Optimización topológica de perfil NACA 0015 a través de los algoritmos de temple simulado, SKO (Soft Kill Option) y CAO (Computer Aided Optimization) para implementación en turbinas de eje vertical de uso residencial

Parada Marin, Jose Antonio

Optimización topológica de perfil NACA 0015 a través de los algoritmos de temple simulado, SKO (Soft Kill Option) y CAO (Computer Aided Optimization) para implementación en turbinas de eje vertical de uso residencial

dc.contributor.advisor	Martínez, Manuel del Jesús
dc.contributor.advisor	Fuente Manrique, Omar Andres
dc.contributor.author	Parada Marin, Jose Antonio
dc.contributor.evaluator	Meneses Florez, Jorge Enrique
dc.contributor.evaluator	Quiroga Mendez, Jabid Eduardo
dc.date.accessioned	2024-05-21T12:22:01Z
dc.date.available	2024-05-21T12:22:01Z
dc.date.created	2024-05-20
dc.date.embargoEnd	2026-05-20
dc.date.issued	2024-05-20
dc.description.abstract	En esta investigación, se empleó el perfil NACA0015 junto con tres algoritmos enfocados en la optimización. El primero es el algoritmo de recocido simulado, imita el enfriamiento lento de los metales. El segundo es el algoritmo CAO, el cual simula la expansión o refuerzo de zonas con concentradores de esfuerzo en árboles. Por último, el algoritmo SKO busca mejorar la distribución de cargas en estructuras ingenieriles mediante la modificación selectiva de propiedades mecánicas, imitando así el proceso de mineralización adaptativa observado en los huesos. Estos algoritmos se aplicaron en dos fases de optimización. En la primera fase, conocida como optimización de silueta, el propósito fue mejorar la relación promedio entre la fuerza de sustentación y el arrastre en un rango predefinido de ángulos de ataque. Para ello, se utilizó una conexión de PYTHON y XFOIL para implementar la parametrización de perfiles PARSEC. Esta técnica otorga mayor flexibilidad y control sobre la generación de nuevos perfiles mediante modificaciones geométricas, al combinarla con el algoritmo de recocido simulado, se logró una búsqueda eficaz dentro de un amplio dominio de nuevos perfiles. En la segunda fase, se llevó acabó una optimización topológica con APDL de ANSYS con el objetivo de reducir la masa e inercia en los alabes de las turbinas para conseguir un mejor arranque y operación. Los resultados arrojaron una mejora del 14% en el rendimiento aerodinámico del perfil original y una reducción del 31% del área total, una relación similar al optimizador topológico incorporado en el Workbench de ANSYS. Además, el esfuerzo de Von Mises que se obtuvo fue de 3.7 [MPa] con los algoritmos y con el optimizador de Ansys fue de 3.6 [MPa], valores cercanos e inferiores al permisible (49 [MPa]).
dc.description.abstractenglish	In this study, the NACA0015 profile and three optimization-focused algorithms were utilized. Firstly, the simulated annealing algorithm, known for its resemblance to the gradual cooling process of metals. Sencondly, the CAO algorithm, which simulates the expansion or reinforcement of areas with stress concentrators in trees. Finally, the SKO algorithm aimed to enhance load distribution in engineered structures by selectively adjusting mechanical properties, akin to the adaptive mineralization process observed in bones. These algorithms were deployed in two optimization phases. In the initial phase, known as silhouette optimization, the purpose was to improve the average lift and drag ratio across a predefined range of angles of attack. Implementing a PYTHON and XFOIL connection enabled the parametrization of PARSEC airfoils, providing enhanced flexibility and control over the generation of new airfoil designs through geometric modifications. Combining this approach with the simulated annealing algorithm facilitated an efficient exploration within a broad domain of new airfoils. Subsequently, a topological optimization was conducted using ANSYS APDL to minimize mass and inertia in turbine blades, thereby enhancing startup and operational performance. The outcomes demonstrated a 14% improvement in the aerodynamic performance of the original airfoil and a reduction of 31% in the total area, comparable to results obtained through the topological optimization tool integrated into the ANSYS Workbench. Furthermore, the Von Mises stress obtained was 3.7 [MPa] with the algorithms and the Ansys optimizer and the generated structure was 3.6 [MPa], values close to and below the permissible (49 [MPa])
dc.description.cvlac	https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002058335
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero Mecánico
dc.description.googlescholar	https://scholar.google.com/citations?user=HdIKM6gAAAAJ&hl=es
dc.description.orcid	https://orcid.org/0000-0002-7930-2479
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42477
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Ingeniería Mecánica
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Mecánica
dc.rights	info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	turbinas verticales
dc.subject	temple simulado
dc.subject	biomímesis
dc.subject	Optimización topológica
dc.subject.keyword	vertical turbines
dc.subject.keyword	simulated annealing
dc.subject.keyword	biomimicry
dc.subject.keyword	Topological optimization
dc.title	Optimización topológica de perfil NACA 0015 a través de los algoritmos de temple simulado, SKO (Soft Kill Option) y CAO (Computer Aided Optimization) para implementación en turbinas de eje vertical de uso residencial
dc.title.english	Topological Optimization of NACA 0015 Profile through Simulated Annealing, SKO (Soft Kill Option), and CAO (Computer Aided Optimization) Algorithms for Implementation in Residential Vertical Axis Turbines
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado