Para establecer que el modelo cumple con la estabilidad requerida para este tipo de estructura, se investigan los movimientos de la estructura bajo cargas de viento y oleaje y se comparan con otros proyectos. En el capítulo correspondiente al análisis estructural se siguen los pasos realizados por varios autores que han estudiado previamente la estabilidad de la estructura ante cargas dinámicas producidas por el mar.
Motivación
Objetivos
Estructura del proyecto
Además, se estudia la estabilidad de objetos que se encuentran total o parcialmente sumergidos en un líquido. Se estudian los materiales que componen la estructura, el motivo de su uso y el proceso previo para realizar la simulación de los pontones.
Energías renovables
No todos estos sectores han experimentado el mismo crecimiento, pero se ha observado un aumento de las energías renovables. Para seguir impulsando el desarrollo de las energías renovables, la Ley 2/2011, de 4 de marzo, de economía sostenible establece que estas energías deben estar presentes para garantizar la sostenibilidad.
Principales sectores de energías renovables
- Sector biomasa
- Sector hidroeléctrico
- Sector solar térmica
- Sector solar fotovoltaico
Pueden estar operativos durante muchos años y la ubicación del sitio puede implicar la construcción de un sistema de transmisión. Consiste en producir una diferencia de potencial en un material semiconductor, provocando que los electrones sean excitados por la radiación solar antes mencionada.
Energía eólica
Evolución de la energía eólica
Estado actual de la energía eólica por continentes
- Europa
- Asia
- América
- Oceanía
- África
Asia alberga el mayor productor de energía eólica del mundo, China, con una capacidad instalada de 91,4 GW [16]. Otro país que apuesta fuertemente por la energía eólica es la India.
Energía eólica onshore y offshore
El país líder en producción de energía eólica marina es el Reino Unido (813 MW), debido a la gran cantidad de mar disponible y la poca profundidad de sus costas [16]. La energía eólica marina es aquella en la que la energía se produce en el mar, también conocida con el término anglosajón 'offshore'.
El viento
Diferencia del viento en tierra y en el mar
Como resultado, a pesar de los mayores costes de un parque eólico marino, el viento tiene más energía. Mayor vida útil: el viento en el mar es menos turbulento porque la radiación solar incide y calienta parte del agua del mar, por lo que la diferencia de temperatura es menor.
Predicción del viento
Estructuras fijas
Base de soporte por gravedad: a diferencia de los monopilotes, anteriormente descritos, los de gravedad son de hormigón, aunque pueden contener piezas de acero, ancladas al fondo marino para evitar su desplazamiento, pudiendo ser también de este material la conexión al aerogenerador. Otra ventaja de este tipo de cimentaciones es la profundidad a la que se pueden instalar, alcanzando los 100 metros de profundidad la desarrollada por la empresa Vici Ventus [33], que tiene una base de 34 metros y más de 5000 toneladas. masa.
Estructuras flotantes
Aerogenerador marino
El rodamiento de guiñada: es el rodamiento sobre el que gira el buje del aerogenerador. El tamaño de la torre depende de la potencia del aerogenerador así como de su ubicación, como ya se explicó en el apartado 3.1.
Estructuras flotantes
Plaga: es el peso de la construcción (en el caso estudiado también hay que tener en cuenta el peso del aerogenerador) [N]. Los tamaños de los elementos estructurales se muestran en la figura 6.2. c): el tamaño de las superficies.
Cables (mooring lines)
Cargas estáticas que afectan a estructuras sumergidas
- Presión hidrostática
- Principio de Arquímedes
- Cargas internas
- Pandeo en estructuras sumergidas
La presión hidrostática se define como la presión que actúa sobre la superficie de un cuerpo sumergido en un líquido. Un cuerpo que está total o parcialmente sumergido en un líquido está sujeto a una fuerza de flotación igual en magnitud al peso del volumen desplazado” [42].
Estabilidad estática de flotación
Equilibrio
En caso de agregar una masa a la estructura, se rompe el equilibrio inicial, como resultado, si la masa actúa sobre el centro de gravedad de la estructura en cuestión, esta se hundirá aún más, pero si la masa se ubica en otro . apunta que el centro de gravedad, además de hundirse más se escorará; figura 3.4. Si un momento externo actúa sobre la estructura, generará una perturbación, lo que lleva a la generación de un nuevo estado.
El metacentro
Sea un objeto como el de la figura 4.4 al que se le aplica un momento que provoca un desplazamiento rotacional Φ, como resultado se forma un desplazamiento del centro de gravedad de B a BΦ. Una gran distancia entre el centro de gravedad y el metacentro GM proporciona una gran estabilidad y velocidad de recuperación y viceversa; En el primer caso, sin embargo, el confort será menor, esto es muy relevante en el diseño de embarcaciones.
La curva de estabilidad
Por tanto, el metacentro será la intersección de las rectas que pasan por B, cuando el ángulo Φ es nulo, y la que pasa por BΦ cuando ha actuado el momento. La pendiente de la curva inicial, que se puede observar en la Figura 4.6 (a), indica lo fácil que es que el buque o estructura se vea afectado por un momento que desestabilice la estructura en cuestión.
Efectos de las olas en las estructuras marinas
Análisis de ondas regulares
Las olas regulares no son las que se encuentran en los océanos, que se explorarán en la siguiente sección, pero para muchas aplicaciones en el océano esta simplificación es suficiente. Aunque este efecto no es relevante para el estudio de la dinámica en estructuras marinas [52].
Análisis de ondas irregulares
El primero se utiliza para mares en calma y el segundo para mares más agresivos, como puede verse al comparar los espectros de ambos en la Figura 4.9. CARGAS POR OLAS EN ESTRUCTURAS CILÍNDRICAS DELGADAS Hasta ahora hemos hablado de la caracterización del mar con diferentes modelos y cómo.
Cargas debidas a las olas en estructuras cilíndricas esbeltas
Para encontrar los coeficientes de inercia y resistencia se pueden utilizar varios métodos. Uno de ellos, propuesto por el propio Morison, no requiere ordenadores para su cálculo. En cualquier caso, los experimentos han demostrado que los coeficientes varían dependiendo del número de Reynolds y del número de Keulegan Carpenter, como se muestra en la Tabla 4.2.
Cargas debidas al viento
Sistema de amarre
Cables en catenaria
La mayoría de las estructuras flotantes marinas utilizan cables de catenaria o líneas de amarre estrechas. Para diseñar un sistema de catenaria, primero se deben estudiar las ecuaciones que gobiernan su dinámica.
Cables tensionados diagonalmente (Taut mooring lines system)
Cables tensionados verticalmente
Los esfuerzos horizontales y verticales en el cable se generan por dos causas ya comentadas, la fuerza de flotabilidad y los desplazamientos generados por las olas y el viento. FHwind,nice: es la fuerza que se genera horizontalmente por la tensión del cable debido a la fuerza de flotabilidad [N], ya que los cables no son verticales como se ve en la figura 4.11, tienen una componente horizontal debido a esta fuerza.
Localización
Es decir, la máxima energía eólica generada se obtiene en Villano-Sisargas, pero la mínima distancia a la costa la encontramos en la boya de Bilbao. Utilizando los datos de la Figura 5.3, la ubicación óptima del sitio sería en la costa gallega, cerca de la boya Villano-Sisargas.
Elección de estructura y dimensionamiento
Comparativa de modelos
Dimensionamiento
Dependiendo de la geometría de la estructura cambiará la masa, el centro de gravedad y los momentos de inercia, por lo tanto, lo primero que se debe evaluar es cómo llegar a la geometría final. Para estudiar el comportamiento del conjunto en el mar, además de la masa del conjunto, se necesita el centro de gravedad y los momentos de inercia respecto del mismo.
Elección de las líneas de anclaje
Sin embargo, para la simulación que se realizará para comprobar el comportamiento del soporte en el mar, se requiere el radio de giro en forma de matriz. Para los tipos semisumergibles el diámetro utilizado es menor, aproximadamente la mitad del requerido para los TLP, por lo que, siguiendo con la tesis antes mencionada, el diámetro de los cables debe estar entre 10-15 centímetros, todo esto dependerá de la solución utilizada. y las tensiones a las que está sometida la estructura.
Condiciones ambientales: oleaje
Condiciones ambientales: viento
Para comprobar si el diseño realizado es el adecuado para su uso, se realiza un análisis del comportamiento de la estructura en el mar. En otros análisis menos precisos, como el de la estructura GVA 4000 [81] o el diseño del soporte TLP de Jordi Segalés [65], es de 180 y 600 segundos, respectivamente; En el caso estudiado, se decide que, tras probar ambos análisis con una malla poco depurada (unos 300.000 elementos) para realizar los cálculos más rápido, no difieren significativamente.
Estudio de la malla
El diámetro de las zonas es de 100 y 400 metros, respectivamente; se considera que está la parte superior de los cilindros. Sin embargo, es interesante saber cómo se comporta la estructura después de los momentos iniciales, por lo que se sugieren 300 segundos y una cuadrícula más estrecha (que se explica a continuación) como modelos ideales para la simulación.
Movimientos del soporte
Surge
Heave
El movimiento vertical de la hélice comienza a estabilizarse a los 140 segundos; Si se realizara un análisis más detallado durante una duración más larga de la simulación, se vería cómo los movimientos de Heave tienden a ser constantes. Como se puede observar en el gráfico 6.3, donde el Heaving está estabilizado, los movimientos varían alrededor de 0, como se indica en el trabajo de Antoni Canela y Jordi Segalé [82], si esto no ocurriera, sería causa de un error en preprocesamiento.
Pitch
Es importante resaltar que, en la figura 7.2, el espesor de la placa de acero utilizada es de 25 mm y en el ensayo posterior se aumenta a 30 mm, además del uso de refuerzos. Las cargas consideradas se deben al propio peso de los pontones, a la presión de la columna de agua y a la tensión de los cables.
Influencia del oleaje y los cables en el soporte
Composición de la estructura TLP
Diseño estructural de la parte metálica
Según la misma normativa, la estabilidad estructural asegura que el efecto de la carga de diseño (Sd) no supere la resistencia de diseño (Rd). En cualquier caso, la estabilidad estructural de la plataforma no depende únicamente del uso de mamparas, también se utilizan refuerzos anulares y verticales para aumentar su integridad; como se muestra en la Figura 7.2.
Diseño estructural de los pontones
- Caracterización del modelo
El estudio realizado por Jordi Segalés [65] evalúa cómo afectan las cargas a la estructura sin armaduras, mostrada en la Figura 7.2, donde se alcanzan tensiones cercanas al punto de rotura del acero (410 MPa). En el modelo de este proyecto, el espesor de la placa es de 35 mm, además de tener una longitud menor (las presiones en el fondo serán menores, que es donde se concentran los puntos críticos) 35 frente a 52 metros.
Conclusiones
Trabajos futuros
En 2014, sólo cuatro países de la UE instalaron menos parques eólicos que España [en línea]. Sobre la flotabilidad y el metacentro [en línea]. Un estudio del Departamento de Física de la Universidad de Burdeos de la UFR.
