El MIT desarrolla un modelo aerodinámico que podría transformar el diseño y la operación de turbinas

Un equipo de ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha logrado un avance significativo en energía eólica. Han desarrollado un modelo físico-matemático que mejora sustancialmente la comprensión del flujo de aire alrededor de rotores, como los de las turbinas eólicas y las hélices de aviones, especialmente bajo condiciones extremas. Este modelo podría revolucionar no solo el diseño de los rotores, sino también la forma en que se distribuyen y operan las turbinas en los parques eólicos.

El modelo desarrollado por los ingenieros del MIT, liderados por el Dr. Howland, ofrece una nueva teoría sobre la aerodinámica de los rotores. A diferencia de las fórmulas matemáticas tradicionales utilizadas desde finales del siglo XIX, este nuevo enfoque tiene en cuenta situaciones en las que los modelos anteriores fallaban estrepitosamente, como cuando las palas de las turbinas operan a altas velocidades o están inclinadas en ángulos extremos.

Durante más de un siglo, los ingenieros han confiado en la teoría del momento para diseñar rotores y calcular la máxima energía que una turbina puede extraer del viento. Sin embargo, esta teoría, y el conocido límite de Betz que derivó de ella en 1920, mostraba grandes fallas en situaciones prácticas. Cuando las palas giran a alta velocidad o están desalineadas con el flujo de aire, la teoría no solo erraba en la cantidad de fuerza generada, sino incluso en la dirección en que esa fuerza se aplicaba. "No es solo un error cuantitativo, es un error cualitativo", señaló Howland.

Nuevo modelo

El nuevo modelo, denominado "modelo de momento unificado", ya ha demostrado su valía en simulaciones y está en proceso de validación mediante pruebas en túneles de viento y experimentos de campo. Una de las implicaciones más emocionantes de este avance es que puede ser implementado de inmediato para optimizar la operación de parques eólicos sin necesidad de modificar la infraestructura existente.

Actualmente, los operadores de parques eólicos ajustan constantemente la orientación, la velocidad de rotación y el ángulo de las palas de cada turbina para maximizar la producción de energía y mantener la seguridad. El modelo del MIT puede simplificar y agilizar este proceso, proporcionando una manera rápida y precisa de optimizar esos factores en tiempo real.

Este avance no solo es relevante para la energía eólica, sino que también podría aplicarse a hélices de aviones y barcos, así como a turbinas hidrocinéticas utilizadas en ríos y mares. Aunque el equipo de Howland no se centró en estos últimos casos, la teoría que han desarrollado tiene aplicaciones naturales en estos contextos.

El modelo tradicional asumía que la presión del aire detrás de un rotor volvía rápidamente a la normalidad a poca distancia de este. No obstante, las investigaciones del MIT mostraron que esta suposición era incorrecta, especialmente cerca del límite de Betz, el punto teórico donde se maximiza la eficiencia de una turbina. Al mejorar la precisión de las predicciones en este rango crucial, el nuevo modelo no solo ajusta el límite de Betz, sino que también sugiere que es posible extraer más energía de la que se pensaba.

Mayor eficiencia y fiabilidad

Este desarrollo podría tener un impacto significativo en la lucha contra el cambio climático, ya que una mayor eficiencia en la generación de energía eólica ayudaría a aumentar la capacidad y fiabilidad de esta fuente renovable. Howland y su equipo han puesto su modelo a disposición del público como un paquete de software de código abierto, lo que facilita su adopción por parte de la industria.

El futuro de la energía eólica podría estar marcado por esta innovación, que promete mejorar no solo la eficiencia de las turbinas individuales, sino también la configuración y operación de los parques eólicos en su conjunto. "Nuestro objetivo es posicionar al campo de la investigación en energía eólica para avanzar más agresivamente en el desarrollo de la capacidad eólica y la fiabilidad necesarias para responder al cambio climático", concluye Howland.