Optimización experimental de la disipación de oleaje en un tanque (flume) de análisis de dispositivos de energías marinas

Abstract

En este trabajo se presenta un estudio experimental para la optimización de un sistema de disipación del oleaje en un tanque (“flume”) de análisis de dispositivos de energías marinas. La investigación se lleva a cabo calculando el coeficiente de reflexión para ondas incidentes de distintas características y observando el efecto que distintas geometrías del mismo sistema de extinción tienen sobre ellas. La totalidad de los ensayos experimentales se lleva a cabo en el laboratorio de mecánica de fluidos de la Escuela de Ingeniería de Bilbao. En el tanque, mediante un sistema de generación de oleaje activado digitalmente, la ola viaja hasta colisionar contra una playa plana, cuya inclinación variará en función del ensayo realizado. La ola incidente se ve reflejada y, gracias a dos sensores de ultrasonidos, se mide la altura de esta en diferentes posiciones. De esta forma, realizando un ajuste en el software MATLAB, es posible obtener el perfil de la onda envolvente y, posteriormente, el coeficiente de reflexión. Se establece así una relación entre este y la geometría del sistema de disipación. El análisis experimental es una parte vital en el desarrollo de cualquier dispositivo de captación de energía marina. Debido a las dificultades que supone la construcción de modelos a escala real y su implementación en mar abierto, el estudio en laboratorios supone un primer paso importante en el proceso evolutivo, hasta la posible explotación comercial de dichos dispositivos.

Lan honetan itsas-jatorriko energia aprobetxatzen duten sistemen analisirako depositu (“flume”) batean olatuen disipazioaren optimizazio experimentala aurkezten da. Ikerketa ezaugarri ezberdineko uhin erasotzaileen islapen koefizientea kalkulatuz egiten da, disipazio sistema beraren geometria ezberdinek hauetan duten eragina aztertuz. Saiakuntza guztiak Bilboko Ingeniaritza Eskolako jariakinen mekanika saileko laborategian egin dira. Deposituan, digitalki aktibatutako sortze sistema batetik eratutako olatuak hondartza lau batekin talka egin arte hedatzen dira, hondartza honen malda saiakuntzaren arabera aldatzen delarik. Olatu erasotzailea islatu egiten da eta puntu ezberdinetan bere altuera ultrasoinu sentsore biren bidez neurtzen da. Hori horrela, MATLAB sotware-an doikuntza bat eginez, uhin inguratzailearen profila lortzen da. Ondoren, islapen koefizientearen balioa kalkulatzen da. Azken honen eta disipazio sistemaren geometriaren arteko erlazio bat ezartzen da. Analisi experimentala itsas-jatorriko energia aprobetxatzen duen edozein gailuren garapen prozesuko ezinbesteko atala da. Eskala errealean eraikitako prototipoen itsaso irekian ezartzeak dakartzan zailtasunen ondorioz, laborategietako ikasketek sistema hauen prozesu ebolutiboan lehen pauso garrantzitsua dira; azkenik, sistema hauen ustiapen komertziala lortu arte.

This thesis presents an experimental study seeking the optimization of a wave dissipation system in a flume for the analysis of marine energy devices. The reflection coefficient of various waves of different characteristics is calculated in this research, analyzing the effect that different geometries of the disipation system have in these. The entirety of the experimental tests have taken place in the Bilbao Engineering School’s fluid mechanics laboratory. The wave, by means of a digitally activated wave generation system, travels until it collides with a plane beach, whose slope varies depending on the test. The incident wave is then reflected. Two ultrasonic sensors capture the reflected wave’s height at different points. By making a fitting with MATLAB, the surrounding wave’s profile is obtained, and, subsequently, the reflection coefficient. A relationship is established between this and the dissipation system’s geometry. Experimental analysis is a key part in any wave energy absorber’s development. Due to the difficulties that installing real scale prototipes in open sea entail, the study in laboratories is an important step in the evolutive process, until their commercial use.