Disposición óptima de sensores para la estimación de cargas mecánicas mediante medidas de deformación. Aplicación a aerogeneradores
Fecha
2023Autor
Director
Versión
Acceso abierto / Sarbide irekia
Tipo
Tesis doctoral / Doktoretza tesia
Impacto
|
10.48035/Tesis/2454/46909
Resumen
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
carg ...
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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. [--]
Materias
Aerogeneradores,
Galgas extensiométricas,
Cargas mecánicas,
Medición de deformación,
Torsores
Departamento
Universidad Pública de Navarra. Departamento de Ingeniería /
Nafarroako Unibertsitate Publikoa. Ingeniaritza Saila