Aprèn - Climent Molins i Borrell

En línia amb la política europea de reducció progressiva de les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle i amb els objectius establerts en l'Acord de París, Espanya té la meta d'aconseguir la neutralitat d'emissions entre 2050 i 2100. Per a això, és imprescindible un canvi del model energètic d'Espanya, mitjançant el desenvolupament d'un parc de generació elèctrica basat exclusivament en energies renovables. Aquest nou model té com a fi aconseguir fins al 90-100% d'origen renovable en 2050, per al que s'estima necessari instal·lar entre 145-201 GW de generació elèctrica renovable, així com la capacitat de suport suficient per a garantir la seguretat de subministrament. Com a part d'aquest nou model energètic, tant el Pla Nacional Integrat d'Energia i Clima (PNIEC) 2021- 2030, com la Llei de Canvi Climàtic i Transició Energètica contemplen el desenvolupament de l'energia eòlica marina. L'aplicació d'aquesta mena d'energia està delimitada pels Plans d'Ordenació de l'Espai Marítim (POEM), recentment aprovats, que són una eina que pretén facilitar el desenvolupament sostenible de l'espai marítim, i que limita els usos i activitats que requereixen de la seva utilització, ja sigui de manera temporal o permanent. En aquest context, el present estudi abordarà una anàlisi preliminar de la viabilitat d'instal·lació de parcs eòlics marins en zones fora del POEM, avaluant per a això el potencial eòlic i els principals criteris que determinen la idoneïtat d'un emplaçament per a aquesta mena d'instal·lació (característiques naturals del fons marí i la costa, connectivitat amb la xarxa elèctrica, interferència amb altres usos del litoral i la mar, etc.). Com a resultat d'aquest, es durà a terme la delimitació d'un conjunt de zones òptimes per al desenvolupament de plantes eòliques marines, així com la identificació dels factors limitants que han de ser objecte d'una anàlisi més detallada.

En línea con la política europea de reducción progresiva de las emisiones de gases de efecto invernadero y con los objetivos establecidos en el Acuerdo de París, España tiene la meta de alcanzar la neutralidad de emisiones entre 2050 y 2100. Para ello, es imprescindible un cambio del modelo energético de España, mediante el desarrollo de un parque de generación eléctrica basado exclusivamente en energías renovables. Este nuevo modelo tiene como fin alcanzar hasta el 90-100% de origen renovable en 2050, para lo que se estima necesario instalar entre 145-201 GW de generación eléctrica renovable, así como la capacidad de respaldo suficiente para garantizar la seguridad de suministro. Como parte de este nuevo modelo energético, tanto el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021- 2030, como la Ley de Cambio Climático y Transición Energética contemplan el desarrollo de la energía eólica marina. La aplicación de este tipo de energía está delimitada por los Planes de Ordenación del Espacio Marítimo (POEM), recientemente aprobados, que son una herramienta que pretende facilitar el desarrollo sostenible del espacio marítimo, y que limita los usos y actividades que requieren de su utilización, ya sea de manera temporal o permanente. En este contexto, el presente estudio abordará un análisis preliminar de la viabilidad de instalación de parques eólicos marinos en zonas fuera del POEM, evaluando para ello el potencial eólico y los principales criterios que determinan la idoneidad de un emplazamiento para este tipo de instalación (características naturales del fondo marino y la costa, conectividad con la red eléctrica, interferencia con otros usos del litoral y el mar, etc.). Como resultado del mismo, se llevará a cabo la delimitación de un conjunto de zonas óptimas para el desarrollo de plantas eólicas marinas, así como la identificación de los factores limitantes que deben ser objeto de un análisis más pormenorizado.

In line with the European policy of progressive reduction of greenhouse gas emissions and with the objectives established in the Paris Agreement, Spain has the goal of achieving emissions neutrality between 2050 and 2100. To achieve this, a change in Spain's energy model is essential, through the development of an electricity generation park based exclusively on renewable energies. This new model aims to reach 90-100% of renewable sources by 2050, for which it is estimated to be necessary to install between 145-201 GW of renewable electricity generation, as well as sufficient back-up capacity to guarantee security of supply. As part of this new energy model, both the National Integrated Energy and Climate Plan (PNIEC) 2021- 2030 and the Climate Change and Energy Transition Law contemplate the development of offshore wind energy. The application of this type of energy is delimited by the Maritime Space Management Plans (POEM), still under development, which are a tool that aims to facilitate the sustainable development of the maritime space, and limits the uses and activities that require its use, either temporarily or permanently. In this context, this study will address a preliminary analysis of the feasibility of installing offshore wind farms in areas outside the POEM, evaluating the wind potential and the main criteria that determine the suitability of a site for this type of installation (natural characteristics of the seabed and the coast, connectivity with the electricity grid, interference with other uses of the coast and the sea, etc.). As a result, the delimitation of a set of optimal areas for the development of offshore wind farms will be carried out, as well as the identification of the limiting factors that should be subject to a more detailed analysis.

Estudio de los efectos de las fuerzas del oleaje de segundo orden en una plataforma flotante para turbinas eólicas de 15 MW (WindCrete)

Projecte Final de Màster Oficial

Carreño Pellitero, Albert

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Trubat Casal, Pau

Fecha de publicación: 2024

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Les previsions de creixement de l'energia eòlica marina apunten a increments notables en les properes dècades. Un component d'aquest creixement dependrà de la tecnologia de plataformes flotants, que encara es troba en fases relativament incipients de maduresa. Entre els desafiaments a abordar, es troben les forces hidrodinàmiques generades per l'onatge. Fins a la data, una part significativa dels models existents només consideren les forces de l'onatge de primer ordre, mentre que els efectes de les forces de l'onatge de segon ordre romanen com un dels efectes menys estudiats en la interacció fluid-estructura. No obstant això, s'ha documentat que les forces de l'onatge de segon ordre poden donar lloc a fenòmens de ressonància, vibració i moviments de deriva lenta en les estructures marines flotants, en relació amb els períodes naturals de moviment d'aquestes estructures. En aquest context, aquest treball proposa el desenvolupament d'un codi en llenguatge de programació Python amb l'objectiu d'integrar el programari de codi obert NEMOH v3.0 per al càlcul de les forces de l'onatge en estructures marines amb FloaWDyn, un model numèric 3D acoblat aero-hidro-servo-elàstic desenvolupat a la Universitat Politècnica de Catalunya (BarcelonaTech–UPC). La versió més recent de NEMOH inclou el càlcul de les Funcions de Transferència Quadràtiques (Quadratic Transfer Functions, QTFs) en el mòdul de segon ordre, que són després utilitzades per calcular les forces de segon ordre utilitzant la teoria del flux potencial. La validació d'aquest model es realitza mitjançant comparació amb una solució semi-analítica per a un cilindre vertical en un onatge bicromàtic, i els resultats indiquen errors relatius mitjans de l'ordre del 20-25%. Per analitzar els potencials efectes de les forces de segon ordre sobre la plataforma WindCrete, s'ha emprat el model numèric OpenFAST desenvolupat pel National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Las previsiones de crecimiento de la energía eólica marina apuntan a incrementos notables en las próximas décadas. Un componente de ese crecimiento dependerá de la tecnología de plataformas flotantes, que aún se encuentra en fases relativamente incipientes de madurez. Entre los desafíos por abordar, se encuentran las fuerzas hidrodinámicas generadas por el oleaje. Hasta la fecha, una parte significativa de los modelos existentes solo consideran las fuerzas del oleaje de primer orden, mientras que los efectos de las fuerzas del oleaje de segundo orden permanece como uno de los efectos menos estudiados en la interacción fluido–estructura. Sin embargo, se ha documentado que las fuerzas del oleaje de segundo orden pueden dar lugar a fenómenos de resonancia, vibración y movimientos de deriva lenta en las estructuras marinas flotantes, en relación con los períodos naturales de movimiento de dichas estructuras. En este contexto, este trabajo propone el desarrollo de un código en lenguaje de programación Python con el fin de integrar el software de código abierto NEMOH v3.0 para el cálculo de las fuerzas del oleaje en estructuras marinas con FloaWDyn, un modelo numérico 3D acoplado aero–hydro–servo–elástico desarrollado en la Universidad Politécnica de Cataluña (BarcelonaTech–UPC). La versión más reciente de NEMOH incluye el cálculo de las Funciones de Transferencia Cuadráticas (Quadratic Transfer Functions, QTFs) en el módulo de segundo orden, que son luego utilizadas para calcular las fuerzas de segundo orden utilizando la teoría del flujo potencial. La validación de este modelo se realiza mediante comparación con una solución semi–analítica para un cilindro vertical en un oleaje bicromático, y los resultados indican errores relativos promedio del orden del 20–25%. Para analizar los potenciales efectos de las fuerzas de segundo orden sobre la plataforma WindCrete, se ha empleado el modelo numérico OpenFAST desarrollado por el National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Forecasts for the growth of offshore wind energy point to significant increases in the coming decades. A component of this growth will depend on the technology of floating platforms, which is still in relatively early stages of maturity. Among the challenges to be addressed are the hydrodynamic forces generated by wave action. To date, a significant portion of existing models only consider first-order wave forces, while the effects of second-order wave forces remain one of the less studied aspects in fluid-structure interaction. However, it has been documented that second-order wave forces can lead to phenomena of resonance, vibration, and slow drift movements in floating marine structures, in relation to the natural periods of movement of these structures. In this context, this work proposes the development of a code in the Python programming language with the aim of integrating the open-source software NEMOH v3.0 for the calculation of wave forces in marine structures with FloaWDyn, a 3D numerical model of coupled aero-hydro-servo-elastic developed at the Polytechnic University of Catalonia (BarcelonaTech–UPC). The latest version of NEMOH includes the calculation of Quadratic Transfer Functions (QTFs) in the second-order module, which are then used to calculate second-order forces using potential flow theory. The validation of this model is carried out by comparison with a semi-analytical solution for a vertical cylinder in a biochromatic wave field, and the results indicate average relative errors of the order of 20-25%. To analyze the potential effects of second-order forces on the WindCrete platform, the OpenFAST numerical model developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL) has been used.

Estudi de les zones potencials per a l'emplaçament d'aerogeneradors flotants a la costa nord de Baixa Califòrnia

Trabajo final de grado

Barquets Albareda, Oriol

Tutor/a - Director/a: Fernández Díaz, Violeta Zetzangari; Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2023

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Decommissioning of floating offshore wind turbines. Application to 15 MW WindCrete platform

Projecte Final de Màster Oficial

Ruiz Sánchez, Clara

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Trubat Casal, Pau

Fecha de publicación: 2022

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Acceso al texto completo

Aplicació del BIM a plataformes per a molins de vent flotants. Aplicació al WindCrete

Trabajo final de grado

Vall Müller, Miquel

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Trubat Casal, Pau

Fecha de publicación: 2022

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

L'energia eòlica marina és una alternativa renovable que es troba en un procés d'expansió significatiu. Això és degut al paradigma actual del desenvolupament sostenible, a causa de la necessitat d'abandonar la dependència energètica envers els combustibles fòssils i per la gran eficiència en l'aprofitament energètic del recurs eòlic marí. El principal paràmetre que incidirà en l'evolució d'aquesta alternativa en els pròxims anys és el cost per la generació de l'energia elèctrica o Levelized Cost Of Energy (LCOE). Aquest projecte estudia l'aplicació del Building Information Modeling (BIM) a les plataformes per aerogeneradors flotants, amb la finalitat d'examinar els àmbits on aquesta metodologia pot oferir un valor afegit. Les sinèrgies entre el BIM i l'eòlica marina poden minorar el LCOE i incrementar la seva competitivitat. En aquesta línia, la recerca investiga diferents mètodes per augmentar l'eficiència en el disseny de les plataformes flotants. Principalment, es desenvolupen tres metodologies per modelitzar paramètricament una subestructura SPAR de formigó armat i pretensat, l'anomenat WindCrete. Es mostra que la forma més apropiada consta de diferents codis Python executats amb Dynamo. Aquests codis defineixen la subestructura, les armadures i els tendons posttesats, obtenint una família paramètrica Revit del WindCrete, amb les propietats hidroestàtiques i els amidaments. Finalment, es duen a terme diferents anàlisis de les dimensions del BIM. D'una banda, es realitza l'anàlisi 3D amb un estudi de les col·lisions entre el WindCrete i les estructures secundàries. També s'obtenen les seccions constructives amb detalls tridimensionals per facilitar la interpretació del projecte i per reduir potencialment les despeses de manteniment (OPEX). D'altra banda, els amidaments extrets del model BIM, permeten executar l'anàlisi 5D i obtenir un pressupost aproximat del WindCrete desglossat en els diferents materials.

La energía eólica marina es una alternativa renovable que se encuentra en un significativo proceso de expansión. Esto se debe al paradigma actual del desarrollo sostenible, debido a la necesidad de abandonar la dependencia energética hacia los combustibles fósiles y por la gran eficiencia en el aprovechamiento energético del recurso eólico marino. El principal parámetro que incidirá en la evolución de esta alternativa en los próximos años es el coste por la generación de la energía eléctrica o Levelized Cost Of Energy (LCOE). Este proyecto estudia la aplicación del Building Information Modeling (BIM) en las plataformas para aerogeneradores flotantes, con el fin de examinar los ámbitos en los que esta metodología puede ofrecer un valor añadido. Las sinergias entre el BIM y la eólica marina pueden aminorar el LCOE e incrementar su competitividad. En esta línea, la investigación estudia distintos métodos para aumentar la eficiencia en el diseño de las plataformas flotantes. Principalmente, se desarrollan tres metodologías para modelizar paramétricamente una subestructura SPAR de hormigón armado y pretensado, el modelo WindCrete. Se muestra que la forma más apropiada consta de distintos códigos Python ejecutados con Dynamo. Estos códigos definen la subestructura, las armaduras y los tendones postesados, obteniendo una familia paramétrica Revit del WindCrete, con las propiedades hidroestáticas y las mediciones. Por último, se llevan a cabo diferentes análisis de las dimensiones del BIM. Por un lado, se realiza el análisis 3D con un estudio de las colisiones entre WindCrete y las estructuras secundarias. También se obtienen las secciones constructivas con detalles tridimensionales para facilitar la interpretación del proyecto y reducir potencialmente los gastos de mantenimiento (OPEX). Por otra parte, las mediciones extraídas del modelo BIM permiten ejecutar el análisis 5D y obtener un presupuesto aproximado del WindCrete desglosado en los diferentes materiales.

Offshore wind energy is a renewable energy source in a significant expansion process. This fact is due to the current paradigm of sustainable development, as consequence of the need to abandon the dependence on fossil fuels and the great efficiency of offshore wind resources. The main parameter that will affect the evolution of this energy source in the coming years is the cost for the generation of electricity or Levelized Cost Of Energy (LCOE). This project studies the application of Building Information Modeling (BIM) to Floating Offshore Wind Platforms (FOWP), specifically focusing on the areas where this methodology offers an added value. The synergies between BIM and FOWP may lower the LCOE of offshore wind energy and raise its competitiveness. Hence, this research investigates different methods to increase the efficiency in the design of FOWP. Mainly, three methodologies are developed in the present thesis to parametrically generate a SPAR reinforced and prestressed concrete substructure, known as WindCrete. The most suitable method consists of different Python codes executed with Dynamo. These codes define the substructure, the reinforcements and the post-tensioned tendons, resulting in a parametric Revit family of the WindCrete, with the hydrostatic properties and measurements. Finally, this study carries different analyses of the BIM dimensions. On the one hand, it executes the 3D analysis by means of a clash detection between the WindCrete and the secondary structures. Constructive sections with three-dimensional details are also obtained to facilitate the interpretation of the project and to potentially reduce operational expenses (OPEX). On the other hand, with the measurements extracted from the BIM model, the 5D analysis is executed with an approximate budget for the WindCrete, split into the different materials.

Potencial de la infraestructura portuària catalana per a l'impuls de l'eòlica marina flotant al Mediterrani

Projecte Final de Màster Oficial

Marra-López Llovet, María

Tutor/a - Director/a: Monclus Abadal, Albert; Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2022

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

La substitució de les fonts d'energies no renovables per altres respectuoses amb el medi ambient és vital per a la descarbonització de l'economia europea i el refrenament del canvi climàtic. L'eòlica marina flotant, actualment present en algunes aigües del continent com el Mar del Nord o l'Oceà Atlàntic, n'és un exemple. El Mar Mediterrani es prepara per al seu paper en aquesta transició energètica, amb 5,9 GW d'eòlica flotant plantejats per al 2030. En aquest treball s'estudia la viabilitat de la infraestructura portuària catalana per a donar servei a les operacions de fabricació de plataformes flotants, la instal·lació d'aerogeneradors, i les tasques d'operació i manteniment dels parcs. Els ports de Tarragona, Barcelona i Palamós tenen potencial per contribuir en aquest impuls, amb la manufactura de fins a 70 plataformes anuals entre els dos primers, i el manteniment de 10 GW de potència entre tots tres. Aquest desenvolupament pot generar fins a 7000 llocs de treball a escala local, i posicionar Catalunya com a referència en la cadena de subministrament de l'eòlica marina flotant.

La sustitución de las fuentes de energía no renovables por otras respetuosas con el medio ambiente es vital para la descarbonización de la economía europea y la detención del cambio climático. La eólica marina flotante, actualmente presente en algunas aguas del continente como el Mar del Norte o el Océano Atlántico, es un ejemplo. El Mar Mediterráneo se prepara para su papel en esta transición energética, con 5,9 GW de eólica flotante planteados para el 2030. En este trabajo se estudia la viabilidad de la infraestructura portuaria catalana para dar servicio a las operaciones de fabricación de plataformas flotantes, la instalación de aerogeneradores, y tareas de operación y mantenimiento de los parques. Los puertos de Tarragona, Barcelona y Palamós tienen potencial para contribuir en este impulso, con la manufactura de hasta 70 plataformas anuales entre los dos primeros, y el mantenimiento de 10 GW de potencia entre los tres. Este desarrollo puede generar hasta 7000 puestos de trabajo a nivel local, y posicionar a Catalunya como referencia en la cadena de suministro de la eólica marina flotante.

The substitution of non-renewable energy sources with others that respect the environment is crucial for the decarbonisation of the European economy and the curb of climate change. Floating offshore wind power, currently present in some continental waters such as the North Sea and the Atlantic Ocean, is an example. The Mediterranean Sea is preparing for its role in this energy transition, with 5.9 GW of floating wind power planned for 2030. This project studies the viability of Catalan port infrastructure to provide service to the manufacturing operations of floating platforms, the installation of wind turbines, and the operation and maintenance tasks of the wind farms. The ports of Tarragona, Barcelona, and Palamós have the potential to contribute to this drive, with the fabrication of up to 70 platforms per year between the first two, and the maintenance of 10 GW of power between the three of them. This development can generate up to 7,000 jobs at a local level, and position Catalonia as a reference in the supply chain of floating offshore wind power.

Mooring system optimization for a floating platform for wind turbines

Projecte Final de Màster Oficial

Herrera Batista, Adrian

Tutor/a - Director/a: Trubat Casal, Pau; Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2022

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

La optimización del diseño de las líneas de fondeo de una plataforma flotante para aerogeneradores en alta mar es un problema complejo, debido al número de variables de diseño, restricciones normativas, comportamiento no lineal del sistema y grandes tiempos de cálculo de las simulaciones. Esta tesis propone una metodología para la creación de modelos subrogados que permitan simular en menos tiempo la búsqueda de mínimos optimizados. Para cuantificar las características de salida del problema se realizan análisis de sensibilidad mediante el método de Morris, que permiten establecer criterios sólidos para determinar el carácter lineal o monótono de la función objetivo. Para desarrollar el modelo sustituto se analizó un caso de estudio y se subrogó todo el proceso real de optimización de las líneas de fondeo de la plataforma WindCrete. Se aplicaron técnicas de aprendizaje automatizado, en particular redes de neuronas artificiales como sustituto del modelo real. Se estudiaron diferentes configuraciones para la función objetivo y se recogieron las prácticas adecuadas para mejorar el desempeño de los modelos subrogados. Para la búsqueda de las soluciones optimizadas se recurre a métodos meta-heurísticos que exploran el espacio de diseño. Finalmente se plantea una metodología íntegra para similar todo el proceso de cálculo de la estructura, que incluye el sistema de líneas de fondeo, la plataforma y el aerogenerador operando en régimen de servicio y frente a cargas ambientales definidas. La metodología propuesta y toda la experiencia recogida es aplicable en amplios campos de la ingeniería y del diseño. Adicionalmente todo el trabajo se desarrolla con bibliotecas de código abierto.

L'optimització del disseny de les línies de fondeig d'una plataforma flotant per a aerogeneradors a alta mar és un problema complex, a causa del gran nombre de variables de disseny, restriccions normatives, el comportament no lineal del sistema i alts temps de càlcul de les simulacions. Aquesta tesi proposa una metodologia per a la creació de models subrogats que permetin simular en menys temps la cerca de dissenys optimitzats. Per quantificar les característiques de sortida del problema es realitza un anàlisis de sensibilitat mitjançant el mètode de Morris, que permet establir criteris sòlids per al comportament lineal o monòton de la funció objectiu. Per desenvolupar el model substitutiu s'ha analitzat un cas d'estudi i s'ha subrogat tot el procés de real d'optimització de les línies de fondeig de la plataforma WindCrete. El model subrogat es basa en tècniques d'aprenentatge automatitzat, en particular xarxes de neurones artificials com a substitut del model real. S'han estudiar diferents configuracions per a la funció objectiu i s'han recollit les pràctiques adequades per tal de millorar el desenvolupament dels models subrogats. Per a la recerca de solucions d'optimització s'utilitzen mètodes meta heurístic que exploren l'espai de disseny. Finalment es planteja una metodologia integra per a simular tot el procés de càlcul de l'estructura, que inclou el sistema de línies de fondeig, plataforma i aerogenerador operant en règim de servei i davant de càrregues ambientals definides. La metodologia proposada i tota l'experiència recollida és aplicable en amplis camps de l'enginyeria i del disseny. Addicionalment tota la feina es desenvolupa amb biblioteques de codi obert.

Alternatives per a la descarbonització de Menorca amb energia eòlica

Trabajo final de grado

Torres Coll, Joan

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2021

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Numerical analysis and structural design of prestressed connections for station keeping system of offshore floating concrete wind turbine

Projecte Final de Màster Oficial

Valencia Otálvaro, Federico

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Trubat Casal, Pau

Fecha de publicación: 2021

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Acceso al texto completo

Anàlisi i disseny de les operacions marines d'instal·lació d'una plataforma eòlica flotant tipus SPAR (WINDCRETE)

Trabajo final de grado

Oliver Verdaguer, Pere

Tutor/a - Director/a: Trubat Casal, Pau; Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2021

Facultad de Náutica de Barcelona (FNB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Structural analysis and design of an offshore bottom fixed structure by using specific structural software

Projecte Final de Màster Oficial

Ikonomou, Amilkar

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Cahay, Marc

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Acceso al texto completo

Dynamic characterisation of the bell tower of Sant Cugat Monastery

Projecte Final de Màster Oficial

Francisca, Sarah Lorraine

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Makoond, Nirvan

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Investigacions recents han revelat que el campanar del monestir de Sant Cugat podria continuar l'experiència de desplaçament lateral lligat a un mecanisme de deteriorament actiu. Com a tal, es va preveure que l'obtenció de característiques dinàmiques clau del campanar a través de proves de vibració ambiental a gran escala (AVT) pot ajudar a calibrar un model numèric d'elements finits (FE) per comprendre millor els mecanismes de deteriorament que afecten la torre, si escau. Per tant, va ser l'objectiu d'aquesta dissertació per desenvolupar un procediment robust per a la identificació dinàmica del campanar incloent una revisió preliminar de la literatura d'última generació, la creació d'un model numèric adequat per obtenir propietats modals que s'esperava, i un detallat procediment de proves dinàmiques que es durà a terme en el futur.

Investigaciones recientes han revelado que el campanario del Monasterio de Sant Cugat podría seguir experimentando desplazamientos laterales vinculados a un mecanismo de deterioro activo. Como tal, se preveía que la obtención de características dinámicas clave del campanario a través de pruebas de vibración ambiental a gran escala (AVT) puede ayudar a calibrar un modelo de elemento finito numérico (FE) para comprender mejor los mecanismos de deterioro que afectan a la torre, si los hay. Por lo tanto, el objetivo de esta disertación era desarrollar un procedimiento sólido para la identificación dinámica del campanario, incluyendo una revisión preliminar de la literatura de última generación, la creación de un modelo numérico adecuado para obtener las propiedades modales esperadas, y un procedimiento de prueba dinámica detallado que se llevará a cabo en el futuro.

Recent investigations have revealed that the bell tower of the Monastery of Sant Cugat could be continuing to experience lateral displacement linked to an active deterioration mechanism. As such, it was envisioned that obtaining key dynamic characteristics of the bell tower through full-scale ambient vibration testing (AVT) may help calibrate a numerical finite element (FE) model to better understand the deterioration mechanisms affecting the tower, if any. Therefore, it was the objective of this dissertation to develop a robust procedure for the dynamic identification of the bell tower including a preliminary state-of-the-art literature review, the creation of a suitable numerical model to obtain expected modal properties, and a detailed dynamic testing procedure to be conducted in the future.

Dynamic experimental determination of the tension stress in reinforcing ties in masonry arches and vaults

Projecte Final de Màster Oficial

Vecchio, Dario

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Makoond, Nirvan Chandra

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

El presente pasa por el desarrollo de una metodología fiable para la determinación experimental dinámica de la tensión de tensión en el refuerzo de los lazos en arcos y bóvedas de mampostería. Los tirantes metálicos son elementos estructurales que tienen por objeto preservar el mantenimiento de un edificio patrimonial mejorando la capacidad de carga contra diferentes tipos de cargas a lo largo del tiempo. Más concretamente, para contrarrestar el empuje desequilibrado, han servido como una de las técnicas de intervención más populares, especialmente por su mínima intrusión, bajo costo y facilidad de ejecución. Como parte fundamental de un complejo sistema hiperestático, como los representados por las antiguas estructuras de mampostería, la vigilancia y el mantenimiento de los elementos de tirantes son necesarios para evaluar el nivel final de seguridad de esos edificios. Por tales razones, esta tesis tiene por objeto desarrollar una metodología fiable para la investigación de los esfuerzos de tracción de los tirantes metálicos, colocados en sentido transversal a través del cimborio, de la iglesia del Monasterio de Sant Cugat.

The present goes through the development of a reliable methodology for the dynamic experimental determination of the tension stress in reinforcing ties in masonry arches and vaults. Metal tie-rods are structural elements that aim to preserve the maintenance of a heritage building enhancing the bearing capacity against different types of loads through time. More specifically, in order to counteract the unbalanced thrust, they have served as one of the most popular intervention techniques, especially for their minimum intrusiveness, low cost and ease of execution. As a fundamental part of a complex hyperstatic system, such as those represented by old masonry structures, the monitoring and maintenance of tie-rod elements are necessary in order to assess the final level of safety of such buildings. For such reasons, this thesis aims to develop a reliable methodology for the investigation of tensile stresses of metallic tie-rods, placed in the transverse direction across the cimborio, of the church of Sant Cugat Monastery.

El present passa pel desenvolupament d'una metodologia fiable per a la determinació dinàmica experimental de la tensió de la tensió en el referent dels llaços en arcs i cobertes de mamposteria. Els tirants metàl·lics són elements estructurals que tenen per objecte preservar el manteniment d'un edifici patrimonial millorant la capacitat de càrrega contra diferents tipus de cargues al llarg del temps. Més concretament, per contrarestar l'empenyament desequilibrat, hi ha servit com una de les tècniques d'intervenció de més població, especialment per la seva mínima intrusió, baix cost i facilitat d'execució. Com a part fonamental d'un sistema complet complet hiperestàtic, com els representats per les estructures antigues de la mobilitat, la vigilància i el manteniment dels elements d'obtenció del seu fill necessaris per avaluar el nivell final de seguretat d'edificis. Per aquestes raons, aquesta tesi té per objecte desenvolupar una metodologia fiable per a la investigació dels esforços de tracció dels metges clàssics, col·locats en sentit transversal a través del cimbori, de l'església del Monestir de Sant Cugat.

Desing and structural verification a concrete spar type platform for a 15 Mw wind turbine

Projecte Final de Màster Oficial

Lorenzo Garcia, Iago

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent; Trubat Casal, Pau

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Anàlisi de viabilitat de salts hidràulics reversibles tancats de capacitat mitjana i petita per emmagatzematge d'energia

Projecte Final de Màster Oficial

Majoral Oller, Genís

Tutor/a - Director/a: Bladé i Castellet, Ernest; Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

El context de Crisi Climàtica actual desafia la generació nacional d'energia a que canviï a fonts renovables. Aquestes, però, són de naturalesa intermitent i necessiten algun sistema d'emmagatzematge d'energia que acumuli la producció sobrant en hores punta i injecti energia en hores vall, o quan no es pugui produir per condicions meteorològiques adverses. En aquest sentit, els salts o centrals hidràuliques reversibles (PHES acrònim en anglès) han estat, i són, la tecnologia d'emmagatzematge d'energia predominant a gran escala i a nivell global. Aquesta tesina té com a objectiu avaluar la viabilitat econòmica de les centrals hidràuliques reversibles a petita escala (amb una potència nominal de fins a 1.000 kW) emprant dos cas-estudis. En primer lloc una aplicació connectada a la xarxa, operant en règim d'arbitratge energètic. En segon lloc, un sistema aïllat (no connectat a la xarxa elèctrica) on el salt reversible serveixi per abastir una demanda elèctrica quan les fonts renovables no poden. Els resultats indiquen que els salts reversibles a petita escala no solen funcionar bé en la compravenda d'energia de la xarxa (arbitratge). És difícil amortitzar aquests projectes atesos uns elevats costos d'inversió i d'ingressos de compravenda reduïts, a diferència de la seva versió a gran escala demostrada històricament. D'altra banda, els resultats per sistemes híbrids autònoms (energies renovables i salts reversibles) a petita escala mostren un cost d'energia (LCOE) d'entre 0,105 i 0,250 € / kWh, de l'ordre de les tarifes comercials elèctriques actuals a Espanya.

El contexto de Crisis Climática actual desafía la generación nacional de energía a que cambie a fuentes renovables. Estas, sin embargo, son de naturaleza intermitente y necesitan algún sistema de almacenamiento de energía que acumule la producción sobrante en horas punta e inyecte energía en horas valle, o cuando no se pueda producir por condiciones meteorológicas adversas. En este sentido, los saltos o centrales hidráulicas reversibles (PHES acrónimo en inglés) han sido, y son, la tecnología de almacenamiento de energía predominante a gran escala y a nivel global. Esta tesina tiene como objetivo evaluar la viabilidad económica de las centrales hidráulicas reversibles a pequeña escala (con una potencia nominal de hasta 1.000 kW) utilizando dos caso-estudios. En primer lugar una aplicación conectada a la red, operando en régimen de arbitraje energético. En segundo lugar, un sistema aislado (no conectado a la red eléctrica) donde el salto reversible sirva para abastecer una demanda eléctrica cuando las fuentes renovables no pueden. Los resultados indican que los saltos reversibles a pequeña escala no suelen funcionar bien en la compraventa de energía de la red (arbitraje). Es difícil amortizar estos proyectos atendidos unos elevados costes de inversión y de ingresos de compraventa reducidos, a diferencia de su versión a gran escala demostrada históricamente. Por otra parte, los resultados por sistemas híbridos autónomos (energías renovables y saltos reversibles) a pequeña escala muestran un coste de energía (LCOE) de entre 0,105 y 0,250 € / kWh, del orden de las tarifas comerciales eléctricas actuales en España.

The Climate Crisis context challenges the current national energy generation to shift to renewable sources. These, however, are intermittent in nature and need some energy storage system that stores excess production in peak periods and can give it back when needed. In this regard, Pumped Hydro Energy Storage (PHES) has been the predominant worldwide form of energy storage at large scale. This master's thesis aims at assessing the economic viability of small-scale PHES (under 1000 kW rated power). Two case-studies are carried out. First, an energy arbitrage application and, second, a stand-alone system where PHES serves as storage for renewable energies to serve a certain load. Results indicate that small scale PHES cannot perform well in selling-buying energy from the grid. These projects do not break even mainly due to high investment costs and small revenue, unlike its historically proven large-scale version. On the other hand, stand-alone systems using small-scale PHES achieve Levelized Cost of Energy (LCOE) between 0.105 and 0.250 €/kWh, roughly about the current commercial electricity tariffs in Spain.

Proyecto de ampliación de la sección del puente de la A-388, en el PK 3+900

Trabajo final de grado

Galvez Ochavo, Alex

Tutor/a - Director/a: Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Acceso al texto completo

An approach to design criteria for long-span floating bridges

Projecte Final de Màster Oficial

Alcalde Gascón, Gerard-Josep

Tutor/a - Director/a: Casas Rius, Joan Ramon; Molins i Borrell, Climent

Fecha de publicación: 2020

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPB)

Ver detalle Acceso al texto completo

En diversos llocs tenen encreuaments on les tecnologies actuals de ponts no són viables per proporcionar una solució. Aquest projecte estudia diferents solucions a aquest problema i, com a resultat, proporciona uns criteris orientatius sobre el disseny de ponts singulars per a aquests encreuaments en localitzacions singulars. S'ha fet una revisió de l'estat de l'art de les novetats tant en enginyeria de ponts com en enginyeria offshore amb l'objectiu de combinar aquests dos camps per proporcionar una solució que consisteixi en un pont flotant per a grans encreuaments i amb aigües profundes. La bibliografia en aquest camp és escassa i per això es va decidir fer un estudi en profunditat d'aquest tema. Es va decidir no només estudiar la combinació d'aquestes dues tecnologies sinó a més a més determinar si aquest tipus de ponts eren necessaris i si hi ha llocs que aprofitarien les possibilitats que ofereixen. D'aquest estudi es va deduir que hi ha llocs en els quals la solució estudiada en aquest projecte és l'única que proporciona una solució viable. Amb l'objectiu d'estudiar la viabilitat dels ponts flotants de gran llum s'ha decidit estudiar una solució per al Sognefjord en Noruega, un fiord amb profunditats de fins a 1250 metres i una distància entre costes de més de 3700 metres. Per a aquest cas s'han estudiat dotze alternatives distintes comparant l'ús de diferents tipus de ponts, materials per a les torres i tecnologies als pontons amb l'objectiu de comparar el seu efecte al cost final de l'estructura. S'ha desenvolupat un estudi final de les alternatives valorant els seus avantatges i inconvenients respecte al cost final de la construcció. Finalment, s'ha proporcionat un conjunt de criteris de disseny per a ponts flotants de gran llum.

Diversos lugares tienen cruces donde las tecnologías de puentes actuales no son viables para proporcionar una solución. Este proyecto estudia diferentes soluciones a este problema y, como resultado, proporciona unos criterios orientativos sobre el diseño de puentes singulares para estos cruces en localizaciones especiales. Se ha hecho una revisión del estado del arte de las novedades tanto en ingeniería de puentes como en ingeniería offshore con el objetivo de combinar estos dos campos para proporcionar una solución que consista en un puente flotante para cruces largos y con aguas profundas. La bibliografía en este campo es escasa y por ello se decidió hacer un estudio en profundidad de este tema. Se decidió no solo estudiar la combinación de estas dos tecnologías sino además determinar si este tipo de puentes eran necesarios y si hay lugares que aprovecharían las posibilidades que ofrecen. De este estudio se dedujo que hay lugares en los cuales la solución estudiada en este proyecto es la única que proporciona una solución viable. Con el objetivo de estudiar la viabilidad de los puentes flotantes de gran luz se ha decidido estudiar una solución para el Sognefjord en Noruega, un fiordo con profundidades de hasta 1250 metros y una distancia entre costas de más de 3700 metros. Para este caso se han estudiado doce alternativas distintas comparando el uso de distintos tipos de puentes, materiales para las torres y tecnologías en los pontones con el objetivo de comparar su efecto en el coste final de la estructura. Se ha desarrollado un estudio final de las alternativas valorando sus ventajas y desventajas respecto el coste final de la construcción. Finalmente, se ha proporcionado un conjunto de criterios de diseño para puentes flotantes de gran luz.

Several places have crossings where the current bridge technologies are not suitable to provide feasible solutions. This project has studied different solutions to this problem and, as a result, provides some guidance criteria on how to design singular bridges for those special crossing locations. A state-of-the-art review of the innovations in bridge and offshore engineering has been carried out with the objective to combine this two fields to provide a floating bridge solution for large and deep water-crossings. Little literature on the topic was available and it was decided to carry out an in-depth study of this topic. Not only the combination of both technologies to find a proper solution was studied but also the necessity of this kind of bridges, and it was found that there are singular places where only this technology is able to provide a solution. With the objective of studying the feasibility of long-span floating bridges, a solution for the Sognefjord in Norway, a fiord with water depths up to 1250 metres and a coast to coast distance of more than 3700 metres, has been studied comparing different bridge and pontoon technologies. Twelve different alternatives were studied to compare different technologies and materials, and the effects of those in final cost of the structure. A final study of the different alternatives and their advantages and disadvantages based on the total construction cost is carried out. Finally, a set of design criteria for long-span floating bridges is obtained.