BRPI0823412B1

BRPI0823412B1 - Torre metálica

Info

Publication number: BRPI0823412B1
Application number: BRPI0823412-4A
Authority: BR
Inventors: Paulo Emmanuel de Abreu
Original assignee: Seccional Brasil SA
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2019-04-30
Also published as: US20110265419A1; CN102272399A; US8534025B2; WO2010076606A1; BRPI0823412A8; BRPI0823412A2

Abstract

torre metálica esta invenção está relacionada a torres metálicas ou similares utilizadas para linhas de transmissão de energia elétrica, telecomunicações, geradores de energia eólica e outras aplicações. os perfis padrão utilizados em torres treliçadas do estado da técnica possuem deficiências estruturais e aerodinâmicas. para superar os obstáculos e problemas técnicos do estado da técnica, um aspecto da presente invenção está direcionado a uma torre metálica compreendendo membros de treliça com perfil de canal em que o comprimento da alma do canal é menor do que o comprimento da aba do canal.

Description

[001] CAMPO TÉCNICO [002] Esta invenção refere-se a torres metálicas ou similares utilizadas para linhas de transmissão de energia elétrica, telecomunicações, geradores de energia eólica e outras aplicações.

[003] ESTADO DA TÉCNICA [004] Torres ou similares utilizadas para linhas de transmissão de energia elétrica, telecomunicações, geradores de energia eólica e outras aplicações são bem conhecidas no estado da técnica. O projeto estrutural, os componentes e materiais de tais torres variam conforme a aplicação. Todavia, devido ao projeto estrutural e restrições de custo, é muito comum o uso de torres metálicas treliçadas para aplicações de transmissão de energia elétrica de alta tensão e de telecomunicações.

[005] Em tais torres treliçadas, os técnicos no assunto geralmente adotam os perfis padronizados tais como os descritos no European Standard prEN 1993-3-1:2004 Eurocode 3: Design of steel structures, Part 3.1.: Towers, masts and chimneys Towers and masts.

[006] PROBLEMA TÉCNICO [007] Os perfis padronizados geralmente possuem valores diferentes para os raios de giração dependendo do eixo de simetria de cada perfil. A carga crítica para o dimensionamento dos membros de treliça é a carga de flambagem sob tensão de compressão axial. Tendo em vista que os membros de treliça são estruturalmente finos, a carga crítica é proporcional ao quadrado do raio de giração e é adotado o raio de giração mínimo do perfil, o que dificulta o aproveitamento da maior resistência nos outros eixos. Ademais, os perfis padronizados com faces planas, além de possuírem raios de giração diferentes em cada eixo, possuem cantos vivos e não foram concebidas para reduzir os esforços aerodinâmicos sobre as torres.

[008] SOLUÇÃO TÉCNICA [009] Para superar os obstáculos e problemas técnicos descritos acima e outras desvantagens não mencionadas, de acordo com os propósitos da invenção, tal como aqui exemplificado e amplamente descrito, um aspecto da presente invenção está direcionado para uma torre metálica compreendendo membros de treliça com um perfil de canal em que o comprimento da alma do canal é menor do que o comprimento

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2/7 das abas do canal.

[010] De acordo com um aspecto da invenção, o perfil de canal com alma reduzida possui raios de giração iguais em todos os eixos.

[011] De acordo com um aspecto da invenção, os membros de treliça com o perfil de canal com alma reduzida são os membros diagonais.

[012] De acordo com um aspecto da invenção, os membros de treliça com o perfil de canal com alma reduzida são as barras horizontais.

[013] De acordo com outro aspecto da invenção, os membros de treliça com o perfil de canal com alma reduzida são posicionados na torre com um mínimo de área exposta ao vento.

[014] De acordo com outro aspecto da invenção, o perfil de canal com alma reduzida possui um perfil mais aerodinâmico e com menor área exposta ao vento.

[015] De acordo com outro aspecto da invenção, o perfil de canal de alma reduzida possui cantos arredondados.

[016] De acordo com outro aspecto da invenção, o perfil de canal com alma reduzida possui elementos enrijecedores.

[017] De acordo com outro aspecto da invenção, o perfil de canal com alma reduzida é coberto por uma carenagem com um perfil aerodinâmico otimizado.

[018] EFEITOS VANTAJOSOS [019] A presente invenção possui várias vantagens sobre o estado da técnica. Ao se adotar membros de treliça com perfil de canal reduzido com alma reduzida, obtêmse raios de giração otimizados em todos os eixos, área reduzida de perfil exposta ao vento e menores coeficientes de arrasto. Portanto, em função da melhora do comportamento e desempenho aerodinâmico e estrutural, obtém-se uma surpreendente redução do peso total da estrutura, além da redução das cargas sobre a fundação. Esses efeitos surpreendentes são obtidos mesmo utilizando-se a mesma silhueta de uma torre treliçada do estado da técnica. Consequentemente, mesmo para a mesma silhueta, têm-se uma torre significativamente mais econômica. No entanto, readequando-se o projeto da silhueta para as novas forças aerodinâmicas e estruturais, as vantagens da presente invenção tornam-se ainda mais significativas. Ademais, por possibilitar o desenrolamento de chapas metálicas em máquinas automáticas para cortar, dobrar e furar, permite-se significativos ganhos de

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3/7 produtividade e manufatura, inclusive a eliminação de sucata.

[020] DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [021] Os desenhos em anexo não são necessariamente representados em escala. Nos desenhos, cada componente idêntico ou quase idêntico que está ilustrado em várias figuras é representado por um número. Para propósitos de clareza, nem todos os componentes estão identificados em todos os desenhos.

[022] A Fig. 01 é uma extração da “Figura 1.1.” do European Standard prEN 1993-

3-1:2004.

[023] A Fig. 02 ilustra um modo de execução preferido de um perfil de canal de acordo com a invenção.

[024] A Fig. 03 ilustra um modo de execução preferido de um perfil de canal e uma carenagem de acordo com a invenção.

[025] A Fig. 04 ilustra uma vista em perspectiva de um modo de execução preferido de um perfil de um módulo de uma torre triangular de acordo com a invenção.

[026] A Fig. 05 ilustra uma vista frontal de uma silhueta preferida de uma torre triangular.

[027] A Fig. 06 é uma vista expandida do detalhe “A” da Fig. 05, ilustrando um módulo da torre.

[028] A Fig. 07 é uma vista expandida do detalhe “B” da Fig. 06.

[029] A Fig. 08 é uma vista expandida do detalhe “C” da Fig. 06.

[030] A Fig. 09 é uma vista expandida do perfil “DD” da Fig. 06.

[031] A Fig. 10 é uma vista expandida do detalhe “E” da Fig. 06.

[032] A Fig. 11 apresenta a TabelaII.1.

[033] A Fig. 12 apresenta a TabelaII.2.

[034] A Fig. 13 apresenta a TabelaII.3.

[035] A Fig. 14 apresenta a Tabela III.1.

[036] A Fig. 15 apresenta a Tabela III.2.

[037] A Fig. 16 apresenta a Tabela III.3.

[038] A Fig. 17 apresenta a T abela IV. 1.

[039] A Fig. 18 apresenta a Tabela IV.2.

[040] A Fig. 19 apresenta a Tabela IV.3.

[041] A Fig. 20 apresenta a Tabela V com a lista de símbolos.

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4/7 [042] DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVEÇÃO [043] MODOS DE EXECUÇÃO [044] Esta invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes construtivos e arranjo de componentes determinados na descrição a seguir ou ilustrados nas figuras. A invenção é realizável em outros modos de execução e pode ser praticada ou executada de várias maneiras. Ademais, a fraseologia e terminologia utilizada neste instrumento têm o propósito de descrever e não deve ser considerada como limitadora. O uso das palavras “incluindo”, “compreendendo”, “possuindo”, “contendo” ou envolvendo, e variações das mesmas, tem a intenção de abarcar os listados após as respectivas palavras e equivalentes, bem como itens adicionais.

[045] A Fig. 01 é uma extração da “Figura 1.1.” do European Standard prEN 19933-1:2004 - European Standard prEN 1993-3-1:2004 - Eurocode 3: Design of steel structures, Part 3.1.: Towers, masts and chimneys - Towers and masts, a qual apresenta as “Dimensões e eixos dos perfis”, incluindo “Perfis comumente utilizados” e “Outros Perfis”. Tais perfis comuns padrão estão bem descritos em outros manuais e normas, e são usualmente adotados pelos técnicos no assunto ao projetarem torres treliçadas.

[046] A Fig. 02 ilustra um modo de execução preferido do perfil, de canal (1) (também denominada como “perfil U”) com alma (2) reduzida de acordo com a presente invenção. Tal como mostrado, o comprimento (B) da alma (2) do canal (1) é menor que o comprimento (L) das abas (3) do canal (1), podendo então ser denominado, por questão de simplificação, como um “perfil de canal com alma reduzida”. Nesse exemplo, o raio de giração é igual em todos os eixos.

[047] Tal como apresentado no exemplo da Fig. 02, a alma (2) reduzida do perfil de canal (1) possui cantos arredondados. De acordo com outro aspecto da invenção, o perfil de canal (1) com alma (2) reduzida possui um perfil aerodinâmico.

[048] De acordo com outro aspecto da invenção, o perfil de canal com alma reduzida pode possuir elementos enrijecedores, os quais podem ser intermediários ou estar nas bordas.

[049] A Fig. 03 ilustra um modo de execução adicional da presente invenção, em que o perfil de canal com alma reduzida é coberta por uma carenagem (1a) com um perfil aerodinâmico oblongo, que é a melhor configuração para esse caso. A função

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5/7 da carenagem é cobrir o perfil do canal como um invólucro, melhorando a aerodinâmica do perfil metálico com um material de baixo custo e fácil formação, tal como polímeros, materiais compósitos ou outros materiais.

[050] A Fig. 04 ilustra uma vista em perspectiva de uma parte de um perfil preferida de um módulo de uma torre triangular, com três colunas (4) tubulares. Nesse exemplo, os membros de treliça com perfil de canal (1) com alma (2) reduzida são os membros diagonais.

[051] A Fig. 05 ilustra uma vista frontal (elevada) de uma silhueta exemplificativa de uma torre triangular. Os técnicos no assunto geralmente adotam como membros diagonais (5) e barras horizontais (6) os “Perfis comumente utilizados” e “Outros Perfis” tal como mencionado na Fig. 01. De modo contrário, no modo de execução exemplificativo do módulo mostrado na Fig. 06 da torre triangular da Fig. 05 e respectivos detalhes expandidos mostrados da Fig. 06 a Fig. 10, os membros diagonais (5) são perfis de canal (1) com alma (2) reduzida. De acordo com um aspecto da invenção, os membros de treliça com perfil de canal (1) com alma (2) reduzida também podem ser as barras horizontais (6).

[052] Com base nesta revelação, várias possibilidades de projeto podem se tornar aparentes para um técnico no assunto, tal como combinar membros diagonais (5) com alma (2) reduzida com barras horizontais (6) de alma (2) reduzida; bem como combinar perfis de canal (1) com alma (2) reduzida com perfis padrão do estado da técnica. Todas essas combinações também devem ser consideradas como abarcadas pela presente invenção e as reivindicações em anexo.

[053] Outras modificações nos detalhes construtivos também são possíveis. Por exemplo, as conexões com parafusos e porcas mostradas nas vistas expandidas das Fig. 06 a Fig. 10 podem ser substituídas por juntas soldadas, acoplamento através de ranhuras, ou qualquer outro meio de conexão apropriado. Outro exemplo de uma possível substituição seria o flange superior apresentado na Fig. 05, que pode ser substituído por um sistema de conexão do tipo slip-joint (junta corrediça), por exemplo. As colunas verticais (membros de aba de suporte da torre) podem possuir qualquer perfil adequado para cada caso. A quantidade e posicionamento das colunas verticais podem variar, sendo mais comum três colunas formando um triângulo equilátero ou quatro colunas em formato quadrangular. Outras variações nos componentes e

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6/7 projeto também são possíveis conforme a aplicação.

[054] Na Tabela 1, a título ilustrativo e não restritivo, são apresentadas as características de um perfil de canal com alma reduzida, identificada como “U”, de acordo com um modo de execução preferido da invenção em comparação com um perfil em cantoneira com abas iguais, identificada como “L”, comumente adotadas no estado da técnica.

[055] TABELA I

PERFIL	Dimensõesmm	Bmm	Hmm	tmm	I10³mm⁴
L	50,8x50,8x4,76	50,8	50,8	4,76	46,72
U	914,4x1219,2x38,1	36	48	1,5	47,4
PERFIL	Smm²	imm	R (kN)	Pkg/m	Amm²
L	458	10,1	21,19	3,64	76200
U	194	15,65	21,47	1,52	54000

[056] Nesse exemplo, os perfis foram projetados para suportar a mesma carga de compressão axial de 21kN, com distância entre rótulas de L=1,5m. Para efeitos de simplificação, adotou-se a tensão de flambagem dada pela expressão T=10,4x10⁶/Y²para Y>86 onde Y=L/i e L=Distância entre rótulas e i=raio de giração.

[057] A Tabela 1 mostra três aspectos muito importantes: a) a resistência mecânica do perfil de canal com alma reduzida é 3% maior do que o perfil em cantoneira em “L”;

b) o peso do perfil de canal com alma reduzida é 33% menor que o peso do perfil em cantoneira em “L”; e c) a carga do vento sobre o perfil de canal com alma reduzida é 41% menor que o perfil em cantoneira em “L”. A sinergia provocada por esses três fatores: substancial manutenção da resistência mecânica, ou até mesmo aumento da resistência mecânica; redução do peso próprio do perfil; e redução das cargas do vento sobre a estrutura, propiciam uma surpreendente melhora do desempenho de todo o conjunto da estrutura, com a possibilidade do aumento da frequência natural da torre e redução dos custos da torre e da fundação.

[058] A título ilustrativo e exemplificativo, não restritivo da presente invenção, as

Fig. 11 a 20, mostram as tabelas de dimensionamento e legenda de três torres triangulares autoportantes de 70 metros, com a mesma silhueta da torre exemplificativa da Fig. 04, com colunas frusto-cônicas e com três formas de treliçamento para as mesmas condições de carga.

[059] Nas Tabelas II.1-3, Figs. 11 a 13, os membros de treliça utilizados são perfis

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7/7 em cantoneiras com abas iguais conforme o estado da técnica. O peso total da torre resultaria em 13.558kg (133kN). Nas Tabelas III.1-3, Figs 14 a 16, os membros de treliça, membros diagonais e barras horizontais utilizados são perfis de canal com alma reduzida. O peso total da torre resultaria em 10.746kg (105kN). Nas Tabelas

III.1-3, Figs. 17 a 19, os membros de treliça, membros diagonais e barras horizontais usados são perfis de canal com alma reduzida com carenagens aerodinâmicas conforme a Fig. 03. O peso total da torre resultaria em 9.707kg (95,2kN).

[060] Portanto, devido à melhora do comportamento e desempenho aerodinâmico e estrutural, obtém-se uma surpreendente redução do peso total da estrutura, além da diminuição das cargas sobre a fundação. Esses efeitos surpreendentes são obtidos mesmo utilizando a mesma silhueta de uma torre treliçada do estado da técnica. Consequentemente, mesmo para a mesma silhueta, têm-se uma torre significativamente mais econômica.

[061] Embora a invenção tenha sido revelada por esta especificação, incluindo os respectivos exemplos e figuras, vários equivalentes, modificações e aperfeiçoamentos se tornarão aparentes para um técnico no assunto. As reivindicações a seguir pretendem também abarcar tais equivalentes, modificações e aperfeiçoamentos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

01. Uma torre metálica caracterizada por compreender membros de treliça anexados à uma pluralidade de membros de aba verticais, os membros de treliça sendo formados a partir de um perfil de canal (1) com alma (2) reduzida, em que o perfil de canal (1) com alma (2) reduzida compreende uma alma (2) do canal (1) e um par de abas (3) acopladas à alma (2) do canal (1), em que o comprimento da alma (2) do canal (1) é menor do que o comprimento de cada par de abas (3), e em que o perfil de canal com alma reduzida possui raios de giração iguais a partir de quaisquer eixos paralelos a um plano de secção transversal através do perfil de canal (1) com alma (2) reduzida e que interceptam um centroide do plano de secção transversal.
02. A torre metálica de acordo com a reivindicação 01, caracterizada por os membros de treliça formarem membros diagonais da torre metálica.
03. A torre metálica de acordo com a reivindicação 01, caracterizada por os membros de treliça formarem barras horizontais da torre metálica.
04. A torre metálica de acordo com a reivindicação 01, 02, ou 03, caracterizada por os membros de treliça serem posicionados na torre metálica com a superfície da alma do canal exposta à direção horizontal do vento.
05. A torre metálica de acordo com a reivindicação 01, 02, ou 03, caracterizada por o perfil de canal com alma reduzida possui cantos arredondados.
06. A torre metálica de acordo com a reivindicação 01, 02, ou 03, caracterizada por o perfil de canal com alma reduzida possui um perfil aerodinâmico otimizado.
07. A Torre metálica de acordo com a reivindicação 01, 02, ou 03, caracterizada por o par de abas serem paralelas uma à outra e perpendiculares ao perfil de canal.