Aerogeneradores más eficientes gracias al hallazgo de una estudiante de ingeniería

No es raro que hablemos de la progresiva mejora en la eficiencia de los paneles fotovoltaicos a la hora de generar energía. Hace tiempo que han logrado batir la cifra del 20 % y es posible que, gracias a materiales innovadores como las perovskitas, pronto superen holgadamente sus marcas actuales. Sin embargo, en la energía eólica también se están dando importantes avances. Tanto por tamaño como por diseño y materiales, cada día hay aerogeneradores más eficientes. En esta ocasión, la mejora viene dada por la resolución de una ecuación planteada hace un siglo y la responsable es una estudiante de ingeniería aeroespacial de EE. UU. Te contamos su logro y por qué puede ser un antes y un después en la energía eólica.

La ecuación de Glauert

Hermann Glauert fue un destacado especialista en aerodinámica de principios del siglo XX, conocido por sus contribuciones al estudio del flujo de aire alrededor de alas y hélices. En un contexto en el que la aviación empezaba a despegar y con la llegada, más adelante, de la energía eólica, Glauert desarrolló una fórmula basada en la teoría de elementos de pala y cantidad de movimiento (BEM, por sus siglas en inglés), con el objetivo de determinar el coeficiente de potencia máximo que una turbina puede alcanzar bajo ciertas condiciones ideales. Esta fórmula permitía estimar cuánta energía del viento puede convertirse en electricidad, centrándose en la distribución del flujo de aire y la geometría de las palas.

Sin embargo, el modelo de Glauert, aunque revolucionario en su momento, asumía simplificaciones significativas. Prescindía de variables esenciales como la flexión de las palas o la totalidad de las fuerzas y movimientos que actúan sobre el rotor. En la práctica, esto limitaba su aplicabilidad en turbinas modernas de gran escala, donde las condiciones son mucho más complejas, aunque esto no ha impedido que se siga utilizando durante décadas. Ahora una ingeniera llamada Divya Tyagi le ha dado una vuelta de tuerca.

Aerogeneradores eficientes gracias a un nuevo enfoque matemático

Durante sus estudios de grado en la Universidad Estatal de Pensilvania, Tyagi elaboró un apéndice al modelo de Glauert como parte de su tesis. De forma muy resumida, esta ingeniera encontró la forma de integrar más variables para obtener un cálculo de eficiencia más fiable. Es decir, conocer el total de cargas que soporta una turbina, algo que el modelo clásico de Glauert omitía. La nueva solución, basada en el cálculo de variaciones, permite determinar las condiciones de flujo ideales para maximizar la producción de energía eólica.

Según cuenta la ingeniera, tuvo que dedicar entre diez y quince horas semanales durante meses hasta dar con la nueva solución, aunque el resultado ha merecido la pena, ya que esta optimización podría tener un impacto muy positivo en la generación de energía eólica. El estudio se ha publicado en la revista científica Wind Energy Science, donde puede leerse en su totalidad.

Según Tyagi, mejorar en solo un 1% el coeficiente de potencia de una gran turbina tendría efectos muy significativos en su producción energética. Además de generar más energía, este tipo de avances también podría reducir los costes asociados a la construcción y mantenimiento de los aerogeneradores. Ese impacto en el mundo real le ha granjeado a Tyagi el prestigioso premio Anthony E. Wolk a la mejor tesis de ingeniería aeroespacial.

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La era de la repotenciación eólica

El desarrollo de aerogeneradores más eficientes está cambiando el paisaje de los parques eólicos del mundo. Gracias a la optimización en los diseños, a las mejoras en los materiales y a la apuesta por molinos de mayor altura y envergadura, cada vez puede generarse más energía en un menor espacio. Basta con pensar que los primeros aerogeneradores de finales del siglo XX apenas producían 0,5 MW y que hoy llegan a alcanzar 20 MW para entender la revolución que se ha experimentado en las últimas décadas.

Todo ello ha desembocado en un fenómeno bautizado como repotenciación eólica: la sustitución de aerogeneradores obsoletos o menos eficientes por máquinas de última generación. Este proceso aprovecha las infraestructuras existentes y permite reducir el número de aerogeneradores para producir más electricidad. Quién sabe, es posible que los cálculos de Tyagi se apliquen en breve al desarrollo de esa nueva generación de turbinas más eficientes.

Fuente:

• SciTech Daily