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Title: Efeito da incorporação de minimolas NiTi superelásticas no amortecimento estrutural: aplicações em atenuação passiva de pás de aero gerador.
Other Titles: Effect of incorporating superelastic NiTi mini-springs on structural damping: applications in passive attenuation of wind turbine blades.
???metadata.dc.creator???: REIS, Rômulo Pierre Batista dos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: SILVA, Antônio Almeida.
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: ARAÚJO, Carlos José de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: CASTRO, Walman Benicio de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SOUTO, Cicero da Rocha.
???metadata.dc.contributor.referee3???: RODRIGUES, Marcelo Cavalcanti.
???metadata.dc.contributor.referee4???: MACIEL, Theophilo Moura.
Keywords: Ligas com memória de forma;Atenuação de vibrações;Amortecimento;Pás de aero gerador;Shape Memory Alloy;Vibration attenuation;Damping;Wind turbine blade
Issue Date: 3-Sep-2018
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: REIS, Rômulo Pierre Batista dos. Efeito da incorporação de minimolas NiTi superelásticas no amortecimento estrutural: aplicações em atenuação passiva de pás de aero gerador. 2018. 123 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais), Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2018. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/21129
???metadata.dc.description.resumo???: A atual conjectura energética mundial, tem impulsionado o crescimento de investimentos em fontes renováveis como a energia eólica. Uma característica marcante do desenvolvimento da tecnologia de turbinas eólicas é o problema vibracional das pás que além de causar fadiga, também podem comprometer a potência de saída. Pesquisadores tradicionalmente vêm fazendo uso de diversos conceitos e estratégias de controle vibracional para estas estruturas, porém na maioria dos casos, essas formas de controle acrescentam rigidez e massa à estrutura e para alguns casos consomem energia elétrica para o funcionamento. Nesse cenário, implementar uma estratégia de controle vibracional que obtenha uma redução significativa na amplitude de resposta e ao mesmo tempo, não acrescente massa e rigidez adicional é de grande contribuição para a indústria eólica. Este trabalho investiga a incorporação de minimolas de Ligas com Memória de Forma Superelásticas (LMF-SE) no controle passivo de vibrações em estruturas flexíveis. Para isso foram adquiridas minimolas helicoidais NiTi Superelásticas com diferentes configurações geométricas (fechada e seccionada). As molas foram caracterizadas termo mecanicamente por ensaios quase estáticos em temperatura controlada em um analisador dinâmico mecânico DMA. Também foram caracterizadas termicamente por análise térmica diferencial via DSC, obtendo as temperaturas de transformação de fase. Além disso, foram realizados testes modais com as molas em um sistema com um grau de liberdade (1GDL). Os resultados apresentam uma grande capacidade de amortecimento com redução na amplitude de deslocamento na ordem de 40 % para o sistema 1GDL excitado harmonicamente. Por fim foram simuladas experimentalmente, em ambiente laboratorial, três condições de funcionamento de um aero gerador de 160 W modelo AIR Breeze fabricado pela empresa Southwest Windpower, Inc., sem e com a incorporação das minimolas LMF-SE nas pás desta turbina eólica. A implementação das minimolas proporcionou uma redução na ordem de 12 dB na intensidade vibracional, sem alterar de forma perceptível a rigidez das pás e com um acréscimo de 0,43 % na massa das pás, que foi observado ser irrelevante para o sistema.
Abstract: The current global energy environment has driven the growth of investments in renewable energy sources, such as wind energy. A notable feature of the development of wind turbine technology is the vibrational problem of the blades which, in addition to causing fatigue, can also compromise output power. Researchers have traditionally been using various concepts and strategies of vibrational control for these structures, but in most cases, these forms of control add stiffness and mass to the system and in some cases, consume electrical energy for operation. In this circumstance, implementing a vibrational control strategy that achieves a significant reduction in response amplitude and, at the same time, doesn’t add mass and additional rigidity is of great contribution to the wind industry. This work investigates the incorporation of mini-springs fabricated with superelastic shape memory alloys (SMA-SE) in the passive control of vibrations in flexible structures. For this purpose, helical NiTi Superelastic mini-springs with different geometric configurations (closed and sectioned) were acquired. A Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) was used to carry out thermo-mechanical characterization of the SMA-SE springs in a quasi-static test with controlled temperature. Furthermore, a thermal analysis was carried out using a Differential Scanning Calorimetry (DSC) to obtain the phase transformation temperatures. Besides that, modal tests with the springs in a one degree of freedom system (1DOF) were performed. The results show a large damping capacity, with a reduction in displacement amplitude of 40%. Lastly, three operating conditions were tested experimentally, using a 160 W AIR Breeze generator manufactured by the company Southwest Windpower, Inc., in laboratory environment, with and without the incorporation of the mini-springs SMA-SE in the blades of this wind turbine. The implementation of the mini-spring provided a reduction of 12 dB in the vibrational intensity, without considerably altering the stiffness of the blades and with an increase of 0.43% in the mass of the latter, which was observed to be irrelevant to the system.
Keywords: Ligas com memória de forma
Atenuação de vibrações
Amortecimento
Pás de aero gerador
Shape Memory Alloy
Vibration attenuation
Damping
Wind turbine blade
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia de Materiais.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/21129
Appears in Collections:Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais.

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