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Mecânica

Tecnologia da Fórmula 1 permitirá prédios mais altos e mais baratos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/12/2019

City research draws on Formula 1 technology for the construction of skyscrapers
Diagrama dos dispositivos adaptativos de supressão de vibração para conforto e captação de energia em prédios altos.
[Imagem: Agathoklis Giaralis]

Inerciadores

Uma tecnologia originalmente desenvolvida para os carros de Fórmula 1 poderá permitir a construção de arranha-céus ainda mais altos e finos do que os atuais.

Nos edifícios atuais, dispositivos chamados amortecedores de massa sintonizados (ou TMDs, para tuned mass dampers) são montados nos andares superiores para funcionar como pêndulos pesados que neutralizam o movimento causado por ventos ou terremotos.

O problema é que eles pesam até 1.000 toneladas e abrangem cinco andares em edifícios de 100 andares, o que adiciona milhões aos custos de construção e consome espaços valiosos em centros urbanos cada vez mais apertados.

Francesco Petrini e colegas de duas universidades londrinas descobriram que sistemas inerciais leves e compactos, semelhantes aos desenvolvidos para os sistemas de suspensão dos carros de Fórmula 1, podem reduzir o peso dos amortecedores de massa atuais em até 70%.

No automobilismo, esses inerciadores são conhecidos como "amortecedores J". São dispositivos de dois terminais, nos quais as forças aplicadas nos terminais são iguais, opostas e proporcionais à aceleração relativa entre os dois. Tipicamente são construídos com uma roda voadora (flywheel) montada em um sistema de cremalheira e pinhão, tendo um efeito similar a aumentar a inércia do objeto onde são instalados.

Tecnologia da Fórmula 1 permitirá prédios mais altos e mais baratos
O inerciador usará apenas um andar do edifício.
[Imagem: Francesco Petrini et al. - 10.1016/j.engstruct.2019.109904 ]

Conforto e geração de energia

Testes em escala reduzida mostraram que será necessário até 30% menos aço nas vigas e colunas de um edifício de estrutura metálica típico de 20 andares, graças aos novos dispositivos. Análises de modelos de computador para um edifício existente em Londres, o Newington Butts, de 48 andares, mostraram que a "aceleração do piso" - a medida do conforto dos ocupantes contra o enjoo - pode ser reduzida em 30% com a tecnologia dos inerciadores.

"Essa redução na aceleração do piso é significativa. Isso significa que os dispositivos também são mais eficazes para garantir que os edifícios possam suportar ventos fortes e terremotos. Mesmo ventos moderados podem causar enjoo ou tontura para os ocupantes, e as mudanças climáticas sugerem que ventos mais fortes se tornarão mais frequentes. A tecnologia de controle de vibração que estamos testando está demonstrando que ela pode reduzir significativamente esse risco com baixo custo inicial em edifícios novos, mesmo que muito finos, e com pequenas modificações estruturais em edifícios existentes," disse o professor Agathoklis Giaralis.

E a equipe acredita que, usando os inerciadores, será possível aproveitar as oscilações induzidas pelo vento sobre o edifício para produzir eletricidade.

"Eu não acredito que possamos, no momento, ter um prédio que seja completamente autossustentável usando essa tecnologia, mas podemos colher o suficiente para alimentar sensores sem fio usados para o controle climático interno dos edifícios," disse Giaralis.

Bibliografia:

Artigo: Optimal tuned mass-damper-inerter (TMDI) design in wind-excited tall buildings for occupants’ comfort serviceability performance and energy harvesting
Autores: Francesco Petrini, Agathoklis Giaralis, Zixiao Wang
Revista: Engineering Structures
Vol.: 109904
DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109904





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