Joven estudiante ha renovado un
problema de matemáticas de un siglo de antigüedad y ha descubierto una solución
simple pero elegante para optimizar las condiciones de flujo de las turbinas
eólicas y mejorar la producción de energía.
Estudiante
perfecciona un problema matemático centenario, ampliando las posibilidades de
la energía eólica
Una estudiante de ingeniería de Penn
State refinó un problema matemático con más de cien años de antigüedad,
simplificándolo y haciéndolo más accesible para su uso y exploración. El
trabajo de Divya Tyagi amplía la investigación en aerodinámica,
desbloqueando nuevas posibilidades en el diseño de turbinas eólicas que Hermann
Glauert, un aerodinamicista británico y autor original del problema, no había
considerado.
Tyagi, quien actualmente cursa una
maestría en ingeniería aeroespacial, desarrolló esta investigación como parte
de su tesis de grado en el Schreyer Honors College de Penn State. Su trabajo
fue publicado en Wind Energy Science y ha sido reconocido por
su relevancia en la optimización del rendimiento de las turbinas eólicas.
Un
nuevo enfoque para mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas
“He creado un apéndice al problema
de Glauert que permite determinar el rendimiento aerodinámico óptimo de una
turbina eólica resolviendo las condiciones ideales de flujo para maximizar su
producción de energía”, explicó Tyagi, quien obtuvo su licenciatura en
ingeniería aeroespacial.
Su asesor, Sven Schmitz,
profesor de la Facultad de Ingeniería Aeroespacial y coautor del
estudio, destacó que el trabajo original de Glauert se centraba exclusivamente
en el coeficiente de potencia máximo alcanzable, una medida de la eficiencia
con la que una turbina convierte la energía del viento en electricidad. Sin
embargo, Glauert no había considerado completamente las fuerzas y
momentos que actúan sobre el rotor, la unidad giratoria con aspas, ni cómo
estas aspas se doblan bajo la presión del viento.
Si una persona extiende los brazos y alguien presiona sobre
su palma, debe resistir ese movimiento”, explicó Schmitz. “A
esto lo llamamos fuerza de
empuje en la dirección del viento y momento flector en la base, y las
turbinas eólicas deben soportarlo también. Es esencial comprender la magnitud
total de estas cargas, algo que Glauert no había calculado completamente”.
Impacto
en la próxima generación de turbinas eólicas
Schmitz subrayó que la simplicidad
del apéndice desarrollado por Tyagi, basado en el cálculo de
variaciones, permitirá a los investigadores explorar nuevos aspectos del
diseño de turbinas eólicas.
“El impacto real se verá en la
próxima generación de turbinas eólicas, que podrán aprovechar este nuevo
conocimiento”, afirmó. “La solución elegante de Divya seguramente se
integrará en los programas académicos de ingeniería alrededor del mundo”.
Tyagi considera que su trabajo es un
paso hacia la mejora de la generación de energía eólica y la reducción de
costos.
“Mejorar el coeficiente de
potencia de una turbina eólica grande en solo un 1% tiene un impacto
significativo en la producción de energía y afecta a otros coeficientes que
hemos derivado”, explicó. “Un aumento del 1% en la eficiencia podría
incrementar notablemente la producción de energía de una turbina, permitiendo
abastecer a comunidades enteras”.
Reconocimientos
y futuras aplicaciones
Durante su último año de
licenciatura, Tyagi fue galardonada con el Premio Anthony E. Wolk,
otorgado a estudiantes de ingeniería aeroespacial que presentan la mejor tesis
en su campo.
Actualmente, en su maestría, Tyagi se
especializa en simulaciones de dinámica de fluidos computacional,
analizando el flujo de aire alrededor del rotor de un helicóptero. Su
investigación, financiada por la Marina de los Estados Unidos, busca mejorar la
seguridad de vuelo y las simulaciones de aterrizaje de helicópteros en barcos
en movimiento.
“El objetivo es integrar estos
análisis con el flujo de aire complejo que se genera alrededor de un barco para
comprender cómo interactúa con un helicóptero al intentar aterrizar en su
cubierta”, detalló.
Reflexionando
sobre su investigación de pregrado, Tyagi reconoció los desafíos de demostrar
su solución en papel.
“Pasé entre
10 y 15 horas semanales trabajando en el problema, escribiendo la tesis y
realizando investigación. Fue un proceso largo debido a la complejidad
matemática, pero me siento muy orgullosa al ver el impacto de mi trabajo”,
comentó.
Schmitz, quien ha estudiado el
problema de Glauert durante décadas, elogó la perseverancia de Tyagi.
“Cuando
analizaba el problema de Glauert, pensaba que faltaban pasos y que era
innecesariamente complicado. Sabía que debía haber una forma más sencilla de
resolverlo. Ahí es donde entró Divya. Fue la cuarta estudiante a la que desafié
con este problema, y la única que lo aceptó y resolvió. Su trabajo es
verdaderamente impresionante”.
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