Análise do comportamento mecânico de uma pá compósita usada em turbinas hidrocinéticas

Abstract

As projeções relativas á demanda global por energia elétrica apontam um crescimento muito elevado no consumo nas próximas décadas. Foi mostrado que esse consumo aumentará 93% em 2040, comparado ao do ano de 2010. Atualmente, mais de 60 % da energia elétrica consumida provém de combustíveis fósseis, que são recursos limitados e altamente nocivos ao meio ambiente. Nesse contexto, a utilização de turbinas hidrocinéticas que operam com a correnteza dos rios é uma excelente opção, visto que as mesmas possuem grande previsibilidade e alta densidade de potência. O objetivo principal do presente trabalho é o projeto de uma pá compósita para ser utilizada em uma turbina hidrocinética de eixo horizontal capaz de gerar 500 kW de eletricidade com a correnteza do rio Tucurul no estado do Pará. Essa turbina possui um rotor com 3 pás e diâmetro nominal de 10 m. Foram feitas análises de duas pás: a primeira fabricada com lâminas com reforço unidirecional pré-impregnadas de carbono/epóxi do tipo AS4/3501-6 e a segunda com a liga de alumínio 6061-T6. Os resultados foram obtidos utilizando-se o Ansys. Foram utilizados nós mestres e equações de restrição para a aplicação do carregamento hidrodinámico. Os máximos índices de falha estabelecidos para as pás compósita e metálica foram, respectivamente, de: 0.5 segundo Tsai-Wu e 0.5 segundo von Mises. As massas obtidas para as pás compósita e metálica foram de 221.87 kg e 709.16 kg. respectivamente. As deflexões máximas na ponta da pá foram de 5.65 cm para a pá compósita e 2.45 cm para a pá metálica.