectViga engastada livrepor
dc.subjectViga engastada livre com massa na extremidadepor
dc.subjectTMDpor
dc.subjectTúnel de ventopor
dc.subjectTeoria de Euler-Bernoullipor
dc.subjectAnálise Modal Experimental (AME)por
dc.subjectAnálise Modal Operacional (OMA)por
dc.subjectCantilever beameng
dc.subjectCantilever beam with concentrated mass at the free endeng
dc.subjectWind Tunneleng
dc.subjectEuler-Bernoulli Theoryeng
dc.subjectExperimental Modal Analysis (EMA)eng
dc.subjectOperational Modal Analysis (OMA)eng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
dc.titleAnálise modal de um modelo simplificado de torre de turbina eólica em escala reduzida
dc.typeDissertação

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