Cubo do Rotor

O cubo (Figura 4) é encarregado pela Fixação das pás e giram com a força do vento para que haja energia. Além de apresentar os rolamentos para fixação das pás, também acomoda os mecanismos e motores para o ajuste do ângulo de todas as pás (CEPEL/CRESESB, 2008).

Segundo Viana (2010), o cubo pode estar equipado com um sistema passivo, ativo ou misto. O sistema ativo permite a regulação do ângulo das pás de forma a extrair a máxima potência do vento e também limitá-la para velocidades de vento superiores à nominal. No sistema passivo, as pás da turbina estão fixas relativamente ao cubo do rotor e o misto faz uma associação do sistema passivo e ativo.

Figura 4 – Detalhe de um cubo para fixação das pás.

Fonte: Metálica (2018).

2.2.4 Torre

A Torre é a estrutura de apoio da turbina eólica instalada na altura apropriada ao seu funcionamento. Segundo Matos (2013), as torres que elevam os rotores estão disponíveis em várias opções de construção e podem ser feitas de aço, concreto, e para aerogeradores menores, é possível a utilização de torres de madeira. A figura 5 exemplifica as configurações usuais de torres eólicas.

Figura 5 – Configurações usuais de torres eólicas. (a) Treliçadas de aço. (b) Monopolos de aço. (c) Híbridas de aço-concreto.

Fonte: (a) Brametal (2018). (b) Wind turbine models (2018). (c) Öztürk (2016).

As configurações usadas quase exclusivamente em todo o mundo é uma torre monopolo de aço apoiada em uma fundação de concreto. Estas torres estão geralmente na faixa de altura de cerca de 60-80m (THRESHER et al., 2008).

Conforme a necessidade de aumentar os tamanhos das turbinas, os diâmetros dos rotores e a potência de saída, assim como o requisito de altura da torre. Daí a tendência recente de alturas de torres de cerca de 90 - 120m (FOLSTER, 2016).

Normalmente, as torres monopolo de aço têm um cone sutil da base até o topo, resultando em uma forma semelhante a um cone variando conforme a altura, mas a espessura da parede se mantém constante em cada seção. A vantagem das torres tubulares de aço é o rápido tempo de montagem no local e a redução de custos no tempo de construção (BURTON, et al., 2001).

Nos extremos das seções da torre são soldadas flanges (Figura 6), constituídas em aço de alta resistência e, ocasionalmente, de aço forjado. A modelagem e soldagem dos flanges requer experiência, pois os componentes podem facilmente tornar-se distorcidos, o que consequentemente fará com que os flanges não correspondam durante a fase de montagem (DUMBY, 2014).

Figura 6 – Flanges. (a) Visão geral. (b) Conexão aparafusada da flange interna da torre eólica.

Fonte: (a) EC21(2012). (b) Hau (2000).

A torre de monopolo de aço é composta de seções de chapa de aço para formar uma grande forma tubular. Esse é o tipo mais comum de torre de turbina no mercado mundial. Placas individuais de aço estrutural formam seções de meio círculo que são soldadas juntas (solda longitudinal) para completar cilindros de seções tipicamente de 2-3m de altura. Estas grandes seções cilíndricas ocas circulares são então unidas com soldas transversais (ST). Vários cilindros se juntam para formar uma seção da torre. A torre termina com um flange de aço que permite aparafusar ao final da próxima seção (FOLSTER, 2016). Isso é mostrado na Figura 7.

Figura 7 – Duas seções de uma típica torre tubular de aço.

2.2.5 Fundação

A fundação é encarregada em garantir a estabilidade da torre eólica ao longo da sua vida útil. As fundações fazem parte da estrutura de suporte da turbina eólica e são tipicamente construídas com concreto armado. São projetadas em transferir e espalhar as cargas que atuam na fundação no solo. A força vertical que atua sobre a fundação é principalmente a carga da torre e componentes, mas o vento também pode dar origem a alguma força vertical. Devido à grande altura da torre, uma força horizontal do vento exerce um momento de flexão considerável na fundação (SVENSSON, 2010).

O projeto da fundação leva em consideração as condições normais de operação e cargas extremas impostas pela torre eólica. O diâmetro de projeto da fundação depende em grande parte da natureza do material de suporte, de modo a limitar as pressões de suporte do solo, onde um diâmetro mínimo é necessário para fornecer segurança suficiente contra o capotamento (LOUBSER e JACOBS, 2016).

Existem muitos tipos de métodos de fundação para torres eólicas. De acordo com DNV e RISO (2002), o tipo de fundação necessária dependerá das condições específicas do solo presentes no local escolhido. Os principais tipos de estrutura de fundação para torres instaladas onshore são a fundação profunda com uso de estacas ou fundação rasa, através de sapata.

A determinação da escolha do tipo de fundação depende das condições do solo. As fundações rasas somente são escolhidas quando o perfil do solo possuir alta capacidade de suporte ou for encontrada rocha resistente a uma pequena profundidade. Para os casos onde o perfil do solo apresenta baixa capacidade abaixo do bloco de fundação, devem-se adotar soluções com estacas profundas (FARIA e NORONHA, 2005).

Segundo Burton et al. (2001), a fundação rasa (Figura 8) transmite cargas da superestrutura para o terreno através de sua base. Esse tipo de fundação pode ser a partir de sapata. A fundação profunda (Figura 9) transmite as cargas através da sua superfície lateral, podendo ser constituída por várias estacas, pilha cilíndrica ou apoiada em várias pilhas cilíndricas.

Figura 8 – Variações de fundações rasas.

Fonte: Adaptado de Burton et al. (2001)

Figura 9 – Variações de fundações profundas.

Fonte: Adaptado de Burton et al. (2001).

A precisa execução na construção da fundação assegura sua vida útil. Contudo, deve-se atentar para patologias após o término da obra, uma vez que a estrutura de fundação pode ter sofrido degradação. Portanto, vistorias periódicas devem ser realizadas buscando fissuras e movimentações do solo (BERTUZZI, 2013).