Modelos informáticos muestran claras ventajas en los nuevos tipos de turbinas eólicas.

Los investigadores han modelado la dinámica de fluidos de turbinas eólicas de múltiples rotores a través de simulaciones numéricas de alta resolución. Las simulaciones demuestran una clara ventaja para un modelo de turbina con cuatro rotores. Los investigadores descubrieron que la estela de la turbina eólica se recupera mucho más rápido con turbinas de múltiples rotores, que las turbinas de múltiples rotores producen un poco más de energía que las turbinas de un solo rotor, y que una turbina con cuatro rotores lo más separados posible es la construcción óptima.



Con sus 220 metros de diámetro, las turbinas eólicas en el futuro parque eólico Dogger Bank en el Mar del Norte son las más grandes del mundo hasta el momento. Pero más grande,  no es necesariamente el mejor cuando se trata de turbinas eólicas.

Investigadores de la Universidad de Aarhus y la Universidad de Durham en el Reino Unido ahora han modelado la dinámica de fluidos de turbinas eólicas de múltiples rotores a través de simulaciones numéricas de alta resolución, y resulta que las turbinas eólicas con cuatro rotores en una base tienen una serie de ventajas.

Una turbina eólica cosecha energía del viento entrante, pero cuando el viento pasa a través de las palas de la turbina, se crea una región con velocidades de viento más bajas y mayor turbulencia llamada estela de turbina eólica. Una segunda turbina eólica aguas abajo se ve afectada por esta turbulencia de varias maneras. En primer lugar, produce menos energía y, en segundo lugar, aumenta la carga estructural.

"En el estudio, descubrimos que las turbulencias y las corrientes a raíz de las turbinas se recuperan mucho más rápido con turbinas de múltiples rotores. Esto significa que, con múltiples rotores, una segunda turbina aguas abajo producirá más energía y estará sujeta a menos carga y estrés, porque la turbulencia es correspondientemente menor ", dice Mahdi Abkar, profesor asistente del Departamento de Ingeniería, Universidad de Aarhus y experto en física de flujo y turbulencia.

Menos costo, menos molestias, más energía

Una turbina eólica con más de un rotor crea menos turbulencia, y el viento se "restaura" más rápido, lo que significa una mayor producción de energía. Y este es un conocimiento importante en un momento en que las turbinas eólicas son cada vez más grandes y, por lo tanto, también cada vez más caras.

"Siempre puede aumentar su producción de energía aumentando el diámetro de las palas del rotor, pero existen grandes desafíos estructurales en la construcción de estas construcciones masivas con diámetros superiores a 150 metros. Los requisitos de material aumentan, el transporte de las estructuras es engorroso y costoso, y se hace más costoso mantener las turbinas eólicas ", dice Mahdi Abkar.

Una turbina con cuatro rotores cuesta aprox. 15% menos de construcción que una turbina con un rotor, a pesar de que las palas cubren la misma área en total. Al mismo tiempo, una construcción con cuatro rotores es mucho más ligera y, por lo tanto, más fácil de transportar. Y si uno de los rotores deja de funcionar, el resto de la turbina seguirá produciendo energía, a diferencia de las turbinas eólicas comunes.

Además, los investigadores descubrieron que las turbinas de rotor múltiple individuales en realidad producen un poco más de energía que las turbinas de rotor único: aprox. 2 más.

"Hemos explorado varias geometrías y dinámicas diferentes de turbinas de múltiples rotores y hemos encontrado que la construcción óptima es una turbina con cuatro rotores lo más separados posible. Esto último resulta en menos turbulencia aguas abajo y una estabilización más rápida de la estela detrás del turbinas eólicas ", dice el profesor asistente Mahdi Abkar.



Enlace al trabajo de investigación: Majid Bastankhah, Mahdi Abkar. Multirotor wind turbine wakes. Physics of Fluids, 2019

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