Diseño de un convertidor de energía undimotriz aplicado en zonas no interconectadas al sistema eléctrico en Colombia

Abstract

La búsqueda de nuevas fuentes de energía se ha convertido en un elemento crítico en términos de investigación energética debido al incremento de la población mundial. Una de las alternativas que está siendo viable para solventar esta problemática, en Europa, inicialmente, es el uso de energía undimotriz. Adicionalmente, en Colombia, hay localidades donde se presenta déficit de energía eléctrica, principalmente en zonas isleñas, donde no existe conexión con el sistema central del país debido a los altos costos que esto conlleva. Se presenta una revisión de la evolución de los mecanismos de extracción y generación de la energía de las olas; las tecnologías que han surgido, sus regulaciones y las normas que se han derivado para esta alternativa energética. En base a esta investigación, la implementación de un mecanismo biela-manivela-corredera se escoge como base para el método de extracción de energía undimotriz y, en base a las alternativas propuesta, se seleccionará cuál de ellas tiene la forma apropiada para su correcto funcionamiento en continuo a condiciones reales, el cual involucra el cambio de amplitudes de las olas, para esto se presenta un innovadora solución, una manivela variable, capaz de adaptarse a diferentes rangos de amplitudes. Se procede al diseño básico de los componentes necesarios para el funcionamiento del mecanismo y el diseño detallado de la manivela variable. Mediante un modelo hidrodinámico, se determina la potencia máxima extraíble del sistema de 11 kW con un peso total del mecanismo de 2.5 ton, lo que representa un potencial tecnológico comparado con otros convertidores de energía undimotriz. sin embargo, el mecanismo individual no es viable debido a las tecnologías existentes para la producción y transporte eléctrico costa afuera. Poner en funcionamiento un sistema con múltiples mecanismos haría disminuir los costos y aumentar la capacidad energética haciéndolo más rentable.

The search for new sources of energy has become a critical element in terms of energy research due to the increase in the world's population. One of the alternatives that is being viable to solve this problem, in Europe, initially, is the use of wave energy. Additionally, in Colombia, there are localities where there is a deficit of electrical energy, mainly in island areas, where there is no connection with the central system of the country due to the high costs that this entails. A review of the evolution of the mechanisms of extraction and generation of wave energy, the technologies that have emerged, their regulations and the standards that have been derived for this energy alternative are presented. Based on this research, the implementation of a slider-crank mechanism is chosen as the basis for the wave energy extraction method and, based on the proposed alternatives, it will be selected which one has the appropriate form for its correct operation in continuous to real conditions, which involves the change of wave amplitudes, an innovative solution is presented, a variable crank, capable of adapting to different wave amplitudes. We proceed to the basic design of the components necessary for the operation of the mechanism and the detailed design of the variable crank. By means of a hydrodynamic model, the maximum power of the system is 11 kW with a total weight of 2.5 ton, which represents a technological advantage compared with other wave energy converters. However, the individual mechanism is not viable due to the existing technologies for offshore electric production and transport. Installing a system with multiple mechanisms into operation would reduce costs and increase energy capacity, making it more profitable.