La empresa española Vortex Bladeless ha desarrollado turbinas que aprovechan la vorticidad, el movimiento giratorio del aire u otros fluidos. Cuando el viento pasa por una de las turbinas cilíndricas, se desprende del lado del cilindro que está a favor del viento en un remolino o vórtice giratorio. Ese vórtice ejerce entonces una fuerza sobre el cilindro, haciéndolo vibrar. La energía cinética del cilindro oscilante se convierte en electricidad a través de un generador lineal similar a los utilizados para aprovechar la energía de las olas.
David Yáñez, uno de los cofundadores de la empresa, conoció el concepto cuando era estudiante y estudiaba el derrumbe del puente Tacoma Narrows en Washington. El puente se derrumbó en 1940 debido a las excesivas vibraciones formadas por el movimiento giratorio del viento al pasar por el puente y es un fracaso de ingeniería de libro. Sin embargo, Yáñez aprendió una lección diferente. «Esta es una forma muy buena de transmitir energía de un fluido a una estructura», dice.
El diseño del cilindro ligero de Vortex no tiene engranajes ni rodamientos. Yáñez dice que generará electricidad por un 40 por ciento menos que el coste de la energía de las turbinas eólicas convencionales. La empresa ha recibido 1 millón de dólares de capital privado y financiación gubernamental en España y está buscando otros 5 millones de dólares de financiación de capital riesgo. Yáñez afirma que la empresa tiene previsto lanzar un sistema de cuatro kilovatios en 2016 y un dispositivo mucho más grande de un megavatio en torno a 2018.
La turbina Vortex parece prometedora, pero como cualquier nuevo diseño radical de energía alternativa, las turbinas sin aspas tienen muchos escépticos.
«Si tienes una turbina eólica común de tipo hélice, tienes una gran área barrida por las aspas», dice Martin Hansen, especialista en energía eólica de la Universidad Técnica de Dinamarca. «Aquí sólo tienes un poste».
Además de capturar menos energía, los cilindros oscilantes no pueden convertir tanta de esa energía en electricidad, dice Hansen. Una turbina eólica convencional suele convertir en electricidad entre el 80% y el 90% de la energía cinética de su rotor giratorio. Yáñez afirma que el generador lineal construido a medida por su empresa tendrá una eficiencia de conversión del 70%.
Yáñez admite que el diseño de la turbina oscilante barrerá un área más pequeña y tendrá una eficiencia de conversión menor, pero afirma que las reducciones significativas en los costes de fabricación y mantenimiento compensarán las pérdidas.
A medida que Vortex construya dispositivos más grandes que capten vientos de mayor velocidad a mayor distancia del suelo, también se enfrentará a otros desafíos inherentes a la física de la mecánica de fluidos. El aire u otros fluidos que se mueven a baja velocidad entre cilindros de pequeño diámetro fluyen con un movimiento suave y constante. Sin embargo, si se aumenta el diámetro del cilindro y la velocidad a la que fluye el aire, el flujo se vuelve turbulento, produciendo remolinos o vórtices caóticos. El flujo turbulento hace que la frecuencia de oscilación del cilindro varíe, lo que dificulta su optimización para la producción de energía.
«Con cilindros muy finos y velocidades muy lentas se obtienen líneas telefónicas cantantes, una frecuencia o tono absolutamente puro», dice Sheila Widnall, profesora de aeronáutica y astronáutica del MIT. «Pero cuando el cilindro se hace muy grande y el viento es muy alto, se obtiene una gama de frecuencias. No se podrá sacar toda la energía que se quiera porque la oscilación es fundamentalmente turbulenta».
Widnall también cuestiona la afirmación de la empresa de que sus turbinas serán silenciosas. «Las frecuencias oscilantes que agitan el cilindro harán ruido», dice. «Sonará como un tren de mercancías atravesando el parque eólico».
Los cilindros oscilantes son sólo una de las varias tecnologías emergentes destinadas a aprovechar más el viento por menos. Makani Power está desarrollando una «cometa energética» atada (véase «Molinos de viento voladores»). Vuela en un gran círculo similar a la punta de la pala de una turbina convencional y aprovecha la energía del viento mediante pequeñas turbinas a bordo. Astro Teller, director de Google X, el centro de investigación semisecreto de Google que adquirió Makani en 2013, dijo en marzo que la empresa comenzaría pronto las pruebas de una cometa a escala real de 600 kilovatios.
John Dabiri, profesor de aeronáutica y bioingeniería en Caltech, está probando diferentes configuraciones de turbinas de eje vertical, que son esencialmente molinos de viento que giran como un tiovivo en lugar de en un eje horizontal como una rueda de bicicleta. Normalmente las turbinas eólicas se colocan muy separadas unas de otras para optimizar la producción de energía. Basándose en los mismos principios que utilizan los peces para conservar la energía mediante la formación de cardúmenes, Dabiri descubrió que las turbinas situadas cerca unas de otras pueden producir más energía que las que están muy separadas.
«Se puede coordinar el funcionamiento de varias turbinas eólicas de modo que el conjunto sea mayor que la suma de sus partes», afirma.
Dabiri afirma que estos efectos sinérgicos también podrían aplicarse a los molinos de viento convencionales de eje horizontal o incluso a las turbinas oscilantes. Estas últimas suponen un mayor reto porque la estela de tales turbinas es muy caótica, pero también un beneficio potencial porque la estela acumula mucha energía, dice.
Queda mucho por ver con la turbina oscilante de Vortex, dice Dabiri, pero añade que está entusiasmado con el concepto de la empresa. «Cualquiera que diga que la turbina de tres palas es lo mejor que podemos hacer carece de visión».
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