Durante casi un siglo, la solución del aerodinámico británico Hermann Glauert para maximizar la eficiencia de turbinas eólicas permaneció sin cambios. Sin embargo, una estudiante de ingeniería aeroespacial de la Universidad de Pensilvania, Divya Tyagi, desafió la teoría establecida y encontró una solución más “elegante” y precisa. Su trabajo, basado en el cálculo de variaciones permite ahora poder optimizar las condiciones de flujo en las turbinas eólicas y mejoraría su rendimiento energético.
Según Interesting Engineering, Tyagi logró lo que otros tres estudiantes antes que ella no pudieron, refinar el modelo de Glauert para considerar no solo el coeficiente de potencia, sino también las fuerzas y momentos que afectan a las aspas de una turbina. Su hallazgo podría marcar el inicio de una nueva generación de aerogeneradores más eficientes y resistentes.
¿En qué consiste el problema que el estudiante logró resolver?
El modelo clásico de Glauert, desarrollado en 1935, describe el comportamiento aerodinámico óptimo de un rotor de disco, una simplificación matemática utilizada en el estudio de turbinas eólicas. Sin embargo, su teoría ignoraba ciertos factores clave, como la distribución exacta de las fuerzas y momentos que actúan sobre las aspas.
De acuerdo con el artículo de investigación de Divya Tyagi, su solución introduce integrales exactas para los coeficientes de empuje y momento flector, lo que permite un análisis más preciso del rendimiento aerodinámico de una turbina.
El enfoque de Tyagi consistió en reformular la ecuación de optimización al utilizar el cálculo de variaciones. Esta técnica matemática le permitió encontrar una solución analítica que describe con mayor exactitud cómo la velocidad del aire y la presión afectan a las turbinas. Según la Universidad de Pensilvania, la nueva ecuación ofrece una manera más intuitiva y comprensible de modelar el flujo de aire, lo que facilita su aplicación en el diseño de futuras turbinas eólicas.
Imagen: Universidad de Pensilvania
¿Cómo este descubrimiento podría mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas?
Uno de los principales logros de Tyagi fue encontrar un método para optimizar el coeficiente de potencia de una turbina eólica. De acuerdo con Interesting Engineering, una mejora de apenas el 1% en este coeficiente puede traducirse en un incremento considerable en la producción de energía de una turbina, lo suficiente como para abastecer a un vecindario completo.
Además, la solución de Tyagi permite calcular de manera más precisa las fuerzas que actúan sobre las aspas de una turbina, lo que podría llevar a diseños estructurales más eficientes y resistentes. Según el artículo de investigación del estudiante, este avance no solo beneficia a la industria eólica, sino que también tiene aplicaciones en la aerodinámica de helicópteros y otras tecnologías que dependen de la interacción entre el aire y superficies en movimiento.
Cabe mencionar que la investigación de Tyagi no pasó desapercibida. Su investigación recibió el premio Anthony E. Wolk a la mejor investigación en ingeniería aeroespacial, un reconocimiento que ahora la posiciona como una de las mentes más prometedoras en su campo. Actualmente, está trabajando en simulaciones de dinámica de fluidos computacionales para mejorar aún más su modelo y explorar nuevas aplicaciones en el ámbito aeroespacial.
Según Science Daily, la Marina de Estados Unidos está interesada en utilizar los métodos de Tyagi para estudiar el flujo de aire alrededor del rotor de helicópteros, con el objetivo de mejorar la seguridad de los pilotos y la eficiencia de los aterrizajes en barcos. Este respaldo podría facilitar la implementación de su solución en distintas áreas de la ingeniería.
En cuanto al sector energético, el método de Tyagi podría incorporarse en los sistemas de diseño y optimización de turbinas en los próximos años. De acuerdo con la Universidad de Pensilvania, su solución tiene el potencial de establecer un nuevo estándar en la aerodinámica de turbinas eólicas y ayudaría a reducir costos y mejorar la eficiencia de la energía renovable.
Imagen: Universidad de Pensilvania.
Cortesía de Xataka
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