¿Cómo funcionan los nuevos aerogeneradores sin aspas?

Una nueva tecnología intenta abrirse paso en el mundo de las energías renovables: los aerogeneradores de vórtice.

En la carrera por reducir al mínimo las emisiones de gases de efecto invernadero, uno de los sectores más relevantes es el de la producción energética. Dejar de depender de los combustibles fósiles se convierte, día a día, en una necesidad cada vez más urgente en términos sociopolíticos y ecológicos.

De ahí, la apuesta por las energías renovables, que aunque no están exentas de impactos ambientales, se convierten en un mal asumible ante la alternativa que estamos viviendo. No obstante, tratar de encontrar la forma en que las renovables tengan un menor impacto es un reto científico complejo en el que están inmersos muchos grupos de investigación.

Los aerogeneradores y sus impactos

Los aerogeneradores y sus impactos
Parque eólico.

Una de las formas de generación de electricidad a partir de fuentes renovables, la eólica es una de las más populares y mejor valoradas. Sus infraestructuras no liberan emisiones contaminantes al aire y casi tampoco al agua. Además, no requieren de agua para refrigerarse. En general, una turbina eólica o aerogenerador produce poca energía eléctrica —un promedio de 1,5 megavatios de potencia y los más grandes, en condiciones óptimas, no más de 6 megavatios—, por lo que normalmente se instalan en grupos, en los llamados parques eólicos.

Aunque los impactos de los aerogeneradores son relativamente bajos, y significativamente inferiores a los de otras instalaciones, están lejos de ser nulos. Debido a su gran tamaño y abundancia generan un evidente impacto visual en el paisaje: hay torres de hasta 200 metros de altura. A ello se une el ruido de fondo que puede afectar al comportamiento de los animales. Las aspas generan un impacto sobre las poblaciones de aves y murciélagos, que pueden morir por el impacto o ver alterada su distribución.

Además, y de forma más significativa, su fabricación y la producción de los materiales con que se construyen, sí tienen un alto impacto ambiental, y aunque la mayoría son reutilizables o reciclables, las aspas, que es la parte más relevante del aerogenerador, no lo son.

Aerogeneradores sin aspas

Aerogeneradores sin aspas
Esquema de estructura de un aerogenerador de vórtice (López Uribarri, 2022).

Una nueva generación de aerogeneradores parece entrar como alternativa a las turbinas que ya conocemos. Estos dispositivos no tienen aspas ni turbina; en su lugar, presenta un mástil largo que oscila libremente sobre un soporte anclado al suelo.

Este sistema, desarrollado por los españoles David Yáñez, David Suriol y Raúl Martín, denominado Vortex Bladeless, aprovecha el principio físico de vibración inducida por vórtices, movimientos inducidos en un cuerpo que interactúa con un fluido, producido por el movimiento de uno respecto a otro.

Este efecto es, normalmente, indeseado. Afecta a la superficie de los aviones, a estructuras en alta mar y a los puentes sometidos al viento. De hecho, este efecto físico fue el responsable del colapso del puente de Tacoma Narrows, en el estado de Washington, en 1940, suceso que –según sus palabras– inspiró a David Yáñez.

El ingenio de Vortex Bladeless permite que el mástil oscile, y luego, mediante un alternador, transforma la energía mecánica en eléctrica. No dispone de engranajes, ni frenos, ni piezas que necesiten lubricación, lo que reduce significativamente el mantenimiento. Además, en comparación con los aerogeneradores de turbina, requiere mucho menos material para su construcción, y puesto que no necesita orientarse, tiene una respuesta más rápida a los cambios de dirección del viento.

Un diseño en distintos tamaños

Un diseño en distintos tamaños
Un pequeño aerogenerador sin aspas, prototipo de 85 centímetros en el tejado de la Escuela Politécnica Superior de Ávila (Vortex Bladeless).

El diseño de Vortex Bladeless también tiene sus inconvenientes. La generación eléctrica de estos aparatos se estima en un 30 % respecto a una turbina eólica de la misma altura. Sin embargo, requiere un espacio horizontal significativamente inferior, por lo que, en un parque con la misma extensión, se podrían instalar más aerogeneradores de vórtice, compensando así la menor producción.

El diseño es escalable; teóricamente se podrían fabricar dispositivos de distintos tamaños. La empresa planea la producción inicial de dos dispositivos; uno de apenas 85 centímetros de altura y otro de 2,65 metros; este último se estima que pueda generar hasta 100 vatios. Aunque parece poca cantidad, su pequeño tamaño y su escaso ruido permitirían su instalación en ciudades y otros núcleos poblados, –algo inviable en la eólica convencional–que podría ahorrar también costes en el transporte de la energía.

Simulador
Simulación de funcionamiento de un aerogenerador de vórtice, y la estela resultante (López Uribarri, 2022).

El trabajo está siendo financiado por la Comisión Europea en su programa Horizonte 2020. Lamentablemente, de momento, solo tenemos simulaciones y prototipos. Habrá que esperar un poco más para ver en funcionamiento estos dispositivos y comprobar si realmente son tan prometedores como los estudios teóricos parecen indicar.

Referencias:

Buela, A. C. R. et al. 2021. Design and Nonlinear Static Simulation of a Small–Scale Vortex Bladeless Wind Power Generator. 2021 IEEE International Conference on Automatic Control & Intelligent Systems (I2CACIS), 185-190. DOI: 10.1109/I2CACIS52118.2021.9495882

Elsayed, A. M. et al. 2022. Theoretical and numerical analysis of vortex bladeless wind turbines. Wind Engineering, 46(5), 1408-1426. DOI: 10.1177/0309524X221080468

López Uribarri, L. 2022. Análisis de ruido en aerogeneradores sin palas [Trabajo fin de máster, Universidade da Coruña].

Raghuwanshi, S. et al. 2020. Design and Fabrication of Vortex Bladeless Wind Turbine (SSRN Scholarly Paper N.o 3609291). DOI: 10.2139/ssrn.3609291

Sabab, M. W. et al. 2021. Aerodynamic Characteristic Of Vortex Bladeless Wind Turbine: A Short Review. Research Progress in Mechanical and Manufacturing Engineering, 2(1), 177-186.

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Vary (Álvaro Bayón)

Vary (Álvaro Bayón)

Soy doctor en biología, especializado en especies invasoras. Intento divulgar sobre ciencia y naturaleza mientras lucho férreamente contra las pseudociencias y el pensamiento mágico. Cuando me queda tiempo, cazo pokémon y hago artesanía. Además, soy (un poco) adicto al twitter.

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