dossier sobre o futuro da eólica
torres eólicas metálicas de fácil instalação Carlos Rebelo Professor Associado do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra Investigador sénior do ISISE – Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering.
Introdução O aumento da procura de energias renováveis, nomeadamente da energia eólica, tem levado ao aumento de potência dos conversores eólicos, os quais exigem a instalação de torres de suporte de maior altura do que as atualmente usadas. Uma das torres tubulares de aço mais altas é a da turbina eólica Vestas 3 MW com 166 metros de altura. O diâmetro deste modelo de torre atinge os 6,5 metros na base, o que complica o seu transporte devido às limitações do transporte público rodoviário. Outras soluções existentes no mercado baseiam-se em estruturas metálicas em forma de treliça semelhantes às torres de suporte de linhas elétricas aéreas. São exemplo deste tipo a solução proposta pela GE, para alturas superiores a 130 metros, e a solução proposta pela Suzlon que colocou no mercado uma torre metálica híbrida constituída por um troço inferior em treliça e uma parte superior tubular com uma altura total de 120 metros e suportando uma turbina eólica com 2,1 MW de potência nominal. Assim, a torre em treliça metálica reaparece como uma solução interessante depois de ter sido abandonada quando as soluções tubulares praticamente monopolizaram o mercado, fruto do processo altamente eficaz de produção metalomecânica das cascas tronco-cónicas e da possibilidade de inclusão, ainda em fábrica, de todos os componentes internos da torre. No entanto permanecem atuais algumas das desvantagens da utilização da solução em treliça, sendo que a mais frequentemente apontada é a dificuldade de garantir uma manutenção adequada, resultante da necessidade de controlar o aperto de um elevado número de parafusos nas ligações das barras da treliça. Por outro lado, qualquer uma das soluções propostas para torres de grande altura assume que a montagem no local é feita com o auxílio de gruas de grande altura, exigindo assim a sua disponibilidade no mercado e os elevados custos envolvidos na sua utilização. Com o objetivo de encontrar soluções estruturais para torres de suporte a aerogeradores que permitam o necessário aumento de altura acima dos 100 a 120 metros atualmente usados, foram desenvolvidos na última década vários projetos de investigação no âmbito do centro de investigação ISISE - Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering da Universidade de Coimbra. Um destes projetos de investigação, coordenado pelo ISISE e recentemente concluído, designa-se SHOWTIME - Steel Hybrid Onshore Wind Towers Installed with Minimum Effort e foi proposto e levado a cabo em parceria com várias instituições europeias de investigação e empresas ligadas à construção em aço. O seu principal objetivo foi o de desenvolver e promover o conceito da torre híbrida de aço, constituída por uma parte em treliça e uma parte tubular, direcionada para alturas acima dos 160 metros. 24
O projeto SHOWTIME No conceito de torre híbrida de aço desenvolvido no projeto SHOWTIME, a parte inferior da torre é uma estrutura em treliça formada por barras metálicas compostas por perfis enformados a frio constituindo elementos de secção poligonal ligados entre si por juntas aparafusadas pré-esforçadas (Figura 1). Uma das vantagens deste conceito reside na possibilidade de a parte inferior da torre poder ser usada para facilitar a instalação da porção tubular superior com a turbina instalada, evitando assim a necessidade de gruas de grande altura. Outra vantagem é a de controlar o diâmetro máximo do segmento tubular usado na parte superior da torre, cuja eficácia de fabrico, transporte e instalação é amplamente reconhecida pelo mercado. Para as Figura 1 ‘pernas’ verticais da treliça é adotada uma secção poligonal aparafusada ou soldada e para os elementos inclinados ou horizontais de contraventamento é adotada uma secção hexagonal aparafusada (Figura 2). Um elemento fundamental no conceito proposto é o troço de transição entre a treliça e o tubo, que pode ser diferente em cada projeto dependendo do tipo de aço usado, da geometria e das condições de carga devido ao vento e operação da turbina.
Figura 2
Caso de estudo Com vista ao estabelecimento de casos de estudo realistas foi desenvolvido um estudo paramétrico, envolvendo a procura de geometrias que minimizem o número de nós da treliça e consequente número de parafusos. Foi avaliado, do ponto de vista da segurança estrutural, um conjunto