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Las turbinas eólicas inspiradas en insectos ofrecen un 35% más de eficiencia

Las turbinas eólicas inspiradas en insectos ofrecen un 35% más de eficiencia

Las turbinas eólicas tradicionales son geniales, siempre y cuando el viento sople a cierta velocidad. Ahora, con la inspiración de los insectos y algo de ingeniería inteligente, los científicos han diseñado una nueva pala de turbina que es un 35 por ciento más eficiente que las turbinas tradicionales. La tecnología emergente podría revolucionar las tecnologías eólicas, haciéndolas viables en lugares donde las velocidades del viento son subóptimas.

[Fuente de imagen:André Karwath a través de Wikimedia Creative Commons]

Cuchillas de turbina

Los principios de las turbinas eólicas son de relatividad simple. Toda la operación es casi lo opuesto a un ventilador. En lugar de usar electricidad para producir una brisa, las palas masivas aprovechan la energía del viento para hacer girar una turbina que produce electricidad.

La eficiencia de la pala depende de la cantidad de energía que se pueda extraer del viento. Sin embargo, hacer que las cuchillas giren lo más rápido posible no es el método más eficiente. Las palas están inclinadas de tal manera que convierten la energía eólica en energía mecánica. En un momento determinado, tomar demasiada energía del viento reduce la eficiencia de la turbina (la eficiencia máxima teórica). Si se extrae más energía, las palas comienzan a actuar como una pared. Si se toma toda la energía, el viento tendrá una velocidad de cero y dejará el sistema con energía cero.

El ángulo de las cuchillas está diseñado para mantener las cuchillas girando a una velocidad óptima. Sin embargo, las palas solo pueden mantener la velocidad en un cierto rango de viento. Normalmente, las palas están diseñadas para adaptarse a la velocidad del viento más común de una región. Desafortunadamente, si el viento sopla demasiado rápido o demasiado lento, la producción de energía de la turbina puede verse significativamente afectada.

Creando aerogeneradores más eficientes

Crear una turbina más eficiente es una tarea difícil. Actualmente, hay algunas palas de turbina que pueden cambiar su ángulo de ataque. La tecnología de paso variable permite que la turbina altere de forma autónoma el ángulo de ataque de las palas para maximizar la eficiencia. Si bien el sistema permite que las turbinas eólicas funcionen con un mayor rango de velocidades del viento, aún está restringido por una estructura sólida.

Para producir la máxima cantidad de energía, el viento debe golpear las palas en un "ángulo de inclinación" preciso para aplicar la cantidad justa de torque a un generador.

Usando alas de insecto para avanzar

Las alas de los insectos no enfrentan los mismos problemas que las turbinas eólicas. En lugar de estructuras sólidas, las alas de los insectos tienen alas flexibles que les permiten dirigir la carga aerodinámica en la dirección de su vuelo, aumentando su potencia. La capacidad natural de sus alas para doblarse aún más reduce la resistencia y la fatiga.

Un equipo de investigadores decidió probar cuánto más eficiente puede ser una cuchilla flexible. El experimento involucró tres sistemas de cuchillas separados; estructuras rígidas, semiflexibles y muy flexibles. Cada turbina tenía tres rotores, pero los dos rotores flexibles estaban hechos de un material flexible llamado tereftalato de polietileno, mientras que el rotor rígido estaba hecho de una resina sintética rígida.

Una serie de pruebas en el túnel de viento determinó que las palas más flexibles producían mucha menos energía en comparación con la contraparte rígida. Sin embargo, las hojas semiflexibles producidas35 por ciento más de potencia que el diseño sólido. Las palas también demostraron funcionar de manera más eficiente en una gama más amplia de condiciones de viento.

¿Qué hace que las hojas flexibles sean mucho mejores?

Al igual que una turbina tradicional, cuanto más rápido sopla el viento, más rápido giran las palas. Sin embargo, debido a que el rotor es flexible, el viento dobla las palas.

Las diferentes velocidades del viento cambian el tono de forma variable. Las velocidades más altas hacen que las palas se inclinen más y permitan que pase más viento. A velocidades más bajas, las cuchillas pueden aplanarse para extraer la mayor cantidad de energía posible. Como resultado, el rotor es mucho más eficiente que un diseño rígido.

Desafíos a superar

Uno de los mayores problemas de las turbinas eólicas es generar un rotor que pueda manejar el estrés ambiental y mecánico. Para ser una alternativa viable, la hoja debe ser igual o más duradera que las hojas de fibra de carbono actuales. Además, las palas deben pesar una cantidad similar para reducir aún más las tensiones y para ser instaladas en estructuras actuales sin necesidad de refuerzo.

La tecnología aún tiene mucho camino por recorrer. Sin embargo, es un paso en la dirección correcta para alcanzar un medio sostenible de producción de energía. El siguiente paso será diseñar un experimento a gran escala para determinar completamente la viabilidad de las turbinas eólicas inspiradas en insectos.

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Escrito por Maverick Baker

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