Turbina eólica fabricada localmente produce energía con vientos lentos de Bogotá

Imagine que sobre las edificaciones de Bogotá, en un futuro no tan lejano, se puedan incorporar en sus estructuras pequeños molinos o generadores de energía eólica, que puedan producir con los vientos capitalinos cerca del 10 % de la demanda de un hogar de cuatro personas. Aunque esta no fue la idea con la que Andrés Galindo, ingeniero mecatrónico y magíster en Automatización de la Universidad Nacional, partió para desarrollar un prototipo de generador, logró hacer algo que no se había explorado en la región capital: aprovechar los vientos lentos, de Bogotá y Cundinamarca, para arrancar una novedosa turbina y producir energía eléctrica; un aprovechamiento que parecía inviable en las ciudades.

La generación eólica ha evolucionado por años y se ha utilizado para múltiples fines, pero en su mayoría a gran escala: “Los sistemas de generación eólica típicamente se construyen en grandes parques y aprovechan vientos de 12 metros por segundo. Esta potencia no se logra sino en la Alta Guajira o en el Caribe colombiano”, le explicó a El Espectador Javier Rosero, profesor titular de la Universidad de Colombia y parte del equipo de investigación que desarrolló el nuevo prototipo.

La velocidad de los vientos de la capital ronda entre 1,5 m/s y 4 m/s, menos de la mitad que en el Caribe, lo que dificulta que cualquier sistema eólico pueda sostener movimiento para generar energía, como en los molinos de viento de gran altura. Por esta razón se ha descartado implementar sistemas así en ciudades como Bogotá y, de la misma manera, pero con menos rechazo, los sistemas fotovoltaicos con paneles solares no son una solución ampliamente utilizada en las ciudades. No obstante, según Rosero, “ha resurgido el impulso de investigar nuevos sistemas de generación de energía producidos localmente para entornos urbanos, por la necesidad urgente de tener energía eficiente y renovable”.

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Desde esta perspectiva, Andrés Galindo comenzó un trabajo de investigación buscando alternativas para producir energía de manera diferente a la convencional en Colombia. “En el país la energía es, en su mayoría, producida por hidroeléctricas, pero ¿qué pasa cuándo hay sequía, como sucedió en pasados meses? Prenden las termoeléctricas, algunas con diésel, otras con carbón”, dice el ingeniero de 32 años y añade que “la idea surgió partiendo de la premisa de que, si se lograba aprovechar los vientos suaves de un entorno urbano como Bogotá, entonces, ese sistema podría ser muy eficiente en zonas con mayor viento, así que el reto era hacerla funcionar en edificaciones de la ciudad”.

El generador

Este proyecto hace parte de la iniciativa Red de Soluciones Energéticas para las Comunidades de Colombia. “En ella buscamos abordar nuevas tecnologías como la generación eólica a baja potencia, pero también tenemos un sistema de generación agrovoltaica, en la cual la generación fotovoltaica nos permite, debajo de ella, controlar el microclima para producir hortalizas”, dice Rosero.

Galindo halló que en la isla de San Andrés la energía se produce a través de un generador que funciona con diésel, cuyo contrato, de 10 años, está próximo a terminar. Con el fin de buscar alternativas, comenzó a diseñar el prototipo con asesoría del profesor Rosero y otros estudiantes. “El diésel es traído a San Andrés en barcos, lo que hace que el kilovatio/hora sea absurdamente costoso en la isla, solo que la comunidad no lo siente porque es en gran parte subsidiado”. Entonces, la premisa del joven investigador fue: “Si podemos crear un prototipo que aproveche los vientos de la ciudad, en San Andrés trabajará óptimamente”.

La tesis de Andrés se enfocó en producir una turbina que fuera fácil de implementar a corto plazo. Esta turbina tiene álabes rectos, más fáciles de fabricar; a diferencia de los álabes de un ventilador, que suelen ser curvos. “La idea es que fuera portátil y se pudiera desarmar; de esta manera, el prototipo pueda pasar tranquilamente por una puerta promedio de 90 centímetros”, explicó.

“Escogí esta línea de investigación de la transición de las energías renovables porque considero que hay que hacer una transición energética; es importante para nuestro país y para el mundo. Es claro que tenemos que dejar de usar las energías fósiles, y una forma de hacerlo es invirtiendo en investigación, invirtiendo en desarrollo de esta tecnología”, agregó el investigador.

El primer prototipo se construyó de madera y luego se buscó un diseño más avanzado. “El generador cuenta con dispositivos que facilita un arranque más natural, similar al impulso inicial que se necesita para hacer girar una rueda”, subraya el profesor Rodolfo García Sierra, del Observatorio de Innovación de la UNAL. Según su explicación, estos elementos se diseñaron para reducir el esfuerzo que siempre se necesita en el primer giro, y esto es importante, porque es lo que hace funcionar la turbina con vientos muy lentos.

No solo el diseño es novedoso y permitió que la Oficina de Patentes avalara el registro de este generador eólico, sino que encuentra solución a otro problema de aprovechar los vientos urbanos y es que estos generadores funcionan con un sistema de autoarranque, que no funciona con vientos tan lentos. “Con perfiles aerodinámicos de la NASA logramos pruebas satisfactorias en el edificio de Economía de la Universidad que demostraron que con tres y cuatro metros por segundo de viento el sistema de autoarranque funciona. En San Andrés, es de seis a ocho metros por segundo”.

Juan Pablo, parte del equipo de investigación, explicó que el generador que desarrollaron es uno Darrieus tipo H, nombre que recibe del ingeniero aeronáutico francés Georges Jean-Marie Darrieus, quien patentó este diseño el 1.° de octubre de 1926. “El diseño contiene unas turbinas de eje vertical, a diferencia de las que se usan a gran escala y que usan los molinos de viento. El viento pega en los álabes o aspas, que son fabricados con fibra de vidrio y ayudan a aprovechar los vientos suaves”.

“Podría suministrar del 60 al 80 % de la energía que puede demandar una familia de cuatro o cinco personas. No es una generación masiva, sino para el usuario”, precisó el profesor Rosero. Esto tiene un proceso de filtrado a través de un controlador de carga que permite enviar energía alterna a corriente directa en las baterías, que pueden ser usadas en hogares y empresas.

El profesor titular subrayó que “ese potencial, si bien la eficiencia puede no ser tan alta como uno esperaría en un parque eólico, lo compensa porque es una solución pequeña, modular, y la generación está más cerca de la demanda. Traer la energía a Bogotá de La Guajira es costoso y por eso le apostamos a soluciones distribuidas, de baja potencia, de bajo voltaje y cercanas a donde se consumen para evitarnos ese tránsito desde las zonas lejanas”.

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Se han hecho pruebas en la Universidad, en el edificio de Medicina de Ciencias Económicas, en empresas en el municipio de Lenguazaque. “Fuimos a ver ese ejemplo en una empresa pequeña de lácteos que tiene un requerimiento energético para la cadena del frío de la leche. Empresas filiales de Ecopetrol como Cenit ya se han interesado en este sistema para incorporarlo en sus instalaciones y producir parte de su energía”. Hay que llevarlo al campo, pues el proyecto está materializado como prototipo y su desempeño está aprobado; solo falta viabilizarlo comercialmente.

Energía eólica en la ciudad

El reto en Bogotá es que el viento no fluye de la misma forma en todas las zonas. “Encontramos que había franjas horarias y meses en los que el viento da el mínimo para que arrancara de cuatro pisos en Bogotá. Como la velocidad del viento aumenta con la altura, si se pudiera llevar a edificios más altos se lograría una buena eficiencia”, aseguró Galindo.

Si bien el trabajo de hacer un sistema pensado en el usuario residencial o comercial, que tenga un diseño práctico y modular, es reciente, es una conversación que se está dando en todo el mundo. “Buscamos abordar dos cosas: uno, que el diseño de un generador eólico depende muy de la mano de las condiciones y del microclima de la localidad, en este caso de Bogotá y Cundinamarca”, señaló Rosero.

El ingeniero Galindo añadió: “Hay lugares en los que los mismos edificios generan flujos de viento intensos que aumentan la velocidad. Le veo la viabilidad, pero encontrando más mediciones y datos para poder implementarlo. Podría tener una capacidad maxima de 300 vatios; en terminos de bombillos, son cerca de 30. En términos de una sola turbina, puede parecer poca energía, pero ellas en conjunto, en una terraza, se ha encontrado que se ayudan entre sí. No ocupan más de un metro cuadrado de espacio, por lo que podemos tener varias turbinas y se podría producir más energía”.

Datos recolectados por estaciones meteorológicas mostraron que los vientos suelen ser más fuertes al mediodía, y que enero es el mes de mayor favorabilidad, lo cual confirma el potencial de las turbinas para complementar otras fuentes de energía como la solar, que depende exclusivamente de la luz diurna.

“Estas turbinas operan 24 horas siempre y cuando las condiciones del viento sean las adecuadas, e instalándolas en edificios urbanos se aprovechan las estructuras existentes, lo que reduce costos asociados con la construcción de torres”, anotó el investigador.

Producción de tecnología local

Este grupo de investigación, aparte de generar desarrollos que en un futuro serán cruciales para la sostenibilidad ambiental, le apuesta a que todo esto sea desarrollado localmente, en la ciudad.

“Las soluciones que ofrecen empresas europeas, estadounidenses o chinas no las podemos estandarizar ni llevar al territorio colombiano de forma directa para que generen energía. Ese es un trabajo que tenemos que hacer aquí: trabajo de potencial eólico, de medición de los microclimas, y con base a eso producir los equipos a la medida para que haya una eficiencia”, dice el lider del grupo.

Por ejemplo las aspas de este modelo son más eficientes si se fabrican en fibra de vidrio. “Esto lo estamos haciendo con talleres del Ricaurte o del Siete de Agosto, que son empresas que tienen ese potencial de aportar a la fabricación de estos prototipos, imprimiéndole al desarrollo esa firma de ‘hecho en Colombia’. Esto genera una dinámica que nos permite cubrir un mercado sin necesidad de importar la tecnología y depender de esa importación, que eleva los costos”.

El principal reto para este proyecto es la adquisición de recursos. “El tema económico es, sin duda, la mayor dificultad; esa financiación no se consigue fácil para estos proyectos. El grupo de investigacion consiguió los recursos para este prototipo y se logró, en parte, porque, exceptuando el generador, todo se produjo de manera local. Las personas de la fibra de vidrio y artistas de la capital intervinieron para poder llegar al diseño final”.

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Galindo anota que seguirán trabajando para optimizar el generador y llevarlo a más lugares. “Este año tuvimos la fortuna de que no hubo cortes de luz, pero es un escenario que no es descabellado y más en una ciudad como Bogotá, que depende de recursos limitados de generación de energía. Hay que diversificar los procesos, no solo con paneles solares, sino combinandolo con energía eólica”.

Por último, este generador es apenas uno de los tantos proyectos en los que trabaja la red: hay soluciones de la demanda como prototipos de movilidad de bicicletas eléctricas, con las cuales han hecho diseños para varios usos y perfiles de usuarios, además de generadores que permiten controlar los microclimas y para campos de hortalizas en Cundinamarca y otros que están cambiando la forma de pensar en producir energía.

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