Biomimética Aplicada a Modelos de Sistemas de Energia Renovável Reconfiguráveis Baseados em Estruturas Auto-Similares

• Cecilia Esperanza Sandoval-Ruiz Facultad de Ingeniería, Instituto de Matemática y Cálculo Aplicado, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela http://orcid.org/0000-0001-5980-292X

DOI: https://doi.org/10.22209/rt.v46a02

Palavras-chave: biomimética, ERNC reconfigurável, F-ANN, sustentabilidade, VHDL

Resumo

Com base na crescente demanda por energia elétrica e considerando a dinâmica e a estrutura fractal presentes na natureza, nesta pesquisa foi desenvolvido um modelo matemático generalizado em redes neurais concatenadas para dar suporte a sistemas reconfiguráveis de energia renovável, considerando critérios de otimização baseados em inteligência biomimética. O método partiu da reinterpretação do modelo físico de conversores de energia renovável, de blocos de potência discretos e realimentação linear, até a descrição de circuitos de composição autossimilar. Os resultados incluem um conjunto de biomodelos de referência baseados na observação científica da dinâmica natural da região e na correlação de mecanismos para descrever o comportamento matemático do conversor. No caso do conversor eólico, obteve-se um modelo otimizado de três camadas com erro médio de 0,0019. Este estudo permitiu concluir sobre uma técnica de otimização dos coeficientes do modelo de energia renovável a partir de padrões biomiméticos, aplicando gradiente descendente para minimizar o impacto ambiental da tecnologia aplicada, obtendo coeficientes adaptados aos requisitos de eficiência e sustentabilidade em relação ao potencial da região, por meio do monitoramento do comportamento evolutivo da flora e fauna nativas e das condições ambientais locais.

Referências

Ahmed, A., Hassan, I., Song, P., Gamaleldin, M., Radhi, A., Panwar, N., Tjin, N., Desoky, A., Sinton, D., Yong K., Zu, J. (2017). Self-adaptive bioinspired hummingbird-wing stimulated triboelectric nanogenerators. Scientific Reports, 7(1), 1-9.
Biswas, S., Grajower, M. Y., Watanabe, K., Taniguchi, T., Atwater, H. A. (2021). Broadband electro-optic polarization conversion with atomically thin black phosphorus. Science, 374, 448-453.
Blanco, J., Rodriguez, J. D. D., Couce, A., Lamas, M. I. (2021). Proposal of a nature-inspired shape for a vertical axis wind turbine and comparison of its performance with a semicircular blade profile. Applied Sciences, 11(13), 6198.
Bordachar de Dios, J. A. (2020). Simulación dinámica de álabes de geometría adaptativa con aplicación de biomimética para turbinas eólicas de baja potencia. Tesis de grado. Chile: Universidad Técnica Federico Santa María (USM).
Camayo, K., Quispe, C., Quispe, C., Moggiano, N. (2019). Diseño de una turbina hidráulica con tecnología biomimética. Revista Investigación Aplicada e Innovación, 13, 12-24.
Chahl, J., Chitsaz, N., McIvor, B., Ogunwa, T., Kok, J. M., McIntyre, T., Abdullah, E. (2021). Biomimetic drones inspired by dragonflies will require a systems based approach and insights from biology. Drones, 5(2), 24.
Chrysler, B. D., Shaheen, S. E., Kostuk, R. K. (2022). Lateral spectrum splitting system with perovskite photovoltaic cells. Journal of Photonics for Energy, 12(2), 022206.
Djilali, L., Badillo-Olvera, A., Rios, Y. Y., López-Beltrán, H., Saihi, L. (2021). Neural high order sliding mode control for doubly fed induction generator based wind turbines. IEEE Latin America Transactions, 20(2), 223-232.
Engie. (2022). Wind turbine blade circularity [en línea] disponible en: https://innovation.engie.com/en/sustainable_technologies/detail/wind-turbine-blade-circularity/27093 [consulta: 12 diciembre 2022].
Explorador Solar. (2022). Universidad de Chile [en línea] disponible en: https://solar.minenergia.cl/fotovoltaico [consulta: 21 enero 2022].
Falcón, N. (2021). Review and microphysics of the maximum electricity atmospheric activity in the word: the Catatumbo lightning (Venezuela). Journal of Atmospheric Science Research, 4(2), 12-21.
González, A., Hinojosa, J. (2019). Study of the influence of protuberances in the trailing edge of airfoils and determination of their aerodynamic efficiency through CFD using Ansys Fluent. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 35(3), 36.
Kane, S. A., Van Beveren, D., Dakin, R. (2018). Biomechanics of the peafowl’s crest reveals frequencies tuned to social displays. PloS One, 13(11), e0207247.
Marturet Pérez, G. J., Marturet García , G. E., Torres Monzón C. F. (2022). Análisis CFD en régimen transitorio para la determinación de cavitación en turbinas helicoidales Gorlov, Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Zulia, 45(2), 84-99.
McClure, C. J., Rolek, B. W., Dunn, L., McCabe, J. D., Martinson, L., Katzner, T. (2021). Eagle fatalities are reduced by automated curtailment of wind turbines. Journal of Applied Ecology, 58(3), 446-452.
MIT. (2022). A new method boosts wind farms’ energy output, without new equipment [en línea] disponible en: https://news.mit.edu/2022/wind-farm-optimization-energy-flow-0811 [consulta: 11 noviembre 2022].
Montecinos, S. (2021). Pronósticos de generación eólica y solar fotovoltaica en América Latina” de la red sectorial GADeR-ALC. Informe de proyecto 83360091. Bonn: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ).
Nawar, M., Hameed, H., Ramadan, A., Attai, Y., Mohamed, M. (2021). Experimental and numerical investigations of the blade design effect on Archimedes spiral wind turbine performance. Energy, 223, 120051.
Sandoval-Ruiz C. (2022a). Wind turbine with configurable feedback scheme for minimal environmental impact and maximum efficiency. Universidad Ciencia y Tecnología, 26(113), 123-136.
Sandoval-Ruiz, C. (2022b). Quantum architecture: osciladores acoplados, dinámica y ERNC. REC Perspectiva, 19(1), 86-99.
Sandoval-Ruiz, C. (2021a). LFSR optimization model based on the adaptive coefficients method for ernc reconfigurable systems. Ingeniare, 29(4), 743-766.
Sandoval-Ruiz, C. (2021b). Fractal mathematical over extended finite fields Fp[x]/(f(x)). Proyecciones Journal of Mathematics, 40(3), 731-742.
Sandoval-Ruiz, C. (2021c). Smart systems for the protection of ecosystems, flora and fauna. Universidad Ciencia y Tecnología, 25(110), 138-154.
Sandoval-Ruiz, C. (2021d). Laboratorio de energías renovables y aplicaciones ambientales. Revista Ciencia e Ingeniería, 42(2), 169-178.
Sandoval-Ruiz, C. (2020a). LFSR-fractal ANN model applied in R-IEDs for smart energy. IEEE Latin America Transactions, 18(4), 677-686.
Sandoval-Ruiz, C. (2020b). Arreglos fotovoltaicos inteligentes con modelo LFSR-reconfigurable. Revista Ingeniería, 30(2), 32-61.
Sandoval-Ruiz, C. (2020c). Arreglo inteligente de concentración solar FV para MPPT usando tecnología FPGA. Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia, 4(3), 122-133.
Sandoval-Ruiz, C. (2020d). Proyecto cometa solar-CS para optimización de sistemas fotovoltaicos. Universidad Ciencia y Tecnología, 24(100), 74-87.
Sandoval-Ruiz, C. (2020e). Tecnología R-IEDs para ERNC, teletrabajo y mitigación de impacto ambiental. Industrial Data, 23(2), 151-167.
Sandoval-Ruiz, C. (2019). Modelo VHDL de control neuronal sobre tecnología FPGA orientado a aplicaciones sostenibles. Ingeniare, 27(3), 383-395.
Sandoval Ruiz, C. E., Fedón Rovira, A. S. (2014). CESR-codificador RS (255, k) eficiente para sistemas reconfigurables. Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia, 37(2), 151-159.
Sandoval-Ruiz, C. (2013). Modelo optimizado del codificador Reed-Solomon (255,k) en VHDL a través de un LFSR paralelizado. Tesis doctoral. Venezuela: Universidad de Carabobo.
Serrano, S. A., Benítez-Jimenez, R., Nunez-Rosas, L., Coro Arizmendi, M. D., Greeney, H., Reyes-Meza, V., Morales, E., Escalante, H. J. (2018). Automated detection of hummingbirds in images: a deep learning approach. Mexican Conference on Pattern Recognition. México D. F.: Springer, 155-166.
Yazici, İ., Yaylaci, E. K., Cevher, B., Yalçin, F., Yüzkollar, C. (2021). A new MPPT method based on a modified Fibonacci search algorithm for wind energy conversion systems. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 13(1), 013304.
Yuan, Z. M., Chen, M., Jia, L., Ji, C., Incecik, A. (2021). Wave-riding and wave-passing by ducklings in formation swimming. Journal of Fluid Mechanics, 928(2), 1-11.
Zhou, Y., Zhao, X., Xu, J., Fang, Y., Chen, G., Song, Y., Li, S., Chen, J. (2021). Giant magnetoelastic effect in soft systems for bioelectronics. Nature Materials, 20(12), 1670-1676.