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Proyectos
El reto del 13.017/13.018
A continuación, se indican
las instrucciones del reto para la clase del 13.017/018.
Este es el documento principal para la clase. Se les
entregará a los estudiantes el primer día
de clase del curso 13.017 y en él se definen
el tema y el alcance del esfuerzo de todo un año.
Tema de 2003: generación
de energía de las olas
Los océanos juegan
un papel destacado en el control del clima de la Tierra. Lamentablemente,
la actividad humana está teniendo un efecto mucho
mayor sobre el clima del planeta, especialmente con
la emisión de gases del efecto invernadero a
través de la extendida combustión de combustibles
fósiles para producir energía. Esta actividad
está sobrecargando los sistemas naturales de
control de la Tierra (como por ejemplo, los océanos),
teniendo posiblemente como consecuencia cambios climáticos
drásticos. Además de controlar el
clima, los océanos tienen la capacidad de ayudar
a reducir los efectos nocivos de la actividad humana. Una
manera importante de hacer esto es actuando como fuentes
de energía limpia. Existen muchas estrategias
destacadas para capturar la energía de los océanos,
entre las que se encuentran las turbinas que funcionan
por medio de los flujos de mareas, la conversión
de energía térmica y la energía
de las olas. Esta última, que será
el tema del reto de este año 2003 del curso 13.017/13.018,
se genera sobre escalas de vientos atmosféricos
a corto plazo que, a su vez, funcionan con radiación
solar. Aparte de las placas solares, la energía
de las olas es un enfoque muy directo para la obtención
de energía renovable. Existen muchos tipos y
formas de dispositivos de conversión de la energía
de las olas entre los que elegir, ¡y algunos que
todavía no se han inventado! En las condiciones
típicas de mar adentro, la energía de
las olas puede alcanzar decenas de kilovatios por metro
cuadrado: una tecnología que sea eficiente en
la recolección de energía de las olas,
podría generar fácilmente un megavatio
por cada kilómetro equipado con los medios.
Objetivos específicos
del reto:
- Determinar la energía
disponible en la acción de las ondas en el
río Charles, incluyendo la dependencia del
viento.
- Diseño y construcción
de un dispositivo para la conversión de energía
de las olas en energía eléctrica.
- Medir la potencia de salida
y la eficiencia de su convertidor de energía
de las olas.
Áreas de la ingeniería
oceanográfica implicadas en el reto:
-
Oceanografía física
-
Cuestiones de energía mundial y regional
- Olas oceánicas
-
Dinámica de sistemas
-
Diseño estructural
-
Sensores y adquisición de datos
- Diseño a nivel de
sistema
- Fabricación mecánica
y eléctrica e integración
Resultado: ¡trabajo
en curso!
Tema de 2002: barco tipo
SWATH
- Construir y demostrar el funcionamiento
de un modelo de barco tipo SWATH* a control remoto,
tratando las siguientes áreas de ingeniería:
- Diseño estructural
para conseguir resistencia
- Respuesta en las olas
- Condición estática
- Electrónica y sistemas
de energía
- Impermeabilización
- Propulsión
- Control de la dirección
- Desarrollar y demostrar métodos
para medir y corregir la inestabilidad de
cabezada del buque a velocidades superiores.
- Para los pasos 1 y 2, cuantificar
el funcionamiento del modelo a la hora
de repeler las alteraciones de las olas.
*SWATH: Small
Waterplane-Area Twin Hull (catamarán con
área de flotación pequeña)
Resultado: la embarcación
tipo SWATH desarrollada por este curso se bautizó
como Pipe Dream.
Tema de 2001: recuperación
de un objeto con un ROV (vehículo de control
remoto)
Diseñar y construir
un vehículo de control remoto que pueda:
- Recuperar un "gato" (herramienta)*
del fondo de la piscina de los alumnos.
- Ubicar 3 gatos en el fondo
de la piscina de los alumnos y apilar en un soporte
de base.
Nota: para lograr estos objetivos,
el vehículo debe atravesar un túnel
situado en el fondo de la piscina. El túnel
consistirá en una estructura de tubo de PVC
de 9 pulgadas de largo con una sección cruzada
de 3 pulgadas.
*Más adelante encontrará
la definición de gato.
Resultado: el ROV que se
ha desarrollado en este curso ha sido bautizado como
Tetragonos.
Tema de 2000: investigación
del objeto y cartografía con un AUV (vehículo
autónomo submarino)
Utilice el Autolycus
(con sus nuevos propulsores y su sistema sonar) para
realizar un estudio sistemático de la piscina
para localizar uno o más objetos característicos
que se ubicarán en el fondo y/o que se suspenderán
en la columna de agua. Los objetos serán secciones
de tubo de PVC con un diámetro de 12 pulgadas.
Variaciones:
- Lleve a cabo un estudio que
sea en su mayoría un buen rendimiento de
energía. ¿Cómo puede minimizar
el número de julios requeridos para realizar
un estudio completo del tanque?
- Desarrolle el estudio más
rápido. ¿Cómo puede maximizar
la velocidad del vehículo al mismo tiempo
que mantiene una autoridad suficiente de control
para llevar a cabo un buen estudio, sin omisiones?
Resultado: este curso desarrolló
un nuevo AUV, Delphini, para
alcanzar su reto de diseño.
Tema de 1999: orientación
del AUV
Su objetivo para el curso
13.018 (Diseño de sistemas oceánicos II)
es conseguir que el Autolycus* realice las siguientes
funciones:
- Circunnavegar en un máximo
de 4 minutos mientras:
- Mantiene una profundidad
constante de 2 m.
- Mantiene una distancia
constante de 1 m de las paredes de la piscina.
- Registra los siguientes
datos a una velocidad de muestreo de, al menos,
2 Hz:
- Al inicio de la misión
echaremos a suertes si el vehículo se moverá
alrededor de la piscina en el sentido de las agujas
del reloj o al contrario.
- El vehículo debe comenzar
y finalizar su misión en el mismo lugar.
- Deberá idear una manera
de medir, de forma independiente, la trayectoria
del vehículo durante la misión. Comparará
estos datos con la ruta del vehículo, calculada
a partir de los datos devueltos por el vehículo,
para así evaluar el grado de éxito
de la misión en la consecución del
reto.
*Autolycus
es el AUV desarrollado por el curso de 1997.
Tema de 1998: navegación
a estima con un AUV
- Desarrolle e integre los sensores
que sean necesarios para dotar al AUV Autolycus*
de la capacidad de navegación por medio de
la estimación.
- En especial, diseñe
y construya un sensor de velocidad para el vehículo
que pueda medir velocidades bajas (< 0,5 m/seg.).
- Programe el Autolycus
para que viaje en una trayectoria triangular en
la piscina de los alumnos por medio de la estimación.
- Una vez que el Autolycus
haya realizado esta misión, evalúe
su actuación.
*Autolycus es el nombre
del AUV desarrollado el curso pasado.
Tema de 1997: diseño
del AUV
Diseñe un pequeño
vehículo autónomo submarino (AUV) que cuente
con las siguientes características:
- El vehículo debería
ser de 1 metro de largo y de 15 cm. de diámetro.
- Debería tener un peso
de aproximadamente 20 kg.
Debería ser modular
y fácil de reconfigurar para diferentes misiones.
- Debería ser capaz del
movimiento debido a la energía en:
- La ola
- La oscilación vertical
- La guiñada
- La cabezada
- Debería funcionar con
batería y utilizar motores eléctricos.
- Debería tener una computadora
a bordo que le dote de una capacidad de autonomía.
- Debería haber un control
de feedback de la velocidad del propulsor.
- Debería contar con sensores
para la cabezada, velocidad de guiñada (girocompás),
posición de guiñada (un compás),
la profundidad (presión) y la velocidad del
propulsor.
- Debería probarse su operatividad
en una misión sencilla en la piscina de los
alumnos y se debería evaluar su funcionamiento.
Resultado: este curso diseñó y construyó
el AUV Autolycus utilizado en los cursos 13.017
y 13.018 en 1998 y 1999.
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