Fuerzas hidrodinámicas extremas sobre una base flotante generadas por el estado del mar bajo: un caso de estudio de modelado CFD-FEA
El alto desarrollo de la industria offshore para apoyar nuevos proyectos de energía marina y renovable requiere una mejora constante de los métodos para el diseño de estructuras. Debido a que estudios recientes advirtieron que las cargas ambientales máximas ocurren durante estados de mar bajo y no d...
- Autores:
-
Gil Muñoz, Laura Valentina
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad Militar Nueva Granada
- Repositorio:
- Repositorio UMNG
- Idioma:
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- HIDRODINAMICA
RECURSOS ENERGETICOS RENOVABLES
Offshore
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Offshore Modelación numerica Hidrodinámica TLP Simulación |
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El alto desarrollo de la industria offshore para apoyar nuevos proyectos de energía marina y renovable requiere una mejora constante de los métodos para el diseño de estructuras. Debido a que estudios recientes advirtieron que las cargas ambientales máximas ocurren durante estados de mar bajo y no durante estados de mar extremos como recomiendan los estándares de alta mar (por ejemplo, RP 2AWSD-2014), este estudio utilizó datos medidos de olas y corrientes para la validación. Se seleccionó la costa del Caribe colombiano como el área de estudio, y se utilizaron datos ADCP in situ combinados con Reanálisis y datos numéricos para identificar los estados del mar adecuados para el análisis. Luego, se seleccionaron 2 estados del mar bajo y 1 extremo y se extrajeron sus perfiles de corriente asociados, para proporcionar datos de entrada para las simulaciones CFD FEA y evaluar el efecto de las fuerzas hidrodinámicas sobre una estructura costa afuera. Los resultados mostraron que los perfiles de corriente durante los estados de baja mar generaron las máximas respuestas estructurales, lo que evidenció que las bajas alturas de las olas, combinadas con bajas velocidades del viento durante la marea refluida, producían las máximas fuerzas hidrodinámicas. |
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Alvarez-Silva, O., Osorio, A.F., 2014. Salinity gradient energy potential in Colombia considering site specific constraints. Renew. Energy 74, 737–748. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.08.074 API, 2011. API RP 2FPS: Recommended practice for planning, designing, and constructing floating production systems, 2nd ed. API, 2007a. API BULL 2INT-DG: Interim Guidance for Design of Offshore Structures for Hurricane Conditions. API, 2007b. Recommended Practice for Planning , Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms — Working Stress Design. Api Recomm. Pract. 24-WSD, 242. https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173- 7.2 API, 2001. Recommended Practice for Design and Hazards Analysis for Offshore Production Facilities. Api Recomm. Pract. 14J (Rp 14J). Barooni, M., Ale Ali, N., Ashuri, T., 2018. An open-source comprehensive numerical model for dynamic response and loads analysis of floating offshore wind turbines. Energy 154, 442–454. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.163 British Standard, 2015. BS ISO 29400:2015: Ships and marine technology. Offshore wind energy. Port and marine operations. British Standard, 2008. BS EN ISO 19902:2007+A1:2013: Petroleum and natural gas industries. Fixed steel offshore structures, 1st ed. Bruinsma, N., Paulsen, B.T., Jacobsen, N.G., 2018. Validation and application of a fully nonlinear numerical wave tank for simulating floating offshore wind turbines. Ocean Eng. 147, 647–658. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.09.054 Chakrabarti, S.K., 2005. Handbook of offshore engineering, 1st ed. Chen, L., Basu, B., Nielsen, S.R.K., 2018. A coupled finite difference mooring dynamics model for floating offshore wind turbine analysis. Ocean Eng. 162, 304–315. Chuang, Z., Liu, S., Lu, Y., 2020. Influence of second order wave excitation loads on coupled response of an offshore floating wind turbine. Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng. 1–9 Dai, J., Hu, W., Yang, X., Yang, S., 2018. Modeling and investigation of load and motion characteristics of offshore floating wind turbines. Ocean Eng. 159, 187–200. International Electrotechnical Commission, 2009. IEC 61400-3 Ed. 1.0 b:2009: Wind turbines - Part 3: Design requirements for offshore wind turbines International Organization for Standardization, 2015. ISO 19901-1:2015: Petroleum and natural gas industries - Specific requirements for offshore structures - Part 1: Metocean design and operating considerations. International Organization for Standardization, 2013. ISO 19900:2013: Petroleum and natural gas industries - General requirements for offshore structures. International Organization for Standardization Ishihara, T., Zhang, S., 2019. Prediction of dynamic response of semi-submersible floating offshore wind turbine using augmented Morison’s equation with frequency dependent hydrodynamic coefficients. Renew. Energy 131, 1186–1207. Journée, J.M.J., Massie, W.W., 2002. Offshore Hydromechanics, Electrochimica Acta Kim, J., Shin, H., 2020. Validation of a 750 kW semi-submersible floating offshore wind turbine numerical model with model test data, part II: Model-II. Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng. 12, 213–225. Li, Y., Zhu, Q., Liu, L., Tang, Y., 2018. Transient response of a SPAR-type floating offshore wind turbine with fractured mooring lines. Renew. Manikandan, R., Saha, N., 2019. Dynamic modelling and non-linear control of TLP supported offshore wind turbine under environmental loads. Mar. Struct. 64, 263–294. NOAA, 2016. NCEP North American Regional Reanalysis: NARR [WWW Document] NORSOK, 2017. NORSOK N-003:2017: Actions and actions effects, 3rd ed. Norway NORSOK, 2017. NORSOK N-003:2017: Actions and actions effects, 3rd ed. Norway Pham, T.D., Shin, H., 2019. Validation of a 750 kW semi-submersible floating offshore wind turbine numerical model with model test data, part I: Model-I. Restrepo, J.D., López, S.A., 2008. Morphodynamics of the Pacific and Caribbean deltas of Colombia, South America. J. South Am. Earth Sci. Rueda-Bayona, J G, 2017. Identificación de la influencia de las variaciones convectivas en la generación de cargas transitorias y su efecto hidromecánico en las estructuras Offshore. Universidad del Norte Rueda-Bayona, Juan Gabriel, 2017. Identificación de la influencia de las variaciones convectivas en la generación de cargas transitorias y su efecto hidromecánico en las estructuras Offshore (PhD Thesis). Universidad del Norte, Barranquilla, Colombia Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., 2020. Genetic algorithms to solve the jonswap spectra for offshore structure designing, in: Proceedings of the Annual Offshore Technology Conference Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Cabello Eras, J.J., 2020a. Selection of JONSWAP Spectra Parameters during Water-Depth and Sea-State Transitions. J. Waterw. Port, Coast. Ocean Eng. 6, 14. Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Cabello, J.J., 2020b. Selection of JONSWAP Spectra Parameters for Water Depth ans Sea-State Transitions. J. Waterw. Port, Coastal, Ocean En Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Eras, J.J.C., Silva-Casarín, R., Bastidas-Arteaga, E., Horrillo-Caraballo, J., 2019a. Renewables energies in Colombia and the opportunity for the offshore wind technology. J. Clean Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Eras, J.J.C., Silva-Casarín, R., Bastidas-Arteaga, E., Horrillo-Caraballo, J., 2019a. Renewables energies in Colombia and the opportunity for the offshore wind technology. J. Clean Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Silva, R., 2020c. Genetic algorithms to determine JONSWAP spectra parameters. Ocean Dyn. Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Silva, R., 2020d. Genetic algorithms to determine JONSWAP spectra parameters. Ocean Dyn. Rueda-Bayona, J.G., Horrillo-Caraballo, J., Chaparro, T.R., 2020e. Modelling of surface river plume using set up and input data files of Delft-3D model. Data Br Rueda-Bayona, J.G., Osorio-Arias, A.F., Guzmán, A., Rivillas-Ospina, G., 2019b. Alternative method to determine extreme hydrodynamic forces with data limitations for offshore engineering. J. Waterw. Port, Coast. Ocean Eng. 145. Sant, T., Buhagiar, D., Farrugia, R.N., 2018. Evaluating a new concept to integrate compressed air energy storage in spar-type floating offshore wind turbine structures. Ocean Eng. 166, 232–241. Sarkar, S., Chen, L., Fitzgerald, B., Basu, B., 2020. Multi-resolution wavelet pitch controller for spar-type floating offshore wind turbines including wave-current interactions. J. Sound Vib. 470, 115170. Sarpkaya, T., 1993. Offshore Hydrodynamics. ASME J. Offshore Mech. Artic Eng. 115, 2–5. Tian, Y., Gaudin, C., Randolph, M.F., Cassidy, M.J., Peng, B., 2018. Numerical investigation of diving potential and optimization of offshore anchors. J. Geotech. Geoenvironmental Eng. 144, 1–9. Yue, M., Liu, Q., Li, C., Ding, Q., Cheng, S., Zhu, H., 2020. 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Luego, se seleccionaron 2 estados del mar bajo y 1 extremo y se extrajeron sus perfiles de corriente asociados, para proporcionar datos de entrada para las simulaciones CFD FEA y evaluar el efecto de las fuerzas hidrodinámicas sobre una estructura costa afuera. Los resultados mostraron que los perfiles de corriente durante los estados de baja mar generaron las máximas respuestas estructurales, lo que evidenció que las bajas alturas de las olas, combinadas con bajas velocidades del viento durante la marea refluida, producían las máximas fuerzas hidrodinámicas.The high development of the offshore industry for supporting new marine and renewable energy projects requires a constant improvement of methods for structure designing. Because recent studies warned that maximum environmental loads occur during low sea states and not during extreme sea states as recommend the offshore standards (e.g RP 2AWSD-2014), this study used measured wave and current data for validation. The Colombian Caribbean coast was selected as the study area, and in situ ADCP data combined with Reanalysis and numerical data was used for identifying proper sea states for the analysis. Then, 2 low and 1 extreme sea states were selected and their associated current profiles were extracted, for providing input data for CFD FEA simulations and assessing the effect of the hydrodynamic forces over an offshore structure. The results showed that the current profiles during low sea states generated the maximum structural responses, what evidenced that low wave heights, combined with low wind speeds during Ebb tide, produced the maximum hydrodynamic forces.Pregradoapplicaction/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 abiertoFuerzas hidrodinámicas extremas sobre una base flotante generadas por el estado del mar bajo: un caso de estudio de modelado CFD-FEAExtreme hydrodynamic forces over a floating foundation generated by low sea state: a CFD-FEA modeling study caseHIDRODINAMICARECURSOS ENERGETICOS RENOVABLESOffshoreNumerical modelingHydromechanicsTLPSimulationOffshoreModelación numericaHidrodinámicaTLPSimulaciónTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fIngeniería CivilFacultad de IngenieríaUniversidad Militar Nueva GranadaAlvarez-Silva, O., Osorio, A.F., 2014. Salinity gradient energy potential in Colombia considering site specific constraints. Renew. Energy 74, 737–748. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.08.074API, 2011. API RP 2FPS: Recommended practice for planning, designing, and constructing floating production systems, 2nd ed.API, 2007a. API BULL 2INT-DG: Interim Guidance for Design of Offshore Structures for Hurricane Conditions.API, 2007b. Recommended Practice for Planning , Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms — Working Stress Design. Api Recomm. Pract. 24-WSD, 242. https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173- 7.2API, 2001. Recommended Practice for Design and Hazards Analysis for Offshore Production Facilities. Api Recomm. Pract. 14J (Rp 14J).Barooni, M., Ale Ali, N., Ashuri, T., 2018. An open-source comprehensive numerical model for dynamic response and loads analysis of floating offshore wind turbines. Energy 154, 442–454. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.163British Standard, 2015. 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Offshore Hydromechanics, Electrochimica ActaKim, J., Shin, H., 2020. Validation of a 750 kW semi-submersible floating offshore wind turbine numerical model with model test data, part II: Model-II. Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng. 12, 213–225.Li, Y., Zhu, Q., Liu, L., Tang, Y., 2018. Transient response of a SPAR-type floating offshore wind turbine with fractured mooring lines. Renew.Manikandan, R., Saha, N., 2019. Dynamic modelling and non-linear control of TLP supported offshore wind turbine under environmental loads. Mar. Struct. 64, 263–294.NOAA, 2016. NCEP North American Regional Reanalysis: NARR [WWW Document]NORSOK, 2017. NORSOK N-003:2017: Actions and actions effects, 3rd ed. NorwayNORSOK, 2017. NORSOK N-003:2017: Actions and actions effects, 3rd ed. NorwayPham, T.D., Shin, H., 2019. Validation of a 750 kW semi-submersible floating offshore wind turbine numerical model with model test data, part I: Model-I.Restrepo, J.D., López, S.A., 2008. Morphodynamics of the Pacific and Caribbean deltas of Colombia, South America. J. South Am. Earth Sci.Rueda-Bayona, J G, 2017. Identificación de la influencia de las variaciones convectivas en la generación de cargas transitorias y su efecto hidromecánico en las estructuras Offshore. Universidad del NorteRueda-Bayona, Juan Gabriel, 2017. Identificación de la influencia de las variaciones convectivas en la generación de cargas transitorias y su efecto hidromecánico en las estructuras Offshore (PhD Thesis). Universidad del Norte, Barranquilla, ColombiaRueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., 2020. Genetic algorithms to solve the jonswap spectra for offshore structure designing, in: Proceedings of the Annual Offshore Technology ConferenceRueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Cabello Eras, J.J., 2020a. Selection of JONSWAP Spectra Parameters during Water-Depth and Sea-State Transitions. J. Waterw. Port, Coast. Ocean Eng. 6, 14.Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Cabello, J.J., 2020b. Selection of JONSWAP Spectra Parameters for Water Depth ans Sea-State Transitions. J. Waterw. Port, Coastal, Ocean EnRueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Eras, J.J.C., Silva-Casarín, R., Bastidas-Arteaga, E., Horrillo-Caraballo, J., 2019a. Renewables energies in Colombia and the opportunity for the offshore wind technology. J. CleanRueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Eras, J.J.C., Silva-Casarín, R., Bastidas-Arteaga, E., Horrillo-Caraballo, J., 2019a. Renewables energies in Colombia and the opportunity for the offshore wind technology. J. CleanRueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Silva, R., 2020c. Genetic algorithms to determine JONSWAP spectra parameters. Ocean Dyn.Rueda-Bayona, J.G., Guzmán, A., Silva, R., 2020d. Genetic algorithms to determine JONSWAP spectra parameters. Ocean Dyn.Rueda-Bayona, J.G., Horrillo-Caraballo, J., Chaparro, T.R., 2020e. Modelling of surface river plume using set up and input data files of Delft-3D model. Data BrRueda-Bayona, J.G., Osorio-Arias, A.F., Guzmán, A., Rivillas-Ospina, G., 2019b. Alternative method to determine extreme hydrodynamic forces with data limitations for offshore engineering. J. Waterw. Port, Coast. Ocean Eng. 145.Sant, T., Buhagiar, D., Farrugia, R.N., 2018. Evaluating a new concept to integrate compressed air energy storage in spar-type floating offshore wind turbine structures. Ocean Eng. 166, 232–241.Sarkar, S., Chen, L., Fitzgerald, B., Basu, B., 2020. Multi-resolution wavelet pitch controller for spar-type floating offshore wind turbines including wave-current interactions. J. Sound Vib. 470, 115170.Sarpkaya, T., 1993. Offshore Hydrodynamics. ASME J. Offshore Mech. Artic Eng. 115, 2–5.Tian, Y., Gaudin, C., Randolph, M.F., Cassidy, M.J., Peng, B., 2018. Numerical investigation of diving potential and optimization of offshore anchors. J. Geotech. Geoenvironmental Eng. 144, 1–9.Yue, M., Liu, Q., Li, C., Ding, Q., Cheng, S., Zhu, H., 2020. Effects of heave plate on dynamic response of floating wind turbine Spar platform under the coupling effect of wind and wave. Ocean Eng. 201, 107103.Calle 100ORIGINALGilMuñozLauraValentina-RuedaBayonaJuanGabriel-2021.pdfGilMuñozLauraValentina-RuedaBayonaJuanGabriel-2021.pdfTrabajo de gradoapplication/pdf2219151http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/38572/3/GilMu%c3%b1ozLauraValentina-RuedaBayonaJuanGabriel-2021.pdf6340077e4a80d3bae3766c7624b0c80eMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-83420http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/38572/4/license.txta609d7e369577f685ce98c66b903b91bMD54THUMBNAILGilMuñozLauraValentina-RuedaBayonaJuanGabriel-2021.pdf.jpgGilMuñozLauraValentina-RuedaBayonaJuanGabriel-2021.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6123http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/38572/5/GilMu%c3%b1ozLauraValentina-RuedaBayonaJuanGabriel-2021.pdf.jpgdf5cc7b6d638daee89b0542abb1a261dMD5510654/38572oai:repository.unimilitar.edu.co:10654/385722021-08-29 01:03:11.544Repositorio Institucional 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