Los investigadores del MIT han revelado una revolucionaria teoría aerodinámica para rotores que promete transformar el diseño y el funcionamiento de turbinas eólicas y parques eólicos. Publicado en la revista Nature Communications a través de un artículo de acceso abierto por el posdoctorado del MIT Jaime Liew, el estudiante de doctorado Kirby Heck y Michael Howland, profesor adjunto de ingeniería civil y ambiental Esther y Harold E. Edgerton, este nuevo modelo ofrece una forma más precisa de determinar las fuerzas, las velocidades de flujo y la potencia de un rotor, ya sea que extraiga energía del viento o la aplique como una hélice.

La teoría tradicional del momento, desarrollada a fines del siglo XIX, se ha utilizado durante mucho tiempo para predecir el rendimiento de los rotores. Sin embargo, tiene limitaciones significativas, especialmente a velocidades de rotación más altas y diferentes ángulos de las palas. En 2019, la Universidad de Stanford realizó estudios que demostraron que las estelas de las turbinas pueden provocar una pérdida del 40% de eficiencia en los generadores posteriores. El nuevo modelo, desarrollado en el MIT, aborda estas deficiencias y proporciona un cálculo más preciso del límite de Betz, lo que demuestra que es posible extraer un poco más de energía de lo que se creía anteriormente.

Uno de los aspectos más interesantes de este nuevo modelo es su aplicabilidad inmediata. Los operadores de parques eólicos ajustan constantemente los parámetros de las turbinas, como la orientación, la velocidad de rotación y el ángulo de las palas, para maximizar la potencia de salida manteniendo la seguridad. El nuevo modelo ofrece una forma sencilla y rápida de optimizar estos factores en tiempo real, mejorando potencialmente la eficiencia y la producción de los parques eólicos.

El modelo también tiene implicaciones significativas para el diseño de rotores. Proporciona información que puede conducir a mejores diseños capaces de funcionar de manera eficiente incluso cuando están desalineados con el flujo de aire. Estos diseños son particularmente importantes para los parques eólicos, donde las turbinas se ajustan con frecuencia a los cambios en la dirección del viento.

El modelado preciso de la estela es crucial tanto para el diseño como para el funcionamiento de los parques eólicos. El nuevo modelo mejora nuestra comprensión de los efectos de la estela, que pueden minar la energía de las turbinas vecinas. Al reducir estas perturbaciones de la estela, la producción de energía general de un parque eólico puede aumentar significativamente.

Estos nuevos métodos se han implementado en la herramienta de simulación de turbinas eólicas de código abierto OpenFAST, donde los ingenieros pueden incorporar este modelo de momento unificado al software para mejorar los métodos existentes y optimizar aún más los diseños de turbinas eólicas y aprovechar al máximo nuestras fuentes de energía limpia. Bentley incluye funciones de interoperabilidad de terceros para OpenFAST tanto en SACS como en MOSES.

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