La investigación tiene como objetivo mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas

Un hito en la historia de la energía renovable ocurrió en el año 2008 cuando se agregó más capacidad de generación de energía de turbinas eólicas en los Estados Unidos que nueva generación de energía a carbón. Los costos de producir energía con turbinas eólicas continúan cayendo, pero muchos ingenieros sienten que el diseño general de las turbinas aún está lejos de ser óptimo.

Recientemente se presentaron nuevas ideas para mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas en la reunión de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física en Long Beach, California.

Un problema al que se enfrenta la eficiencia de la energía eólica es el viento en sí, específicamente, su variabilidad. El rendimiento aerodinámico de una turbina eólica es mejor con un flujo de viento constante, y la eficiencia de las palas se degrada cuando se exponen a condiciones tales como ráfagas de viento, flujo turbulento, estelas de turbinas aguas arriba y cizalladura del viento.

Ahora, un nuevo tipo de tecnología de flujo de aire pronto puede aumentar la eficiencia de grandes turbinas eólicas en muchas condiciones de viento diferentes.

Los investigadores de la Universidad de Syracuse Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser e Hiroshi Higuchi están probando nuevos métodos de control de flujo activo basados ​​en sistemas inteligentes con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. A través del Consorcio de Energía Eólica de la Universidad de Minnesota. El enfoque estima las condiciones de flujo sobre las superficies de las palas a partir de las mediciones de la superficie y luego envía esta información a un controlador inteligente para implementar la activación en tiempo real de las palas para controlar el flujo de aire y aumentar la eficiencia general del sistema de turbina eólica. El trabajo también puede reducir el ruido y la vibración excesivos debido a la separación del flujo.

Los resultados de la simulación inicial sugieren que el control de flujo aplicado en el lado exterior de la pala más allá de la mitad del radio podría ampliar significativamente el rango operativo general de la turbina eólica con la misma salida de potencia nominal o aumentar considerablemente la potencia de salida nominal para el mismo nivel de rango operativo . El equipo también está investigando un perfil aerodinámico característico en una nueva instalación de túnel de viento anecoico en la Universidad de Syracuse para determinar las características de sustentación y arrastre del perfil aerodinámico con un control de flujo apropiado mientras se expone a inestabilidad de flujo a gran escala. Además, los efectos del control de flujo sobre el espectro de ruido de la turbina eólica también se evaluarán y medirán en la cámara anecoica.

Otro problema con la energía eólica es el arrastre, la resistencia que sienten las palas de la turbina cuando golpean el aire. Los científicos de la Universidad de Minnesota han estado analizando el efecto de reducción de la resistencia al colocar pequeñas ranuras en las palas de las turbinas. Las ranuras tienen la forma de rebordes triangulares marcados en un revestimiento en la superficie de la hoja. Son tan poco profundas (entre 40 y 225 micrones) que el ojo humano no las puede ver, dejando las hojas perfectamente lisas.

Usando pruebas en túnel de viento de superficies de perfil aerodinámico de turbinas de 2.5 megavatios (convirtiéndose en uno de los estándares populares de la industria) y simulaciones por computadora, están analizando la eficacia de varias geometrías de surcos y ángulos de ataque (cómo se colocan las palas en relación con la corriente de aire). ).

Riblets como estos se han utilizado antes, en las velas de los veleros que participaron en la última regata de la Copa América y en el avión Airbus, donde produjeron una reducción de la resistencia de alrededor del 6 por ciento. El diseño de las palas de las turbinas eólicas fue, al principio, muy análogo al de las alas de los aviones. Pero debido a diferentes preocupaciones de ingeniería, como las palas de las turbinas que tienen una sección transversal mucho más gruesa cerca del buje y las turbinas eólicas que tienen que hacer frente a turbulencias peculiares cerca del suelo, la reducción de la resistencia aerodinámica no será la misma para las turbinas eólicas.

Los investigadores de la Universidad de Minnesota Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro y Fotis Sotiropoulos creen que los riblets aumentarán la eficiencia de las turbinas eólicas en aproximadamente un 3 por ciento.