Investigadores de la UABC construyen microturbina eólica

La demanda de energía eólica a nivel mundial ha ido en incremento y México no es la excepción, situación que hace más urgente el desarrollo de nuevas tecnologías para producirla.

Datos de la Asociación Mexicana de Energía Eólica (AMDEE) señalan que hasta 2016, tres mil 527 megawatts se producían en el país por medio de energía eólica; la meta es llegar a 12 mil megawatts antes del año 2022.

Además, 42 parques eólicos y mil 935 aerogeneradores operan en México, 411 mil viviendas cubren sus necesidades eléctricas con energía eólica y seis mil 900 millones de dólares han sido invertidos desde 2004 en el desarrollo de proyectos eólicos.

Investigadores de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) diseñaron y construyeron el prototipo de una microturbina eólica con la que se han planteado el objetivo de producir 100 watts, energía suficiente para abastecer el funcionamiento eléctrico de una casa de campo.

La producción de energía eólica requiere de turbinas, dispositivos mecánicos que extraen la energía cinética de una masa de aire en movimiento convirtiéndola en electricidad por medio de un generador eléctrico acoplado al eje, describe el artículo «Efecto geométrico de los perfiles aerodinámicos en una microturbina eólica Darrieus tipo H», publicado en 2017 en la revista Ingeniería Mecánica, Tecnología y Desarrollo.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el maestro Eric Efrén Villanueva Vega, profesor investigador de la Escuela de Ciencias de la Ingeniería y Tecnología (Ecitec) de la UABC, explicó que las turbinas de los aerogeneradores se pueden clasificar en micro, baja, mediana y alta, dependiendo de su potencia.

“Las de alta potencia son arriba de un megawatt, que son las típicas instaladas en parques eólicos; las de mediana potencia se encuentran entre 100 kilowatts y un megawatt, son relativamente grandes pero incluso pueden ser caseras; las de baja potencia, estamos hablando de 100 kilowatts para abajo”.

Agregó que si la capacidad de la turbina es menor a cinco kilowatts, se clasifica como microturbina, cuyas dimensiones abarcan un diámetro menor a dos metros.

Tecnología prototipo

La microturbina eólica construida por especialistas y estudiantes de la UABC fue concebida originalmente desde su diseño, para después adquirir materia prima necesaria en la construcción de los componentes del generador.

El generador mide alrededor de 35 centímetros de diámetro y tiene un direccionador de 90 centímetros, mientras que las palas del aerogenerador miden alrededor de 80 centímetros de longitud y el rotor tiene un diámetro de 1.60 metros.

El maestro Eric Villanueva apuntó que hasta ahora, y de acuerdo con las pruebas preliminares, se obtuvieron mediciones de 10 watts; sin embargo, realizan los ajustes necesarios para lograr que la microturbina produzca 100 watts.

“La idea es que se pueda utilizar para sistemas aislados, por ejemplo, una casa de campo; que genere la energía suficiente para abastecer la energía eléctrica que consume una casa en el campo con cargas eléctricas como iluminación, una radio, algo simple, pero con esta turbina prácticamente se pudieran alimentar esas necesidades”.

Innovación con acrílico

Las microturbinas eólicas son tecnología ya disponible en el mercado y comúnmente utilizan generadores de flujo axial para hacer más eficiente la producción de energía, ya que implica una menor cantidad de giros de las palas.

Los investigadores de la UABC detectaron la oportunidad de implementar una innovación en este tipo de tecnología y utilizaron un material poco común pero que ofrece ventajas: acrílico.

El área donde se colocan las bobinas en una microturbina eólica comúnmente se compone de un material de resina epóxica y fibra de vidrio, la cual, una vez que se solidifica, deja estática esa parte de la turbina.

“El detalle es que una vez que se solidifica, ya no se pueden mover las bobinas. Si se movió un poco de la posición, simplemente va a estar provocando problemas en la producción de energía, y la configuración que uno le ponga a las bobinas se queda fija también, ya no podemos cambiar configuraciones”, observó el maestro Eric Villanueva.

Fue por ello que los investigadores optaron por integrar un estator de tres piezas hechas de acrílico, que dotan a la microturbina de la posibilidad de mover las bobinas y con ello elegir la posición más adecuada, que potencie su eficiencia.

“Entonces solamente es introducir las bobinas en las posiciones adecuadas, se cierra el acrílico de tres piezas en una sola pieza y ya no tenemos ese problema, logramos que permanezcan en la posición que se deseaba y que pudiéramos interactuar con diferentes configuraciones, es decir, hacer varias conexiones sin tener que volver a hacer el extractor”.

Microturbina de diseño

Otra de las partes esenciales para obtener la microturbina eólica fue el desarrollo del diseño, ya que comprende diversos subsistemas como el de orientación, eléctrico, captación, entre otros, que conforman el sistema de aprovechamiento de energía eólica.

El generador eléctrico recibió especial atención por parte de los especialistas que colaboran en el proyecto y para ello propusieron componentes específicos, los construyeron, maquinaron y probaron en el taller de metalmecánica de la Ecitec, localizada en el campus Valle de las Palmas de la UABC, en el municipio de Tijuana.

“En este caso, fue un generador de tipo flujo axial con imanes permanentes, entonces después del diseño fue conseguir los imanes permanentes, hacer las bobinas que generarían la energía eléctrica y hacer los componentes de cómo estaría integrado el generador”, refirió el maestro Eric Villanueva.

El diseño de las palas contó con la colaboración de ingenieros del área aeroespacial, las cuales deberán someterse a pruebas de esfuerzo para corroborar que el diseño es el adecuado y hacer los ajustes que se requieran.

Energías renovables desde la UABC

El diseño y construcción de la microturbina eólica es uno de los proyectos impulsados por el cuerpo académico en Ingeniería y Tecnología en Energías Renovables de la UABC, integrado por un grupo interdisciplinario de especialistas.

En entrevista, la doctora Cristina Castañón Bautista, investigadora de la UABC y miembro del cuerpo académico, mencionó que la colaboración tiene como objetivo modelar, desarrollar y optimizar sistemas de energías renovables.

Mientras que la doctora Cristina Castañón es ingeniera ambiental de formación, el cuerpo académico también está integrado por ingenieros en sistemas de energía, mecánica y aeroespaciales, lo que les ofrece ventajas para el desarrollo de proyectos integrales.

La investigadora mencionó que el cuerpo académico también opera una estación meteorológica automática que permite, tanto a profesores como a estudiantes, recabar datos para proyectos como la construcción de la microturbina eólica y la evaluación de un colector solar plano para calentamiento de agua.

Afirmó que para el cuerpo académico es indispensable la formación de recursos humanos en el área de las energías renovables, lo que ha motivado la participación de estudiantes en sus proyectos.

Bajar los costos

Aunque la microturbina eólica construida en la UABC se encuentra a nivel de prototipo, ya derivó en la publicación de un artículo en el congreso anual de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Mecánica.

El maestro Eric Villanueva destacó que con la tecnología desarrollada lograron producir energía a través de movimientos rotatorios pero trabajan en un diseño nuevo, que integre nuevas piezas que mecánicamente sean más sencillas de posicionar dentro del rotor y el generador eléctrico.

“La idea sería que después que ya se tenga la forma más eficiente, verlo para producción en serie, serían mucho más baratos los costos porque hablando como prototipo todos los componentes se tuvieron que maquinar y no es tan barato en comparación con los comerciales”.

Por último, consideró que este tipo de proyectos es indispensable en México, dada la deficiencia tecnológica que existe en comparación con otras energías renovables como la fotovoltaica e hidráulica.

Fuente: CONACYT.