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Análisis Modal de un Aerogenerador Flotante Semi-Sumergible de 15 MW: Investigación sobre las Principales Influencias en la Vibración Natural

Autores: Harger, Arthur; Carmo, Lucas H. S.; Gay Neto, Alfredo; Simos, Alexandre N.; Franzini, Guilherme R.; Vieira, Guilherme Henrique Rossi

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Análisis Modal de un Aerogenerador Flotante Semi-Sumergible de 15 MW: Investigación sobre las Principales Influencias en la Vibración Natural


Categoría

Energía

Subcategoría

Energía eólica

Palabras clave

Energía eólica
Uso en alta mar
Turbinas flotantes
Diseños estructurales
Frecuencias naturales
Análisis modal

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 21

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Una de las fuentes de energía sostenible con un gran potencial aún no aprovechado es la energía eólica. Una forma de aprovechar dicho potencial es desarrollar tecnología para uso en alta mar, más específicamente a grandes profundidades con turbinas flotantes. Siempre es crítico que sus diseños estructurales garanticen que sus frecuencias naturales de vibración no coincidan con las frecuencias de las cargas oscilatorias más importantes a las que estarán sometidas. Esto evita la resonancia y sus excesivas respuestas oscilatorias no deseadas. Con base en eso, se desarrolló un modelo de elementos finitos 3D de una turbina eólica flotante semisumergible de 15 MW en el software comercial ANSYS Mechanical para estudiar su comportamiento dinámico y contribuir al análisis en profundidad del modelado estructural de las FOWTs. Se modelaron individualmente una torre y una plataforma flotante y se acoplaron. Las frecuencias naturales y los modos de vibración del sistema acoplado y de sus componentes se obtuvieron mediante análisis modal, no solo para verificar la resonancia, sino también para investigar los factores determinantes que afectan tales comportamientos, que no se discuten ampliamente en la literatura. Se encontró que hay un fuerte acoplamiento entre los componentes y que la torre afecta al sistema como resultado de su rigidez, y el flotador como resultado de su inercia rotacional. La inercia de la plataforma proviene principalmente del lastre y de los efectos de masa añadida, que se consideró como un aumento literal de masa y se modeló de dos maneras: primero, se calculó aproximadamente y se distribuyó a lo largo de los miembros flexibles sumergidos de la plataforma y luego como un elemento inercial nodal con el flotador considerado como un cuerpo rígido. El segundo enfoque permitió un análisis iterativo para frecuencias de vibración no nulas, que mostró que una primera aproximación con un período infinito es suficientemente precisa. Además, se estudiaron los efectos de las líneas de amarre basándose en un modelo lineal, que mostró que no afectan las condiciones de contorno en el fondo de la torre de manera significativa.

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