Nuevo aerogenerador UPB para suplir demandas energéticas en Colombia

Disponible en:Medellín12 oct. 2021

Agencia de Noticias UPB - Medellín. La UPB diseñó una turbina eólica ideal para funcionar en condiciones de bajas velocidades de viento y suplir parte de la demanda energética de regiones apartadas del país en el marco del programa de investigación Energética 2030.

 
Julián Sierra Pérez junto a los demás integrantes del equipo.

Julián Sierra Pérez junto a los demás integrantes del equipo.

Este desarrollo se logra en el marco del proyecto número cinco: Generación distribuida de energía eléctrica en Colombia a partir de energía solar y eólica, que tiene como objetivo el desarrollo de dispositivos de generación eléctrica para las condiciones locales de operación a costos y eficiencias competitivas, y en el cual también participan la Universidades EAFIT, Nacional de Colombia y la Universidad EIA.

 Energética 2030 es una alianza interinstitucional entre academia, sector público y privado compuesta por 11 proyectos que buscan definir estrategias de transformación del sector energético colombiano al año 2030.

Julian Sierra Pérez, coinvestigador del proyecto por la UPB, explica que la pertinencia de este trabajo radica en que “a 2020, el 52 % del país no estaba conectado a la red de distribución eléctrica, de acuerdo con la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios. Hay muchas regiones, como la Orinoquía, algunas partes de la región Andina y Caribe, que no tienen conexión eléctrica, entonces se instalan generadores diésel. Lo que hay que hacer es darles los medios a esas comunidades para que sean autosuficientes, ojalá a partir de fuentes renovables”.

 
El prototipo desarrollado es de eje horizontal.

El prototipo desarrollado es de eje horizontal.

 
Crédito foto: Equipo Divulgación Científica y Comunicaciones.

Por ello, la Universidad, desde los Grupos de Investigación en Ingeniería Aeroespacial y Energía y Termodinámica, ha centrado su trabajo en los últimos tres años en la elaboración de esta tecnología que permitirá suplir la demanda de unos 10 hogares rurales, en promedio.

 Una vivienda urbana, por su cantidad de electrodomésticos y altos consumos eléctricos, usa alrededor de 3000-4000 vatios/hora (W/h). Una vivienda rural puede usar entre 500 y 800 W/h. Por ejemplo, un televisor LED consume unos 120 W/h, un computador portátil, 70 W/h y un bombillo LED entre 5 y 10 W/h.

 

¿En qué consiste la turbina eólica?

La tecnología se diferencia de los aerogeneradores comerciales más comunes en el mercado en que estos son diseñados para territorios con vientos muy energéticos y constantes. En Colombia, estas condiciones no se dan prácticamente en ninguna zona, salvo La Guajira, a diferencia de los países con mayor producción de energía eólica como China, Estados Unidos, Alemania e India. Razón por la cual era necesario que la máquina fuera eficiente a bajas velocidades de viento para cubrir más regiones. Para lograrlo, la clave radica en su diseño y la disposición de los materiales.

El tamaño del dispositivo es pequeño en comparación con otros aerogeneradores; este mide aproximadamente 5,5 metros de diámetro, mientras que actualmente los comerciales más grandes llegan hasta 220 metros. Además, estos últimos tienen sistemas de control activo, lo que significa que cuentan con motores independientes para cada pala que modifican las condiciones de operación de las mismas, en función de la velocidad del viento que incide en el aerogenerador.

 
Estudiantes de pregrado y postgrado participan del proyecto como parte de su  formación investigativa.

Estudiantes de pregrado y postgrado participan del proyecto como parte de su formación investigativa.

Las palas son rígidas y están fabricadas de manera que su geometría se altere lo mínimo posible para que no se modifique su rendimiento aerodinámico. También, cuentan con sensores que detectan las variaciones del viento para, con base en esa información, rotar las palas (cambiar su ángulo de ataque) y así captarlo con mayor efectividad. Esto hace que, si bien es un sistema eficiente, sean no solo muy costosos, sino también complejos y pesados, lo cual dificulta más que rompan la inercia y empiecen a rotar, explica Sierra Pérez.

La tecnología diseñada por la UPB, por el contrario, está concebida bajo un sistema de control pasivo. Esto quiere decir que no hay sensores y motores que ajusten el ángulo de ataque de las palas, sino que estas mismas se autorregulan mediante un proceso mecánico llamado acoplamiento flexión-torsión. En él, se aprovechan las cualidades anisotrópicas del material, que significa que sus propiedades mecánicas no son homogéneas en todas las direcciones, sino que dependen de la dirección en las que se midan. En este caso se trabaja con fibra de carbono y, así, se logra que, al deflectarse o doblarse las palas con el impacto del viento, este roten espontáneamente y se orienten en el ángulo que les permita aprovecharlo mejor. Lo anterior hace que la máquina sea mucho más liviana y pueda ser movida por los vientos de bajas velocidades que están presentes en la mayoría de territorios del país.

El investigador Sierra Pérez da un ejemplo para comprender mejor el mecanismo de la turbina eólica: piense cuando saca la mano por la ventana de un carro en movimiento. Dependiendo de si la pone plana o se abre la palma, siente cómo el viento ejerce más o menos fuerza sobre ella. Eso mismo es lo que buscan las palas del aerogenerador, captar la mayor cantidad de energía de la fuente eólica según el ángulo con que incide viento.

El equipo de investigadores estima que la tecnología pueda tener capacidad para generar unos 5 kilovatios (kW), mientras que los más grandes que hay en el mercado son de 12 megavatios, es decir 2400 veces más, ya que 1 megavatio corresponde a 1000 kW. Otra forma de dimensionar la capacidad es pensar en que una central como HidroItuango está proyectada para generar casi 2500 megavatios En otras palabras, para producir la misma cantidad de energía, serían necesarias 500.000 de nuestras turbinas eólicas.

 
Imagen cortesía equipo investigador.
El paso a seguir con la investigación es hacer la caracterización experimental del prototipo, la cual se llevará a cabo durante un año en la sede de Llanogrande de la Universidad EAFIT. En ese lugar se va a medir, en campo, la eficiencia de la tecnología para determinar con más precisión las velocidades del viento requeridas para su óptimo funcionamiento y, posteriormente, pensar en su producción a nivel industrial.

La UPB cuenta con experiencia en este tipo de tecnologías, que le han significado 2 patentes nacionales y 5 internacionales. Para conocerlos visita Mucho vuela el viento, pero más el pensamiento  y Buen viento para la energía en Colombia.

 

Julián Sierra Pérez nos explica sobre el aerogenerador en este video:

El equipo de trabajo de la UPB está conformado por 10 integrantes, entre docentes investigadores y estudiantes de pregrado y formación avanzada.  Para los jóvenes de pregrado esta actividad está asociada a su práctica profesional.

Para conocer más sobre Energética 2030, visita aquí.

 

Créditos:

  • Imágenes aerogenerador: Cortesía equipo investigador.
  • Fotos: Equipo de Divulgación Científica y Comunicaciones.

 

Por Santiago Burbano Orozco. Equipo de Divulgación Científica y Comunicaciones. Agencia de Noticias UPB.

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