Estudio del comportamiento de un mecanismo de boyas para obtener energía undimotriz

Abstract

La demanda de energía eléctrica está en constante crecimiento y actualmente la generación del país proviene de fuentes no renovables. El cambio climático es inminente por lo que se requiere una solución. Es por esto que el gobierno de Chile impuso una agenda energética para el país, en la cual se declara que para el 2025 el 20% de la energía eléctrica debe ser producida mediante energías renovables no convencionales. La extensa costa del país y las características de su oleaje hacen que la energía marina se plantee como una solución al problema anterior. El presente trabajo de titulación trata del estudio de generación de energía undimotriz mediante una boya fijada a la costa con un brazo mecánico, basado en el dispositivo Wave Star Energy, de la Universidad de Aalborg, Dinamarca. El movimiento vertical oscilatorio de las olas permite que la boya suba y baje trasmitiendo este vaivén al brazo mecánico, el cual acciona un pistón conectado a un circuito hidráulico. Con este último se obtiene la potencia eléctrica. El objetivo principal del proyecto es estudiar el comportamiento que tiene este equipo en las costas chilenas y optimizar su desempeño. Para ello en primer lugar se seleccionan 3 ubicaciones que representan el norte, el centro y el sur de Chile y se evalúa el recurso undimotriz que poseen sus oleajes. Luego se desarrolla una simulación en el programa de modelación ANSYS, en el módulo AQWA del cual se obtienen los coeficientes hidrodinámicos preliminares del dispositivo sin considerar los efectos que provoca la presencia del circuito hidráulico, en primera instancia. En seguida, gracias a la librería de código abierto WEC-Sim, se agrega esta influencia, con lo cual es posible conocer las potencias absorbida, mecánica y eléctrica que se producen con el dispositivo. Se valida la metodología usada comparando los resultados con un estudio anterior realizado en Francia. Además, se analiza el efecto que tiene variar la dirección predominante de las olas en la capacidad de absorción de la energía y los resultados arrojan que se debe preferir ubicar el brazo de la boya, de forma paralela a la dirección de las olas. Luego, se varían los parámetros que determinan los equipos y elementos mecánicos del circuito hidráulico de forma que el sistema se optimiza específicamente para el oleaje promedio de las costas chilenas, que implica periodos altos con alturas significativas variadas entre los 0,5 y los 5 metros. Finalmente, se evalúa el desempeño del dispositivo en las 3 ubicaciones escogidas, obteniéndose un promedio de 43 kW para la localización de Huentemó, décima región.