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Título: Estudo multivariado de sinais de vibração em uma turbina eólica em escala reduzida
Título em inglês: Multivariable study of vibration signals in wind turbine on a reduced scale
Autor(es): Dantas, Francisco Marcílio Vieira
Orientador(es): Andrade, Carla Freitas de
Palavras-chave: Engenharia mecânica
Turbinas eólicas
Vibração - Análise
Data do documento: 17-Set-2015
Citação: DANTAS, F. M. V. (2015)
Resumo: Os principais problemas em modelar matematicamente com precisão as vibrações aleatórias em turbinas eólicas são devido à complexidade da estrutura, às cargas aplicadas se ao ambiente operacional. Neste estudo foram analisados os sinais de vibrações estruturais extraídos de uma turbina eólica de escala reduzida, primeiramente com um conjunto de três pás balanceadas e então com um conjunto de três pás desbalanceadas para os λ = 6 e 7, que é a razão de ponta de pá. Procurou-se entender a dinâmica das flutuações nos sinais de vibração e estender conceitos e métodos desenvolvidos recentemente em física estatística, fazendo uso da DFA (Detrended Fluctuation Analysis); FFT (Fast Fourier Transform); o método de Hurst (R/S) que nos últimos anos vêm se tornando técnicas extremamente úteis para determinação de propriedades de escala fractal e detecção de correlações de longo-alcance em ruídos de séries temporais não estacionárias; e da PCA (Principal Component Analysis), este último sendo um dos métodos de múltiplas variáveis mais simples. Foi observado que o método FFT apresentou melhores resultados do que os outros métodos, seguido pelo DFA e, por fim, o R/S. As pás de λ = 6 apresentaram os melhores resultados para a rotação de 1100 RPM no PCA, com variância acumulada de 82,39 % e 82,34 % nos métodos FFT e DFA nas duas primeiras componentes. As pás de λ = 7 apresentaram melhores resultados para as rotações de 600 RPM, 900 RPM e 1200 RPM no PCA, com variância de 81,14 %, 84,06 % e 83,21 %, respectivamente, no método FFT e variância de 81,94% na rotação de 1200 RPM no método DFA. Constatou-se em todos os métodos que o rotor com uma pá desbalanceada apresentou maior amplitude de oscilação média, seguida pelo rotor com duas pás desbalanceadas e, por último, com o rotor balanceado.
Abstract: The main issues addressed in accurately modeling random vibration in wind turbines are due to the complexity of the structure, applied loads, and the operating environment. In this study, collected signals of structural vibrations of a reducedscale wind turbine were analyzed, firstly with a balanced set of three blades, and then with another set of three unbalanced ones for the , that is the TSR (Tip Speed Ratio). Aiming to understand the dynamics of change in vibration signals and to extend concepts and methods recently developed in statistical physics, extensive use of the DFA (Detrended Fluctuation Analysis); FFT (Fast Fourier Transform) and Hurst method (R/S); that in recent years has been cementing itself as a very soughtout technique for the determination of fractal scale properties and detection of longrange correlations in non-stationary noise time series; and the PCA (Principal Component Analysis) which is one of the simplest multi-variable methods. It was observed that the FFT method showed better results than the other methods, followed by DFA and, finally, the R / S. The λ = 6 blades showed the best results for rotation of 1100 RPM at the PCA, with cumulative variance of 82.39% and 82.34% in the FFT and DFA methods in the first two components. The λ = 7 blades showed better results for rotations of 600 RPM, 900 RPM and 1200 RPM at the PCA with variance 81.14%, 84.06% and 83.21%, respectively, in FFT method and variance 81.94% at 1200 RPM rotation in DFA method. It was found that in all methods with an unbalanced rotor blade showed greater average amplitude oscillation, followed by two unbalanced rotor blades and, finally, with balanced rotor.
Descrição: DANTAS, F. M. V. Estudo multivariado de sinais de vibração em uma turbina eólica em escala reduzida. 2015. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18954
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