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Prova de conceito de controle passivo de ângulo de arfagem em pás de microgeradores eólicos

Research and technology available for small wind turbines is still dependent on further development in order to meet the varied demands brought by the applications for which they are used. Taking into account the importance of microgenerators for off-grid applications in Brazil, this term paper was...

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Principais autores:	Ferreira, João Victor Miyoshi, Leite, Igor Taborda
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:	Energia eólica Turbinas Aeroelasticidade Materiais laminados Wind power Turbines Aeroelasticity Laminated materials CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10609
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spelling	riut-1-106092020-11-12T19:04:10Z Prova de conceito de controle passivo de ângulo de arfagem em pás de microgeradores eólicos Proof of concepto of passive twist angle control in small wind turbines Ferreira, João Victor Miyoshi Leite, Igor Taborda Silva, Claudio Tavares da Ferreira, Ana Paula Carvalho da Silva Silva, Claudio Tavares da Luersen, Marco Antonio Germer, Eduardo Matos Energia eólica Turbinas Aeroelasticidade Materiais laminados Wind power Turbines Aeroelasticity Laminated materials CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA Research and technology available for small wind turbines is still dependent on further development in order to meet the varied demands brought by the applications for which they are used. Taking into account the importance of microgenerators for off-grid applications in Brazil, this term paper was developed as a proof of concept for the passive pitch angle control for small wind turbine blades. This is proposed to be accomplished through aeroelastic tailoring of laminate composite material, so as to induce anisotropic structural behavior and introduce bend-twist coupling effect taking advantage of the aerodynamic loads to which the blade is subjected in operation. With a pre-established blade geometry, the behavior of different lay-ups in relation to their performance in extracting wind energy is evaluated in an iterative process between determining the aerodynamic loads and the twist of the blade that followed. The loads are obtained through the Blade Element Momentum – Theory (BEMT), coupled with the hypothesis that thin foil theory applies, with a programmed Matlab script, and the deflection is evaluated in several points along the span of the blade by using the ACP (ANSYS Composite PrepPost) module in the ANSYS software upon the definition of a material and a lay-up, and with the application of pressure calculated based on the aerodynamic loads obtained. It is possible to conclude that, for certain lamination parameters, a bend-twist coupling can be obtained such that the performance of the turbine, evaluated by means of its power coefficient, is increased in relation to a turbine with isotropic behaving blades (with no bend-twist coupling). A pesquisa e a tecnologia disponíveis para turbinas eólicas de pequeno porte ainda dependem de maior desenvolvimento para atenderem às variadas demandas das aplicações para as quais são utilizadas. Levando em conta a importância dos microgeradores para aplicações independentes (off-grid) no Brasil, objetiva-se provar o conceito de controle passivo de ângulo de arfagem para as pás de tais geradores. Propõe-se efetivar tal controle por meio de acoplamento flexão-torção (aeroelastic tailoring). Os materiais compósitos laminados são anisotrópicos e algumas configurações favorecem esse efeito de acoplamento em aproveitamento dos carregamentos aerodinâmicos aos quais as pás são sujeitas em operação. Com base em uma geometria de pá pré-definida, estuda-se o comportamento de sequências de laminação diferentes em relação ao seu desempenho na extração de energia eólica em um processo iterativo entre determinação de carregamentos e avaliação da consequente torção da pá. Os carregamentos são obtidos a partir da teoria do momento do elemento de pá (BEMT – Blade Element Momentum – Theory), associada à hipótese de que se pode considerar a teoria de aerofólio fino, com a criação de uma rotina em Matlab. Os deslocamentos são avaliados em pontos ao longo da envergadura da pá empregando-se para isso o módulo ACP (ANSYS Composite PrepPost) do software ANSYS a partir da definição do material, da sequência de laminação, e da aplicação do carregamento calculado com base nas forças aerodinâmicas obtidas. Conclui-se que, para determinados parâmetros de laminação, é possível gerar um acoplamento de flexão-torção tal que o desempenho da turbina, avaliada pelo seu coeficiente de potência, é melhorado em comparação a uma turbina com pás construídas com material de características isotrópicas, isto é, sem o acoplamento flexão-torção. 2020-11-12T19:04:10Z 2020-11-12T19:04:10Z 2019-06-27 bachelorThesis FERREIRA, João Victor Miyoshi; LEITE, Igor Taborda. Prova de conceito de controle passivo de ângulo de arfagem em pás de microgeradores eólicos. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10609 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Graduação em Engenharia Mecânica UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	Research and technology available for small wind turbines is still dependent on further development in order to meet the varied demands brought by the applications for which they are used. Taking into account the importance of microgenerators for off-grid applications in Brazil, this term paper was developed as a proof of concept for the passive pitch angle control for small wind turbine blades. This is proposed to be accomplished through aeroelastic tailoring of laminate composite material, so as to induce anisotropic structural behavior and introduce bend-twist coupling effect taking advantage of the aerodynamic loads to which the blade is subjected in operation. With a pre-established blade geometry, the behavior of different lay-ups in relation to their performance in extracting wind energy is evaluated in an iterative process between determining the aerodynamic loads and the twist of the blade that followed. The loads are obtained through the Blade Element Momentum – Theory (BEMT), coupled with the hypothesis that thin foil theory applies, with a programmed Matlab script, and the deflection is evaluated in several points along the span of the blade by using the ACP (ANSYS Composite PrepPost) module in the ANSYS software upon the definition of a material and a lay-up, and with the application of pressure calculated based on the aerodynamic loads obtained. It is possible to conclude that, for certain lamination parameters, a bend-twist coupling can be obtained such that the performance of the turbine, evaluated by means of its power coefficient, is increased in relation to a turbine with isotropic behaving blades (with no bend-twist coupling).
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Prova de conceito de controle passivo de ângulo de arfagem em pás de microgeradores eólicos

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