Análisis de la dinámica estructural de una turbina offshore monopilote en condiciones criticas de socavación en el Atlántico - Colombia

Abstract

En este trabajo de Investigación se analiza la relación entre el comportamiento de cimentaciones profundas, tipo monopilote aplicadas a turbinas eólica offshore, por medio de un modelo simulado en el software Ansys 2020 R1, el cual realiza modelaciones avanzadas. Este programa usa el método de elementos finitos con mallado fino para obtener resultados concisos de comportamiento de sistema general (Turbina-pilote). Además se lleva a cabo un análisis de las diversas cargas aplicadas sobre las estructuras de la cimentación y sobre toda la estructura (góndola, torre y cimentación). Por lo cual, este trabajo de investigación pretende realizar el efecto de las cargas aerodinámicas e hidrodinámicas que se encuentran en constante interacción con las estructuras de cimentación y de la turbina, por esto se considera realizar diferentes configuraciones de geometrías de la estructura del monopilote y del mástil. Permitiéndonos visualizar las simulaciones y/o modelaciones que nos permitan determinar el comportamiento que presenta la estructura en diferentes meses y en condiciones normales y extremas, en la zona de estudio del caribe colombiano. Durante el proceso de las simulaciones fue necesario trabajar con los datos recopilados del Caribe colombiano en el departamento del Atlántico de una estación marítima del año 2015, estos datos fueron expuestos en el trabajo de Rueda-bayona. (2017), de esta forma se garantiza en la simulación las condiciones reales de la zona de estudio, además se tiene en cuenta en el proceso de simulación, las características físicas reales del medio en que estará expuesta la estructura, para esto se parametriza la arena, el agua, el aire, el material de la estructura y el de la protección de la misma. Adicionalmente, se realiza la identificación de los datos de velocidades de agua y aire para determinar los perfiles de velocidades de los diferentes meses estudiados y así modelar la estructura por medio de la herramienta computacional Ansys – FLUENT en las condiciones normales y extremas que soportara la estructura. De esta forma, los resultados obtenidos permitirán identificar el comportamiento real de una estructura de este tipo en la costa del caribe colombiano, y así poder exponer el fenómeno de la socavación en las diferentes dimensiones de la estructura. Por último se realiza la estructura de protección, permitiéndonos visualizar el funcionamiento de la estructura en condiciones normales y extremas en condiciones reales si la estructura es puesta en funcionamiento en la zona de estudio. Adicionalmente, mediante el programa Ansys structural y modal se evidencia de como la estructura de protección incide en las frecuencias vibratorias de la estructura, cuando la turbina eólica se encuentra en funcionamiento o en estado estático, así mismo se logra encontrar distintos parámetros que inciden en el correcto funcionamiento de la estructura que se expondrán a lo largo del trabajo de investigación.