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Type: Dissertação
Title: Propagação de incertezas e análise de sensibilidade aplicadas à operação não ideal de aerogeradores
Author(s)/Inventor(s): Mazetto, Bruno Mitsuo
Advisor: Ritto, Thiago Gamboa
Abstract: Uma das tendências da indústria eólica é o uso de modelos abrangentes e validados para simulação de aerogeradores, o que compõe uma das bases da construção de gêmeos digitais. Partindo-se de um modelo consolidado e de código aberto para simulação de aerogeradores (OpenFAST), avaliaram-se os efeitos da operação em condições não ideais sobre a potência e respostas dinâmicas de um aerogerador teórico de 5 MW, visando auxiliar na definição de prioridades de ação preventiva e na quantificação de riscos. Foram identificados parâmetros representativos de situações operacionais não ideias (desalinhamento do rotor em relação ao vento, desvios nos ângulos de passo e no twist das pás e erro nas massas das pás) e propostos modelos probabilísticos para as incertezas associadas a eles. Em seguida, realizouse uma análise da propagação de incertezas para as respostas de interesse e, por fim, identificaram-se através de uma análise de sensibilidade global quais situações deveriam ser tratadas prioritariamente. Os resultados indicaram que a geração média considerando todas as não idealidades é até 9% inferior ao valor de referência, com possibilidade de perdas superiores a 30% em casos extremos, dependendo da distribuição de frequência do vento. Para o carregamento equivalente de fadiga, destacam-se o torque e flexão no topo da torre, além da flexão na base da torre, como os carregamentos mais críticos, com maior risco de falhas ao longo da vida útil programada para os aerogeradores. Por fim, a análise de sensibilidade indicou que as variáveis com mais influência na geração e vida dos aerogeradores são o desalinhamento do rotor com o vento e desvio no ângulo de passo das pás.
Abstract: One of the trends in the wind industry is the use of comprehensive and validated models for simulating wind turbines, which makes up one of the bases for the construction of digital twins. Starting from a consolidated and open source model for wind turbine simulation (OpenFAST), the effects of operation in non-ideal conditions on power and dynamic responses of a theoretical 5 MW wind turbine were evaluated, aiming to help in the definition of priorities for preventive action and risk quantification. Parameters representative of non-ideal operational situations were identified (rotor misalignment in relation to the wind, deviations in the pitch and twist angles of the blades and error in the blades’ masses) and probabilistic models were proposed for the associated uncertainties. Afterward, an analysis of the propagation of uncertainties for the responses of interest was carried out, and finally, through a global sensitivity analysis, it was identified which situations should be primarily treated. The results indicated that the average generation considering all non-idealities was up to 9% lower than the reference value, with the possibility of losses greater than 30% in extreme cases, depending on the frequency distribution of the wind. For the damage equivalent loads, the torque and bending at tower top, in addition to the bending moments at tower base, stood out as the most critical loads, with higher risks of failure over the wind turbines’ service life. Finally, the sensitivity analysis indicated that the variables with the greatest influence on generation and life of the wind turbines are the rotor misalignment with the wind and deviation in the pitch angle of the blades.
Keywords: Aerogeradores
Energia eólica
Análise de sensibilidade
Propagação de incertezas
Simulação computacional
Confiabilidade estrutural
Dinâmica estrutural
Wind turbines
Wind power
Digital twins
Sensitivity analysis
Computer simulation
Structural reliability
Structural dynamics
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::MAQUINAS, MOTORES E EQUIPAMENTOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Apr-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: MAZETTO, Bruno Mitsuo. Propagação de incertezas e análise de sensibilidade aplicadas à operação não ideal de aerogeradores. 2021. 170 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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