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La evolución de la energía eólica está en Vortex

No hay muchas opciones, o cambiamos nuestra matriz energética no sustentable y destructiva o nos quedamos viendo el ocaso del mundo. Existen fuentes de energía infinitas y mucho más sanas, pero hemos decidido utilizar las más nocivas para mantener un sistema monetario dañino y obsoleto.

Vortex Bladeless está desarrollando sistemas para aprovechar una energía limpia e infinita, un aerogenerador basado en la resonancia aeroelástica. Un concepto único que aprovecha la energía eólica por medio del fenómeno de aparición de vórtices llamado Vortex Shedding. Básicamente, la eólica sin palas consiste en un cilindro fijo vertical sobre una varilla elástica que se empotra en el suelo. El cilindro oscila en un rango de velocidad de viento, que posteriormente transforma la energía mecánica en electricidad mediante un alternador. En otras palabras, es una turbina eólica que no es una turbina en realidad, ocupa menos espacio y es más fácil de transportar y no es dañina para animales como las aves.

Los aerogeneradores por vorticidad se asemejan más a los paneles solares que a los aerogeneradores convencionales si atendemos a algunas de sus características y su rentabilidad.

Analizando su estructura

Vortex está compuesto por un cilindro exterior rígido y está construido para oscilar, permaneciendo anclado a la varilla o núcleo. El movimiento superior del cilindro no está restringido, encontrándose aquí la máxima amplitud de oscilación.

La estructura está construida con resina reforzada con fibra de carbono y/o fibra de vidrio, materiales ampliamente utilizados en la construcción de palas de los aerogeneradores convencionales. Está construido de polímero reforzado con fibra de carbono, que proporciona una gran resistencia a la fatiga y tiene una pérdida de energía mínima cuando oscila. Se está investigando más materiales que se podrían utilizar para hacerlo más durable con el tiempo.

Naturalmente, el diseño de este aerogenerador es bastante diferente al de una turbina tradicional. En lugar de la torre, la góndola y las aspas habituales, nuestro dispositivo solo tiene un mástil muy ligero hecho de materiales comunes. Esto reduce el uso de materias primas y la necesidad de una cimentación importante. Es un ahorro de recursos muy grande comparado con sus antecesores.

Obteniendo la energía

El aerogenerador sin palas captura la energía del viento cuando entra en resonancia debido a un efecto aerodinámico denominado desprendimiento de vórtices, un aspecto muy conocido por quienes crean vehículos aéreos, debido a la investigación de la aerodinámica y los efectos en materiales sólidos. En la mecánica de fluidos1, cuando el viento pasa a través de un cuerpo romo, el flujo se modifica y genera un patrón cíclico de vórtices. Una vez que la frecuencia de estas fuerzas está lo suficientemente cerca de la frecuencia estructural del cuerpo, el cuerpo comienza a oscilar y entra en resonancia con el viento. Esto también se conoce en inglés como Vortex Induced Vibration (VIV)2.

Tecnología Vortex, fluidodinámica

Tradicionalmente, profesionales de la ingeniería estructural, de la aeronáutica y de la arquitectura tratan de evitar las consecuencias negativas de este fenómeno VIV. Sin embargo, los generadores Vortex buscan maximizar esta inestabilidad aerodinámica, capturando de esta forma la energía contenida en ella.

La geometría del mástil está especialmente diseñada para lograr el máximo rendimiento de las velocidades promedio observadas del viento. Es capaz de adaptarse muy rápidamente a los cambios de dirección del viento y a los flujos de aire turbulento3 que se observan comúnmente en entornos urbanos por medio de un pivote rotatorio.

La perturbación de la corriente de viento aguas abajo es la razón por la cual los molinos deben instalarse respetando una gran distancia entre ellas. Esto no afecta del mismo modo a los aerogeneradores por oscilación, implicando menos limitaciones asociadas con el “efecto estela”4. Además, esperamos que los dispositivos Vortex funcionen muy bien en conjunto, interaccionando positivamente siempre que se respete la distancia adecuada entre ellos, que está estimada en la mitad de la altura total del dispositivo. Para aerogeneradores convencionales esta distancia entre ellos suele ser cinco veces la altura total del dispositivo.

Convirtiendo vortex a energía

Párrafos más arriba describimos como se capta la energía de los Vortex utilizando la aerodinámica. Ahora nos concentramos en explicar como se convierte esa fuente en energía eléctrica. Vortex genera electricidad a través de un sistema de alternador, integrando bobinas e imanes permanentes adaptados a la dinámica del equipo, sin engranajes, ejes o deslizamientos. Por su potencia, nuestro Vortex puede considerarse actualmente un aerogenerador para “micro-eólica”. Esta forma de hacer energía se la debemos al gran inventor Nikolas Tesla, el cual redujo las piezas mecánicas por piezas electromagnéticas.

Los alternadores son una tecnología bien conocida, sin embargo la forma en que Vortex realiza esta conversión de energía es innovadora y patentada. Este novedoso diseño permite reducir el mantenimiento y elimina la necesidad de lubricación.

Trabajando con frecuencias y sintonizados

La frecuencia de desprendimiento de vórtices (Vortex shedding) es proporcional a la velocidad de la corriente de viento, sin embargo, cada estructura tiene su propia frecuencia de oscilación natural. Para hacer coincidir las frecuencias de desprendimiento de vórtices con la frecuencia de oscilación natural de un dispositivo, debe modificarse la masa del mismo (cuanta más masa, más baja es la frecuencia) y su rigidez (mayor rigidez, frecuencia más alta), entre otros parámetros. Por lo tanto, se necesitaría de mecanismos complejos para variar la frecuencia de oscilación natural de ese dispositivo.

Para evitar esto, el diseño de Vortex utiliza en cambio un sistema de confinamiento magnético con imanes permanentes que aumentan la rigidez aparente del sistema de acuerdo con su amplitud de oscilación y el grado de flexión del núcleo. La amplitud de oscilación crece a medida que el viento se intensifica. A esto lo llamamos sistema de sintonizado.

Como resultado, el sistema de sintonizado automático patentado por Vortex Bladeless permite capturar energía ante un rango más amplio de velocidades de viento, desde un punto de “cut-in”5 de 3 m/s aprox (velocidad de arranque). Esto consigue la variación de la rigidez aparente de la estructura que puede “sintonizarse” con la velocidad del viento incidente, para permanecer en resonancia sin ninguna interferencia mecánica o manual. De esta forma aumentamos en gran medida el rango de lock-in del aerogenerador (rango de trabajo).

El proceso dinámico obtenido por las oscilaciones es convertido por los imanes a energía eléctrica alimentando la salida de tensión para desembocar a la red eléctrica urbana.

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