Análisis de columna de agua oscilante como sistemade conversión de energía renovable Maria Alejandra Zapata Mendoza Cristian David Sanabria Hernande María Alejandra Zapata Mendoza, Cristian David Sanabria Hernández , Fabián Alejandro Rubiano <maazapatame, cdsanabriah, farubianol>@unal.edu.co contiene aire en su parte superior. En la cavidad superior, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA el movimiento oscilatorio de la columna de agua causa una diferencia de Abstract - There is a worldwide interest in the use of renewable resources for electricity generation. In this paper a OWC (Oscillating Water Column) technology is presented for extracting renewable energy from the ocean waves. Among all renewable energy, ocean energy is still the farthest form about commercial maturity, but in turn the potential of wave energy is too large. presión con respecto a a la presión atmosférica. En el canal que conecta a la cámara de aire con el exterior se pone una turbina. La dirección del flujo de aire en el canal se invierte en periodos cortos de tiempo, impulsado por el signo de la diferencia de presión entre la cámara y la atmósfera. Palabras clave - OWC, WEC, renewable energy, ocean energy. I. INTRODUCCIÓN La necesidad del ser humano por generar energía eléctrica limpia y renovable, lo ha llevado a buscar formas alternativas, entre éstas se encuentra la obtención de electricidad a partir de energía mecánica generada por el movimiento de las olas. Éste tipo de energía recibe el nombre de energía undimotriz u olamotriz. Una forma de obtención de energía se denomina Columna de Agua (CAO o OWC: Oscilating Water Column) y suele usarse en zonas donde la energía de las olas es muy fuerte;. Al llegar la ola presiona el aire de las cámaras y éste asciende pasando por las turbinas y haciéndolas girar. Cuando la ola se retira, el aire es succionado y también pasa por la turbina. En ambos casos produce un movimiento giratorio de cada turbina, siempre en el mismo sentido, que se aprovecha para mover los generadores y producir electricidad. II. REVISIÓN LITERARIA OWC (Oscillating Water Column) es un método para convertir la energía de las olas en energía eléctrica. En grandes rasgos con el OWC se pretende pasar de un movimiento con poca velocidad pero con mucha fuerza, que se presenta en el movimiento de las olas, a un movimiento más manejable y adecuado para realizar la conversión de energía. [1]. El sistema OWC opera de manera similar a una turbina de viento, debido al principio de la presión de aire inducida por la movimiento de las olas [2]. Con ayuda de la Figura 1 se explica brevemente el funcionamiento de este WEC (Wave energy Converter).[3]. Las olas que inciden, actúan en la columna de agua que está contenida en la parte baja de la cámara de captura, a través de la entrada sumergida en la parte frontal del mecanismo. La cámara de captura Figura1. Diagrama explicativo del funcionamiento de la columna de agua oscilante. Uno de los conceptos de diseño que hay que tener en cuenta es que la turbina debe rotar siempre en el mismo sentido. Con esto, se tiene que la turbina es autorectificadora, lo que quiere decir que no necesita un sistema adicional rectificador y de esa manera permite el flujo de aire en ambos sentidos. El mecanismo del sistema OWC puede ser montado tanto en alta mar como en la orilla, refiriéndose al primer caso como sistema flotante y normalmente son montados a varios kilómetros distantes de la orilla [4]. Para los sistemas OWC se han considerado implementar máquinas de inducción con o sin cepillos y también máquinas de imán permanente, pero no se ha realizado un consenso general para determinar cuál de estos es el más adecuado. Las velocidades comunes en turbinas OWC para la conversión de energía de las olas están en rango de 4001500r/min, correspondiendo a turbinas de acción y las más altas usualmente referenciadas a turbinas Wells [5]. Para poder seleccionar un lugar para usar tecnología de OWC, hay que tener en cuenta las condiciones de la actividad del mar en la costa o en sus alrededores. Para poder mirar un poco más a fondo esto, se pone el ejemplo de la costa oriental de Taiwán, la cual es considerada un a) Altura respecto al mes en el año. [6] III. Taiwán). Características de las olas en Chenggong. resulta fácil extraer que las olas más frecuentes fueron aquellas con un periodo entre 7 y 8 segundos con elevaciones de 1 a 3. Para cumplir con el anterior requisito es necesario tener presente un adecuado factor de escalamiento. Por último. pero el riesgo ambiental y financiero no es sustentable. [6] De la figura 2. ACTIVIDADES A REALIZAR En primer lugar. se desarrollan las distintas pruebas en un tanque de laboratorio en el que se puedan generar las olas requeridas. High Speed Electrical Power Takeoff for Oscillating Water Columns. V. acompañado de una exposición que tiene como objetivo la explicación de lo realizado en el proyecto a todos los integrantes del curso. "Grid Power Integration Technologies for Offshore Ocean Wave Energy. El segundo diagrama de la figura 2 muestra las alturas relevantes de las olas.área potencial para el desarrollo de la energía de las olas. En segundo lugar. los periodos de energía de las olas y el porcentaje de frecuencia de estas en la costa de Chenggong. (condiciones de las olas en Chenggong. por ejemplo para el caso e las olas el Como finalidad de la investigación que se llevará a cabo está previsto entregar un informe que describa detalladamente el contenido de la investigación. se realizará un informe de todo el procedimiento que se llevó acabo y de los resultados obtenidos en la simulación. and Mutsuo Nakaoka. además de las conclusiones a las que hemos llegado. ENTREGABLES Figura2.5 metros. 2010 . se realizará una ardua investigación con el fin de obtener la mayor información posible sobre el tema para así poder analizar e implementar una simulación que ilustre el proceso de transferencia de energía mediante el generador que es estimulado por una turbina por acción del aire proveniente de la cámara inferior del mecanismo. número de Froude es usado para hacer comparación de sistemas a distintas escalas. Por lo anterior para desarrollar el sistema OWC. del primer diagrama tenemos que que la altura relevante de las olas principales está alrededor de los 2 m en invierno. IV. con la ayuda de herramientas de simulación matemática (MATLAB) junto con las herramientas de simulación de elementos finitos FEEM y MEF (CST). Idealmente los sistemas OWC deberían ser diseñados usando la localización de la planta final. A demás se obtendrá un modelo por simulación del funcionamiento del sistema para convertir la energía de las olas en energía eléctrica (desarrollado con herramienta matemática y virtual). BIBLIOGRAFIA Periodicals: [1] Neil Hodgins. se va a implementar un diagrama con sus respectivas funciones de transferencia que demuestren como es el proceso que se lleva a cabo en la transferencia de energía eléctrica. 2010 [2] Tarek Ahmed. Como se aprecia el rango de los segundos va de 2 a 16 segundos en un paso de 1 segundo y la altura de las olas va desde 0 a 3 metros en intervalos de 1 metro con un último rango de 3 en adelante que abarca las alturas de influidas por los tifones. estas deben simular de manera realista el ambiente que se presentaría en el ambiente real con los dispositivos reales. Con esto en mente. Katsumi Nishida. b) Frecuencia del tipo de ola en altura y periodo. para así poder probar diferentes configuraciones de los parámetros eléctricos del generador dependiendo del tamaño de la turbina en donde se pueda observar cuál de estas configuraciones se comporta mejor." IEEE Trans. que es mayor a la altura de las olas en verano. todo esto acompañado de una exposición donde se dará a conocer el contenido del informe con la simulación. La altura de las olas extremadamente altas se debe a los tifones que se presentan con regularidad en la costa oriental de Taiwán. Para que las pruebas de laboratorio sean válidas. "Wave Energy Converters and their Impact on Power Systems. 2010 [5] Dara L.pdf . [10] Y. [Online].org/documents/projects/Nereida/Doc ument/01_Mutriku-OWC_plant. and Chi-Chien Lin. DOrrell. 2009.-Hsien.jpg [Accessed Sep. Australia (Picture courtesy Oceanlinx).”. “Development of a Wave Energy Converter Using a Two Chamber Oscillating Water Column . [4] Brad Stappenbelt. European Federation of Regional Energy and Environment Agencies (FEDERANE) [Online]. “A Small Segmented Oscillating Water Column Using a Savonius Rotor Turbine.[3] Henk Polinder. June 15. David G. [8] Mikel Alberdi. Available: http://www.fedarene. Garrido. TEC-00231-2010. Aitor J. the WAVETRAIN program.Lewis. 2012 [7] David G.” IEEE trans. Izaskun Garrido. 2010]. Ming-June Hsieh. 2010. and Francisco Javier Sainz.O´Sullivan. and Chi-Chien Lin. Port Kembla. Mechanical Model of a Floating Oscillating Water Column Wave Energy Conversion Device. [6] Min-Fu Hsieh. May 18. I." 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Report "Análisis de Columna de Agua Oscilante Como Sistema de Converisión de Energía Renovable"