Un nuevo aerogenerador para la energia limpia distribuida

Published on noviembre 16, 2017

Quiero enseñaros algo que tuve la suerte de encontrarme en el año 2002 En aquel momento, vivía en Valladolid, estaba en la Escuela de Ingenieros junto con uno de mis socios y amigo, que está por aquí también con nosotros, Raúl Martín, y bueno, lo que me encontré fue un vídeo que, en un momento donde no existía YouTube, pero hoy es prácticamente viral, es el Puente de Tacoma Narrows, o mejor dicho, era, en el año 1940

Este puente no estaba diseñado para recoger energía del viento, y, sin embargo, lo hizo Lo hizo tan bien que llegó a derrumbarse Se derrumbó por un fenómeno que todos conocéis, es el fenómeno de resonancia Seguro que habéis visto alguna vez a una soprano, una cantante de ópera, que es capaz de romper con su voz la copa Lo primero que hace es dar un toque a la copa, escucharla, y poner su tono en el mismo nivel

Energía limpia

De esta manera ella es capaz de transmitir energía de su voz a la copa La resonancia es una manera estupenda de transmitir fuerza, transmitir energía, desde un fluido a una estructura Bueno, lo que le pasó al puente fue algo parecido, pero no fue el sonido, eran los remolinos, la turbulencia que se producía tras de sí por el paso del viento Y el viento es que tiene mucha energía, y es una energía de las que nos ha acompañado toda la vida, junto con la energía hidráulica, la energía animal y alguna otra Hubo un momento en la historia de la humanidad, en la Revolución Industrial, que pensamos que quizás seríamos capaces de sacar energía de una manera más barata de los residuos fósiles, de los derivados del petróleo, etc

Sin mala fe, se nos olvidó contabilizar el enorme coste que supone revertir todos los efectos nocivos que tiene su utilización Si esto lo hacemos, si tenemos en cuenta un coste que sin duda va a haber que pagar, que nuestros hijos, nietos y nosotros mismos tendremos que pagar, el coste de estas energías, en realidad, es entre 5 y 8 veces más alto de lo que decimos que son Otra cosa que se hizo durante la Revolución Industrial, al menos en algunos países, se distribuyó un enorme tejido de redes de alta tensión para transmitir la energía de aquellos puntos donde se producía hasta los puntos de consumo En España, por ejemplo, sin contar con los cables, solo contando con las estructuras metálicas, hemos tenido que utilizar más de 4 000 millones de kg de acero para tejer esta infraestructura, y hemos sido un país afortunado por poderlo hacer Estos números, a veces es difícil cuantificar y sentirlos, y la mejor manera es compararlo con algo que todos conocemos, por ejemplo, la Puerta de Brandenburgo, que no es precisamente pequeña

Si acumulamos todo el acero en un cubo, este cubo tendría 88 m de lado Imaginad lo que supone extraer del suelo todo ese acero, fundirlo, mecanizarlo, tratarlo, plegarlo, instalarlo Es un coste económico y energético inmenso

Otra característica de esta manera de distribuir la energía es que, más o menos, 1 de cada 10 electrones que introducimos en la red eléctrica no llega a su destino, independientemente de que esta energía haya sido generada con fuentes de energía renovables o no renovables En cuanto a las energías renovables, la reina, sin duda, es la energía eólica Precisamente en España nos tenemos que sentir muy orgullosos de lo que se ha hecho con ella Aun haciendo esa trampa que os comentaba antes, la energía eólica es capaz de competir, a precio de mercado, con las energías no renovables Existe otra fuente de energía, que todos conocéis también, que son los paneles fotovoltáicos

Los paneles fotovoltáicos no producen una energía tan barata aún, aunque están empezando a hacerlo muy bien, está empezando a bajar mucho el precio Pero, sin embargo, tiene unas características que la hacen una energía muy especial Esencialmente es que su coste de mantenimiento es muy bajo, y además, su impacto medioambiental, una vez instalado, también es muy, muy bajo Aquí es donde vino la inspiración en el año 2002 ¿Seríamos capaces de diseñar un aerogenerador que recoja la energía del viento pero que contenga las características que hacen de las placas fotovoltáicas una fuente de energía ideal para lo que se conoce como energía distribuida? La energía distribuida es aquella que se genera muy cerca de donde se consume

Vamos a intentarlo Todos sabéis que, a medida que nos alejamos del suelo, la velocidad del viento crece Lo que no es del todo intuitivo ver es que la potencia contenida en el viento crece más deprisa, crece al cubo Esto nos orienta a que la idea arrancó con una estructura horizontal, nuestro aerogenerador soñado tiene que ser esbelto, tiene que ser vertical para alejarnos cuanto antes del suelo ¿Qué forma puede tener este aerogenerador? Tenemos muchas opciones, y todas ellas serían capaces de funcionar con el mismo fenómeno con el que funcionó el puente

Sin embargo, todos sabéis, también, que la dirección del viento cambia cuando quiere Esto hace que, si lo que queremos es parecernos a una placa fotovoltáica, y no tener mecanismos, engranajes, rodamientos, ejes, elementos que se puedan desgastar por fricción y que incrementen su coste de mantenimiento, esto hace que solamente tengamos una solución posible: es una sección circular Nuestro aerogenerador va a ser esbelto, alto, y va a ser de sección circular ¿Cuánta energía podemos sacar del aire? Cuando nosotros recogemos energía del aire lo que estamos haciendo es reducir su velocidad, porque lo que estamos haciendo es coger su energía cinética Podríamos pensar que lo que tenemos que hacer por tanto, es parar completamente el aire para absorber toda su energía, pero claro, de la misma manera que queremos coger el aire, también queremos que se evacue

Por ello, tenemos que concederle que se lleve algo de su velocidad Esto hace que tengamos un valor máximo Este valor máximo es el límite de Betz, y dice que, como máximo, vamos a poder sacar el 59%, un poco más, de la energía que hay contenida en el viento, con cualquier máquina eólica, con cualquier dispositivo Entonces nosotros lo que vamos a hacer con nuestro aerogenerador es intentar incrementar al máximo, acercarnos lo máximo, a este límite teórico Para ello, lo que hemos utilizado han sido túneles de viento, porque, aunque la respuesta siempre ha de venir de las matemáticas, en el caso de la fluidodinámica, que es el área técnica,el área científica que estudia los fluidos y, por tanto, el aire, la fluidodinámica ha de ser alimentada siempre con datos experimentales

También hemos utilizado simulaciones computacionales, que en el fondo son algo así como un túnel de viento virtual que nos permite probar, ensayar cosas que son muy difícil de ver en entornos reales Aquí tenéis cuando materializamos por primera vez una de estas fórmulas En ese momento, teníamos un cierto rendimiento energético y con este modelo incrementamos por tres ese máximo rendimiento Pronto nos dimos cuenta de que en la parte de arriba no estábamos trabajando bien, que allí se producía un remolino justo en una dirección que nos rompía, que nos deshacía los remolinos que nosotros utilizamos para oscilar Lo que hicimos fue introducir una fórmula más y de esta manera incrementamos un poco más su rendimiento aerodinámico

Como veis, y no me digáis porqué, cada día se va pareciendo más a una botella de vino de esta buena tierra Bueno, lo siguiente que tenemos que hacer es ser capaces de funcionar durante muchas horas al año Claro, uno conoce que la velocidad del viento cambia constantemente, entonces tenemos que intentar hacer resonar una estructura que tiene una frecuencia de resonancia variable Es algo así como querer romper una copa cuya frecuencia, cuyo tono que nos da cuando la golpeamos, varía en el tiempo Además, queremos hacer esto pareciéndonos a un panel fotovoltáico, pareciéndonos también al puente

Para ello, lo que tuvimos que introducir es un sistema que no incluyera ejes, mecanismos complejos Todos habéis jugado alguna vez, seguro, con un par de imanes y los habéis puesto a repulsión Cuando dos imanes se repelen, se parecen mucho a un muelle con una elasticidad variable, pero habréis visto también que su fuerza crece muy deprisa cuando los acercamos Introduciendo un sistema de este tipo, lo que conseguimos es que nuestro aerogenerador, variando su amplitud un poco, varía sustancialmente su frecuencia de resonancia En definitiva, logramos funcionar muchas horas al año, o más horas al año, y con ello reducir su tiempo de amortización, recuperar el dinero que hemos invertido en su instalación

Este modelo es un modelo de campo de 4 m de altura En él introducíamos una geometría interesante, que obtenía un rendimiento bueno, aerodinámico, y también un sistema, lo que nosotros llamamos sistema de sintonizado, que es este sistema magnético Este otro modelo de 6 m y medio de altura, más o menos, pues bueno, era esencialmente lo mismo, pero con más elementos optimizados Somos capaces de recoger energía del viento con un rendimiento decente Somos capaces de funcionar durante muchas horas al año.

Ahora lo que tendremos que hacer es convertir nuestro movimiento, nuestra energía mecánica, en energía eléctrica utilizable, que al final es a lo que estamos Pero claro, nosotros estamos evitando los ejes Y vosotros habéis visto seguramente las dinamos de las bicicletas que poníamos, o que ponemos, para poder generar luz Las dinamos, los alternadores, casi todos, tienen un eje y una rotación, y es algo que, como estamos diciendo, estamos tratando de evitar Nosotros tenemos un movimiento oscilatorio y tiene unas características: es lento, no es un desplazamiento grande, que nos hace el trabajo aún más difícil.

Hemos tenido que probar muchos alternadores diferentes, nos hemos equivocado muchas veces, y bueno, lo que ahora estamos viendo es que al final ese principio de “dividir para vencer” también funciona en este problema, y bueno, estamos obteniendo en las últimas semanas rendimientos que empiezan a ser verdaderamente prometedores Y es así como se ve: Un aerogenerador que tiene unas características diferentes a las que tienen los convencionales ¿Qué características son estas? Algunas de ellas son esperadas, por ejemplo: tenemos un bajo impacto mediambiental, no dañamos a la fauna que nos rodea Algunas otras características han sido inesperadas, por ejemplo, un día, un gran día, se puso en contacto con nosotros la NASA y nos dijo: “Oye, hay que probarlo pero, la forma que tiene vuestro equipo y la manera que tiene de funcionar, probablemente produzca muy pocas interferencias electromagnéticas” Y estas interferencias incomodan, molestan, a los radares, a las antenas, perdón, que utiliza este organismo, ¿no? También hemos ido aprendiendo con el tiempo que, por ejemplo, en la costa de EEUU es muy difícil ver molinos convencionales porque sabéis que allí se toman muy en serio todos los aspectos militares, y colocar allí este tipo de dispositivos les obligaría a levantar los radares

Esto es algo que hay que ver Bueno, estaría muy bien en el futuro que fuera una fortaleza de esta tecnología Una característica que contábamos con ella es que no emitimos ruido Sí es cierto que oscilamos, pero lo hacemos a una frecuencia mucho más lenta de la que nosotros somos capaces de escuchar Y las características que hemos buscado desde un principio, el coste de fabricación bajo y un coste de mantenimiento extremadamente bajo para parecernos al panel fotovoltaico

No todo son características positivas, por ejemplo, la primera que supimos que no lo iba a ser es que, si bien no tenemos ejes ni mecanismos de ese tipo, sí que, lo que estamos haciendo con una pieza es flexionarla constantemente Es una pieza que está fabricada con fibra de carbono, que es un material estupendo, pero que también está sometido a un fenómeno que se llama “de fatiga”, que es muy sencillo: simplemente, que cuando flexionas muchas veces un elemento, en este pueden aparecer fisuras, grietas, y se puede acabar rompiendo Esta circunstancia la analizamos desde un primer momento, tanto analíticamente, con las fórmulas de la escuela, como computacionalmente, y ambos métodos nos arrojaron décadas de vida Hay otros aspectos en los que estamos enfrascados ahora, relativos a la economía de escala, cuántos equipos vamos a tener que fabricar para poder estar en el mercado y ser competitivos Y voilà, aquí lo tenemos, ¿no? Dos sistemas de generación de energía que recogen las fuerzas de la naturaleza, el viento y la luz, ambas comparten unas características que las hacen ideales para la energía distribuida, para poder generar en un tejado y consumir los elementos que uno utiliza en su casa

Y bueno, para finalizar simplemente quiero subrayar lo importante que es la naturaleza Es la mejor escuela de ingeniería que existe, de ella aprendimos que se podía aprovechar la luz solar con sus hojas; nosotros, el ser humano, utilizamos los paneles También ella nos enseñó cómo el viento podía donar energía a un puente, a una estructura, y bueno, simplemente, que es muy importante ser capaces de aprovechar estas fuerzas que nos da la naturaleza pero sin dañarla Muchas gracias.

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