Diseñan turbinas eólicas inspiradas en el pájaro volador más pesado del mundo
La biomímesis, o el arte de aplicar principios de la naturaleza a los desafíos humanos, abre un nuevo capítulo para la generación de energía eólica.
Una vez más la ciencia y la tecnología se inspiran en la naturaleza para desarrollar diseños innovadores.
Ingenieros de la Universidad de Alberta, en Canadá, están diseñando turbinas eólicas basadas en las alas del ave más pesada del mundo: el cóndor andino, capaz de volar por más de 200 km en un solo planeo, aprovechando las corrientes ascendentes provocadas por la orografía.
El nuevo diseño se enfoca en un detalle particular: los winglets, un tipo de punta de ala que se afina y se curva hacia arriba. Los winglets se pueden ver frecuentemente en aviones y planeadores, y sirven para optimizar la performance de vuelo, porque ayudan a recorrer mayores distancias consumiendo menos energía.
Los ingenieros de Alberta, en asociación con la compañía Biome Renewables proponen colocar estos winglets en forma de C en las palas de la turbina eólica.
Sostienen que, al reducir la resistencia, aumenta la eficiencia de la turbina hasta en un 10 %. Los investigadores simularon la rotación de las palas de la turbina utilizando dinámica de fluidos computacional.
“Esta incorporación tiene por objetivo aumentar la producción de energía de una turbina eólica y requiere sólo una modesta inversión de capital. Los resultados indican que la adición de este diseño conduce a un aumento del 9,69 % en la producción de energía”, escriben en el estudio que publicó en la revista Science Direct.
Diseñado como una modernización de las turbinas existentes, el ala podría reducir el precio de la electricidad para los habitantes de Alberta y al mismo tiempo reducir el consumo de combustibles fósiles.
"Esto marcará la diferencia. Podría hacer que algunos de nuestros parques eólicos sean más viables económicamente en los días en que no hay mucho viento”, indicó Brian Fleck, experto en dinámica de fluidos y líder de la investigación.
El secreto de los cóndores: la física detrás de los winglets
Las alas de un avión generan sustentación por la diferencia de presión entre la parte inferior y superior (intrados y extrados, respectivamente).
El perfil del ala de un avión está diseñado para acelerar el flujo de aire en la parte superior y desacelerarlo en la parte inferior. Esto crea menor presión en la parte superior y mayor presión en la parte inferior, lo que genera una fuerza hacia arriba llamada sustentación. Este principio se basa en la ley de Bernoulli y el principio de conservación del momento.
Cuando el flujo de aire se desplaza a lo largo del ala del avión, tiende a formar remolinos en las puntas, conocidos como vórtices. Estos vórtices crean una resistencia aerodinámica adicional, lo que puede reducir la eficiencia y la estabilidad del vuelo.
Los winglets son extensiones verticales en las puntas de las alas que ayudan a reducir la formación de vórtices al cambiar la distribución del flujo de aire alrededor de los extremos. Esto disminuye la resistencia inducida. Así, los winglets reducen la resistencia aerodinámica y mejoran la performance del vuelo. Algo que el cóndor sabe desde hace miles de años.
Referencia de la noticia:
Khashayar RahnamayBahambary, Mohammad Reza Kavian-Nezhad, Alexandra Komrakova, Brian A. Fleck. A numerical study of bio-inspired wingtip modifications of modern wind turbines. Energy, Volume 292, 2024.