FZK: a carga pelas ondas de usinas eólicas offshore

Quando as ondas se encontram com a força do vento

O sensor de força S9M da HBM grava a carga exercida pelas ondas nas estruturas de usinas eólicas offshore.

Quando as ondas atingem as usinas de energia eólica offshore, são gerados choques de pressão que podem sobrecarregar a fundação destas usinas em água rasa. Para melhorar os métodos de dimensionamento nestas situações para as estruturas, também chamadas de jackets, ensaios de modelagem física foram realizados no Canal de Ondas Grandes do Centro de Pesquisa Costeira (FZK) em Hannover, na Alemanha. O sensor de força S9M da HBM forneceu resultados decisivos.

Quatro sensores de força do mesmo tipo foram usados para determinar a força resultante horizontal total atuante na estrutura. Para evitar desvios de força, toda a estrutura foi fixada em suportes articulados em forma de pêndulo e os sensores foram montados nestes suportes na direção do impacto da onda. A HBM desenvolveu sensores de 2 componentes para medir as forças resultantes em seis hastes da articulação. Estas hastes foram integradas à jaqueta por dois sensores de força cada. Um design bem compacto teve de ser desenvolvido devido ao diâmetro específico da armação de canos (14cm) e as grandes forças esperadas (força nominal lateral do sensor 20 kN). Para evitar o carregamento dos sensores de força devido ao momento de flexão, eles foram fixados com juntas em forma de bola desenvolvidas especialmente para a aplicação.

Ensaio de carga em um dos maiores canais de onda do mundo

Especialmente picos de pressão que surgem causados pela quebra de ondas "mergulhantes" (pluging breakers) são muito importante. Existem alguns modelos analíticos que descrevem a carga que estas ondas causam em pólos redondos individuais. No entanto, tais abordagens só podem ser aplicadas a uma extensão limitada de jackets conforme são usadas em centrais de energia eólica offshore. Isto não é surpresa, dado aos diferentes níveis de complexidade em termos de condições hidráulicas. Para melhorar os métodos de dimensionamento de estruturas sujeitas ao aumento da carga de pressão, ensaios de modelagem física foram realizadas usando um modelo de grande escala no Grande Canal de Ondas da FZK como parte do programa de pesquisa da União Européia HYDRALAB IV. Os ensaios foram encomendados pela Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU), em Trondheim e pela Universidade Stavanger (UIS). Medindo 320 metros de comprimento, 5 metros de largura e 7 metros de profundidade, o Grande Canal de Ondas está entre os maiores do mundo. Para fazer melhor uso da saída de 800 kW do gerador de ondas, a escala do modelo foi definida como 1:8. As ondas que atuaram sobre a estrutura, nesta escala, foram de mais de dois metros de altura. As hastes são de tubos de aço de 14 cm de diâmetro. As dimensões da estrutura global foram de 2,4 x 2,4 x 4,9 m.

Todos os carregamentos foram registrados metrologicamente

Para gravar os processos hidráulicos e os efeitos sobre a jacket selecionada metrologicamente, o canal de onda e da própria estrutura foram equipados com um grande número de diferentes sensores:

Sensores de nível da onda e fluxo mediram a flutuação no nível da água e condições de fluxo em frente e sobre a estrutura;
A reação da estrutura com o impacto da onda foi medida com sensores de força e de aceleração;
Um sistema de vídeo sincronizado com a aquisição das medições forneceu informações visuais detalhadas sobre a natureza da ondas quebrando e a amplitude da onda na estrutura.

O maior desafio: medição de força

As diversas medições de força na estrutura representaram um desafio especial. Uma tarefa era determinar a distribuição de carga nas hastes selecionadas da estrutura. Outra era determinar a força total atuante em cada haste e a força atuante na estrutura global. Por conta dos sensores de força estarem submersos, de forma periódica ou permanente, os sensores de força S9M da HBM com grau de proteção IP 68 foram usados para determinar a distribuição da carga. Até quatro sensores de força foram colocados em cada haste feita de alumínio. A carga da onda perpendicular foi medida em armações em forma de anéis de 5cm de largura fixadas em cada um destes sensores. As medições individuais foram então usadas para determinar a distribuição da carga na haste.

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