A Análise Modal da Hélice de um Aerogerador

Universidade Católica de Petrópolis  

  

Centro de Engenharia e Computação  

  

Vibrações Mecânicas  

  

  

  

Título  

  

Análise Modal da hélice de                          

um aerogerador  

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Nome:  

  

     Aline Azevedo

  

  

  

  

  

18/05/2019

  

  

  

  

  

  

 

 

 Introdução

As turbinas eólicas são mecanismos capazes de transformar a força do vento em energia elétrica. São compostas por um conjunto de hélices ligadas a um rotor, que quando giram com a força do vento, transformam energia cinética em energia mecânica. Depois esta energia é transformada em eletricidade num gerador ligado ao eixo do rotor.

  

Descrição do problema  

O objetivo do trabalho foi realizar a análise modal de uma estrutura mecânica e determinar as 10 primeiras frequências naturais da mesma.  

A estrutura escolhida foi uma hélice de aerogerador, suas características podem ser encontradas na tabela abaixo:  

 

 Tabela 1: Características do Objeto de Estudo.

 

Tamanho	Aproximadamente 0,85 m
Massa	17,570 kg
Material	Aço inox 304:     Densidade = 8000 kg/m³   Coeficiente de Poisson = 0,27   Módulo de Young = 193 GPa   Coeficiente de expansão térmica = 1,75*10-5 C-1

 Fonte: Autor 2019

 

Metodologia

A hélice foi importada para o Ansys através de um arquivo IGS, obtido na internet. Os parâmetros alterados para a realização da análise modal foram: o material – de aço padrão para o aço inox 304, a malha utilizada foi do tipo multizone, contendo 3246 nós e 540 elementos, como condição de contorno, a hélice teve a extremidade que ficaria presa ao rotor fixada, através de um apoio fixo. O método de obtenção das frequências naturais utilizado foi o subspace. 

Resultados:  

Foram obtidos 10 modos de vibrar, correspondentes aos valores das frequências, e também foram obtidos os valores das 10 frequências naturais, que podem ser vistas abaixo:  

 

[pic 1]

Primeiro modo de vibrar 

 

 

[pic 2]

Segundo modo de vibrar

 

[pic 3]

Terceiro modo de vibrar

 

 

[pic 4] 

Quarto modo de vibrar

[pic 5]

Quinto modo de vibrar

 

 

 

[pic 6]

Sexto modo de vibrar

  

 

[pic 7]

Sétimo modo de vibrar

 

 

 

 

[pic 8]

Oitavo modo de vibrar

 

 

 

 

 

 

[pic 9]

 

Nono modo de vibrar

 

 

[pic 10]

 

Décimo modo de vibrar

 

[pic 11] 

 

Frequências naturais da hélice

 

 

Como uma análise complementar, os resultados acima foram comparados com os resultados obtidos de uma análise feita na mesma estrutura, com o diferencial que nesta segunda análise nenhum parâmetro foi alterado, ou seja, todos os parâmetros seguiram o padrão do sistema. A comparação pode ser vista abaixo, e também pode-se observar que houve uma sutil diferença nos resultados das frequências.