Estudio de interferencia para diseño y arreglo de boyas tipo Wave Star

Abstract

Con el afán de agregar competitividad a las nuevas tecnologías de captación de energía undimotriz, se deben incluir nuevos estudios en la materia que permitan un desarrollo óptimo de la tecnología. Las interferencias entre boyas de distintas formas y pertenecientes al mismo arreglo no ha sido estudiado en su totalidad, por lo que el objetivo del trabajo de título es generar resultados de interferencia entre boyas y de esta forma tener datos sobre su comportamiento. Para lograr esto, se hacen simulaciones en el software Ansys Aqua de tres formas de boya y tres volúmenes distintos de boya. Con los resultados de boyas aisladas, se hacen simulaciones de un total de 45 pares de boya, para obtener resultados de las interferencias destructivas o constructivas que pueden sufrir. En primer lugar, se identifican las variables sensibles de las formas de boya en su movimiento para poder generar los casos de estudio. Además, se elige la ola para el estudio, usando una de altura significativa de 10[m] y 2[s] de periodo, similar a las encontradas en Romeral. Luego, se hacen las simulaciones de boyas asiladas, con un total de nueve, tres por cada forma y tres por cada volumen. Las formas son semiesférica, cilíndrica y cúbica, mientras que los volúmenes son 16.75[m^3], 32.72[m^3] y 54.56[m^3]. Para hacer las simulaciones se hacen los modelos 3D de las nueve boyas en el software CAD SolidWorks y se importan a los módulos de trabajo Hydrodynamic Diffraction (HD) e Hydrodynamic Response (HR) de Ansys Workbench. Con los resultados de HD se puede hacer la verificación del modelo, mientras que con los de HR se puede sacar la potencia, rescatando la posición, velocidad y aceleración en el tiempo y procesándolos Matlab. Por último, según estos resultados se crean conjuntos de cuatro boyas y se simula para ver su comportamiento. Las boyas semiesféricas muestran valores de potencia promedio de 15.588[kW], 30.96[kW] y 43.711[kW]. Las boyas cilíndricas de 18.83[kW], 36.775[kW] y 52.883[kW], mientras que las cúbicas 16.901[kW], 28.065[kW] y 61.119[kW]. Todas muestran oscilaciones acordes a la ola sin entrar en resonancia. Las boyas semiesféricas son interferidas de forma creciente según su volumen y con valores similares según el tipo de boya. Las diferencias porcentuales con respecto a la boya aislada rondan entre los -9% y 60%. Las boyas cilíndricas son interferidas destructivamente en su mayoría y la interferencia no depende del volumen de ella ni de las otras. Las diferencias porcentuales destructivas toman valores de entre los -15% y -40%, mientras que las constructivas no superan el 25%. Las boyas cúbicas no presentan un patrón de comportamiento en relación a la interferencia que poseen, ya que los resultados cambian mucho al variar su volumen. En algunos casos muestra valores destructivos de -63%, mientras que en otros, interferencias constructivas de 68%. Los conjuntos de cuatro boyas presentan disminuciones de entre 2% y 5% con respecto a la interferencia de a pares y una disminución de la mitad del porcentaje según su posición en el arreglo. Los resultados para las boyas aisladas son esperables según la teoría de potenciales de velocidad, aunque presente algunas incoherencias. La interferencia si es significativa en la mayoría de las boyas y en algunos casos los valores de interferencia se pueden relacionar con su forma y volumen. Sin embargo, se estima que es necesario un estudio más extenso para llegar a alguna conjetura, ya que cualquier reacción por parte de las boyas está sujeto al tipo de ola y a su propia perturbación sobre esta.