A geração de energia elétrica no Brasil, feita majoritariamente em centrais hidrelétricas, é realizada distante dos centros de consumo (cidades e indústrias), implicando na necessidade da existência de extensas linhas de transmissão para a interligação geração-consumo. As tensões da transmissão normalmente estão entre 69kV e 500kV, dependendo da distância a ser percorrida pela linha. Quando maior a distância, maior a tensão, para minimizar a perda de energia durante a transmissão.
As linhas de transmissão são compostas pelos elementos apresentados na Figura 2 e detalhados abaixo:
As estruturas suportes aos cabos condutores são, normalmente, torres treliçadas em aço fabricadas com cantoneiras laminadas e ligadas através de parafusos. Podem ser também fabricadas com perfis tubulares e ligações flangeadas, embora essa última solução seja menos comum.
Na Figura 4, são mostradas algumas geometrias comuns de torres de linhas de transmissão. Elas podem ser classificadas quanto à sua concepção estrutural, como autoportantes (torres na Figura 4 a, b, c, d, e, f, g, i) ou estaiadas (Figura 4 h). Podem ser classificadas também quanto ao número de circuitos, torres de circuito simples (Figura 4 a, b, d, e, g, h, i) ou torres de circuito duplo (Figura 4 c, f).
O projeto de torres de linha de transmissão tem como intuito a obtenção de estruturas capazes de resistir aos esforços provenientes da linha de transmissão, obedecendo aos critérios de economia e durabilidade.
Para a verificação de uma torre de linha de transmissão, é elaborado, primeiramente, um modelo numérico em software de elementos finitos. Aos elementos modelados são atribuídas as propriedades mecânicas dos materiais e propriedades geométricas das seções das barras. São definidas então as condições de contorno, com aplicação dos carregamentos e das vinculações internas e externas. Finalmente são realizadas verificações dos componentes da torre conforme as prescrições normativas.
Os tipos de carregamentos considerados nas torres de linhas de transmissão são:
Os esforços nos elementos da torre são obtidos através de uma análise estática, com as combinações dos carregamentos citados anteriormente. Em geral, para as torres autoportantes, é suficiente que seja realizada apenas uma análise estática linear, devido à baixa deslocabilidade e reduzidos de efeitos de segunda ordem. No caso das torres estaiadas, é necessário que seja realizada uma análise estática não-linear, devido à natureza não-linear do sistema de estais e da grande deslocabilidade do sistema.
Por se tratar de um modelo de treliça espacial, as barras da torre só estão (idealmente) sujeitas a esforços de tração e compressão. As barras e ligações são verificadas conforme a norma brasileira NBR 8850:1985 e a norma americana ASCE 10-15.
As torres de linhas de transmissão normalmente dispensam a realização de análise modal, pois os valores da frequência natural dos primeiros modos de vibração são altos, devido à uma elevada relação entre a rigidez e massa do sistema. Geralmente em torres muito altas, como é o caso de torres de travessia (Figura 6), que podem superar os 300m de altura, são encontradas frequências naturais mais baixas. Nesses casos, esse estudo é necessário para verificar se as frequências naturais de vibração se encontram em faixas próximas a 1 hz, necessitando, nesses casos, da realização de uma análise dinâmica mais aprofundada.
Em torres existentes é necessária a realização de inspeções periódicas para a avaliação do estado de conservação da estrutura e identificação de possíveis reparos que sejam necessários. Os problemas mais comuns encontrados são: corrosão, parafusos frouxos ou inexistentes, e elementos com deformação permanente.
A inspeção em torres treliçadas normalmente é feita por meio de trabalho em altura, utilizando-se a infraestrutura da torre (escadas, plataformas e patamares) ou por alpinismo, em regiões da estrutura em que não é possível o acesso de outra forma. Alternativamente, a inspeção visual pode ser realizada por meio de drones, tendo várias vantagens, como uma maior rapidez de execução dos serviços e minimização do risco aos trabalhadores envolvidos na inspeção.
Leia mais sobre a utilização de drones para inspeção de ativos
Como produto da vistoria, são gerados relatórios de inspeção detalhados e são indicadas em mapeamentos da estrutura (Figura 9) as localizações dos pontos de melhoria/manutenção corretiva a serem realizadas.
O projeto e verificação de torres de linhas de transmissão são desafios de engenharia estrutural que demandam várias habilidades técnicas e conhecimentos específicos necessários para a sua realização. O ISQ possui uma equipe capacitada para inspeção, projeto, verificação e reforços desse tipo de estrutura. Consulte-nos para mais informações!
ASCE 10-15 – Design of Latticed Steel Transmission Towers.
Empresa de Pesquisa Energética; Matriz Energética e Elétrica – disponível em https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica.
Gontijo C. R.; Contribuição à Análise e Projeto de Torres Autoportantes de Linhas de Transmissão; Dissertação de Mestrado, UFMG, 1994.
IEC 60826:2017 – Design criteria of overhead transmission lines.
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Labegalini P. R., Labegalini J. A., Fuchs R. D., Almeida M. T.; Projetos mecânicos das linhas aéreas de transmissão; Edgar Blucher, 1992.
NBR 5422:1985 – Projeto de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica.
NBR 8850:1985 – Execução de suportes metálicos treliçados para linhas de transmissão.
Texto: Adriano Diniz
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