Aspectos gerais

A demanda cada vez mais crescente por energias renováveis no mundo emerge da atual dependência de geração de energia por meio de combustíveis fósseis, como por exemplo, petróleo, carvão e gás natural, que possuem reservas limitadas. Além disso, a dependência econômica global a uma dessas fontes não renováveis é capaz de até mesmo provocar uma recessão econômica mundial, como a que ocorreu na crise do petróleo nos anos de 1973 a 1979. Esses fatores impulsionaram definitivamente o desenvolvimento no uso da energia eólica em larga escala, a partir dos anos de 1980. Entretanto, o aproveitamento desta energia cinética do vento por meio de uma máquina que a transforme em trabalho mecânico-rotatório não é novidade. Desde 644 d.C é relatada a existência de moinhos de vento de eixo vertical na região de fronteira do Sistão (Vowles, 1932).

O melhor aproveitamento da energia contida no vento se dá com maiores alturas, uma vez que o vento é quase sempre mais forte e menos turbulento quanto maior a altura. Deste modo, a evolução das turbinas eólicas, com capacidade cada vez maior na geração de energia (atualmente em 8 MW), veio acompanhada também de um aumento na dimensão de seus componentes, como o rotor, a nacele e a torre; sendo que esta última vem sendo feita principalmente com seção circular em aço ou em concreto protendido, com protensão externa ou interna, in loco e pré-fabricada (Grünberg; Göhlmann, 2013).

Além disso, conforme Hau (2006), o uso do concreto tem se tornado favorável para torres acima de 80 metros de altura. E ainda, segundo Grünberg e Göhlmann (2013), nos anos mais recentes, o uso de torres híbridas, consistindo de um mastro de concreto protendido e de uma seção metálica de topo vem provando ser uma solução muito econômica para turbinas eólicas de categoria multi-megawatt.

Muitas vezes, tem-se utilizado nas torres de concreto protendido, concretos de classe até C50, como se pode ver em Cavalcanti et al. (2014), La Nier (2005) e Grünberg e Göhlmann (2013), deixando de lado concretos de resistências superiores.

Logo, não é possível afirmar que as torres das turbinas eólicas experimentaram o mesmo nível de desenvolvimento de seu rotor, como a exemplo quanto aos materiais utilizados na sua

fabricação como a fibra de vidro e mais recentemente a fibra de carbono. Contudo, o Concreto de Ultra-Alto Desempenho Reforçado com Fibras (CUADRF ou UHPFRC: Ultra- High Performance Fibre Reinforced Concrete), que é um material com notáveis características mecânicas, como resistência à compressão de mais de 150 MPa (AFGC, 2002), resistência à tração de cerca de 10 MPa, e de durabilidade quando comparado a concretos convencionais e até de alto desempenho, se apresenta como uma alternativa aos concretos empregados até então nas torres eólicas. Além do mais, a existência de fibras em sua composição garante a ductilidade necessária para que esse tipo de concreto possa ser utilizado sem armadura passiva, ou até mesmo ativa, dependendo do tipo de estrutura e dos carregamentos aos quais ela está submetida.

1.2 Motivação

Como descrito anteriormente, a diversificação do parque energético contribui para uma maior estabilidade na geração de energia e, por conseguinte, em uma maior estabilidade econômica e social. O Brasil possui um grande potencial na geração de energia a partir da força do vento, estimado na ordem de 143 GW (Amarante, 2001), e deste modo, torna-se de absoluta relevância o estudo da implantação de torres eólicas, o que também traz à luz o estudo de seus componentes, como as pás e as famílias de aerofólios que a compõem, o sistema de controle da turbina eólica, a torre e a fundação.

Quanto às torres eólicas, sua implantação passa pela escolha de qual material adotar e para isto, segundo Duarte (2014), devem ser analisados o aspecto de comportamento estrutural e o aspecto de custo global (materiais, serviços, transporte e montagem), assim como facilidades na obtenção dos materiais em cada região em que serão implantadas. Ainda, enquanto as torres metálicas perdem capacitação no campo das ações dinâmicas devido à pequena espessura da parede, as torres de concreto já apresentam uma espessura maior devido às solicitações estáticas, o que a favorece no campo das solicitações dinâmicas, sendo a torre de concreto, mais adequada às maiores alturas.

A forma encontrada de abreviar o longo processo de construção em torres de concreto armado foi utilizando segmentos de concreto pré-fabricado, o que torna possível construir torres de grande altura sem causar problemas insuperáveis quanto ao transporte dos elementos (Hau, 2006).

A torre eólica pode ser considerada um pilar com elevado índice de esbeltez, portanto, sua segurança deve ser comprovada por meio de um processo rigoroso que leve em consideração, de forma exata, as não linearidades física e geométrica (Araújo, 2011). Além disso, devem ser utilizados dois diagramas tensão-deformação para cada material na obtenção dos diagramas momento-curvatura-força normal: um para o cálculo dos esforços e deslocamentos, e outro para o dimensionamento da seção. Entretanto, nesse primeiro de acordo com a norma brasileira, para concretos convencionais a tração é desprezada. A consideração tanto do trecho ascendente quanto descendente da tração (colaboração entre fissuras ou tension stiffening), pode levar a menores deflexões e consequentemente a uma menor área de aço.

Além disso, se a fundação é considerada, a depender da rigidez da mola rotacional que a representa, a frequência da torre pode variar aproximando-se das frequências de operação do rotor e da passagem de pá (o número de pás vezes a frequência do rotor) introduzindo o efeito de ressonância que deve ser sempre evitado. Ainda, haverá um aumento nos esforços (momentos fletores) ao longo da torre o que aumenta a área de aço obtida em relação àquela sem a consideração da fundação.

Também o uso de concretos de resistências superiores pode se mostrar mais adequado em torres de maior altura, seja pela redução do volume de concreto usado ou até mesmo pelo custo total dos materiais empregados na torre. E em razão disso, o concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras pode apresentar vantagens em torres eólicas de grande altura, uma vez que possivelmente reduziria a massa das aduelas pré-moldadas já que possui maior resistência à compressão e uma resistência à tração não negligenciável.