BR102022020084A2 - Sistema e método de fundação de torre de energia eólica - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a um sistema de fundação de torre de energia eólica que realiza a combinação de estacas (1) de uma viga circular (2) com cordoalhas para aumentar a resistência e amortecer as vibrações da torre. A presente invenção também se refere a um método de fundação de torre de energia eólica que compreende as etapas de: (i) realizar estacas (1) ao longo da extensão de uma viga circular (2) de formato anelar; (ii) finalizar a viga circular (2); (iii) instalar juntas de contração (3) pretendidas de cordoalhas na viga circular (2); e (iv) apertar as juntas de contração (3).

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um sistema e um método de fundação aplicado especificamente para torres de energia eólica, realizando um reforço de solo dessa estrutura e um amortecimento das vibrações.

Antecedentes da Invenção

[002] Energia eólica é o nome que se dá à energia elétrica gerada por meio da força dos ventos, uma vez que a sua produção utiliza um recurso natural inesgotável, esse tipo de energia é considerada uma energia sustentável e, portanto, cada vez mais importante para a sustentabilidade do planeta.

[003] A energia eólica é produzida por meio de um processo de conversão de energia cinética, proveniente do movimento, em eletricidade. Tal processo de conversão é realizado por meio de turbinas eólicas ou aerogeradores, que se assemelham aos moinhos de ventos e formam os parques eólicos.

[004] A estrutura da turbina é composta por uma torre, pelo rotor e pelas pás, de modo que o vento faça com que as pás girem a uma velocidade que varia de 10 a 25 rotações por minuto (rpm), acionando o rotor que é conectado às pás. O movimento do rotor é multiplicado no interior da nacele, que consiste na estrutura retangular posicionada atrás das pás e na qual está conectada a torre da turbina. No interior da nacele, é disposto um gerador, responsável pela conversão da energia cinética em energia elétrica.

[005] Uma vez produzida, a eletricidade é conduzida por meio dos dutos, localizados no interior da torre, para dois transformadores antes de ser enviada à rede, sendo um transformador conectado à turbina e o outro responsável por concentrar toda a energia gerada no parque eólico.

[006] Desta forma, para que seja possível a geração da energia eólica, é necessário que as turbinas sejam sustentadas a uma determinada altura por meio das torres que, devido ao excessivo vento em que são instalados, necessitam de uma sustentação robusta que impeça a sua movimentação e, principalmente, evite acidentes pela ruptura ou tombamento dessas estruturas.

[007] A fundação consiste no elemento construtivo que realiza a ligação entre a torre e o solo, suportando o peso da própria torre, o momento fletor de engastamento e a força cortante causada pelo empuxo do vento na torre e na turbina, além de considerar cargas de sub-pressão quando posicionada abaixo do nível do lençol freático.

[008] Diferentemente de fundações de estruturas comuns em Engenharia Civil, as utilizadas em parques eólicos são projetadas de tal forma que não suporte somente os esforços verticais, mas como, principalmente, os horizontais, causados pelo vento, o qual é o principal formador do momento fletor na base da torre e no alicerce, podendo gerar o tombamento e a ruptura dessa estrutura.

[009] Assim como em outros procedimentos geotécnicos, o estudo das condições do solo na localidade na qual se instalará as torres eólicas são imprescindíveis para a seleção do tipo de alicerce, que poderá ser rasa ou profunda. As fundações rasas somente são escolhidas quando houver, dentre as características do solo, uma alta aptidão de suporte ou for encontrada rocha resistente a um pequeno nível de profundidade. Contudo, caso o perfil do solo apresente baixa capacidade ou for encontrado camadas de solo mole a profundidades dentro da zona de influência abaixo do bloco de fundação, deve-se adotar soluções com estacas profundas. Há ainda situações mistas, em que as características dos solos em presença não são uniformes. Em qualquer um dos casos é necessário o conhecimento acerca da posição do nível de água no subsolo.

[010] Um dos tipos de fundação com maior aplicabilidade para as torres de energia eólica são as estacas, aplicadas em configurações de mono-estaca ou estacas. A mono- estaca possui dimensões pouco significativas para solos nos quais há condições geotécnicas fracas, sendo mais utilizada em torres eólicas offshore, contudo, também pode ser empregada em onshore, mas com dimensões menores, podendo ser pré- fabricada ou betonada in situ.

[011] Tal tipo de fundação mono-estaca é amplamente conhecida no estado da técnica, conforme evidenciado no documento PI0605965-1 que descreve um sistema e método para a cravação de uma mono-estaca para suporte de uma turbina eólica além da costa ou offshore, que inclui cravar uma mono-estaca anular cilíndrica ou uma subestrutura no solo, incluindo uma porção flangeada configurada de modo a suportar uma torre de turbina eólica, sendo a porção flangeada estendida radialmente a partir da superfícies periférica da mono-estaca.

[012] O outro tipo de fundação, por meio de estacas, é considerado uma espécie de alicerce indireto, ou profundo, em situações nas quais as condições geotécnicas dos solos que seriam necessárias para suportar as cargas formadas pela torre se localizariam em alta profundidade no terreno.

[013] Além disso, são conhecidos no estado da técnica outros tipos de fundação para torres de energia eólica como, por exemplo, o documento BR102019023318-4 que revela uma fundação para uma torre de uma turbina eólica com pelo menos três colunas compreendendo uma estaca de concreto reforçado para cada coluna, cada coluna sendo fixada à sua estaca correspondente. É montada no interior da estaca uma gaiola de parafusos e um reforço principal formados por uma estrutura cilíndrica de anéis horizontais e barras verticais. A gaiola de parafusos é disposta no interior do reforço principal radialmente a uma distância inferior a 0,1 metros, e o concreto não é colocado até que todos os três furos sejam feitos e os reforços com as gaiolas sejam colocados e coordenados.

[014] Outro documento, ainda no estado da técnica, consiste no BR112016016498-9 que descreve uma fundação para uma torre de turbina eólica e um método para pré- montar a torre, em que a torre inclui seções divididas em partes chanfradas, e em que a fundação inclui um bloco de coroamento de estaca que tem uma base superior, uma base inferior e uma superfície angulada, sendo a base superior dotada de uma área de superfície menor que a base inferior. A fundação inclui um conjunto de elementos de mancal que se projetam a partir da superfície angulada do bloco de coroamento de estaca e são configurados de modo que as superfícies livres dos ditos elementos de mancal formem superfícies de sustentação para as partes chanfradas para pré-montar uma seção, e um conjunto de elementos de conexão filiformes que são dispostos em conexão com o bloco de coroamento de estaca e com as extremidades livres, as quais se destinam a serem conectadas às partes chanfradas de uma seção.

[015] Entretanto, apesar do estado da técnica revelar fundações para torres de energia eólica, nenhum desses documentos revela um sistema e método de fundação para torre de energia eólica com uma estrutura composta por estacas e cordoalhas configuradas para suportar os esforços da torre e amortecer suas vibrações como revelado na presente invenção.

Objetivos da Invenção

[016] A presente invenção tem como objetivo proporcionar um sistema de fundação para torre de energia eólica que combine a aplicação de estacas de fundação com cordoalhas para aumentar a resistência e amortecer as vibrações da torre.

[017] A presente invenção também tem como objetivo proporcionar um sistema de fundação para torre de energia eólica que revela estacas posicionadas em diferentes ângulos para aumento da resistência da fundação.

[018] Por último, a presente invenção também tem como objetivo proporcionar um método de fundação para torre de energia eólica que permite aumentar a resistência da fundação e amortecer a vibração da torre.

Sumário da Invenção

[019] Em sua configuração preferencial, a presente invenção revela um sistema de fundação de torre de energia eólica que compreende uma viga circular de formato anelar e uma pluralidade de estacas dispostas na extensão da viga circular, sendo a viga circular configurada para ser associada à base da torre de energia eólica.

[020] A viga circular compreende pelo menos uma junta de contração pretendida com cordoalhas, sendo as cordoalhas do tipo não aderentes de protensão. As estacas (1) são tubulares autoperfurantes, dispostas em uma angulação entre 0, 15 e 30 graus em relação à vertical no sentido interno. Ainda na configuração preferencial do sistema, são dispostas entre 24 a 36 estacas na viga circular, as estacas possuindo entre 9 a 12 metros de profundidade.

[021] A presente invenção também revela um método de fundação de torre de energia eólica, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (i) realizar estacas ao longo da extensão de uma viga circular de formato anelar; (ii) finalizar a viga circular; (iii) instalar juntas de contração pretendidas de cordoalhas na viga circular; e (iv) apertar as juntas de contração.

Breve Descrição dos Desenhos

[022] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[023] A figura 1 retrata uma vista em perspectiva do sistema de fundação da presente invenção.

[024] A figura 2 retrata uma vista superior do sistema de fundação da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

[025] A presente invenção revela um sistema e método de fundação de torre de energia eólica que permite realizar a fixação da torre junto ao solo de maneira resistente e amortecendo as vibrações dessa estrutura, possibilitando uma fundação com menor custo.

[026] Tal sistema de fundação da presente invenção compreende uma pluralidade de estacas 1 e uma viga circular, conforme ilustrado na Figura 1 e detalhadamente descrito a seguir.

[027] As estacas 1, em sua configuração preferencial, consistem em estacas tubulares autoperfurantes que melhoram a resistência do solo de fundação, promovendo a ancoragem da torre ao solo. Tais estacas 1 são dispostas ao longo da extensão da viga circular 2, de modo que, a depender do solo em que a torre de energia eólica é instalada, são necessárias entre 24 a 36 estacas 1 com profundidades entre 9 a 12 metros, sendo tais valores apenas exemplificativos e não limitativos.

[028] Ainda em sua configuração preferencial, as estacas 1 são dispostas em uma angulação que varia entre 0,15 e 30 graus no sentido interno em relação à vertical, ou seja, anguladas em sentido à torre de energia eólica para aumentar a eficiência da fixação, conforme ilustrado na Figura 1.

[029] Desta forma, as estacas 1 são dispostas ao longo da extensão da viga circular 2 com angulações específicas e em quantidades que variam de acordo com as características do solo em que a torre de energia eólica está sendo instalada.

[030] A viga circular 2, assim como seu nome sugere, consiste em uma viga de formato anelar que é disposta entre a base da torre de energia eólica e as estacas 1 utilizadas na fundação desta. Em sua configuração preferencial, a viga circular 2 compreende juntas de contração 3 que são pretendidas com cordoalhas, conforme ilustrado na Figura 2.

[031] Ainda em sua configuração preferencial, as cordoalhas utilizadas nas juntas de contração 3 são não aderentes de protensão, de modo a garantir um maior amortecimento das vibrações da torre de energia eólica, garantindo a fundação eficiente desta.

[032] Deste modo, as cordoalhas com as juntas de contração 3 da viga circular 2 são configuradas para realizar a associação do sistema de fundação com a torre de energia eólica sem que seja necessário realizar uma perfuração da torre para associação das estacas 1, garantindo maior praticidade e menor custo na fundação.

[033] Tendo sido descrito o sistema de fundação de torre de energia eólica, é descrito a seguir o método de fundação de torre de energia eólica da presente invenção. Tal método compreende 4 etapas, as quais são detalhadamente descritas.

[034] A primeira etapa consiste em realizar as estacas 1 ao longo da extensão de uma viga circular 2, de modo que as estacas 1, em sua configuração preferencial, sejam distribuídas com uma angulação que varia entre 0,15 e 30 graus em relação à vertical e no sentido interno, vide a Figura 1.

[035] A segunda etapa consiste em finalizar a viga circular 2 já com as estacas 1 posicionadas, de modo a concluir a sua concretagem e associação às estacas 1 posicionadas na primeira etapa.

[036] A terceira etapa consiste em realizar a instalação de juntas de contração 3 pretendidas por cordoalhas na viga circular 2, sendo tais cordoalhas, em sua configuração preferencial, do tipo não aderente de protensão.

[037] A quarta e última etapa consiste na protensão das juntas de contração 3, realizando a associação entre a viga circular 2 e a base da torre de energia eólica que se deseja realizar a fundação.

[038] Sendo assim, tendo sido descrito o sistema e método de fundação de torre de energia eólica, é possível concluir que esses cumprem com os seus objetivos, apresentando um sistema e método que possibilita uma fundação resistente e que realiza o amortecimento das vibrações da torre de energia eólica.

[039] Portanto, deve ser entendido que o sistema e método de fundação de torre de energia eólica da presente invenção são apenas algumas das modalidades e exemplos de situações que poderiam ocorrer, o real escopo de proteção do objeto da presente invenção encontra-se definido nas reivindicações.

Claims (8)

1. SISTEMA DE FUNDAÇÃO DE TORRE DE ENERGIA EÓLICA, caracterizadopelo fato de que compreende uma viga circular (2) de formato anelar e uma pluralidade de estacas (1) dispostas na extensão da viga circular (2), sendo a viga circular (2) configurada para ser associada à base da torre de energia eólica.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a viga circular (2) compreende pelo menos uma junta de contração (3) pretendida com cordoalhas.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que as cordoalhas são do tipo não aderentes de protensão.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as estacas (1) são tubulares autoperfurantes.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de que as estacas (1) são dispostas em uma angulação entre 0,15 e 30 graus em relação à vertical no sentido interno.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que são dispostas entre 24 a 36 estacas (1) na viga circular (2).

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as estacas (1) possuem entre 9 a 12 metros de profundidade.

8. MÉTODO DE FUNDAÇÃO DE TORRE DE ENERGIA EÓLICA, caracterizadopelo fato de que compreende as seguintes etapas: (i) realizar estacas (1) ao longo da extensão de uma viga circular (2) de formato anelar; (ii) finalizar a viga circular (2); (iii) instalar juntas de contração (3) pretendidas de cordoalhas na viga circular (2); e (iv) apertar as juntas de contração (3).