Mejora, optimiza y reduce el impacto energético

Simulación, la gran aliada de la energía del futuro

Natalia Pozhilova.Technical Consultant de MSC Software, part of Hexagon’s Manufacturing Intelligence division

25/02/2021

Vivimos en un mundo global donde la necesidad de producir energía fiable y a bajo coste se combina con las preocupaciones medioambientales. La sociedad está desafiada a desarrollar nuevas tecnologías de generación de energía, mejorar las existentes, optimizar y reducir el uso de energía y crear nuevas soluciones innovadoras que equilibren la demanda, el coste y el impacto ambiental.

El uso de la simulación CAE (del inglés Computer Aided Engineering, Ingeniería asistida por ordenador) desde el comienzo del desarrollo de productos y proyectos juega un papel fundamental para conseguir soluciones económicas, y poder evaluar múltiples conceptos nuevos de forma más rápida que con métodos tradicionales de prototipado y ensayo.

Actualmente distintas áreas de simulación, como simulación mecánica, térmica y de fluidos, simulación de procesos de control y muchas otras, se emplean en los proyectos del sector energético. Gracias a esta digitalización, se puede controlar mejor los procesos y tecnologías existentes y desarrollar nuevas soluciones de generación, entre las que se incluyen energías renovables como por ejemplo la energía eólica, solar, hidroeléctricas, de mares y mareas.

Energía Eólica y su integración

La energía renovable está atrayendo la atención como fuente de energía de próxima generación, y la generación de energía eólica es una de ellas. La simulación CFD (del inglés Computational Fluid Dynamics) se puede utilizar para predecir el comportamiento alrededor de las turbinas, así como la fuerza de presión y el par que actúan sobre las palas de la turbina.

La evaluación del entorno eólico se está volviendo muy importante en la planificación urbana y el diseño arquitectónico debido al aumento de edificios de gran altura en un área congestionada, lo que hace que el flujo del viento sea muy complicado. Es lo que hace que la simulación CFD sea muy útil para predecir el efecto del viento y para tomar medidas contra fuertes rachas que atraviesan edificios. De forma rápida y fácil se puede incluir un amplia área utilizando datos geográficos digitales.

Energía Mareomotriz

La simulación no solo ayuda a planificar la integración urbanística, sino también a mejorar la tecnología y diseñar nuevas soluciones.

La generación de energía mareomotriz se considera el enfoque más prometedor para el desarrollo de energía renovable marina. Se han realizado diversas investigaciones sobre su eficiencia energética. Como ejemplo, la turbina de 'lente de viento', desarrollada por el profesor Ohya de la Universidad de Kyushu ^[1], tiene un difusor en forma de anillo a lo largo del borde exterior de sus palas y se sabe que es eficaz para mejorar la eficiencia energética.

Usando esta tecnología, se desarrolló la turbina de 'lente de agua^'[2]para crear los mismos efectos en la generación de energía mareomotriz. En el estudio, se realizaron análisis para evaluar el rendimiento de una turbina de agua con y sin lente y para comparar distribuciones de flujo y coeficientes de potencia.

La simulación jugó un papel fundamental en el estudio. Gracias a la función de elemento móvil de solución Cradle CFD de MSC Software, que se utilizó para analizar modelos de turbinas con y sin lente, la simulación permitió visualizar y verificar la diferencia causada por los efectos del difusor de la lente en la velocidad del flujo y en la distribución de la presión. Los coeficientes de potencia, utilizados como índices para la eficiencia de generación de energía de las turbinas, se estimaron mediante cálculos CFD. La comparación entre los casos con y sin lente mostró que el valor del coeficiente de potencia fue más del doble con la lente. El resultado del experimento mostró un patrón similar. Esto valida que CFD se puede utilizar para evaluar la capacidad de la turbina de lente de agua de manera efectiva.

El avance tecnológico

Son múltiples los ejemplos donde las tecnologías CAE ayudan al avance tecnológico, pero en mi opinión, las aplicaciones en el sector de las renovables son de mayor relevancia. Gracias a las simulaciones no solo podemos tener acceso a energía más sostenible, eficiente y económica, sino que también podemos desarrollar, testar, mejorar e innovar en las formas de generar, almacenar y distribuir la energía.

Vivimos en un mundo dinámico y la apuesta por la digitalización y el uso de las últimas tecnologías en el sector es la clave del progreso tecnológico.

“El gran motor del cambio — la tecnología”, Alvin Toffler,

Referencias:

1. “Wind lens technology and its application to wind and water turbine and beyond” Y. Ohya, T. Krasudani, K. Watanabe, T. Nagai, Kyushu University

2. “Development of high efficiency mini water energy system using Water-lens turbine”, Y. Ohya, Kyushu University

3. MSC Software: Case Study for Kyushu University “Assessing the Capability of Water Lens Turbine for Tidal Power Generation”

4. MSC Software: Power Generation: Renewable energy and simulation