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La razón científica por la que las turbinas eólicas tienen 3 palas


Los seres humanos han estado utilizando la energía eólica durante siglos. Desde veleros hasta molinos de viento, el viento ha sido un recurso energético importante a lo largo de la historia de la humanidad.

En los últimos años, la energía eólica ha ganado una mayor popularidad como alternativa eficiente y sostenible a los combustibles fósiles. Los parques eólicos han comenzado a salpicar las costas y cimas de las montañas de todo el mundo, y probablemente ya hayas notado su diseño distintivo.

Entonces, ¿por qué las turbinas eólicas tienen tres palas, en lugar de menos o más? La respuesta está en la ingeniería detrás de la energía eólica y en cómo maximizar los rendimientos de energía. Para producir la mayor cantidad de electricidad de manera eficiente, hay mucho que tener en cuenta.

¿Cómo funcionan las turbinas eólicas ?: Una historia de la energía eólica y la ciencia detrás de ella

Las turbinas eólicas generadoras de electricidad son más antiguas de lo que algunos podrían pensar. La primera turbina de este tipo fue inventada en 1888 por Charles F. Brush. Tenía 144 hojas de madera notables y podía generar 12 kilovatios de potencia.

Hasta mediados de la década de 1930, muchas residencias rurales en Estados Unidos dependían de la energía eólica como única fuente de electricidad. Las turbinas eran una forma accesible y rentable de alimentar ubicaciones remotas que de otra manera no estarían abastecidas por las líneas eléctricas principales.

Después de la expansión de las líneas eléctricas en todo Estados Unidos, las turbinas eólicas rurales se extinguieron y la energía eólica se convirtió en una cosa del pasado. Solo en las últimas décadas ha habido un resurgimiento del interés por la energía eólica como alternativa barata a otras formas de producción de energía.

Los principios detrás de la producción de energía eólica son tan simples hoy como lo eran en el siglo XIX. El viento es simplemente aire en movimiento, y donde hay movimiento hay energía cinética.

Las turbinas eólicas están diseñadas para presentar un obstáculo a esa energía cinética, ralentizándola y convirtiéndola en energía eléctrica. Ese obstáculo viene en forma de las palas de las turbinas, que están especialmente diseñadas para producir la mayor cantidad de energía.

Sin embargo, el diseño y la utilización de las palas de las turbinas es una ciencia delicada que depende de varios factores, como la aerodinámica y la resistencia del aire.

Diseño de palas de turbina: velocidad, aerodinámica y velocidad del sonido

Hay una serie de factores en juego al diseñar palas para una turbina eólica. Quizás el factor más importante es la aerodinámica.

La aerodinámica se refiere a las propiedades de un objeto sólido y el aire que lo rodea interactúa con él. Teniendo esto en cuenta, las palas de una turbina eólica están diseñadas de forma muy parecida a las alas de un avión.

La parte trasera de la hoja se curva más que la delantera, de la misma manera que el ala de un avión se curva hacia arriba al final. Esta forma variada provoca una diferencia de presión cuando el aire se mueve a través de la hoja, que es lo que hace que las hojas se muevan.

Debido a la obstrucción de la hoja, el aire se mueve a una velocidad más rápida detrás de la hoja que delante de ella. Esto es lo que pone en movimiento la rotación de las palas y comienza el proceso de generación eléctrica.

Sin embargo, no es suficiente que las palas sean movidas por el viento. Los ingenieros deben considerar la velocidad y la resistencia al diseñar las palas para garantizar el más alto nivel de eficiencia.

Por ejemplo, si la obstrucción de las palas crea demasiada resistencia, el rendimiento de potencia será mucho menor. Si no se crea suficiente resistencia, las palas podrían moverse demasiado rápido, provocando que rompan la barrera del sonido.

Uno de los mayores beneficios de las turbinas eólicas es su funcionamiento silencioso. Si rompieron la barrera del sonido, podría hacer que los residentes cercanos a los parques eólicos propuestos sean más propensos a oponerse a la implementación de las turbinas.

Elegir el número perfecto de cuchillas

En general, la mayoría de las turbinas eólicas funcionan con tres palas como estándar. La decisión de diseñar turbinas con tres palas fue en realidad una especie de compromiso.

Debido a la menor resistencia, una hoja sería el número óptimo cuando se trata de rendimiento energético. Sin embargo, una pala podría hacer que la turbina se desequilibre y esta no es una opción práctica para la estabilidad de la turbina.

De manera similar, dos palas ofrecerían un rendimiento energético mayor que tres, pero conllevarían sus propios problemas. Las turbinas eólicas de dos palas son más propensas a un fenómeno conocido como precesión giroscópica, lo que provoca un bamboleo. Naturalmente, este bamboleo crearía más problemas de estabilidad para la turbina en su conjunto. Esto también pondría tensión en los componentes de la turbina, haciendo que se desgastara con el tiempo y se volviera cada vez menos eficaz.

Cualquier número de palas mayor de tres crearía una mayor resistencia al viento, ralentizando la generación de electricidad y, por lo tanto, se volvería menos eficiente que una turbina de tres palas.

Por estas razones, las turbinas diseñadas con tres palas son el compromiso ideal entre un alto rendimiento energético y una mayor estabilidad y durabilidad de la propia turbina.

El futuro de las turbinas eólicas: ¿No podría haber palas mejor que tres?

A pesar de que las turbinas de tres palas se han convertido en los últimos años en el modelo estándar de producción de energía limpia, eso no significa que siempre lo serán. Los ingenieros todavía están trabajando en diseños mejores y más eficientes para futuros esfuerzos de generación de energía.

Uno de los diseños propuestos más populares es una turbina sin aspas. Aunque esto pueda parecer contrario a la resistencia necesaria para convertir la energía del viento en electricidad, en realidad existen una serie de beneficios al crear una turbina sin palas.

Un beneficio es el costo y el mantenimiento. Las turbinas actuales están sometidas a una gran presión en su funcionamiento. Pueden realizar hasta veinte rotaciones por minuto y alcanzar velocidades de 180 mph (289 km / h) lo que resulta en una enorme cantidad de fuerza. Sumado a la erosión que sufren bajo condiciones climáticas hostiles en alta mar, es fácil entender por qué las palas de las turbinas se deterioran significativamente en calidad con el tiempo.

Empresas como Vortex Bladeless han creado prototipos de turbinas sin aspas que en realidad utilizan el movimiento giroscópico para generar energía eólica. La producción de su diseño podría costar hasta un 50% menos que las turbinas tradicionales y no se deterioraría tanto con el tiempo.

Si bien las turbinas de tres palas son definitivamente la solución más efectiva por ahora, puede que no siempre sea el caso. Hasta que las turbinas sin palas se conviertan en la norma, tenemos que agradecer la eficiencia de las turbinas de tres palas por la gran mayoría de nuestra producción de energía eólica.


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