04-10-2018 | Publicado por Joaquín Martí
Todas las especies vivientes requieren energía para sobrevivir, especialmente la humana. Nuestra fuente básica es el sol, cuya energía podemos aprovechar en distintas fases. Una de ellas es el viento, causado por los efectos del sol en la atmósfera y que usamos para impulsar un barco de vela o para operar los clásicos molinos de viento y los modernos aerogeneradores.
Un aerogenerador no es otra cosa que un ventilador trabajando a la inversa: en lugar de alimentar con electricidad a un motor que mueve el ventilador y desplaza aire, aprovechamos el desplazamiento del aire para hacer girar las aspas que mueven un generador eléctrico.
Es curioso observar que existe un límite teórico del porcentaje de energía cinética del viento que podemos extraer, con independencia del procedimiento utilizado. Incluso sin pérdidas, nunca podremos extraer más de 16/27 (aproximadamente el 59%) de esa energía. Este resultado fue publicado por Albert Betz en 1919 y proviene de un hecho sencillo: si le quitáramos al aire el 100% de su energía cinética se pararía y bloquearía el dispositivo, con lo que no podría llegar aire nuevo a aportar su energía. Al otro extremo, el aire nuevo no encontraría obstáculos si no extrajéramos nada de energía. El límite de Betz representa el óptimo entre esos dos extremos igualmente inútiles y los aerogeneradores modernos alcanzan un 70-80% del límite.
En las últimas décadas se han construido en el mundo del orden de un cuarto de millón de aerogeneradores, con una potencia total de unos 600 GW. España está relativamente arriba en los rankings, 4ª en potencia total con 23 GW y 3ª en penetración del mercado eléctrico con 16%. Y las torres de los aerogeneradores son cada vez más altas, puesto que con ello se aumenta el área barrida, así como la velocidad y regularidad del viento.
Desde mediados de los 90 Principia ha trabajado en más de 70 proyectos de aerogeneradores. De ellos, aproximadamente un 75% involucraban nuevos diseños de torres o cimentaciones, diversas condiciones de terreno, comportamiento de distintas piezas mecánicas, etc. Pero el otro 25% se centraba en los problemas experimentados en toda una serie de parques.
A la cabeza figura el uso de hipótesis de diseño incorrectas en la transmisión de momentos flectores de la torre a la zapata; pero
también hemos analizado problemas de fatiga en muchas piezas, incluido el bastidor principal al que se fijan los equipos en la góndola, así como una larga lista de disfunciones, como grietas, colapsos y hasta góndolas con una cierta tendencia a incendiarse. Y generalmente estos problemas no afectaban a una torre individual, sino a series completas de torres.
Si uno observa la torre de un aerogenerador, todo lo caro está arriba, como el rotor y los equipos mecánicos, eléctricos y de control albergados en la góndola. Quizá por ello se haya caído en la tentación de dedicar menos atención de la debida a la torre y su cimentación. Pero si una de éstas falla, todo acaba en el suelo: una torre en ménsula carece de redundancias estructurales.
Una vez más la simulación, partiendo de hipótesis físicas realistas, es clave para obtener diseños fiables, así como para investigar y remediar los que la naturaleza señaló como defectuosos.
