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Nuevos diseños de turbinas eólicas modulares: a la caza del viento más potente

Las turbinas eólicas de mayor tamaño tienen una menor huella de carbono, pero existe un tope de tamaño por cuestiones prácticas. Ahora unos nuevos diseños de torres de celosía pueden permitir superar los escollos que están limitando el desarrollo de turbinas eólicas grandes y lograr que sean más resistentes y ligeras que sus homólogas de acero tubular.

Energía

El proyecto HYPER TOWER, financiado con fondos europeos en el marco del programa Marie Skłodowska-Curie, propuso una innovadora configuración de torres de turbinas eólicas autoelevables montadas mediante cerchas. En lugar de las torres tradicionales de acero tubular, los nuevos diseños utilizan celosía: soportes de enrejado se pueden transportar fácilmente en camiones normales, para luego unirlos mediante pernos en el destino final con ayuda de grúas pequeñas. Las grúas pequeñas, en comparación con las grandes, tienen la ventaja obvia de que, además de ser más baratas y fáciles de encontrar, limitan el uso de las grandes únicamente al montaje de la góndola y los álabes. Aparte de facilitar el transporte, estas torres de turbinas eólicas modulares reducen los costes porque requieren menos acero. Asimismo, se pueden construir con cualquier altura y anchura.

Cuanto más grande, más ecológico

Una tendencia popular en la sostenibilidad es reducir el tamaño de las cosas: vivir en un piso pequeño, conducir un coche pequeño y, en general, tener una huella de carbono pequeña. Pero las matemáticas funcionan de un modo completamente diferente con las turbinas eólicas: cuanto más alta es la torre, más ecológica es la energía. Los investigadores aplicaron un enfoque doble para obtener más electricidad del viento. La primera parte consiste en el uso de álabes más grandes que cubren una superficie mayor y, así, aumentan el potencial de producción total. La segunda es el aumento de la altura de las turbinas eólicas: llevar los álabes más arriba, donde el viento sopla de modo más estable, ayuda a aumentar el factor de capacidad de la turbina. «Nuestro proyecto aborda el desafío de mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas. Los ingenieros civiles ahora deben afrontar cada vez con más frecuencia el desafío de construir estructuras más altas y utilizar menos material para reducir los costes, al tiempo que hacen malabarismos para disminuir el consumo de energía durante los procesos de montaje y fabricación», explica Nafsika Stavridou, beneficiaria de una beca Marie Skłodowska-Curie y directora de la investigación. Es más, la construcción de estructuras altas y más delgadas requiere una minuciosa investigación para afrontar los complejos fenómenos de dinámica estructural que provocan el colapso de las torres en caso de condiciones meteorológicas extremas.

Romper el molde de las turbinas eólicas

La principal innovación que introduce HYPER TOWER en el desarrollo de la energía eólica es que sustituye la torre de acero tubular tradicional por una estructura de celosía. «La torre de acero tubular es sin duda una estructura robusta, pero la cantidad total de acero necesaria es mucho mayor que en las estructuras de celosía», explica Stavridou. Los investigadores estudiaron un total de 182 soluciones de celosía, tanto cuadradas como hexagonales, y comprobaron que pueden soportar grandes cargas con mucho menos material. En comparación con una estructura tubular de la misma altura, el peso total de una torre de 76 metros es un 22,5 % inferior para un modelo de torre de celosía hexagonal y un 40 % inferior en el caso de una torre de celosía cuadrada. «La ventaja evidente es la reducción de un 40 % en la cantidad de material empleado para construir la torre y una disminución de un 50 % en los materiales necesarios para construir los cimientos», añade Stavridou. El trabajo numérico y experimental llevado a cabo por HYPER TOWER ayudará a superar todos los desafíos relacionados con las torres de turbinas eólicas actuales. Además, allanará el camino para desarrollar torres más altas y más anchas que en las generaciones anteriores mediante un diseño modular de cerchas que maximiza la eficiencia, reduce los costes y mejora la resistencia de las torres de turbinas.

Palabras clave

HYPER TOWER, turbina eólica, torre de celosía, cercha, torre de acero tubular, diseño de turbina

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