Rediseño de limitadores mecánicos para generadores lineales de la Plataforma CEO-PSG escala 1:20 del CICESE

Abstract

El departamento de Oceanografía Física del Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE), en colaboración con el Centro de Innovación de Energía en el Océano (CEMIE-Océano) trabajan en el desarrollo de proyectos para la obtención de energía a partir del oleaje característico de Baja California en México, para ello, se ha desarrollado un Convertidor de Energía del Oleaje – Plataforma Stewart Gough (CEO PSG) el cual se encuentra en etapa de pruebas de sus modelos a escala. El modelo de la plataforma CEO-PSG escala 1:20 hace uso de actuadores que funcionan a la vez como estructura con la capacidad de obtener energía limpia a partir del movimiento de las olas. Este modelo a escala ha pasado por pruebas experimentales en el Canal de Olas de la Universidad de Colima, sometiéndose a distintas condiciones de oleaje regular, de las cuales se han obtenido datos importantes, sin embargo, las existencias de golpes en los limitadores mecánicos de la plataforma durante los experimentos con olas de determinada amplitud y frecuencia han llevado al equipo del Departamento de Oceanografía a cesar las pruebas. Este proyecto final de graduación consiste en el rediseño de los limitadores mecánicos presentes en el dispositivo CEO-PSG escala 1:20 del CICESE por medio del análisis de esfuerzos mediante el método de Análisis de Elemento Finito (FEA), con el objetivo de aumentar el rango de amplitud y frecuencia de ola a la que puede ser sometido el dispositivo para dar continuidad a los experimentos con el modelo a escala. Para esta investigación se calcularon las fuerzas involucradas que se ejercen en los limitadores mecánicos actuales por métodos analíticos y se validaron mediante simulaciones mecánicas en los elementos de interés. El rediseño de los limitadores mecánicos para el aumento del rango de operación en cuanto a amplitud y frecuencia implicó la realización de mejoras en el diseño estructural de la plataforma implementando también el uso de amortiguadores, obteniendo como resultado en comparación con el diseño original un aumento en la fuerza límite que soporta el sistema de 67%, un aumento en la amplitud de oleaje a la que puede ser sometida de 36% y por último un aumento en la frecuencia de 152%.

The Department of Physical Oceanography of the Ensenada Center for Scientific Research and Higher Education (CICESE), in collaboration with the Ocean Energy Innovation Center (CEMIE-Ocean) work on the development of projects to obtain energy from the surge, for this, a Surge Energy Converter - Stewart Gough Platform (CEO-PSG) has been developed which is in the testing stage of its scale models. The CEO-PSG 1:20 scale model makes use of actuators that work at the same time as a structure with the ability to obtain clean energy from the movement of the waves. This scale model has undergone experimental tests in the Wave Channel of the University of Colima, being subjected to different conditions of regular waves, from which important data have been obtained, however, the existence of bumps in the mechanical limiters of the platform during the experiments with waves of a certain amplitude have led the Department of Oceanography to cease the tests. This final graduation project consists of the redesign of the mechanical limiters present in the CICESE 1:20 scale CEO-PSG device by means of stress analysis using the Finite Element Analysis (FEA) method, with the objective of increasing the range of wave amplitude to which the device can be subjected to give continuity to the experiments with the scale model. For this research, the data resulting from the experiments performed in October 2021 with regular waves under 18 different conditions, carried out by the department, were taken into account. The forces involved that are exerted on current mechanical limiters were calculated by analytical methods and validated by mechanical simulations on the elements of interest. The redesign of the mechanical limiters to increase the operating range implied making improvements in the structural design of the 1:20 scale CEO-PSG platform, as a result it was possible to obtain a structural design that reduces stresses at critical points.