Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29499

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Browsing Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak by Subject "Aerogeneradores"

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    PublicationOpen Access
    Disposición óptima de sensores para la estimación de cargas mecánicas mediante medidas de deformación. Aplicación a aerogeneradores
    (2023) Bacaicoa Díaz, Julen; Iriarte Goñi, Xabier; Ingeniería; Ingeniaritza
    La monitorización de la salud estructural (SHM) en aerogeneradores representa un desafío crítico en la eficiencia operacional y mantenimiento de estas complejas estructuras. La investigación desarrollada en esta tesis doctoral aborda la disposición óptima de sensores y la aplicación de técnicas de medición de deformación mediante galgas extensiométricas para la estimación precisa de las cargas mecánicas en secciones circulares. A través de métodos innovadores y un enfoque práctico, se plantean unas técnicas para la estimación robusta y precisa de fuerzas y momentos que se aplican en los diferentes componentes de los aerogeneradores. En primer lugar, se calcula la deformación de una galga situada arbitrariamente, considerando que está colocada en el perímetro de una sección transversal circular. A continuación, se expone cómo puede estimarse el torsor externo completo a partir de las medidas de deformación de un conjunto de galgas, y se presenta una colección de configuraciones óptimas de galgas obtenida a partir de diferentes criterios de optimización y restricciones impuestas. Después, se presenta una metodología para obtener nuevas configuraciones óptimas de galgas extensiométricas que permitan estimar determinadas componentes del torsor externo sin la influencia de otras componentes no deseadas. Se desarrolla un algoritmo de optimización y se obtienen configuraciones óptimas para la estimación de diferentes cargas y compensación de la deformación térmica, además de presentar una colección de novedosas configuraciones óptimas para la estimación de determinadas componentes del torsor simultáneamente. A continuación, se realiza un análisis de sensibilidad, para estudiar la propagación de incertidumbre desde las medidas de deformación de las galgas hasta la estimación de las cargas. Se definen las posiciones y orientaciones nominales de las galgas extensiométricas en los puentes típicos de Wheatstone y determinadas configuraciones novedosas, así como las matrices de relación inversa para la estimación de las cargas a partir de las medidas de deformación. Posteriormente, se presenta el procedimiento llevado a cabo para el análisis de sensibilidad, y se presentan los resultados obtenidos desde cuatro perspectivas diferentes tras el análisis de sensibilidad aplicado a un aerogenerador. Seguidamente, se realiza la calibración estática de una nueva configuración óptima de galgas obtenida para la estimación de todas las componentes del torsor externo simultáneamente. Se fabrica un eje hueco a escala para la instalación de la configuración de galgas y se llevan a cabo un total de 6 experimentos de calibración aplicando diferentes cargas en cada uno de ellos. Una vez establecida la relación lineal entre las deformaciones de las galgas y las diferentes componentes del torsor, se obtiene la matriz de observación experimental. Además, se realiza la validación del procedimiento de calibración por medio de un experimento adicional, concluyendo que la configuración de galgas es capaz de estimar el torsor completo con una fiabilidad y precisión razonable. Finalmente, se exponen las conclusiones alcanzadas en esta tesis doctoral, así como una serie de propuestas para futuras investigaciones y líneas de trabajo. Esta sección brinda un cierre a la investigación realizada, resumiendo los hallazgos clave y destacando las implicaciones y perspectivas que surgen a partir de los resultados obtenidos. Además, se plantean posibles direcciones para ampliar el conocimiento y profundizar en áreas relacionadas con el tema abordado en esta tesis doctoral.
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    PublicationEmbargo
    Robust multivariable control of wind turbines based on wind measurements provided by LiDAR sensors
    (2023) Miquélez Madariaga, Irene; Elso Torralba, Jorge; Díaz de Corcuera Martínez, Asier; Ingeniería; Ingeniaritza
    La energía eólica es, junto a la solar fotovoltaica, la única opción realista para la descarbonización del sector eléctrico. Su competitividad en el mercado se mide a través del Coste de la Energía (LCOE por sus siglas en inglés), que está determinado por la producción de energía a lo largo de su vida útil y por los costes de fabricación y operación. Aunque existen numerosos avances técnicos que optimizan el funcionamiento de los aerogeneradores, pocos son tan ventajosos como el desarrollo de estrategias de control avanzadas. El correcto diseño de los algoritmos de control permite, de manera simultánea, aumentar la producción de energía y reducir el daño sobre los elementos de la máquina, mejorando el caso de negocio. En los últimos años han aparecido sensores y actuadores novedosos, que permiten desarrollar e incluir nuevas estrategias en los lazos de control de los aerogeneradores. En concreto, los sensores LiDAR permiten obtener una medida remota del campo de viento turbulento que se aproxima a un aerogenerador. Esta información se puede emplear para generar una acción de control por prealimentación con la que mejorar el funcionamiento del aerogenerador. Esta tesis trata del diseño de controladores feedforward lineales que emplean la medida de viento proporcionada por un sensor LiDAR para reducir las cargas algunos componentes estructurales del aerogenerador. Las principales líneas de trabajo de la tesis son: el desarrollo de una metodología de diseño de controladores feedforward sencilla y orientada a la reducción de cargas en la base de la torre. El desarrollo de un modelo incierto del sensor, que recoja la incertidumbre de medida y permita diseñar controladores robustos. El desarrollo de metodologías de diseño de controladores feedforward robustos, que permitan el diseño simultáneo de los controladores de pitch y par del aerogenerador y satisfagan simultáneamente las especificaciones impuestas sobre varios objetivos.