Usando principios clave de vuelo, la energía eólica en la azotea puede despegar
Los paneles solares instalados en los techos de las casas y otros edificios son cada vez más comunes en los Estados Unidos, pero los sistemas eólicos en los techos nunca se han puesto de moda. Los esfuerzos anteriores para reducir las turbinas imponentes que generan viento en algo que podría caber en una casa se han visto plagados de demasiados problemas técnicos para que tales dispositivos sean prácticos. Ahora, sin embargo, un nuevo diseño puede sortear estos problemas al explotar los mismos principios que crean sustentación para las alas de los aviones.
En general, la generación de energía renovable en EE. UU. ha crecido en los últimos años, y la energía eólica ha sido un importante impulsor de esta tendencia. Representa más del 40% de la electricidad renovable de EE. UU. (aunque solo el 7% de toda la producción de electricidad). A diferencia de las células solares, que se limitan a recolectar energía durante el día, las turbinas eólicas pueden funcionar durante la noche donde las condiciones sean las adecuadas, es decir, en llanuras abiertas o pendientes suaves donde la velocidad del viento siempre es abundante. Pero además de estos requisitos, las grandes turbinas requieren espacios abiertos, que no siempre están disponibles cerca de pueblos y ciudades en expansión. La instalación de sistemas eólicos en los techos de casas y edificios urbanos puede ayudar a aprovechar más este recurso.
Cuando se trata de energía eólica, la escala importa. La cantidad de energía que puede generar una sola turbina es proporcional al área barrida por sus aspas, por lo que un equipo lo suficientemente pequeño como para montarlo en un techo tiene menos potencia. «La razón del éxito de la energía eólica distribuida es que la mayoría de los sistemas son básicamente turbinas eólicas en miniatura”, dijo Brent Houchens, ingeniero mecánico de Sandia National Laboratories. Los dispositivos más pequeños no generan suficiente energía para justificar el costo beneficio. Además, sus aspas de giro rápido crean vibraciones ruidosas y sus muchas partes móviles son más propensas a sufrir daños. En comparación con los paneles solares pasivos de techo, las turbinas eólicas tienen un potencial de mantenimiento bastante alto.
Houchens y sus colegas creen que han ideado una solución que supera estos obstáculos tomando prestados los fundamentos del vuelo aéreo. La forma curva del ala de un avión (llamada perfil aerodinámico) cambia la presión del aire en sus lados y, en última instancia, genera sustentación. El colega de Houchens, Carsten Westergaard, presidente de Westergaard Solutions e ingeniero mecánico de la Universidad Tecnológica de Texas, dijo que vinculó las dos superficies aerodinámicas para que «el flujo de aire de una superficie aerodinámica amplificara la otra superficie aerodinámica, y se volvieron más potentes. El par de superficies aerodinámicas son orientadas como dos alas de avión de costado, mirando directamente al viento. Cuando pasa el viento, se acumula una baja presión entre las láminas y aspira el aire a través de las ranuras en su cuerpo parcialmente hueco. El flujo de aire hace girar una pequeña turbina montada en el tubo y genera electricidad.
Gracias a este diseño, el dispositivo, que los investigadores llaman AeroMINE («MINE» significa Motionless, Integrated Extraction), puede extraer energía eólica de un área más grande que la pala de su turbina (esencialmente, la cara rectangular del AeroMINE) en un escenario tradicional. Houchens compara esta turbina estándar con un cortador de galletas que deja atrás la masa desperdiciada. El nuevo dispositivo utiliza todo el viento disponible, lo que le permite extraer más energía.
Los AeroMINE tampoco producen la misma vibración y ruido que las turbinas regulares; son «menos ruidosos que los ventiladores», dijo Westergaard. Su diseño relativamente simple significa que fallan menos piezas móviles. Las turbinas están instaladas dentro del edificio y serán más accesibles si es necesario realizar reparaciones. Esta disposición también mantiene la hoja aislada de las personas o la vida silvestre. El equipo está diseñando el sistema para que pueda usarse junto con paneles solares en la azotea, conectados a la infraestructura existente para recolectar la energía que producen.
«Creo que esta tecnología podría ser innovadora para áreas con buenas condiciones de viento», dijo Luciano Castillo, ingeniero mecánico de la Universidad de Purdue, quien no participó en el proyecto pero trabajó en el pasado con Westergaard. También cree que la simplicidad de AeroMINE podría convertirlo en una buena opción para los países en desarrollo, ya que el nuevo dispositivo no requiere piezas ni herramientas especializadas y es relativamente fácil de reparar. Tanto Castillo como Westergaard ven el potencial de aprovechar la energía de las mareas bajo el agua con este diseño.
Jay Apt, codirector del Carnegie Mellon Center for Power Industries, que tampoco participó en el proyecto, estuvo de acuerdo en que la simplicidad del diseño era atractiva. Pero no está seguro de si el sistema se puede ampliar para generar electricidad de manera eficiente y económica en un entorno real. Con las condiciones de viento adecuadas, dijo Houchens, él y sus colegas creen que AeroMINE podría competir con el costo actual de la energía solar en los techos.
El equipo, que recibió fondos de Sandia y del Departamento de Energía, probó modelos a escala reducida en túneles de viento para afinar el diseño. En junio, los investigadores planean probar una versión del dispositivo de 4 metros de altura en un edificio simulado de un solo piso en las instalaciones de Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) del Instituto Nacional de Energía Eólica de Texas Tech.
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