BR102016012070B1 - Peça de conexão de mesa de longarina, lâmina de turbina eólica e método de formação de uma lâmina de turbina eólica - Google Patents

Peça de conexão de mesa de longarina, lâmina de turbina eólica e método de formação de uma lâmina de turbina eólica Download PDF

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BR102016012070B1
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Andrea Guiseppe Avaldi
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Abstract

LÂMINA DE TURBINA EÓLICA, PEÇA DE CONEXÃO DE MESA DE LONGARINA E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UMA LÂMINA DE TURBINA EÓLICA A presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica 40 que compreende uma primeira e uma segunda seções de lâmina adjacentes dispostas extremidade a extremidade ao longo do comprimento da lâmina. Cada seção compreende uma carenagem aerodinâmica e uma longarina 10, 11 que se estende ao longo do comprimento da seção. Cada longarina 10, 11 compreende uma rede de cisalhamento que se estende através da carenagem e um par de mesas de longarina 14, uma em cada extremidade da rede de cisalhamento. Cada mesa de longarina 14 na primeira seção tem um formato em corte transversal diferente e/ou um material a partir da respectiva mesa de longarina 14 na segunda seção e em que a mesa de longarina 14 na primeira seção é unida à respectiva mesa de longarina 14 na segunda seção por meio de uma peça de conexão 20. Cada peça de conexão 20 é um componente pré-endurecido que se estende ao longo do comprimento da lâmina 40 a partir de uma primeira extremidade inclinada 24, configurada para se conectar a uma primeira extremidade inclinada complementar de uma mesa de longarina 14 da primeira seção de lâmina, e (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica, a um método de montagem de uma lâmina de turbina eólica e a uma peça de conexão de mesa de longarina.
[002] Em particular, a mesma se refere a uma lâmina de turbina eólica que compreende pelo menos duas seções que são unidas e à maneira com que as mesmas são conectadas.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003] Dada a necessidade de lâminas de turbina eólica ainda mais longas, é, agora, bem conhecida a produção de lâminas de turbina eólica em uma quantidade de seções que podem ser transportadas para um local próximo ao local da turbina eólica à qual as mesmas devem ser presas. As lâminas podem, então, ser montadas em tal local, a fim de evitar a necessidade de transportar uma lâmina inteira. O uso das seções menores tem uma vantagem adicional visto que os componentes menores podem ser feitos em um processo mais controlado. Adicionalmente, a capacidade de unir seções diferentes significa que mais projetos de lâmina podem ser feitos a um custo baixo. Por exemplo, torna-se mais fácil estender uma lâmina para aprimorar o desempenho.
[004] Há uma diferença significativa entre as instalações disponíveis em tal local, conforme comparado àquelas que estão disponíveis no ambiente de fábrica. Há, então, uma necessidade de fornecer juntas que sejam simples de montar in situ.
[005] O requerente observou que há mérito na ideia de usar materiais de alto desempenho e técnicas de produção de alta qualidade a fim de produzir certas partes da lâmina. Por exemplo, é benéfico produzir uma seção de ponta de alta qualidade a fim de reduzir a massa parasítica visto que qualquer massa adicional na seção de ponta gera cargas significativas ao longo do restante da lâmina.
[006] Entretanto, tais materiais criam um problema com a maneira com que os mesmos são presos aos outros componentes que são feitos de materiais diferentes e que usam técnicas de fabricação diferentes que podem não ser compatíveis com os materiais de alto desempenho.
[007] Adicionalmente, o requerente está considerando a possibilidade de fazer seções de ponta de alta qualidade que podem ser encaixadas às seções de lâmina feitas por terceiros. Sob as circunstâncias, quaisquer problemas de incompatibilidade entre as seções devem, provavelmente, ser exacerbados.
[008] Essas incompatibilidades são potencialmente problemáticas, visto que as mesas de longarina são primeiramente responsáveis pelo fornecimento da rigidez e da resistência à inclinação da lâmina. Esses componentes altamente carregados precisam satisfazer as exigências de rigidez e de resistência à inclinação, para manter a integridade estrutural da lâmina, mesmo através de transições entre segmentos incompatíveis potenciais.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[009] De acordo com a presente invenção, é fornecida uma lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 1.
[010] Com uso de uma peça de conexão que pode eficazmente fornecer uma transição de uma configuração de mesa de longarina para outra, a presente invenção supera os problemas acima. Em alguns casos, as mesas de longarina podem ser afuniladas na proximidade de uma junta. Em tais casos, a porção afunilada deve ser ignorada ao considerar se as mesas de longarina têm formatos em corte transversal diferentes, conforme exigido pela invenção. Em outras palavras, a referência a um formato em corte transversal diferente é uma referência ao formato além de quaisquer porções afuniladas das mesas de longarina. A consideração primordial é que, em ambas as extremidades, a peça de conexão seja compatível com o formato da mesa de longarina, de modo que, se as mesas de longarina tiverem cortes transversais diferentes, consequentemente o tamanho e o formato da peça de conexão sejam adaptados. A peça de conexão pode ser um componente relativamente pequeno que pode ser pronta e precisamente moldado em um ambiente de fábrica para ter as características exigidas. A peça pode, se necessário, ser enviada a terceiros que são responsáveis por fazer a primeira seção. Nesse caso, uma extremidade da peça de conexão será feita para a especificação de terceiros e os mesmos podem incorporar esta à mesa de longarina da primeira seção, como esta é criada. O fabricante da segunda seção, por exemplo, um componente de ponta de alta qualidade, tem, então, um controle significativo sobre a superfície à qual a segunda porção será presa, de modo que esta possa prontamente ser feita in situ.
[011] A exigência de que o material varie ao longo do comprimento da peça de conexão pode ser atendida de vários modos. O material pode mudar em sua composição química. Alternativamente, no caso de um compósito, a produção física pode mudar. Por exemplo, o formato e/ou tamanho das fibras na matriz pode mudar de uma extremidade para a outra, como pode a concentração relativa de fibra para o material de matriz. Outra possibilidade é que bem como, ou conforme uma alternativa para a descrição acima, a microestrutura pode ser diferente. Assim, mesmo se o constituinte de compósito da fibra e da matriz forem os mesmos, e as mesmas fibras forem usadas ao longo do mesmo, o método de fabricação pode significar que a microestrutura do material conforme processado pode ser diferente de uma extremidade para a outra.
[012] A peça de conexão pode ser conectada em um ambiente de fábrica de modo que, quando as seções forem montadas, in situ, haja duas superfícies bem definidas e de alta qualidade com as quais fazer a união.
[013] Mesmo se terceiros não estiverem envolvidos, a peça de conexão pode ser útil na permissão da conexão de duas longarinas que são de material, de outro modo, incompatível, por exemplo, quando uma porção de ponta de alta qualidade for presa a uma porção de corpo principal de qualidade inferior.
[014] A peça de conexão pode ser feita com ambas as extremidades inclinadas que têm o mesmo comprimento. Entretanto, uma extremidade inclinada é preferencialmente mais longa do que a outra. Se a peça de conexão estiver sendo suprida para encaixe por terceiros, a parte de suprimento não terá tanto conhecimento ou controle do acabamento da mesa de longarina de terceiros. Fornecendo-se uma extremidade inclinada relativamente longa para preensão à longarina, menos precisão é exigida nessa extremidade da peça de conexão. Isso é devido ao fato de que os terceiros têm uma superfície de ligação maior. Além disso, se a peça de conexão for feita de camadas fibrosas de fibra uniaxial que se estendem ao longo do comprimento da lâmina, ter uma face de extremidade inclinada relativamente longa significa que cada camada das fibras termina em um local que é razoavelmente bem afastado de uma camada adjacente, distribuindo, assim, quaisquer concentrações de tensão sobre uma área muito ampla.
[015] A peça de conexão pode ser unida diretamente à mesa de longarina da seção adjacente de lâmina. Entretanto, preferencialmente, há um componente de chanfro duplo entre a peça de conexão e a mesa de longarina da seção adjacente. O componente de chanfro duplo obtém a forma de um componente que tem um corte transversal em formato de V amplo. Este é conectado a uma extremidade inclinada da peça de conexão e a uma face de extremidade inclinada da mesa de longarina adjacente, a qual é orientada no sentido oposto, a partir da face de extremidade inclinada da peça de conexão. Tal componente de chanfro duplo tem as vantagens descritas no documento WO 2012/004571 que fornece uma área de alta ligação e pode ser colocado em posição, sem perturbar o adesivo, se for um componente pré-endurecido. Alternativamente, o mesmo pode prontamente ser acumulado in situ a partir de uma pilha de laminados.
[016] As mesas de longarina de uma seção podem simplesmente ter uma largura ou profundidade diferente em comparação com as respectivas mesas de longarina da seção adjacente. Entretanto, mais provavelmente, as mesas de longarina de uma seção têm um perfil curvo em corte transversal para se conformar à superfície aerodinâmica, e as mesas de longarina da seção adjacente têm um perfil achatado em corte transversal para os propósitos do projeto de junta do campo.
[017] A presente invenção também se estende a um método de montagem de uma lâmina de turbina eólica de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, sendo que o método compreende prender uma peça de conexão a cada uma das mesas de longarina da primeira seção; e subsequentemente prender as peças de conexão a uma respectiva mesa de longarina da segunda seção.
[018] As peças de conexão podem ser diretamente presas às respectivas mesas de longarina da segunda seção. Entretanto, preferencialmente, as peças de conexão e as respectivas almas de longarina, na segunda seção, apresentam superfícies inclinadas voltadas para fora, inclinadas em direções opostas, e um componente de chanfro duplo é preso a essas superfícies para completar a junta.
[019] A presente invenção também se estende preferencialmente a uma mesa de longarina de acordo com a reivindicação 7.
[020] Cada extremidade inclinada da peça de conexão pode ser angulada no mesmo ângulo agudo de modo que as duas extremidades sejam paralelas entre si. Entretanto, preferencialmente, cada extremidade inclinada é angulada em um ângulo agudo diferente. Isso permite que uma dentre as faces de extremidade apresente uma superfície de ligação maior, conforme descrito acima.
[021] Se a peça de conexão for exigida para ter um formato que transita de uma forma para outra, ao longo da região de transição, isso pode ser uma simples mudança de largura ou de profundidade. Entretanto, preferencialmente, a peça de conexão transita de um perfil curvo em corte transversal em uma extremidade para um perfil achatado em corte transversal na extremidade oposta.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[022] Um exemplo de uma peça de conexão de mesa de longarina de lâmina de turbina eólica será, agora, descrita, em referência aos desenhos anexos, em que: a Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma longarina parcialmente montada entre duas seções de longarina; a Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma peça de conexão de mesa de longarina a partir da mesa de longarina inferior na Figura 1; a Figura 3 é uma vista em corte transversal através da porção superior da longarina antes da montagem; a Figura 4 é uma vista em corte transversal através da longarina mostrada na Figura 1 após a conclusão do processo de conexão; a Figura 5a mostra uma disposição similar à Figura 4 que mostra o corte transversal através de uma mesa de longarina/ peça de conexão/ componente de chanfro duplo em uma quantidade de locais marcados ao longo do comprimento da lâmina que mostram uma transição a partir de uma mesa de longarina curva a uma mesa de longarina achatada onde a transição ocorre entre a extremidade inclinada da peça de conexão; a Figura 5b é uma vista similar à Figura 5a, em que a região de transição se estende à porção afunilada da peça de conexão; as Figuras 6a a 6c são vistas em perspectiva de peças de conexão alternativas; e as Figuras 7a e 7b são vistas em perspectiva que mostram uma lâmina inteira, antes e após a montagem.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[023] A lâmina de turbina eólica é feita de várias seções conectadas de extremidade a extremidade. A estrutura básica da lâmina é, por exemplo, conforme revelado nos documentos n° WO 2012/004571 e n° WO 2009/034291. A presente invenção fornece um novo método de fornecimento de uma conexão entre as mesas de longarina de seções adjacentes, e a descrição abaixo irá focar nisso.
[024] A primeira seção tem uma primeira seção de longarina 10 que se estende ao longo do comprimento da seção para fornecer a integridade estrutural da lâmina e, em particular, para resistir às altas cargas de inclinação que ocorrem na lâmina. A segunda seção tem uma seção de longarina similar 11. Cada seção de longarina tem uma alma de longarina 12. Esta segue margeando transversalmente através da seção de lâmina e, de modo geral, compreende um material compósito de fibras multiaxiais.
[025] Cada seção de longarina é completada por uma mesa de longarina 14 que segue margeando ao longo das bordas superior e inferior da alma de longarina. As mesas de longarina 14 são um material compósito que compreende, de modo geral, uma fibra uniaxial que segue margeando ao longo do comprimento da lâmina.
[026] Nesse exemplo particular, a primeira seção pode ser um componente de qualidade inferior que forma uma porção interna ou central da lâmina, enquanto a segunda porção pode ser uma seção de ponta de alta qualidade. A seção de ponta pode usar um material pré-impregnado de qualidade mais alta, embora a primeira seção seja uma moldagem de transferência assistida por vácuo mais dispendiosa. A dissimilaridade nos métodos de fabricação torna o projeto de uma junta entre as seções de longarina mais difícil devido à diferença na qualidade e nas propriedades das mesas de longarina. As temperaturas de processamento das resinas podem ser incompatíveis para tal junta. Por exemplo, a resina de moldagem de transferência exige uma temperatura abaixo de 80 °C, enquanto a resina pré- impregnada exige temperaturas maiores do que 100 °C.
[027] Outra possibilidade é que a segunda seção pode ser uma ponta com mesas de longarina de fibra de carbono que são unidas a uma fibra de vidro na longarina da primeira seção a fim de estender o comprimento de lâmina enquanto mantém a mesma massa de lâmina. A diferença nos materiais de mesa de longarina entre a rigidez, a resistência e a espessura das pilhas usadas no laminado cria dificuldade na compatibilização das propriedades nas mesas de longarina em uma região de junta. Também é possível que uma das seções de longarina (por exemplo, nesse caso, a primeira seção de longarina 12) possa ter um corte transversal curvo, conforme retratado pela linha 15, na Figura 1, enquanto a segunda seção pode ter mesas de longarina com um perfil de mesa de longarina achatada.
[028] Uma peça de conexão de mesa de longarina 20 é fornecida para direcionar esses problemas. Conforme mostrado na Figura 1, há uma tal peça de conexão de mesa de longarina 20 para cada uma das mesas de longarina na primeira seção de longarina 12.
[029] A Figura 2 mostra, em maiores detalhes, a peça de conexão de mesa de longarina inferior 20, a partir da Figura 1. Conforme pode ser visto, esta é projetada para se encaixar, de modo geral, dentro do mesmo envelope como as mesas de longarina circundantes, embora, no caso de formatos de mesa de longarina adjacente incompatíveis, a peça de conexão seja projetada para transitar de um formato para o outro. A peça de conexão tem uma superfície superior 21 e inferior 22 que, durante o uso, formam continuações das superfícies superior e inferior respectivamente das mesas de longarina. Além disso, a mesma tem uma primeira extremidade inclinada 23 para a conexão à mesa de longarina da primeira seção e uma segunda extremidade inclinada 24 para conexão (direta ou indiretamente) à segunda seção de longarina 11.
[030] Conforme melhor mostrado na Figura 2, a primeira extremidade inclinada 23 tem um formato curvo, a fim de ser compatível com o formato curvo 15 das mesas de longarina 14 da primeira seção de longarina 10. O formato da peça de conexão de mesa de longarina 20 transita, então, para um formato achatado na segunda superfície de extremidade 24, conforme mostrado na Figura 2.
[031] A primeira seção de longarina 10 pode ser um componente fabricado por terceiros. Caso em que os mesmos podem ser supridos com a peça de conexão de mesa de longarina 20 antes da criação da primeira seção de longarina 10. Ao criar a primeira seção de longarina 10, a peça de conexão 20 pode ser acumulada nos moldes, sobre os quais o material da mesa de longarina é acumulado sobre a peça de conexão. Isso fornece ruptura mínima à criação da primeira seção de longarina 10, mas o que emerge é um segmento de longarina com uma face de extremidade 24 que é tanto precisamente definida quanto é bem conhecida para a fabricação da segunda seção de longarina 11.
[032] A peça de conexão de mesa de longarina 20 mostrada na Figura 2 tem faces de extremidade 23 e 24 que são inclinadas no mesmo sentido. É possível, entretanto, que essas faces sejam inclinadas na extremidade oposta e que a peça de conexão seja ligada diretamente à mesa de longarina 14 de um segmento adjacente. Entretanto, preferencialmente, a junta também incorpora a junta de chanfro dupla, que é a matéria do documento n° WO 2012/004571. Esta obtém a forma de um componente de chanfro duplo 30, conforme mostrado nas Figuras 1, 3 e 4. Esta tem um corte transversal em formato de V amplo, com uma primeira superfície inclinada 31 configurada para ser compatível com a primeira extremidade inclinada 24 da peça de conexão de mesa de longarina 20. O componente de chanfro duplo 30 tem uma segunda superfície inclinada 32 que é compatível com a face de extremidade inclinada da mesa de longarina 14 na segunda mesa de seção de longarina 11.
[033] Conforme mostrado nos desenhos, o componente de chanfro duplo 30 é um componente único pré-endurecido que pode ser ligado às superfícies 24, 33. Alternativamente, o mesmo pode ser acumulado in situ nessas superfícies inclinadas.
[034] A junta acabada é mostrada em corte transversal na Figura 4.
[035] A transição da mesa de longarina curva 14, em um componente, para uma mesa de longarina achatada 14, no componente adjacente, pode ser alcançada de modos diferentes, conforme mostrado nas Figuras 5a e 5b. Em 5a será observado que, na porção afunilada da porção de conexão 20, conforme representado pelo corte transversal B-B, a transição para o corte transversal mais achatado ainda não começou, em contraste com a Figura 5b, em que uma porção significativa da transição já foi concluída (logo, a curva mais suave em corte transversal). Em direção ao meio da porção não afunilada da peça de conexão 20, na Figura 5a (corte C-C), cerca da metade da transição foi concluída, conforme comparado na Figura 5b, em que a maioria da transição foi concluída.
[036] As Figuras 6a a 6c mostram configurações diferentes de peça de conexão de mesa de longarina.
[037] A peça de conexão 20A mostrada na Figura 6a representa uma transição de uma mesa de longarina curva, na extremidade da mão esquerda, para uma mesa de longarina achatada, na extremidade da mão direita, mas esta tem apenas duas porções afuniladas, não tem a porção central não afunilada do exemplo prévio. Nesse caso, as porções afuniladas podem ser, de modo correspondente, mais longas, ou a transação pode ser mais abrupta para acomodar a falta da porção central.
[038] Na Figura 6b, a peça de conexão 20B representa uma transição de uma mesa de longarina achatada no lado da mão esquerda para uma mesa de longarina achatada de longarina mais estreita no lado da mão direita. Uma região de transição central fornece essa redução de largura. A redução de largura que pode ser acompanhada por um aumento na espessura a fim de controlar o corte transversal é da mesa de longarina.
[039] A Figura 6c mostra uma transição entre duas mesas de longarina do mesmo formato e tamanho. Em comum com a Figura 6a, essa mesa de longarina não tem porção não afunilada central. Entretanto, a mesma não tem uma porção afunilada significativa mais longa que pode ser bem adequada para tornar uma conexão com uma mesa de longarina de terceiros de qualidade desconhecida ou pior.
[040] As Figuras 7a e 7b mostram como a junta é acomodada em uma lâmina 40 que tem uma extremidade de cubo 41 e uma extremidade de ponta 42. A lâmina é formada de um corpo principal 43 que se estende ao longo da maior parte do comprimento da lâmina. Conforme pode ser mostrado, a peça de conexão 20 se estende a partir de uma carenagem aerodinâmica 44 da extremidade de raiz, enquanto uma mesa de longarina 14 se estende a partir de um componente d ponta 45. As duas são articuladas e conectadas, conforme descrito em referência aos desenhos acima, e uma porção de ligação de carenagem 46 cobre uma junta nessa região.

Claims (8)

1. PEÇA DE CONEXÃO DE MESA DE LONGARINA (20) para uma lâmina de turbina eólica (40), compreendendo um componente de compósito pré-endurecido que compreende uma fibra uniaxial que segue margeando ao longo do comprimento do componente a partir de uma primeira extremidade (23) até uma segunda extremidade (24) em uma direção longitudinal que corresponde, durante o uso, à direção longitudinal da longarina à qual a mesma é fixada, em que a primeira e a segunda extremidades (23, 24) são inclinadas no mesmo sentido da direção longitudinal, cada uma em um respectivo ângulo agudo; sendo que a peça de conexão (20) tem uma região de transição em que o formato em corte transversal da peça de conexão (20) transita de uma forma para outra ao longo da região de transição, de modo que, durante o uso, o(s) mesmo(s) tenha(m) capacidade para conectar duas mesas de longarina (14) que têm um formato em corte transversal diferente; caracterizada pela peça de conexão (20) transitar de um perfil curvo em corte transversal na primeira extremidade (23) para um perfil achatado em corte transversal na segunda extremidade (24).
2. PEÇA DE CONEXÃO DE MESA DE LONGARINA (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada extremidade inclinada (23, 24) ser angulada em um ângulo agudo diferente.
3. LÂMINA DE TURBINA EÓLICA (40) que compreende uma primeira e uma segunda seções (10, 11) de lâminas adjacentes dispostas de extremidade a extremidade ao longo do comprimento da lâmina (40), caracterizada por cada seção (10, 11) compreende uma carenagem aerodinâmica (44) e uma longarina (10) que se estendem ao longo do comprimento da seção; sendo que cada longarina (10) compreende uma alma de longarina (12) que se estende através da carenagem (44) e um par de mesas de longarina (14), uma em extremidade da alma de longarina (12); em que cada mesa de longarina (14) na primeira seção (10) tem um formato em corte transversal diferente da respectiva mesa de longarina (14) na segunda seção (11) e em que a mesa de longarina (14) na primeira seção (10) é unida à respectiva mesa de longarina (14) na segunda seção (11) por meio de uma peça de conexão (20), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 2; sendo que a peça de conexão (20) é um componente pré-endurecido que se estende ao longo do comprimento da lâmina (40) a partir de uma primeira extremidade inclinada (23), configurada para se conectar a uma primeira extremidade inclinada complementar de uma mesa de longarina (14) da primeira seção de lâmina (10), e de uma segunda extremidade inclinada (24), configurada para se conectar a uma segunda extremidade inclinada (33) complementar de uma mesa de longarina (14) da segunda seção de lâmina (11); em que o formato em corte transversal varia ao longo do comprimento da peça de conexão (20), de modo a ser compatível, em ambas as extremidades, com a mesa de longarina (14) adjacente.
4. LÂMINA (40), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela primeira extremidade inclinada (23) da peça de conexão (20) ser mais longa do que a segunda (24).
5. LÂMINA (40), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizada por compreender um componente de chanfro duplo (30) entre a peça de conexão (20) e a mesa de longarina (14) da seção adjacente.
6. LÂMINA (40), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo componente de chanfro duplo (30) ser conectado a uma extremidade inclinada da peça de conexão (20) e uma face de extremidade inclinada da mesa de longarina (14) adjacente que é orientada no sentido oposto a partir da face de extremidade inclinada da peça de conexão (20).
7. MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UMA LÂMINA DE TURBINA EÓLICA (40), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo método que compreender prender uma peça de conexão (20) a cada uma das mesas de longarina na primeira seção (10); e subsequentemente prender as peças de conexão (20) a uma respectiva mesa de longarina (14) da segunda seção (11).
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela peça de conexão (20) e a respectiva alma de longarina (12) na segunda seção (11) apresentarem superfícies inclinadas voltadas para fora, inclinadas em direções opostas, e um componente de chanfro duplo (30) ser preso a essas superfícies para completar a junta.
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