Caracterización hidrodinámica de una columna de agua oscilante con boya spar mediante simulación numérica para la conversión de la energía oceánica

Abstract

Esta investigación se adentra en el análisis de sistemas de Columna de Agua Oscilante con boya SPAR en áreas costeras, con un enfoque específico en la optimización de su diseño. El estudio evalúa y mejora diseños de sistemas SPAR usando simulaciones numéricas que consideran el comportamiento del fluido y las características geométricas del sistema. El análisis se centra en cómo las olas interactúan con la columna de agua y cómo estas interacciones impactan la conversión de energía, investigando el flujo de aire en la salida de la cámara de la columna de agua SPAR y cómo las fluctuaciones de presión, resultado de la oscilación de la columna de agua, influyen en dicho flujo. Se evaluaron diferentes diseños de columnas SPAR, ajustando el diámetro de la abertura de salida de aire comprimido para comprender cómo las variaciones geométricas afectan la velocidad del aire. Los resultados de los seis casos analizados indican que la velocidad del aire es inversamente proporcional al tamaño del agujero (a mayor diámetro, menor velocidad de flujo de aire) y directamente proporcional a la altura de las olas (a mayor altura, mayor velocidad de flujo de aire). El caso 2, con una ola de 0.53 m y un diámetro de 14 cm, mostró la mejor velocidad de salida del aire (6 m/s), sugiriendo que un menor diámetro y mayor altura de ola optimizan la velocidad del aire. La simulación en 3D, aunque computacionalmente intensiva, proporcionó una evaluación precisa de la interacción entre las olas y la boya SPAR, demostrando que la caracterización hidrodinámica favorece la conversión de energía oceánica en eléctrica.

This research delves into the analysis of Oscillating Water Column systems with SPAR buoys in coastal areas, with a specific focus on optimizing their design. The study evaluates and improves SPAR system designs using numerical simulations that consider fluid behavior and system geometric characteristics. The analysis focuses on how waves interact with the water column and how these interactions impact energy conversion, investigating the air flow at the outlet of the SPAR water column chamber and how pressure fluctuations, resulting from the oscillation of the water column influences said flow. Different SPAR column designs were evaluated, adjusting the diameter of the compressed air outlet opening to understand how geometric variations affect air velocity. The results of the six cases analyzed indicate that the air speed is inversely proportional to the size of the hole (the larger the diameter, the lower the air flow speed) and directly proportional to the height of the waves (the higher the height, the higher the flow speed). of air). Case 2, with a wave of 0.53 m and a diameter of 14 cm, showed the best air exit velocity (6 m/s), suggesting that a smaller diameter and greater wave height optimize the air velocity. The 3D simulation, although computationally intensive, provided an accurate evaluation of the interaction between the waves and the SPAR buoy, demonstrating that the hydrodynamic characterization favors the conversion of ocean energy into electrical energy.