Las aerogeneradores, o también conocidos como turbinas eólicas, son una parte imprescindible de las energías renovables. De ellas depende la cantidad de energía eléctrica que se produzca a través de la eólica, o lo que es lo mismo, las corrientes de aire. Estos modernos molinos de viento siguen dependiendo de los modelos matemáticos establecidos hace décadas, que permitían maximizar su eficiencia. No obstante, muchos de estos, a día de hoy presentan limitaciones debido a que fueron creados en un contexto tecnológico diferente al actual.
El problema de Glauert
Fue Hermann Glauert quien en 1935 propuso una ecuación clave para calcular el rendimiento aerodinámico de las turbinas, basado en la teoría del disco actuador, que permitió definir el coeficiente de potencia máximo, un parámetro fundamental para el diseño de estos aparatos. Un siglo después, este método ha quedado obsoleto, pues no contemplaba ciertos factores físicos cruciales, como podría ser la flexión de las aspas por la carga del viento.
Recientemente, una joven estudiante ha conseguido renovar el problema matemático. Divya Tyagi, estudiante de posgrado en Ingeniería Aeroespacial en Penn State, ha creado una enmienda a la solución óptima del disco de rotor de Glauert. El doctor Sven Schmitz, y profesor de Tyagi, también ha sido clave en este proceso ya que fue él el que la animó a que lo resolviera. "Fue la cuarta estudiante a la que reté a que lo viera y fue la única que lo aceptó. Su trabajo es impresionante", asegura Schmitz.
Mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas
El trabajo original de Glauert se centró únicamente en el coeficiente de potencia máxima alcanzable, que mide la eficiencia con la que una turbina convierte el viento en electricidad. No obstante, no consideró los coeficientes totales de fuerza ni cómo se doblan las aspas bajo la presión del tiempo. Divya Tyagi ha creado un apéndice al problema al resolver las condiciones de flujo ideales para una turbina con el fin de maximizar su potencia de salida.
Además, uno de los principales logros es que permite moldear con mayor precisión el comportamiento aerodinámico de las turbinas en condiciones extremas, un factor crucial y un paso importante para la optimización de la industria.
Un gran impacto en la producción energética
Esta reformulación ofrece una mejor precisión en el cálculo del coeficiente de potencia, ajustándolo a condiciones más realistas y optimizando así la conversión de la energía del viento.
"Mejorar el coeficiente de potencia de una turbina eólica grande en tan solo un 1 % tiene un impacto significativo en la producción de energía de la turbina, y esto se refleja en los demás coeficientes para los que derivamos relaciones", afirma la estudiante. "Una mejora del 1 % en el coeficiente de potencia podría aumentar notablemente la producción de energía de una turbina, lo que podría abastecer a todo un vecindario".