BR112021016824A2 - Instalação de energia eólica e base para a dita instalação - Google Patents

Abstract

INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA E BASE PARA A DITA INSTALAÇÃO. Em uma base (1) para uma instalação de energia eólica com um pé de suporte (2) circular ou poligonal subdividido em várias seções anulares para apoiar uma torre e elementos de apoio (5) que se estendem do pé de suporte (2) radialmente para fora, em que as seções anulares e os elementos de apoio (5) são formados como elementos de concreto pré-fabricados (3) ou compostos dos mesmos e em que elementos de apoio adjacentes (5) são espaçados circunferencialmente um do outro, os elementos de apoio adjacentes (5) são unidos entre si respectivamente por meio de uma viga (13) que corre tangencialmente, formada como elemento de concreto pré-fabricado.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO “INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA E BASE PARA A DITA INSTALAÇÃO”

[001] A invenção se refere a uma base para uma instalação de energia eólica com um pé de suporte circular ou poligonal subdividido em várias seções anulares para apoiar uma torre e elementos de apoio que se estendem do pé de suporte radialmente para fora, em que as seções anulares e os elementos de apoio são formados como elementos de concreto pré-fabricados ou compostos dos mesmos e em que elementos de apoio adjacentes são espaçados circunferencialmente um do outro.

[002] A invenção se refere ainda a uma instalação de energia eólica com uma torre que porta um rotor, que é montada na base de acordo com a invenção.

[003] Um tipo de base do tipo mencionado anteriormente é, descrita, por exemplo, no documento WO 2017/141098 A1 e consiste essencialmente de elementos de concreto pré-fabricados. Tais elementos de concreto são produzidos em uma instalação de pré-fabricação e transportados ao local de uso, onde são posicionados com o auxílio de um guindaste e, então, podem ser unidos entre si. Desse modo, a duração dos processos de construção no local de uso pode ser significativamente reduzida. Os elementos de concreto pré-fabricados formam, quando unidos entre si, uma base com um pé de suporte central e várias nervuras ou elementos de apoio, que se projetam respectivamente do pé de suporte radialmente para fora. Cada elemento de concreto pré-fabricado forma um dos elementos de apoio e uma seção circular do pé de suporte atribuída. Depois que a base foi composta desse modo, a torre ou mastro da instalação de energia eólica é erigida no pé de suporte e fixada pela utilização de pinos de ancoragem no pé de suporte.

[004] Através da utilização de elementos de concreto pré-fabricados, os elementos podem ser produzidos em um ambiente controlado, de tal modo que é oferecida a possibilidade de endurecer o concreto sob condições ideais e monitorar o processo de forma precisa. A qualidade do concreto endurecido pode ser aprimorada, visto que, em uma instalação de pré-fabricação, há um melhor controle da qualidade do material e da execução de trabalho do que em um canteiro de obras.

[005] Instalações de energia eólica estão expostas a cargas e tensões de natureza específica, que precisam ser absorvidas pela base. O próprio vento atua de uma maneira imprevisível e variável. Além disso, em instalações maiores, há componentes de carga dinâmica devido a vibrações e ressonâncias. Além disso, torres com alturas superiores a 100 metros ou mais, em consequência do movimento de inclinação observável, transferem cargas excêntricas significativas sobre a base. Quando a torre está sujeita a um momento de flexão, o concreto da base deve resistir à compressão, que surge na zona comprimida e a estrutura de reforço do concreto precisa absorver as forças de alongamento na parte oposta da base, visto que o próprio concreto apresenta uma força de alongamento relativamente baixa.

[006] Bases de elementos de concreto pré-fabricados reforçados têm a vantagem de que a desempenho e a qualidade do concreto são mais elevados, de tal modo que haja um menor risco de rachaduras e uma maior capacidade de resistir a cargas dinâmicas e estáticas. Uma desvantagem, contudo, consiste em que os elementos de concreto pré-fabricados individuais não devem exceder determinadas medidas, para que possam ser transportados da instalação de pré-fabricação ao local de uso.

[007] Uma contribuição significativa para a estabilidade de uma base é alcançada, em que uma escavação que recebe a base é novamente preenchida com terra ou um outro material de preenchimento, pelo que esse vem a repousar sobre os elementos de concreto pré-fabricados da base. Desse modo, o peso do material de preenchimento pode ser utilizado, para exercer uma carga vertical sobre os elementos de concreto pré-fabricados que atuam contra um possível momento de inclinação.

[008] Para elevar a estabilidade de uma base do moinho de vento, particularmente sua resistência contra um momento de inclinação, sem ampliar o comprimento e/ou a largura dos elementos de concreto pré-fabricados, foi sugerido no documento WO 2017/141098 A1, fazer a ponte ao espaço intermediário entre dois elementos de concreto pré-fabricados adjacentes respectivamente por uma placa de transição. As placas de transição oferecem uma superfície de contato adicional para o material de preenchimento, pelo que os componentes de carga vertical que atuam contra o momento de inclinação podem ser elevados. Além disso, as placas de transição levam a uma estabilização e a um suporte mútuo de elementos de apoio adjacentes, visto que os elementos de apoio são unidos entre si, particularmente, na área externa radialmente afastada, ou seja, do pé de suporte, em uma estrutura uniforme. Para assegurar a posição das placas de transição, sua fixação ocorre nos elementos de apoio, por exemplo, com o auxílio de conexões de parafusos, o que, no entanto, implica um alto esforço de montagem.

[009] A presente invenção tem, portanto, o objetivo de, desenvolver uma formação da base que mantenha as vantagens de placas de transição, pelo menos parcialmente, contudo, evitem o elevado custo de montagem de placas de transição.

[010] Para a solução desse objetivo, a invenção consiste em uma base do tipo mencionado na introdução essencialmente em que elementos de apoio adjacentes são unidos entre si respectivamente por meio de uma viga que corre tangencialmente formada como elemento de concreto pré-fabricado. A junção de dois elementos de apoio adjacentes que correm radialmente por meio de uma viga tangencial, a partir da estrutura de apoio em forma de estrela formada até agora pelos elementos de apoio, cria uma estrutura de apoio formada a partir de vários triângulos. Isso leva a uma melhor distribuição e dissipação de força, particularmente na zona comprimida em função de momentos de inclinação. A disposição de vigas de acordo com a invenção assegura, tanto no caso das placas de transição, a estabilização e o suporte mútuo de elementos de apoio adjacentes, sem que as placas de transição sejam obrigatoriamente necessárias. O custo associado ao transporte e montagem de placas de transição pode, assim, ser mitigado. Devido à formação dos triângulos de apoio que envolvem o pé de suporte, os elementos de apoio que correm radialmente podem ser dimensionados de forma mais enxuta e assim, serem formado com peso ideal, visto que a suporte da torre não se baseia mais exclusivamente em um modelo em cantiléver dos elementos de apoio radiais.

[011] Evidentemente, também é possível utilizar as vigas de acordo com a invenção em combinação com placas de transição. Nesse caso, contudo, pode ser dispensada uma fixação especial das placas de transição nos elementos de apoio com o auxílio de parafusos quando a própria viga assegura um suporte radial das placas de transição. As vigas formam aqui um bloqueio positivo contra um afastamento radial das placas de transição do pé de suporte.

[012] Como viga no sentido da invenção deve se entender um elemento de concreto alongado, cuja expansão longitudinal se estende tangencialmente no sentido da base claramente excede a largura e altura, em que a expansão longitudinal corresponde, preferencialmente pelo menos ao dobro, de forma preferida, pelo menos a cinco vezes a largura e/ou altura.

[013] O termo “tangencial” se refere a um eixo vertical da base, disposto em torno do pé de suporte circular ou poligonal, e expressa que as vigas previstas de acordo com a invenção se encontram essencialmente tangenciais em um círculo imaginário, por cujo centro passa o eixo mencionado.

[014] As vigas de acordo com a invenção podem correr preferencialmente em linha reta. Também são concebíveis formas desviantes, como, por exemplo, vigas com trajeto curvo.

[015] De forma preferida, é previsto que cada par de elementos de apoio adjacentes seja unido entre si respectivamente por meio de uma viga, de tal modo que as vigas formem um polígono que envolve o pé de suporte ou os elementos de apoio radiais. Em outras palavras, partem de cada elemento de apoio, duas vigas, respectivamente um leva ao elemento de apoio adjacente direito e a outra ao elemento de apoio adjacente esquerdo.

[016] A junção das vigas com os elementos de apoio pode ocorrer de diferentes formas, em que, em todos os casos, deve ser assegurado que seja possibilitada uma transferência de força entre vigas e elementos de apoio no sentido radial e eventualmente também tangencial. Uma formação preferida prevê, aqui, que a viga é fixada em uma das extremidades em união positiva ou com o auxílio de meios de junção nos elementos de apoio adjacentes.

[017] De forma vantajosa, as vigas, na extremidade dos elementos de apoio adjacentes afastados do pé de suporte, são fixadas nesses. As vigas são fixadas, assim, nas extremidades livres dos elementos de apoio, de tal modo que todas as vigas formem juntas um limite poligonal circunferencial da base.

[018] As vigas podem adicionalmente aqui assumir a função de um apoio circunferencial, e de fato, particularmente, então, quando a viga, de acordo com uma formação preferida da invenção, apresentar um perfil de seção transversal com duas pernas, particularmente, um perfil em formato em L, em que uma perna é fixada nos elementos de apoio adjacentes e a outra perna forma uma estrutura de apoio que pode ser escorada contra o solo que se projeta radialmente para fora, partindo dos elementos de apoio. Uma tal estrutura de apoio adicional permite dimensionar os elementos de apoio radiais de forma mais enxuta, de tal modo que, no geral, seja obtida uma otimização do peso. Além disso, os elementos de apoio radiais, devido ao suporte radial adicional obtido pelas vigas, podem ser formados mais curtos em sua extensão radial, de tal modo que seja facilitado cumprir com o comprimento máximo do transporte.

[019] A estrutura de apoio que se projeta radialmente para fora também pode ser utilizada como posição de montagem para a montagem de outros elementos de apoio de tal modo que a extensão radial da base possa ser ainda mais ampliada.

[020] De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, o espaço intermediário entre dois elementos de apoio adjacentes, como já mencionado, pode ser ligado por pelo menos uma placa de transição, que é formada, preferencialmente, como placa de concreto pré-fabricado. Nesse caso, é possível dispensar as conexões de parafusos entre pelo menos uma placa de transição e os elementos de apoio radiais, visto que pelo menos uma placa de transição pode se apoiar radialmente para fora, contra a viga.

[021] O espaço intermediário entre dois elementos de apoio adjacentes pode ser ligado também por uma pluralidade de placas de transição paralelas que são formadas como placa de concreto pré-fabricado. As placas de transição correm aqui particularmente essencialmente no sentido tangencial, em que uma pluralidade de placas de transição se conecta entre si, visto no sentido radial.

[022] As placas de transição disponibilizam uma superfície horizontal extremamente grande, sobre a qual, uma força vertical pode ser exercida sobre o material de preenchimento despejado, que atua contra o momento de inclinação do moinho de vento. As placas de transição se encontram aqui, pelo menos ao longo de uma parte de suas bordas laterais, sobre os elementos de apoio, de tal modo que a carga vertical, que é exercida pelo material de preenchimento sobre as placas de transição, possa ser transferida para os elementos de apoio radiais e, assim, sobre toda a base.

[023] Para minimizar o número de elementos de concreto pré-fabricados a serem compostos no local de uso, um aperfeiçoamento preferido da invenção prevê que uma seção anular e um elemento de apoio atribuído sejam formados em uma só peça, como elemento de concreto pré-fabricado.

[024] De forma preferida, os elementos de concreto pré-fabricados consistirem em concreto reforçado, que apresenta uma estrutura de reforço, particularmente, elementos de reforço, perfis, barras ou cabos, que são incorporados nos elementos de concreto pré-fabricados e/ou que são formados como elementos de fixação para a fixação conjunta dos elementos de concreto pré-fabricados em elementos de concreto protendido.

[025] Uma desvantagem de uma base, que é composta de elementos de concreto pré-fabricados consiste em que, ao contrário de bases de concreto moldado no local de uso, não é disponibilizada nenhuma estrutura monolítica, de tal modo que precisam ser desenvolvidas soluções técnicas para a junção segura dos elementos de concreto pré-fabricados para a reprodução de uma estrutura monolítica.

[026] Nesse contexto, uma forma de realização preferida da invenção prevê que seja fornecida uma estrutura de junção que mantém unidos os elementos de concreto pré-fabricados que formam o pé de suporte e os elementos de apoio e, de forma preferida, é acoplada com a estrutura de reforço.

[027] A estrutura de junção pode ser de um tal tipo que seja adequada para manter os elementos de concreto pré-fabricados unidos de forma rígida, para formar uma estrutura monolítica. A estrutura de junção se difere da estrutura de reforço e, portanto, preferencialmente não é incorporada nos elementos de concreto pré- fabricados. De acordo com uma característica da invenção, a estrutura de junção é acoplada com a estrutura de reforço, pelo que é permitido um trajeto ininterrupto de carga entre as estruturas de reforço, de tal modo que as forças introduzidas na base possam ser divididas de forma eficiente. No contexto da invenção, acoplar a estrutura de junção e a estrutura de reforço significa que as forças que atuam sobre a estrutura de reforço são transferidas para a estrutura de junção sem que seja disposto concreto entre as mesmas e vice-versa. Por conseguinte, a estrutura de junção e a estrutura de reforço podem ser unidas entre si diretamente ou por um elemento de conexão de diferentes durezas de concreto.

[028] A estrutura de junção pode apresentar, contudo, também, nenhum acoplamento com a estrutura de reforço. Por exemplo, as seções anulares do pé de suporte ou os elementos de apoio podem ser tensionados um contra o outro como auxílio de cabos de tensão. Os cabos de tensão assentados podem ser dispostos, nesse caso, em pelo menos um canal circunferencial da seção anular e/ou dos elementos de apoio.

[029] Uma formação preferida prevê aqui que o pé de suporte ou suas seções anulares, em sua ou suas extremidades voltadas à superfície de suporte para a torre, apresenta ou apresentam uma saliência que se estende radialmente para fora partindo do pé de suporte com pelo menos um canal para a admissão de um cabo de tensão que corre no sentido circunferencial, previsto na saliência. Pelo fato de que é desenvolvida uma saliência circunferencial que se estende radialmente para fora partindo do pé de suporte, que é colocada na área superior, ou seja na extremidade com a superfície de suporte do pé de suporte, desenvolve-se a possibilidade para fazer sem o aparafusar dos elementos de concreto pré-fabricados, visto que pelo menos um cabo de tensão, via de regra, contudo, uma pluralidade de cabos de tensão,

pode ser guiado para o tensionamento conjunto dos elementos de concreto pré- fabricados na área superior da base em uma escala relativamente grande. Um cabo de tensão guiado em grande escala pode desenvolver uma melhor fixação e força de junção como cabo de tensão, funcionando em pequena escala, de modo que um escoramento altamente eficiente dos elementos de concreto pré-fabricados seja alcançado com a medida de acordo com a invenção. Consequentemente, é possível dispensar amplamente ou totalmente o aparafusamento dos elementos de concreto. Para inserir e tensionar o cabo de tensão é suficiente quando os elementos de concreto pré-fabricados são posicionados nas posições desejadas da forma mais próxima possível, em que, contudo, não precisa ocorrer qualquer alinhamento preciso de orifícios, um ao outro. Aqui, o cabo de tensão ou a pluralidade de cabos de tensão pode ser inserida e puxada em conjunto no canal que corre na saliência. Nesse caso, os elementos de concreto pré-fabricados são puxados juntos e alinhados um ao outro e a base acabada é obtida sem aparafusamentos.

[030] O concreto utilizado para a produção dos elementos de concreto pré- fabricados pode ser de um tipo qualquer, que é utilizado tipicamente também para a injeção de concreto no local de uso. Adicionalmente ao agregados e água, o concreto contém cimento Portland como meio aglutinante hidráulico.

[031] Também pode ser utilizado concreto reforçado por fibra, para produzir os elementos de concreto pré-fabricados. As fibras podem consistir em qualquer material de fibra que contribua para o aumento da integridade estrutural, particularmente, para a resistência ao impacto e/ou a durabilidade da estrutura de concreto resultante. O concreto reforçado por fibras contém fibras de reforço curtas e discretas que são distribuídas uniformemente e orientadas aleatoriamente.

[032] Preferencialmente, as fibras de reforço são fibras de carbono, fibras sintéticas ou fibras de polipropileno. De forma alternativa, as fibras de reforço podem ser fibras de aço, fibras de vidro ou fibras naturais. Além disso, também é possível a utilização de HPC (High Performance Concrete) e UHPC (Ultra High Performance Concrete). Estes tipos de concreto são aglutinantes altamente finos com agregados especiais e aditivos adequados e são considerados vantajosos devido ao seu peso relativamente baixo.

[033] Quando em funcionamento, a base porta uma turbina eólica Onshore com uma torre e um rotor montado na torre, em que a torre é montada por meios comuns, por exemplo, pinos de ancoragem, no pé de suporte da base de acordo com a invenção. O rotor apresenta um eixo de rotação essencialmente horizontal.

[034] A seguir, a invenção é descrição com base em exemplos de modalidade representados nas Figuras. Nesses, a Figura 1 mostra uma base para uma instalação de energia eólica, que consiste em elementos de concreto pré-fabricados, a Figura 2, um elemento de concreto pré-fabricado, que é utilizado na base da Figura 1, a Figura 3, uma formação da base de acordo com a invenção com placas de transição e vigas de apoio externas.

[035] Na Figura 1 é representada uma base 1 que apresenta um número de elementos de concreto pré-fabricados 3. A base 1 apresenta um pé de suporte 2 circular na forma de um cilindro oco para portar uma torre de uma instalação de energia eólica. A base 1 apresenta ainda vários elementos de apoio 5 que se projetam radialmente para fora, partindo do pé de suporte 2. O pé de suporte 2 é subdividido em várias seções circulares 4 (Figura 2), em que uma seção circular 4 e um elemento de apoio 5 são formados respectivamente integralmente entre si como um elemento de concreto pré-fabricado 3, como representado na Figura 2. O elemento de apoio 5 ou o elemento de concreto pré-fabricado 3 apresenta ainda uma placa de base 6 que é formada do mesmo modo, integralmente com o elemento de apoio 5. Os elementos de concreto pré-fabricados 3 consistem em concreto reforçado com barras de reforço, que são incorporadas nos elementos de concreto pré-fabricados 3.

[036] Apesar de os elementos de apoio serem representados na Figura 2 como um elemento de concreto pré-fabricado que consiste em apenas uma peça, os elementos de apoio também podem ser compostos de duas ou mais seções. Isso é particularmente vantajoso quando um elemento de apoio deve ser concretizado cujo comprimento radial exceda o comprimento permitido dos dispositivos de transporte comuns. Particularmente, podem ser produzidas duas ou mais seções como elementos de concreto pré-fabricados separados, que são transportadas separadas para o local de uso e são montadas uma sobre a outra, de forma rígida, no local de uso.

[037] Para alinhar de forma precisa as seções circulares adjacentes 4 entre si, as superfícies laterais podem apresentar elementos de ajuste de forma 8 e 9 que engatam um dentro do outro na forma de uma disposição trapezoidal de linguetas e ranhuras, que interagem entre si, para assegurar a posição relativa dos elementos 3. Além disso, os elementos de concreto pré-fabricados 3 podem ser apertados um sobre o outro por pelo menos um cabo de tensão, em que pelo menos um cabo de tensão pode ser disposto em uma passagem circular, particularmente, circunferencial, que é formada no pé de suporte 2, em que a abertura da passagem é indicada com o número

7. Evidentemente que podem ser disponibilizadas outras passagens.

[038] A Figura 3 mostra a forma de realização de acordo com a invenção, na qual o espaço intermediário entre dois elementos de concreto pré-fabricados adjacentes 3 é ligado por placas de transição 11 e 12. As placas de transição 11 e 12 não precisam, nesse caso, ser aparafusada na placa de base 6 dos elementos de concreto pré- fabricados 3, mas podem repousar apenas em união positiva sobre os elementos de apoio. Para a fixação das placas de transição 11, 12 são previstas vigas tangenciais 13 que unem entre si respectivamente dois elementos de apoio adjacentes 3. As vigas tangenciais 13 formam um batente que evita um movimento que afasta as placas de transição 11, 12 do pé de suporte 2. Por uma questão de clareza, apenas uma das vigas 13 é mostrada na Figura 3. Visto que cada par de elementos de apoio adjacentes 3 é unido entre si por meio de uma viga 13, são previstos no presente exemplo, no total, oito vigas 13, de tal modo que as vigas 13 formem juntas uma borda poligonal, particularmente octogonal externa da base.

[039] Na formação de acordo com a Figura 3, as vigas 13 são formadas como suportes angulares, que apresentam uma seção em formato em L com uma primeira perna 14 e uma segunda perna 15. A segunda perna 15 se estende radialmente para fora e apresenta uma superfície de apoio ao solo, com a qual a viga 13 pode se apoiar no solo. Por meio disso, alcança-se um suporte adicional da base.

[040] Uma seção inferior da torre da instalação de energia eólica a ser fixada no pé de suporte 3 é caracterizada na Figura 3 com o número 10.

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES

1. Base (1) para uma instalação de energia eólica com um pé de suporte (2) circular ou poligonal subdividido em várias seções anulares para apoiar uma torre e elementos de apoio (5) que se estendem do pé de suporte (2) radialmente para fora, em que as seções anulares e os elementos de apoio (5) são formados como elementos de concreto pré-fabricados (3) ou compostos dos mesmos e em que elementos de apoio adjacentes (5) são espaçados circunferencialmente um do outro, caracterizada por elementos de apoio adjacentes (5) serem unidos entre si respectivamente por meio de uma viga (13) que corre tangencialmente, formada como elemento de concreto pré-fabricado.

2. Base (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a viga (13) ser fixada em uma das extremidades em união positiva ou com o auxílio de meios de junção nos elementos de apoio adjacentes (5).

3. Base (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por a viga (13), na extremidade dos elementos de apoio adjacentes (5) afastadas ao pé de suporte (2), ser fixada nesses.

4. Base (1), de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada por a viga (13) apresentar um perfil de seção transversal com duas pernas (14,15), particularmente um perfil em formato em L, em que uma perna (14) é fixada nos elementos de apoio adjacentes (5) e a outra perna (15) forma uma estrutura de apoio que pode ser escorada contra o solo, que se projeta radialmente para fora, partindo dos elementos de apoio (5).

5. Base (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por o espaço intermediário realizar a ponte entre dois elementos de apoio adjacentes (5) respectivamente por pelo menos uma placa de transição (11,12) que é formada preferencialmente como placa de concreto pré-fabricado.

6. Base (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por pelo menos a placa de transição (11,12) ser escorada radialmente para fora contra as vigas (13).

7. Base (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por uma seção anular e um elemento de apoio (5) atribuído serem formados em uma só peça entre si, como um elemento de concreto pré-fabricado.

8. Base (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por os elementos de concreto pré-fabricados (3) consistirem em concreto reforçado, que apresenta uma estrutura de reforço, particularmente, elementos de reforço, perfis, barras ou cabos, que são incorporados nos elementos de concreto pré-fabricados (3) e/ou que são formados como elementos de fixação para a fixação conjunta dos elementos de concreto pré-fabricados (3) em elementos de concreto protendido.

9. Base (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por ser fornecida uma estrutura de junção que mantém unidos os elementos de concreto pré-fabricados (3) que formam o pé de suporte (2) e os elementos de apoio (5) e, de forma preferida, é acoplada com a estrutura de reforço.

10. Instalação de energia eólica com uma torre que porta um rotor caracterizada por a torre ser montada em uma base (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.