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Cómo generar energía eólica con una cometa o un dron . – Una gran cometa o un dron gigante unidos por un cable a un generador pueden producir electricidad aprovechando la fuerza del viento. Ahora ingenieros de la Universidad Carlos III de Madrid han creado un simulador para analizar la eficiencia de estos nuevos sistemas de generación de energía aerotransportada.
UC3M | | 19 febrero 2019
El objetivo de la investigación es generar energía eléctrica de forma renovable mediante sistemas basados en cometas y drones. Crédito: UC3M
Los sistemas de generación de energía aerotransportada (AWES, por sus siglas en inglés) son una nueva tecnología para producir energía eléctrica usando la fuerza del viento. En ellos, la costosa torre de los aerogeneradores convencionales es sustituida por un cable, y sus palas por una aeronave que puede ser una cometa flexible o un dron gigante sujetos a esa finísima ‘torre’.
La costosa torre de los aerogeneradores es sustituida por un cable, y sus palas por una aeronave que puede ser una cometa flexible o un dron gigante
En los llamados ‘sistemas de generación en tierra’, la fuerza del cable se usa para mover un generador eléctrico instalado en la superficie mientras que, en los ‘sistemas de generación en vuelo’, la energía eléctrica es producida por un aerogenerador embarcado en la propia aeronave y transmitida a tierra por el propio cable. En ambos casos, el resultado es un sistema con un menor coste de instalación y materiales que puede operar a grandes altitudes (por encima de 500 metros), donde el viento es más intenso y menos intermitente. También presentan un menor impacto visual y mayor facilidad de transporte respecto a otros sistemas, lo que permite generar energía en lugares remotos de difícil acceso.
“Los AWES son tecnologías disruptivas que operan a gran altitud y generan energía eléctrica”, explica Gonzalo Sánchez Arriaga, investigador Ramón y Cajal del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). “En ellas se combinan disciplinas clásicas de la ingeniería eléctrica y la aeronáutica, como el diseño de máquinas eléctricas, la aeroelasticidad o el control, con otras más recientes y no convencionales relacionadas con los drones y la dinámica de cables”, añade.
En este marco, ingenieros de la UC3M han desarrollado un simulador de vuelo que permite estudiar el comportamiento de los sistemas AWES. Los detalles los presentan en la revista Applied Mathematical Modelling.
“Gracias al simulador, podemos estudiar el comportamiento de estos sistemas, optimizar su diseño y encontrar trayectorias que maximicen la generación de energía”, explica Ricardo Borobia Moreno, del Área de Mecánica de Vuelo del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y doctorando en el Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial. El software que han desarrollado se encuentra registrado con titularidad de la UC3M y se puede descargar libremente para su uso en investigación por otros grupos.
Un banco de ensayos en vuelo
Junto con el simulador, los investigadores han puesto en marcha un banco de ensayos en vuelo para sistemas AWES. Para ello han equipado con diferentes instrumentos dos cometas de kitesurf y han registrado durante numerosos vuelos datos como la posición y velocidad de la cometa, ángulos de ataque y resbalamiento y tensiones en las líneas. A partir de ellos, se han podido desarrollar y validar diferentes herramientas de software, como el mencionado simulador o un estimador de los distintos parámetros que caracterizan en cada instante el vuelo de la cometa.
Un simulador de vuelo permite estudiar el comportamiento de estos sistemas de generación de energía aerotransportada
“La preparación del banco de ensayos ha requerido una importante inversión de esfuerzo, tiempo y recursos, pero también ha levantado el interés de un gran número de nuestros estudiantes. Más allá de la investigación, el proyecto ha enriquecido nuestra docencia, ya que muchos de ellos han realizado sus proyectos fin de grado y máster sobre AWES”, comenta Sánchez Arriaga, que imparte la asignatura de Mecánica de Vuelo en el Grado de Ingeniería Aeroespacial de la UC3M.
La investigación y creación de empresas relacionadas con la generación de energía con cometas y drones a gran altura –es decir, por encima de los 500 metros– está experimentando un importante crecimiento en los últimos años gracias al apoyo financiero, entre otros, de la Comisión Europea y de empresas privadas como Google.
El grupo de la UC3M es pionero en España y se puso en marcha en 2015 gracias a una Beca Leonardo de la Fundación BBVA. Ha tenido continuidad a través del proyecto GreenKite, financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, que está actualmente en marcha.
“Nuestras actividades incluyen los ensayos en vuelo y la estimación, control y simulación de AWES”, señala Sánchez Arriaga. “En el proyecto se está llevando a cabo una interesante transferencia de tecnología y conocimiento desde el mundo de la aviación, como los métodos de ensayos en vuelo, al de la energía aerotransportada”, concluye Borobia Moreno.
Referencia bibliográfica:
Sanchez-Arriaga, Gonzalo & Pastor-Rodríguez, Alejandro & Sanjurjo Rivo, Manuel & Schmehl, Roland. (2018): A Lagrangian Flight Simulator for Airborne Wind Energy Systems. Applied Mathematical Modelling, 19, pp 665-684, 2019. First published version available online: 4-jan-2019. https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.12.016