Um modelo eficiente para otimização de torres eólicas de concreto armado via algoritmos genéticos

Duarte, Thays Guerra Araújo

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Tipo:	Dissertação
Título:	Um modelo eficiente para otimização de torres eólicas de concreto armado via algoritmos genéticos
Autor(es):	Duarte, Thays Guerra Araújo
Orientador:	Melo, Antônio Macário Cartaxo de
Coorientador:	Araújo, Tereza Denyse Pereira de
Palavras-chave:	Otimização estrutural;Algoritmos genéticos;Ação do vento;Concreto armado;Torre eólica
Data do documento:	2019
Citação:	DUARTE, Thays Guerra Araujo. Um modelo eficiente para otimização de torres eólicas de concreto armado via algoritmos genéticos. 2019. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil, Fortaleza, 2019.
Resumo:	Nos últimos anos, o interesse pela energia eólica cresceu exponencialmente, assim como os investimentos em novas tecnologias para aumentar a potência das turbinas e minimizar os custos de energia. As turbinas são comumente sustentadas por torres metálicas, porém, para captar ventos mais fortes e consistentes, as torres precisam atingir maiores alturas e o uso do concreto tem se tornado mais vantajoso, pois permite alcançar alturas mais elevadas com uma solução mais econômica. Além disso, as torres de concreto apresentam outras vantagens como melhor desempenho estrutural, durabilidade, segurança, e menos problemas com transporte. A torre é uma das partes que mais consome material na estrutura e, reduzindo-se os custos do concreto e aço, a energia eólica pode se tornar mais competitiva frente às energias provenientes de combustíveis fósseis. O dimensionamento eficiente da torre é importante para garantir a viabilidade econômica da instalação de um parque eólico. Melhores projetos podem ser alcançados por meio da otimização do projeto das torres, buscando-se, por exemplo, a redução do custo dos materiais. O estudo de técnicas de otimização numérica aplicadas a torres de concreto se torna muito interessante e pouco tem sido divulgado, ainda mais quando se considera a natureza dinâmica da ação do vento. O objetivo deste trabalho é a formulação de um modelo de otimização de custo de torres eólicas de concreto armado e realizar uma discussão sobre a modelagem dinâmica da ação do vento. São investigadas como variáveis de projeto as dimensões características da torre tubular em segmentos de tronco de cone e a quantidade de aço, ambas tratadas como de natureza discreta. Buscando a eficiência da solução, a análise será feita por elementos finitos unidimensionais e são investigados modelos simplificados para o tratamento da não linearidade física, e da modelagem dinâmica do vento, e são avaliadas as condições de carregamento e recomendações da NBR 6118 e IEC 61400-1. O modelo é resolvido com algoritmos genéticos. Aplicações são feitas a torres com 100 m de altura. Soluções preliminares otimizadas para a torre eólica foram obtidas de forma eficiente auxiliando a fase de pré-dimensionamento dessas estruturas que têm comportamento bastante complexo.
Abstract:	In recent years, there has been growing interest in wind energy and investments in new technologies to enhance turbine power and minimize energy costs. Turbines are commonly supported by steel towers. However, to capture stronger and more consistent winds, towers need to reach higher altitudes. Concrete towers have become more advantageous as it allows higher heights and presents itself as a more economical solution. Besides, concrete towers have other advantages such as improved structural performance, durability, safety, and fewer transportation problems. The tower is the most material consuming part in the entire structure and by reducing the costs of concrete and steel, wind energy can become more competitive than fossil fuels. The efficient design of the tower is important to ensure the economic feasibility of a wind farm. Better projects can be achieved by optimizing the tower design, for example reducing the cost of materials. The study of numerical optimization techniques applied onto concrete towers becomes very interesting and little has been done, especially when considering the dynamic nature of wind. The main objective of this paper is the formulation of a cost optimization model for reinforced concrete wind towers discussing the dynamic modeling of wind action. Finite Element Analysis is applied, and 1D elements are investigated. Simplified models for the treatment of physical nonlinearity and dynamic wind modeling are investigated for efficient optimization. In tower analysis, NBR 6118 and IEC 61400-1 loading conditions and recommendations are followed. Once the design variables, represented by the characteristic dimensions of the tubular cone tower segments, reinforcement and the concrete resistance, are treated as discrete, associated with the nonlinearities of the problem, the model is solved with genetic algorithms. Towers 100 m or more in height are studied. Preliminary optimized solutions were efficiently obtained for the wind towers during the dimensioning phase of these structures that have complex behavior.
URI:	http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59273
Aparece nas coleções:	DECC - Dissertações defendidas na UFC

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