O documento descreve um estudo sobre o balanço de cadeias de isoladores devido à ação do vento. O estudo usou um sensor de balanço, simulações de dinâmica de fluidos computacionais da camada limite atmosférica e cálculos para analisar o balanço em diferentes condições. Os resultados forneceram novas abordagens para projetar linhas de transmissão considerando a ação do vento.

1. Estudo Regionalizado do Balanço de Cadeias de Isoladores devido à Ação do Vento Maurissone Ferreira Guimarães – CEMIG D

2. Sumário Projeto P&D 159 Ângulo de balanço no projeto de Linhas Aéreas Monitoramento do ângulo de balanço Abordagem via estudo de Camada Limite Atmosférica - CLA Resultados Alcançados Considerações finais

5. Medição e Cálculo do Ângulo do Balanço  ângulo de balanço da cadeia;  massa específica do ar (kg/m 3 ); V R velocidade do vento (m/s); C c coeficiente de arrasto para cabos; D Diâmetro do condutor (m); p peso unitário do condutor (N/m); S i área da envoltória da cadeia de isoladores (m 2 ); C i coeficiente de arrasto para isoladores; P i peso da cadeia de isolares ( N ); V v vão de vento (m); V p vão de peso (m); K Fator de efetividade do Vento Medições na Alemanha realizadas por Hornisgrinde (década de 70)

6. K: Fator de efetividade do Vento Ângulo médio: sobretensões de frente rápida (descargas atmosféricas) Ângulo máximo: sobretensões em frequência industrial (60 Hz) Medição e Cálculo do Ângulo do Balanço Necessidade de ajustes nos modelos de cálculo (em discussão na revisão da norma NBR 5422)

8. Questão Qual sensor usar para medir o deslocamento da cadeia? Tecnologia do sensor de Balanço

9. Tecnologia do sensor de Balanço O sistema de medição de ângulo é composto basicamente por uma plataforma inercial denominada IMU ( Inertial Measurement Unit ). Plataformas inerciais são utilizadas normalmente em sistemas de navegação de aeronaves, satélites, automóveis, mísseis, etc. Através da combinação acelerômetros e girômetros , o IMU possibilita determinar o estado inercial de qualquer sistema ao qual esteja acoplado.

10. Sensor de balanço- funcionamento

13. Montagem experimental em laboratório: (a) câmera digital; (b) sensor de umidade e temperatura; (c) sensor de radiação solar; (d) sensor de velocidade de vento; (e) sensor ângulo de balanço Sistema de monitoramento em tempo real - Arquitetura

14. Fixação do sistema de monitoramento na torre: (A) sensor ângulo de balanço; (B) câmera digital; (C) painel solar; (D) datalogger, bateria e modem; (E) sensores de radiação solar, temperatura, velocidade de vento 3D e pressão atmosférica. Montagem do sistema de monitoramento

16. Instalação do sensor de medição e sistema de registro digital do ângulo da cadeia.

17. Abordagem Teórica via Camada Limite Atmosférica CLA é a camada de ar próximo da terra que sofre diretamente os efeitos do solo, rugosidade, térmicos, transferência de massa, etc, com escalas de tempo baixas e movimentos turbulentos

18. Seleção domínio Digitalização do terreno Campos de Velocidade Vento CLA Modelo cálculo de Balanço Pontos de interesse e Dados da LT Resultado Início FIM Software CDF - Computer Fluid Dynamics (ANSIS CFX) Condições de Contorno Abordagem via Camada Limite Atmosférica

19. Seleção de Campo: Acuruí - MG

20. Relevo digitalizado de Acuruí contendo três pontos com altitudes diferentes Digitalização do Acuruí – MG

21. Malha final utilizada na simulação numérica Aplicação Método de Elemento Finito – CFX

22. Detalhe da malha no solo e a sua progressão no plano vertical Aplicação Método de Elemento Finito – CFX

23. Condições de Contorno

24. Perfis de velocidade apresentados nos Pontos A, B e C Resultados da CLA

25. Corte (linha imaginária) Resultados da CLA

26. Detalhes do vetor resultante da velocidade para um perfil a 50 m de altura Resultados da CLA

27. Detalhes do vetor resultante da velocidade para um perfil a 10, 50 e 100 metros de altura

28. Perfis de vento Perfis de vento no plano vertical para a região próxima ao solo. Perfis de Velocidade

29. Esquema da nuvem de pontos no arquivo de saída do CFX e pontos de interesse. Entrada de dados no programa de cálculo de ângulo da cadeia. Cálculo do Balanço

30. Resultados esperados para todas as metodologias de cálculo propostas pelo software Cálculo do Balanço

31. Resultados obtidos para várias relações de vão (V/H) Cálculo do Balanço

32. Resultados obtidos para diversas categorias de terreno (rugosidades) Cálculo do Balanço

33. O projeto P&D 159 possibilitou desenvolvimento de um protótipo de sensor de balanço e um sistema de monitoramento (novo sensor, depósito patente, trabalhos de graduação). Técnicas CFD para tratamento de Camada Limite Atmosférica podem ser ferramentas robustas para dar suporte ao projeto de linhas aéreas (nova metodologia , uma tese de mestrado, produção acadêmica ). O balanço de cadeia e outros problemas de dimensionamento para novas linhas de transmissão estão num campo aberto à pesquisa e desenvolvimento. Conhecimento ainda incipiente de Camada Limite Atmosférica e técnicas CFD por parte dos engenheiros projetistas de linhas. Abordagem teórica pode se renovar com o suporte da computação avançada aliada a medições experimentais . Considerações finais

35. Obrigado! Maurissone Ferreira Guimarães [email_address]