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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.Item Estrategias de optimización para el control de la calidad de agua en estuarios y otros problemas relacionados(Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca, 2018-09-13) Stoklas, Cecilia Inés; Cortínez, Víctor H.; Piovan, Marcelo T.Los estuarios son espacios naturales de gran importancia para los seres humanos, concentrando a más de un tercio de la población mundial. Debido a las características que presentan, en ellos se desarrollan diversas actividades tales como la pesca, el turismo y/o la explotación industrial, entre otras. Toda esta situación conlleva a que sean zonas proclives a soportar cambios, que impactan negativamente en su dinámica natural. En particular, una situación muy importante de contaminación ambiental en estuarios, corresponde al vertido no controlado de desechos cloacales e industriales provenientes de localidades aledañas. Muchas veces el nivel contaminante de tales descargas supera las posibilidades de autodepuración de los sistemas acuáticos, generando efectos nocivos. La contaminación provocada por tales efluentes, alcanza niveles que pueden medirse utilizando diversos indicadores ambientales. Por esta razón, resulta imprescindible considerarlos y establecer las correspondientes concentraciones máximas (o mínimas) admisibles para garantizar un nivel de contaminación tolerable en determinadas zonas de resguardo ambiental. A los efectos de no superar las restricciones ambientales en las zonas aludidas, las aguas residuales deben ser purificadas previamente a su vertido mediante la instalación de plantas de tratamiento adecuadamente diseñadas. Sin embargo, la construcción y operación de tales plantas implica costos elevados que dependen de las variables de diseño de mayor importancia. Entre estas pueden considerarse a las funciones de descarga, entendiéndose como la distribución temporal del vertido, y también a la longitud de la tubería submarina, que depende de las coordenadas de la zona de descarga. Por tal motivo es conveniente adoptar una solución que relacione de forma apropiada aspectos económicos, técnicos y/o ambientales en su diseño. En general se busca un diseño cuyo objetivo sea el mejor desempeño en alguno de estos aspectos, manteniendo los otros dentro de determinados límites. Para ello, se debe evaluar un gran número de combinaciones de diferentes valores de las variables de diseño que intervienen, verificando en cada caso el cumplimiento de las restricciones impuestas, hasta encontrar aquel conjunto de variables que mejor cumplan con el objetivo propuesto. Esta metodología de selección se denomina Diseño Óptimo. Se proponen en este trabajo diferentes alternativas de plantas de tratamiento de efluentes. A los efectos de establecer el mejor diseño se formulan para cada una, expresiones matemáticas que relacionan a los costos de construcción y de operación con las variables de diseño seleccionadas. Como tales expresiones están sujetas al cumplimiento de las restricciones ambientales, se debe plantear un método adecuado para estimar los niveles de concentración temporal y espacial de los indicadores de calidad de agua. Tal estimación se logra resolviendo, mediante el método de elementos finitos, las ecuaciones bidimensionales hidrodinámicas para aguas poco profundas y de difusión-advección, con el programa de simulación numérica FlexPDE. Luego, se establece un procedimiento de búsqueda de la mejor alternativa de diseño en función de los objetivos propuestos. Tal procedimiento se realiza con una técnica de optimización conocida como “Recocido Simulado”, que controla de forma automática, y con un número menor de simulaciones, un proceso que asegura la convergencia (o al menos se acerca lo suficiente). Aun así, el tiempo computacional de cálculo que demanda tal procedimiento es elevado, debido al costo computacional asociado a la simulación numérica de cada escenario. Consecuentemente, se desarrollan en esta tesis diversas estrategias matemáticas basadas en simplificaciones, reformulaciones y combinaciones de los enfoques teóricos-numéricos del modelo de transporte. La aplicación de estas metodologías en el proceso de diseño, permiten reducir la cantidad de simulaciones y también el tiempo de cálculo computacional que insume cada una de éstas. Finalmente este enfoque de Optimización-Simulación propuesto, es también aplicado a otros tipos de problemas que pueden ocurrir dentro de un estuario, tales como en el diseño de puertos anti-resonantes y en sistemas de extracción de agua dulce en acuíferos costeros. Tales modelos computacionales de optimización (calidad de agua, resonancia en puertos y extracción de agua dulce), se programan en un ambiente que permite controlar todo el proceso. Particularmente, se utiliza el programa de algebra computacional MATLAB.