En la actualidad son varias las compañías que desarrollan o han desarrollado programas capaces de validar numéricamente el comportamiento de un convertidor de energía de las olas (WEC).
Entre los software (no CFD) que han logrado un mayor reconocimiento se encuentran los siguientes:
InWave es una herramienta
numérica offshore para varios cuerpos con una interfaz dedicada al diseño de
WEC. Este software está desarrollado por INNOSEA y Ecole Centrale de Nantes.
InWave se basa
en el acoplamiento hermético de un solucionador mecánico multicuerpo y un
solucionador de flujo potencial hidrodinámico.
El solucionador
mecánico completamente no lineal usa coordenadas relativas. Progresa
recursivamente a lo largo de la estructura de árbol multicuerpo para construir
y resolver las ecuaciones de movimiento. La descripción de la estructura
multicuerpo utiliza la parametrización de Denavit-Hartenberg modificada.
El apartado mecánico está estrechamente acoplado con un solucionador de flujo de potencial
lineal que también utiliza coordenadas de articulación. Al hacerlo, se reduce
el número de problemas elementales de difracción/radiación que se han de
resolver y se tienen en cuenta las interacciones hidrodinámicas.
Además, InWave
es autónomo: no hay necesidad de un programa externo. Todos los solucionadores
relevantes (incluidos BEM, PTO y amarres) están integrados en una serie de
módulos que el usuario ejecuta paso a paso.
La verificación
del código y la validación con experimentos se han llevado a cabo para InWave,
logrando la fase de prueba de concepto.
WaveDyn es una
herramienta de simulación multicuerpo, en el dominio de tiempo, desarrollada
por DNV-GL específicamente para evaluar el rendimiento de un WEC.
El software
permite al usuario construir una representación numérica de un WEC conectando
componentes estructurales, hidrodinámicos, de toma de fuerza (PTO) y de amarre
utilizando una interfaz flexible. Los dispositivos individuales se pueden
modelar de forma aislada, o el usuario puede elegir construir un modelo de
simulación WEC múltiple para un diseño de matriz conocido. Las acciones de
control pueden implementarse a través de los componentes PTO, y las
simulaciones pueden ejecutarse con estados marinos de entrada regulares o
irregulares, para direcciones múltiples de onda.
El módulo de
hidrodinámica en su forma más básica es una formulación cuasi lineal basada en
un método de elementos de contorno (BEM), un solucionador de flujo potencial
como WAMIT. La difracción, la radiación, los efectos hidrostáticos y viscosos
están incluidos en el modelo. Se pueden incluir términos forzados no lineales
adicionales para las fuerzas de excitación e hidrostáticas pero estas están
sujetas a validación continua. La finalización de los cálculos en el dominio del
tiempo permite modelar las fuerzas no lineales y los elementos estructurales.
Los resultados obtenidos para modelos que muestran una respuesta lineal (o
aquellos que son lo suficientemente cercanos como para suponerse lineales)
pueden procesarse para generar datos de respuesta de frecuencia, como
operadores de amplitud de respuesta (RAO) o anchos de captura relativos (RCW).
WaveDyn ya ha
estado sujeto a una serie de campañas de validación con mediciones
experimentales en varios tipos de dispositivos, de forma aislada o en conjunto.
ProteusDS es un
paquete de software de análisis dinámico que se utiliza para aplicaciones
marinas, offshore y submarinas. Cuenta con una interfaz gráfica de usuario y
visualizaciones 3D de simulaciones. Al ser un solucionador general de dinámica multicuerpo,
es empleado en petróleo y gas, acuicultura, renovables marinas, arquitectura
naval, oceanografía y otras industrias de ingeniería offshore para resolver una
amplia variedad de problemas. Permite la prueba de prototipos virtuales de
sistemas que están expuestos a vientos, corrientes y olas extremos, lo que
reduce el riesgo y permite la optimización del sistema.
Utiliza el
algoritmo de cuerpo articulado (ABA) para resolver el problema de dinámica de
avance para cuerpos rígidos articulados. Una ventaja significativa de este
método es su eficiencia. El ABA reduce efectivamente los grados de libertad de
los cuerpos rígidos al número de grados de libertad de su unión.
Se admiten
soluciones de método de elementos de contorno (BEM) dependientes de la
velocidad de avance que permiten el modelado de buques de maniobras y cuerpos
expuestos a corrientes de marea.
ProteusDS
también proporciona una infraestructura de modelado de sistemas de control.
Esto se complementa con una interfaz de programador de aplicaciones (API), que
permite a los usuarios la flexibilidad de generar sus propios modelos y
sistemas de control personalizados.
En particular,
ProteusDS presenta modelos de cable y red de elementos finitos basados en
splines cúbicos para modelar amarres no lineales, cables de alimentación,
tuberías y sistemas de piscifactorías.
WEC-Sim (Wave
Energy Converter Simulator) es una herramienta de simulación de convertidor de
energía de olas desarrollada conjuntamente por Sandia National Laboratories y
el National Renewable Energy Laboratory con el apoyo del Departamento de
Energía de EE.UU.. El código WEC-Sim se desarrolla en MATLAB/SIMULINK
utilizando el solucionador de dinámica de cuerpos múltiples SimMechanics.
WEC-Sim tiene la capacidad de modelar dispositivos que se componen de cuerpos
rígidos, uniones, restricciones de movimiento, con sistemas de toma de fuerza y
amarre. Las simulaciones se realizan en el dominio del tiempo resolviendo las
ecuaciones de movimiento del WEC en 6 grados de libertad usando la formulación
de Cummins.
WEC-Sim v1.1 está disponible
gratuitamente a través del sitio web WEC-Sim GitHub. WEC-Sim ha sido sometido a
una extensa verificación a través de la comparación código a código y validación
experimental preliminar.
openWEC está
escrito en python y utiliza el lenguaje de diseño de Qt para el desarrollo de
la GUI. Tanto el código fuente como el ejecutable compilado están disponibles
en código abierto a través de Github.
En un inicio,
el software que permitía a los usuarios simular WEC, desde el acoplamiento a
través de la absorción de potencia, solo funcionaba comercialmente. Sin
embargo, ahora, para darles a los investigadores y estudiantes una herramienta
de simulación WEC todo en uno fácil de usar, se ha creado el software en
versión libre.
Al ejecutar el
programa, el usuario puede elegir entre varios simuladores WEC: simulador de
Wavestar, simulador Oyster, Simulador de Pelamis o Simulador personalizado.
Las tres
primeras opciones son versiones simplificadas de prototipos de convertidor de
energía de onda real. Aquí, el usuario
tiene un control limitado sobre los parámetros. Cuando un usuario desea
desarrollar un dispositivo WEC completamente nuevo, se debe seleccionar el
simulador personalizado.
Después de
seleccionar un simulador, el usuario ingresa a la página principal. Hay 4
ventanas de pestañas, cada una con un propósito diferente:
-Herramienta
de malla: creación de la malla. El dispositivo se puede construir combinando
diferentes formas básicas en un solo dispositivo WEC
-Nemoh:
modelado de dominio de frecuencia del WEC. Aquí, los parámetros hidrodinámicos
se calculan utilizando el solucionador de BEM de código abierto Nemoh.
-Simulación:
modelado en el dominio del tiempo del WEC en un estado específico del mar. Las
olas regulares e irregulares son posibles. Se pueden elegir dos estrategias
PTO: un amortiguador lineal o un amortiguador coulomb. La posición y la
velocidad del WEC se calculan junto con la potencia absorbida.
-Postprocesamiento:
un postprocesador simple le permite al usuario obtener los parámetros de
dominio de frecuencia y dominio de tiempo de forma gráfica.
La versión
actual solo permite WEC de un solo cuerpo, pero las simulaciones multicuerpo
serán compatibles en el futuro.
Este software
fue desarrollado y verificado inicialmente como parte del proyecto de
investigación TEOWEC en el Centro de Investigación de Energía Oceánica en la
Universidad de Maynooth.
Wave Venture
proporciona una herramienta de software de propósito general estandarizada para
la evaluación y optimización del rendimiento de los (WEC). Los componentes de
esta herramienta son: análisis de ingeniería, simulación operativa, análisis
financiero y optimización numérica.
El análisis de
ingeniería proporciona un solucionador multicuerpo hidrodinámico en el dominio
del tiempo. Las salidas de las simulaciones incluyen: fuerzas de las olas, fuerzas
de amarre (acopladas), movimiento del cuerpo, fuerzas debidas a la toma de
fuerza (PTO), amarre, uniones, matriz potencia/potencia y herramientas
estadísticas de post-procesamiento.
Aunque menos
conocidos y muchos de ellos sin una validación experimental que garantice funcionalidad,
existen en la red códigos que permiten el estudio numérico de los convertidores
de olas una vez se obtuvieron los principales coeficientes hidrodinámicos,
principalmente a través de métodos de elementos de frontera (BEM) como: WAMIT,
AQWA, NEMOH, SHIPMO3D, ... .
Source: A. Combourieu,
M. Lawson, A. Babarit, K. Ruehl, A. Roy, R. Costello, P. L. Weywada, and H.
Bailey, “WEC3: Wave Energy Converters modeling Code Comparison project,” EWTEC
2015, Nantes, France, 2015.
Internet.
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