Análisis del comportamiento dinámico estructural de turbinas eólicas offshore con cimentación monopilote durante procesos de socavación en la base
Este trabajo investigativo tiene como objetivo principal demostrar cómo influye la socavación en la base generada por las distintas fuerzas que interactúan en el mar en la frecuencia vibratoria de las estructuras de generación eléctrica eólica instaladas en el mar caribe colombiano. Para esto se rea...
- Autores:
-
Castellanos Devia, Andres Eduardo
Coy Tello, Jhorman Camilo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad Militar Nueva Granada
- Repositorio:
- Repositorio UMNG
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- Acceso en línea:
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SEDIMENTOS (GEOLOGIA)
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Este trabajo investigativo tiene como objetivo principal demostrar cómo influye la socavación en la base generada por las distintas fuerzas que interactúan en el mar en la frecuencia vibratoria de las estructuras de generación eléctrica eólica instaladas en el mar caribe colombiano. Para esto se realizó una modelación de elementos finitos en el programa Ansys 2020 R2, y Ansys 2019 R2. Por medio de esta herramienta es posible realizar simulaciones, de flujo, corrientes, velocidades a escala real, con condiciones reales de distintos materiales y características específicas. |
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- Rueda-Bayona, J. G., Guzmán, A., Eras, J. J. C., Silva-Casarín, R., Bastidas-Arteaga, E., & Horrillo-Caraballo, J. (2019). Renewables energies in Colombia and the opportunity for the offshore wind technology. Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.174 - De Sonneville, B., Rudolph, D., & Raaijmakers, T. C. (2010). Scour reduction by collars around offshore monopiles. Geotechnical Special Publication. https://doi.org/10.1061/41147(392)44 - Damgaard, M., Bayat, M., Andersen, L. V., & Ibsen, L. B. (2014). Assessment of the dynamic behaviour of saturated soil subjected to cyclic loading from offshore monopile wind turbine foundations. Computers and Geotechnics. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2014.05.008 - Escobar Pastor, A. (2017). Modelos de predicción de esfuerzos hidrodinámicos y Socavación Aplicados a Ingeniería Offshore. Universidad Politécnica de Madrid. - Dehghani, A., & Aslani, F. (2019). A review on defects in steel offshore structures and developed strengthening techniques. Structures. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.06.002 - Nielsen, A. W., Sumer, B. M., Fredsoe, J., & Christensen, E. D. (2010). Scour protection around offshore wind turbines: Monopiles. Geotechnical Special Publication. https://doi.org/10.1061/41147(392)42 - Prendergast, L. J., Gavin, K., & Doherty, P. (2015). (Prendergast et al., 2015) Ocean Engineering. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.04.017 - Peterson, E. L., Harris, J. A., & Wadhwa, L. C. (2000). CFD modelling pond dynamic processes. Aquacultural Engineering. https://doi.org/10.1016/S0144-8609(00)00050-9 - Goula, A. M., Kostoglou, M., Karapantsios, T. D., & Zouboulis, A. I. (2008). A CFD methodology for the design of sedimentation tanks in potable water treatment. Case study: The influence of a feed flow control baffle. Chemical Engineering Journal. https://doi.org/10.1016/j.cej.2007.09.022 - NPAR. (2018). Tutorial on CFD Verification & Validation. - Zhu, B., & Yang, M. (2017). Static response of monopile to lateral load in overconsolidated dense sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001698 - Matutano, C., Negro, V., López-Gutiérrez, J. S., & Esteban, M. D. (2013). Scour prediction and scour protections in offshore wind farms. Renewable Energy. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.01.048 - Whitehouse, R. J. S., Harris, J. M., Mundon, T. R., & Sutherland, J. (2010). Scour at offshore structures. Geotechnical Special Publication. https://doi.org/10.1061/41147(392)2 - Nielsen, A. W., Sumer, B. M., Fredsoe, J., & Christensen, E. D. (2010). Scour protection around offshore wind turbines: Monopiles. Geotechnical Special Publication. https://doi.org/10.1061/41147(392)42 - Ansys-AQWA, «Ansys,» 2019-23-10. [En línea]. Available: http://www.ansys.com/Products/Other+Products/ANSYS+AQWA - Salama, M. M. (2005). Handbook of Offshore Engineering. En Handbook of Offshore Engineering. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044381-2.50022-9 - DNV. (2013). DNV-OS-J103 Design of Floating Wind Turbine Structures. DNV. - IEC. (2009). Wind Turbines - Part 3: Design requirements for offshore wind turbines. European Committee for Electrotechnical Standardization. - García Arbeláez, C.., Vallejo, M. ., Higgings, & Escobar, E. M. (2016). El Acuerdo de París. Así actuará Colombia frente al cambio climático. En WWF-Colombia. - Ali, T., Chiu, Y. R., Aghaloo, K., Nahian, A. J., & Ma, H. (2020). Prioritizing the existing power generation technologies in Bangladesh’s clean energy scheme using a hybrid multi-criteria decision making model. Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121901 - Bonasoundas, M., 1973. “Strömungsvorgang und Kolkproblem am pfeiler, Versuchsanstalt für Wasserbau”, Bericht 28, Germany: Technischen Universität München, Oskar v. Miller Institut. - Hjorth, P., 1975. “Studies on the nature of local scour”, Sweden, Institute of Technology, Dept. of Water Resources Engineering. Lund Institute of Technology, University of Lund, Bulletin, ser. A, no. 46, 191 p. - Breusers, H.N.C. and Raudkivi, A.J., 1991. “Scouring”, Rotterdam, The Netherlands, Balkema, 143p. - Hoffmans, G.J.C.M. and Verheij, H.J., 1997. “Scour Manual”, Rotterdam, The Netherlands: A.A. Balkema, 205 p. - Melville, B.W. and Coleman, S.E., 2000. “Bridge scour”, USA: Water Resources Publications Highlands, 550p. - May, R.W.P.; Ackers, J.C. and Kirby, A.M., 2002. “Manual on scour at bridges and other hydraulic structures”, CIRIA. - Eduardo Frías Valero. (2004). El Metodo De Los Elementos Finitos (Mef Ó Fem). Aportaciones Al Estudio De Las Maquinas Electricas De Flujo Axial Mediante La Aplicacion Del Metodo De Los Elementos Finitos. |
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Rueda Bayona, Juan GabrielCastellanos Devia, Andres EduardoCoy Tello, Jhorman CamiloIngeniero Civil2021-04-10T03:08:36Z2021-04-10T03:08:36Z2021-02-04http://hdl.handle.net/10654/38014instname:Universidad Militar Nueva Granadareponame:Repositorio Institucional Universidad Militar Nueva Granadarepourl:https://repository.unimilitar.edu.coEste trabajo investigativo tiene como objetivo principal demostrar cómo influye la socavación en la base generada por las distintas fuerzas que interactúan en el mar en la frecuencia vibratoria de las estructuras de generación eléctrica eólica instaladas en el mar caribe colombiano. Para esto se realizó una modelación de elementos finitos en el programa Ansys 2020 R2, y Ansys 2019 R2. Por medio de esta herramienta es posible realizar simulaciones, de flujo, corrientes, velocidades a escala real, con condiciones reales de distintos materiales y características específicas.RESUMEN 1 INTRODUCCIÓN 3 1. PROBLEMA 6 2. DELIMITACIÓN 8 3. OBJETIVOS 10 3.1 OBJETIVO GENERAL 10 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 10 4. ANTECEDENTES 11 5. JUSTIFICACIÓN 12 6. MARCO REFERENCIAL 13 6.1 MARCO TEÓRICO 13 6.1.1 Dinámica de Fluidos Computacionales 15 6.1.2 Método de los Elementos Finitos (MEF o FEM): 23 6.1.3 Fenómeno de Socavación 25 6.2 MARCO LEGAL 27 6.3 MARCO AMBIENTAL 28 7. METODOLOGÍA 29 7.1 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA 30 7.2 MODELAMIENTO EN ANSYS 33 7.2.1 Geometría 34 7.2.2 Malla 36 7.2.3 Fluent 38 7.2.4 Mechanical Structural y Modal 41 8. RESULTADOS 42 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 55 BIBLIOGRAFÍA 56The main objective of this research is to demonstrate the influence of scour on the base generated by the different forces interacting in the sea at the base scour generated by the different forces interacting in the sea influences on the vibrational frequency of the vibrational frequency of wind power generation structures installed in the Colombian Caribbean Sea. Colombian Caribbean Sea. For this purpose, a finite element modeling was carried out with the program Ansys 2020 R2, and Ansys 2019 R2. By means of this tool it is possible to perform simulations of flow, currents, velocities at real scale, with real conditions of different materials and specific different materials and specific characteristics.PregradoDas Hauptziel dieser Forschungsarbeit ist es, zu zeigen, wie der Basiskolk, der durch die verschiedenen im Meer wirkenden Kräfte erzeugt wird, die Schwingungsfrequenz von Strukturen zur Windenergieerzeugung beeinflusst, die in der kolumbianischen Karibik installiert sind. Zu diesem Zweck wurde eine Finite-Elemente-Modellierung in den Programmen Ansys 2020 R2 und Ansys 2019 R2 durchgeführt. Mit diesem Werkzeug ist es möglich, Simulationen von Strömungen, Strömen und Geschwindigkeiten im realen Maßstab und unter realen Bedingungen mit verschiedenen Materialien und spezifischen Eigenschaften durchzuführen.applicaction/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 InternationalAcceso abiertoAnálisis del comportamiento dinámico estructural de turbinas eólicas offshore con cimentación monopilote durante procesos de socavación en la baseAnalysis of the structural dynamic behavior of offshore wind turbines with monopile foundations during scour processes at the baseOLEAJE DE TEMPESTADSEDIMENTOS (GEOLOGIA)CoastAlternative EnergyMonopileOffshoreCurrentsScouringVibrationCostaEnergía AlternativaMonopiloteOffshoreCorrientesSocavaciónVibraciónTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fIngeniería CivilFacultad de IngenieríaUniversidad Militar Nueva Granada- Rueda-Bayona, J. G., Guzmán, A., Eras, J. J. C., Silva-Casarín, R., Bastidas-Arteaga, E., & Horrillo-Caraballo, J. (2019). Renewables energies in Colombia and the opportunity for the offshore wind technology. Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.174- De Sonneville, B., Rudolph, D., & Raaijmakers, T. C. (2010). Scour reduction by collars around offshore monopiles. Geotechnical Special Publication. https://doi.org/10.1061/41147(392)44- Damgaard, M., Bayat, M., Andersen, L. V., & Ibsen, L. B. (2014). Assessment of the dynamic behaviour of saturated soil subjected to cyclic loading from offshore monopile wind turbine foundations. Computers and Geotechnics. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2014.05.008- Escobar Pastor, A. (2017). Modelos de predicción de esfuerzos hidrodinámicos y Socavación Aplicados a Ingeniería Offshore. Universidad Politécnica de Madrid.- Dehghani, A., & Aslani, F. (2019). A review on defects in steel offshore structures and developed strengthening techniques. Structures. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.06.002- Nielsen, A. W., Sumer, B. M., Fredsoe, J., & Christensen, E. D. (2010). Scour protection around offshore wind turbines: Monopiles. Geotechnical Special Publication. https://doi.org/10.1061/41147(392)42- Prendergast, L. J., Gavin, K., & Doherty, P. (2015). (Prendergast et al., 2015) Ocean Engineering. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.04.017- Peterson, E. L., Harris, J. A., & Wadhwa, L. C. (2000). CFD modelling pond dynamic processes. Aquacultural Engineering. https://doi.org/10.1016/S0144-8609(00)00050-9- Goula, A. M., Kostoglou, M., Karapantsios, T. D., & Zouboulis, A. I. (2008). A CFD methodology for the design of sedimentation tanks in potable water treatment. Case study: The influence of a feed flow control baffle. Chemical Engineering Journal. https://doi.org/10.1016/j.cej.2007.09.022- NPAR. (2018). 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Handbook of Offshore Engineering. En Handbook of Offshore Engineering. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044381-2.50022-9- DNV. (2013). DNV-OS-J103 Design of Floating Wind Turbine Structures. DNV.- IEC. (2009). Wind Turbines - Part 3: Design requirements for offshore wind turbines. European Committee for Electrotechnical Standardization.- García Arbeláez, C.., Vallejo, M. ., Higgings, & Escobar, E. M. (2016). El Acuerdo de París. Así actuará Colombia frente al cambio climático. En WWF-Colombia.- Ali, T., Chiu, Y. R., Aghaloo, K., Nahian, A. J., & Ma, H. (2020). Prioritizing the existing power generation technologies in Bangladesh’s clean energy scheme using a hybrid multi-criteria decision making model. Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121901- Bonasoundas, M., 1973. “Strömungsvorgang und Kolkproblem am pfeiler, Versuchsanstalt für Wasserbau”, Bericht 28, Germany: Technischen Universität München, Oskar v. Miller Institut.- Hjorth, P., 1975. “Studies on the nature of local scour”, Sweden, Institute of Technology, Dept. of Water Resources Engineering. Lund Institute of Technology, University of Lund, Bulletin, ser. A, no. 46, 191 p.- Breusers, H.N.C. and Raudkivi, A.J., 1991. “Scouring”, Rotterdam, The Netherlands, Balkema, 143p.- Hoffmans, G.J.C.M. and Verheij, H.J., 1997. “Scour Manual”, Rotterdam, The Netherlands: A.A. Balkema, 205 p.- Melville, B.W. and Coleman, S.E., 2000. “Bridge scour”, USA: Water Resources Publications Highlands, 550p.- May, R.W.P.; Ackers, J.C. and Kirby, A.M., 2002. “Manual on scour at bridges and other hydraulic structures”, CIRIA.- Eduardo Frías Valero. (2004). El Metodo De Los Elementos Finitos (Mef Ó Fem). 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