Modelación, diseño, fabricación y validación experimental de un convertidor undimotriz de dos cuerpos.
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Date
2020
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Abstract
La energía undimotriz se extrae del movimiento ondulatorio de las olas marinas. Las tecnologías para convertir esta energía en electricidad aún no alcanzan un estado maduro ni existe un diseño dominante. En este trabajo, se propone una metodología de diseño para un convertidor undimotriz (WEC, wave energy converter) de dos cuerpos, con un novedoso sistema de toma de fuerza (PTO, power take-off) que permite configurar sus parámetros según las condiciones de las olas para optimizar la potencia generada. Se modeló, diseñó y probó experimentalmente un prototipo destinado a aplicaciones autosustentables de baja potencia. Este convertidor consiste en un cuerpo flotante unido mediante el PTO a un segundo cuerpo sumergido con flotación neutra. Si los parámetros del PTO se eligen correctamente, dada la frecuencia externa de las olas, el sistema puede operar cerca de la condición de resonancia, lo que maximiza la potencia generada. Modelar un WEC puede ser extremadamente complejo, por lo que, se adaptó un modelo matemático lineal propuesto por Fanles para encontrar por parámetros óptimos del PTO en olas regulares e irregulares. Para validar el modelo, se realizaron pruebas en tanque para encontrar experimentalmente los parámetros óptimos del PTO y la potencia generada. Experimentalmente, se probaron diferentes parámetros de diseño para buscar la potencia óptima generada. Con olas de 16 cm de altura y 0.55 Hz de frecuencia, se alcanzaron picos de potencia de 20W (8.9W promedio). Al extrapolar estos resultados experimentales, se esperan potencias entre 400-600W para olas de 1 metro y una eficiencia de 48,3%. El modelo hace una predicción aceptable para el movimiento relativo óptimo entre los
cuerpos, el coeficiente de amortiguación óptimo del PTO (Cpto) y la potencia generada. También, hace una buena predicción para el coeficiente de rigidez optimo (kpto) cuando la masa del cuerpo sumergido es baja.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020