FRBB - DOC - TESIS
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Item Dinámica de cables OPGW : optimización y cuantificación de incertidumbre del amortiguamiento estructural(2024-12-13) Campos, Damián Federico; Piovan, Marcelo Tulio; Cortínez, Víctor HugoEl presente trabajo de tesis se centra en el desarrollo de modelos matemáticos y herramientas de análisis en aspectos de optimización y cuantificación de incertidumbre, útiles para el diseño, análisis dinámico y mantenimiento de líneas aéreas de transmisión eléctrica. Se hace especial énfasis en el amortiguamiento de vibraciones eólicas de cables de fibra óptica (OPGW), atendiendo a las características de las construcciones propias de nuestro país. Los estudios propuestos se caracterizan por una fuerte impronta de actividades específicas de laboratorio y mediciones de campo, para validar los modelos computacionales estocásticos propuestos. Se utilizó un enfoque probabilístico paramétrico para cuantificar la incertidumbre asociada al Método del Balance de Energía (EBM). Los parámetros abordados en el estudio se presentan como variables aleatorias a través del Principio de Máxima Entropía. Se realizaron simulaciones de Monte Carlo para contrastar las incertidumbres de entrada y salida, seguidas de un análisis de sensibilidad global para identificar los factores de mayor influencia, destacando el autoamortiguamiento y las propiedades del amortiguador como las principales fuentes de incertidumbre. Paralelamente, se elaboró un modelo de elementos finitos (MEF) calibrado mediante Inversión Bayesiana y modelos estocásticos de viento basados en procesos de Wiener. Por la complejidad computacional del modelo propuesto, se implementó un metamodelo tipo Kriging que disminuye el costo computacional, propagando las incertidumbres asociadas a la carga de viento para obtener distribuciones de variables de respuesta dinámica. Las mediciones de campo posibilitaron la validación de los resultados de la simulación. En última instancia, se aplicaron técnicas de Optimización del Diseño Basado en Confiabilidad (RBDO) para mejorar la eficiencia de los sistemas amortiguantes. La metodología propuesta permite identificar el posicionamiento óptimo de los amortiguadores Stockbridge para minimizar las amplitudes de vibración y mitigar los riesgos asociados con la fatiga.Item Desarrollo de turbinas hidrocinéticas : estudios fluidodinámicos y de resistencia de materiales, en aguas dulces y marinas(Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca, 2023) Lifschitz, Ana Julia; di Prátula, Horacio Raúl; De Cristófaro, NormaEn la actualidad, ha cobrado gran relevancia el potencial aprovechamiento de fuentes renovables para generación de energía eléctrica. Una de ellas es la energía derivada del movimiento de las aguas a causa de las mareas, conocida como energía cinética mareomotriz. En Patagonia, específicamente en la provincia de Chubut, es importante que se consideren acciones para el desarrollo de nuevas tecnologías que utilicen esta fuente. En esta tesis se describen las características generales del fenómeno de las mareas astronómicas en el litoral patagónico, con el fin de seleccionar potenciales sitios para el aprovechamiento energético en la costa chubutense. Se presentará un estudio de la performance de un rotor hidrocinético utilizando técnicas y análisis numéricos para determinar el tipo de hélice más conveniente, considerando las características de los diferentes sitios evaluados. Un aspecto importante a tener en cuenta en la disposición de estos dispositivos en el mar, es que operan en un ambiente altamente agresivo desde el punto de vista de la corrosión de las partes metálicas. También se presentará un análisis del comportamiento frente a la corrosión de materiales seleccionados (acero 304 y 430, aluminio y aluminio anodizado). Entre los principales resultados se observa que existen en la costa de Chubut las capacidades para implementar este tipo de proyectos. La región presenta sitios potencialmente buenos para instalar una turbina hidrocinética (THC), dado las condiciones hidrodinámicas (velocidades de corrientes) y la forma de la costa. Estos sitios son: boca del Golfo Nuevo, boca del Golfo San José, el Canal Leones y la desembocadura del Rio Chubut en el puerto de Rawson. Se concluye que este último no sería apto para instalar una THC. Concerniente al rotor hidrocinético, se optó por un modelo de eje horizontal de tres palas de pequeña dimensión y del tipo boyante entubado. El modelo propuesto fue capaz de captar un alto porcentaje (mayor al 80%) de la potencia teórica de diseño de 2200 W. El análisis del comportamiento frente al fenómeno de corrosión de los materiales propuestos, mostró que todos ellos sufrieron corrosión excepto el aluminio anodizado, permitiendo desmitificar el comportamiento de inmunidad frente a la corrosión de aceros inoxidables considerados frecuentemente como una alternativa resistente, ya que sufrieron deterioro en ambiente marino. Los resultados de pruebas en laboratorio, mostraron una muy buena correlación con el comportamiento de los mismos expuestos en el ambiente marino.Item Desarrollo de dispositivos de tecnología piezoeléctrica para la recolección de energía en pavimentos(Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca, 2022-10) Osinaga, Santiago Manuel; Machado, Sebastián Pablo; Febbo, MarianoEn la última década, la recolección de energía o energy harvesting, por su nombre en inglés, ha ganado gran popularidad en el entorno de las energías renovables adoptadas a escala micro. Dentro de este contexto, la generación de energía eléctrica a partir de pequeñas variaciones energéticas como: presión, vibraciones mecánicas, gradientes térmicos o radiofrecuencias, es posible mediante diferentes mecanismos de transducción tales como el piezoeléctrico, el electromagnético, el termoeléctrico, entre otros. En particular, el efecto piezoeléctrico ha sido uno de los que recientemente más atención ha atraído a la comunidad científica debido a sus beneficios asociados a una mayor densidad de potencia y su capacidad de generar energía de manera espontanea. Entre las distintas posibles fuentes de aplicación, las carreteras y calles fabricadas con mezclas asfálticas u hormigón se encuentran continuamente expuestas a cargas térmicas causadas por la radiación solar y fricción, así como cargas dinámicas, producto de las fuerzas verticales desarrolladas por los vehículos circulantes. Esta enorme cantidad de energía, disipada sin ser aprovechada, puede ser convertida en electricidad para la iluminación o el monitoreo estructural de la infraestructura de transporte. Con el propósito de alcanzar una circulación de vehículos más segura, la Organización Mundial de la Salud (OMS) propone al control de la velocidad como el factor más contribuyente para evitar o disminuir los accidentes de tránsito. Entre la gran cantidad de formas de lograr esto, la implementación de reductores de velocidad es probablemente una de la más utilizadas debido a su probada efectividad. Los reductores consisten en elementos que sobresalen del pavimento y producen un malestar cuando son atravesados a una velocidad mayor a la de diseño, obligando al conductor a reducir su velocidad. De esta forma, los reductores desarrollan importante fuerzas verticales debido a su perfil geométrico, haciéndolos especialmente atractivos para aplicaciones de recolección de energía. En este contexto, en esta tesis se estudia la posibilidad de recolectar energía empleando la transducción piezoeléctrica a partir de las vibraciones inducidas en reductores de velocidad al ser atravesadas por un vehículo. Para ello, se desarrolla un modelo matemático no lineal de una viga piezoeléctrica bi-empotrada sometida a una carga axial tanto en sus estados de pre-pandeo como de pos-pandeo. Además, se modela y simula la interacción vehículopavimento con el propósito de caracterizar la excitación sobre el dispositivo recolector de energía. Se analiza la influencia de una gran cantidad de parámetros que intervienen tanto en el modelo matemático como en la dinámica de interacción vehículo-reductor-recolector de energía. En función de los estudios realizados, la viga en el estado de pre-pandeo presenta algunas ventajas en comparación con el resto de los sistemas analizados.Item Diseño de metaestructura piezoeléctrica curva : desarrollo del modelo numérico y estudio dinámico(Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca, 2021-04) Di Giorgio, Lucas Emanuel; Piovan, Marcelo Tulio; Vidal, Marta CeciliaLos grandes avances de la ciencia y tecnología de la última década han permitido en la actualidad concebir distintos tipos de materiales y estructuras que a finales del siglo XX pertenecían únicamente al campo de posibilidades hipotéticas. Estas nuevas técnicas de manufactura han logrado que se retomasen estudios estructurales teóricos muy importantes del pasado, los cuales fueron discontinuados en su momento por la imposibilidad de implementación práctica. Este es el caso de las estructuras periódicas, las cuales lograron evolucionar en un tipo de estructura inteligente mediante el uso de elementos resonantes en su constitución. Estas nuevas estructuras se conocen hoy como metaestructuras, y han revolucionado el campo de la mecánica y acústica por su capacidad de absorber determinadas vibraciones de manera selectiva. Asimismo, dichos avances en la manufactura permiten trabajar con cerámicas piezoeléctricas en distintas topologías capaces de recrear la dinámica de una estructura resonante mecánica pura, pero de pequeñas dimensiones. De lo anterior surge la posibilidad de diseñar una metaestructura de pequeñas dimensiones basada en resonadores piezoeléctricos, la cual pueda ser utilizada como un dispositivo de absorción de vibraciones mecánicas, o como sensor y/o actuador dentro de un sistema de control, entre las posibles aplicaciones prácticas. El propósito de este trabajo es el diseño de una nueva metaestructura electromecánica basada en piezoeléctricos y el desarrollo de un modelo computacional que permita el estudio de su comportamiento dinámico de manera precisa, considerando sus dimensiones reales y con un bajo costo computacional. El modelo debe contar con la capacidad de representar la curvatura de la estructura, de radio constante y en dos posibles planos geométricos (que contiene el caso de viga recta como caso particular). Este modelo además, debe permitir utilizar Materiales Graduados Funcionales como soporte de los piezoeléctricos, y lograr representar desplazamientos en las tres dimensiones espaciales. Una vez desarrollado el modelo, se realizan inicialmente distintos tipos de estudios dinámicos determinísticos con el fin de analizar las características que la estructura posee, y luego una serie de estudios estadísticos paramétricos que permitan evaluar la propagación de incertidumbre de los parámetros más importantes del modelo hacia la dinámica del mismo. Finalmente, como parte del diseño de esta metaestructura, se realiza un estudio de optimización paramétrica considerando la geometría de la misma.