Un avance importante ha surgido de la Universidad Penn State, donde la estudiante graduada Divya Tyagi ha revitalizado un problema matemático clásico que se ha establecido para transformar el diseño de la turbina eólica. Esta solución innovadora tiene implicaciones importantes para el sector de energía renovable, especialmente para mejorar el rendimiento y la sostenibilidad de las turbinas eólicas.
El trabajo de Tyagi gira en torno a una comparación de edad que inicialmente fue representada por la aerodinámica Británica Hermann Glaaert. Hecho a principios de 1900, la comparación de Glauert fue un esfuerzo innovador para estimar la máxima potencia de las turbinas eólicas. Sin embargo, Tyagi identificó deficiencias críticas en el modelo Glauert, en particular sin relato de las diferentes fuerzas que influyen en los Trotores de la turbina, como los empujes en el viento y los momentos de flexión. Tyagi reconoce la necesidad de abordar estos factores y ha desarrollado un enfoque más extenso que mejora la eficiencia de la turbina.
Publicado en la revista Wind Energy Science, los cambios de Tyagi introducen un apéndice en la comparación de Glaaert. «Hice un complemento para el problema de Glaaert que determina el rendimiento aerodinámico óptimo de una turbina eólica al resolver las condiciones de energía ideales», explicó. Su enfoque utiliza técnicas matemáticas avanzadas, lo que hace posible usar un modelo que los ingenieros puedan aplicar fácilmente en entornos del mundo real dentro de la industria de energía renovable.
Un aspecto notable del trabajo de Tyagi es la simplicidad y claridad matemática. Con la ayuda del «cálculo de variaciones», un método que a menudo se usa en la optimización, ha creado un modelo que no solo produce resultados robustos, sino que también es amigo de los ingenieros involucrados en el diseño de la turbina eólica.
Sven Schmitz, asesor de Tyagi, enfatizó el potencial de sus hallazgos y señaló que «la simplicidad del apéndice de Tyagi permitirá a las personas explorar nuevas facetas del diseño de turbinas eólicas». Este refinamiento permite a los ingenieros calcular las condiciones aerodinámicas óptimas de manera más efectiva, para que las turbinas puedan tolerar las diversas fuerzas físicas que encuentran. El resultado potencial son turbinas eólicas más potentes y sostenibles que pueden cumplir mejor los requisitos de generación de energía.
Incluso una mejora modesta en el rendimiento de la turbina puede conducir a un aumento significativo en la producción de energía. Por ejemplo, Tyagi señala que solo una mejora del 1% en el coeficiente de potencia, que mide cuán eficientemente se convierte un viento de turbina en la electricidad, podría aumentar considerablemente la producción de energía. «Una mejora del 1% en el coeficiente de potencia podría, en particular, aumentar la producción de energía de una turbina, que puede alimentar a todo un vecindario», explicó. Este aumento se vuelve particularmente impactante cuando se aplica en varias turbinas, lo que fortalece tanto la producción de energía como la viabilidad financiera de la energía eólica.
Además, el modelo Tyagi ofrece información invaluable sobre los requisitos de ingeniería para las turbinas eólicas, para que puedan lidiar mejor con las tensiones relacionadas con sus entornos operativos. Schmitz también señaló que el impacto real de su trabajo se verá en la próxima generación de turbinas eólicas, utilizando los métodos recién descubiertos. Estas ideas prometen ofrecer diseños más efectivos de costo, reduciendo los costos totales relacionados con la producción de energía eólica y acelerar el cambio a fuentes de energía renovable.
Como reconocimiento por su trabajo pionero, Tyagi recibió el prestigioso premio Anthony E. Wolk a la mejor tesis de ingeniería aeroespacial en Penn State. Schmitz elogió su actuación y explicó: «Su trabajo es realmente impresionante … Tenía que haber una forma más fácil de hacerlo. Luego entró Divya». El significado de su investigación ha recibido la atención de los círculos académicos y la industria energética, con las expectativas de que servirá como una fuente crítica para el diseño de las turbinas eólicas de la próxima generación.
Tyagi actualmente está ampliando su investigación sobre la dinámica del líquido computacional, con un enfoque en optimizar el flujo de aire alrededor de los helicópteros. Este trabajo, apoyado por la Armada Americana, tiene como objetivo mejorar la seguridad y la eficiencia de los vuelos y presentar las amplias implicaciones de su experiencia.
El viaje de los interruptores de Tyagi-It de un antiguo desafío matemático en un catalizador para la innovación en la energía eólica concluye cómo los estudios académicos dedicados pueden conducir a un cambio sustancial y positivo en los sectores críticos.
