Modelo en UPNA mejora predicción aerodinámica de palas de aerogenerador
El ingeniero Rubén Gutiérrez Amo (Miranda de Ebro, Burgos, 1995) propone, en su tesis doctoral en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), una nueva forma de ajustar el modelo de simulación por ordenador (método CFD, siglas en inglés de Computational Fluid Dynamics) utilizado para analizar la aerodinámica en palas de turbinas eólicas utilizadas en la industria eólica.
Este nuevo enfoque, desarrollado en parte en la Universidad Técnica de Delft (TU-Delft) en los Países Bajos y en colaboración con Nordex SE, mejora la confiabilidad de las simulaciones, cuyos resultados luego se utilizan en modelos aeroelásticos para calcular las fuerzas del viento a lo largo de palas y cuánta energía genera esa pieza cuando es más gruesa y tiene rugosidades por desgaste o suciedad, algo crucial para un diseño más aerodinámico y eficiente de los aerogeneradores, como explica la UPNA en una nota.
«La situación económica actual y la urgente transición energética hacia la producción de energía sin emisiones de gases de efecto invernadero pueden influir significativamente en la toma de decisiones durante el proceso de diseño de palas de aerogeneradores», afirma Rubén Gutiérrez.
En este sentido, para reducir costes, una posible estrategia podría ser aumentar el espesor de la pala del aerogenerador para reducir el material y, a su vez, mantener la rigidez necesaria para asegurar su integridad.
El aumento de espesor hace que el aire esté sujeto a «una mayor oposición a su movimiento tras circular alrededor de la pala». Al ser más denso, el aire encuentra una mayor diferencia de presión, lo que crea una especie de barrera que debe superar. «Esto no tiene un impacto significativo en la producción de potencia, siempre y cuando el estado de la superficie de la pala no reduzca la velocidad del aire», añade. Los aerogeneradores, al estar ubicados en diferentes entornos naturales, se enfrentan a diversas condiciones ambientales, que pueden provocar suciedad o desgaste en la superficie de las palas, lo que cambia su rugosidad.
Cuando la pala de un aerogenerador tiene una superficie rugosa, no puede capturar el viento con tanta eficacia, enfrentándose a una mayor resistencia y una mayor intensidad de turbulencia, lo que reduce su rendimiento aerodinámico. «Como resultado, la aerodinámica de la pala podría verse afectada», apunta el autor de la tesis, que ha sido dirigida por los profesores Patricia Aranguren Garacochea, investigadora del Instituto de Ciudades Inteligentes (ISC) de la UPNA, y Riccardo Zamponi (TU-Delft).
Para solucionar este problema, Rubén Gutiérrez trabajó en un método, tanto numérico como experimental, para cuantificar el posible impacto aerodinámico sobre la superficie rugosa de las palas. Como confirmó en su tesis, las metodologías existentes funcionaban bien con las delgadas, pero tenían limitaciones con las gruesas. Así, realizó pruebas físicas en el túnel de viento de la Universidad Técnica de Delft, utilizó técnicas de medición avanzadas (como la velocimetría de imágenes de partículas o PIV), aplicó modelos matemáticos y utilizó simulaciones por ordenador (el ya mencionado método CFD) para estudiar cómo funciona el aire se mueve alrededor de las palas de la turbina eólica.
Con los datos obtenidos, Rubén Gutiérrez descubrió que los modelos existentes no predecían correctamente el comportamiento del aire. Para mejorarlos, seleccionó dos correcciones numéricas propuestas en la literatura científica que no habían sido probadas experimentalmente antes. Los resultados de la tesis mostraron que estas correcciones no sólo tenían sentido en teoría, sino que también funcionaban en la práctica. En concreto, las correcciones consiguieron reducir el error de predicción de las fuerzas aerodinámicas en un 75%, lo que significa que los modelos ahora son mucho más precisos.
Finalmente, la tesis sugiere a la comunidad científica un nuevo enfoque para mejorar la precisión del modelo de simulación por ordenador (método CFD). Aplicando esta nueva metodología se pueden realizar predicciones más precisas sobre cómo se distribuyen las fuerzas y la potencia en dicha parte. La metodología anterior, en cambio, producía errores y subestimaba en un 2,5% la energía anual que podían producir los aerogeneradores.
Rubén Gutiérrez Amo se licenció en Ingeniería Mecánica por la Universidad del País Vasco (UPV-EHU) y realizó el Máster en Ingeniería Mecánica Aplicada y Computacional en la UPNA, donde obtuvo su doctorado, con sobresaliente cum laude y mención internacional.
Profesionalmente, Rubén Gutiérrez Amo cuenta con siete años de experiencia en el sector eólico; en particular, en el campo de la aerodinámica de aerogeneradores, donde adquirió y aplicó conocimientos en simulación de dinámica de fluidos y pruebas en túneles de viento. También participó en congresos internacionales de referencia para el sector eólico como TORQUE o WindEurope. A su vez, es autor de siete artículos científicos sobre generadores de vórtices e impacto aerodinámico por rugosidad superficial en palas de aerogeneradores.
Actualmente se desempeña como ingeniero aerodinámico de palas en el equipo de Aerodinámica, Diseño y Sistemas en el área de Ingeniería de palas de Nordex SE.
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