En el contexto de la creciente demanda de energías renovables, la tecnología de microturbinas eólicas ha logrado un progreso clave. La investigación liderada por el equipo de Zhang Shuo ha confirmado por primera vez que, mediante un diseño colaborativo de doble turbina de rotación inversa, la salida de potencia de los dispositivos micro puede aumentar un 37%, proporcionando una solución eficiente de suministro de energía para escenarios fuera de red. Los resultados relacionados se publicaron en Renewable and Sustainable Energy Reviews.

Esta investigación se centra en microturbinas de diámetro inferior a 20 cm; aunque estos dispositivos son compactos en volumen, son una opción importante de suministro de energía para sensores remotos, terminales de Internet de las Cosas y dispositivos electrónicos móviles. Los diseños tradicionales están limitados por cuellos de botella en eficiencia aerodinámica y costos, lo que dificulta satisfacer las demandas de energía distribuida. El equipo de investigación utilizó la técnica de velocimetría por imágenes de partículas estereoscópica para capturar por primera vez la energía cinética rotacional no utilizada en el flujo de estela de una sola turbina.

Los experimentos muestran que, cuando la segunda turbina de rotación inversa se coloca con precisión a 12 veces el radio detrás de la primera, puede capturar eficientemente la energía rotacional en el flujo de estela y convertirla en electricidad. Incluso en condiciones de turbulencia, esta configuración muestra una ventaja significativa sobre los sistemas de rotación en la misma dirección. Este fenómeno se origina en las características únicas de baja velocidad de rotación y alto torque de las microturbinas, cuyo efecto de "torsión" del viento generado puede ser aprovechado plenamente por equipos de diseño personalizado aguas abajo.

La posición en serie puede mejorar la salida de potencia de las microturbinas eólicas

"Esto es similar al principio de compresión multinivel de los motores de aviación", explicó el equipo de investigación, "mediante la optimización de la distancia y la dirección de rotación entre turbinas, los sistemas micro pueden utilizar simultáneamente la fuerza de empuje y la fuerza de torsión del viento, maximizando la eficiencia energética". Los datos de prueba muestran que el sistema de doble turbina optimizado, manteniendo un volumen compacto, tiene una eficiencia de captura de energía casi un 40% superior a la de un solo dispositivo.

Este avance abre nuevas vías para las aplicaciones de energía distribuida. Los sistemas de microturbinas mejorados pueden apoyar de manera estable el suministro de energía para la infraestructura de comunidades fuera de red, y proporcionar soluciones de carga de larga duración para drones, robots agrícolas y otros dispositivos móviles. El equipo de investigación enfatizó que, ajustando la distancia y el arreglo de las turbinas opuestas, se puede reducir aún más el costo unitario de generación de electricidad, haciendo que el suministro de energía en regiones remotas sea más económicamente viable.

A medida que se profundiza la exploración global de tecnologías de energía sostenible, las microturbinas eólicas están transformándose de dispositivos de suministro auxiliar a soluciones de energía principales. La investigación del equipo de Zhang Shuo no solo proporciona un plano teórico para la optimización de equipos, sino que también impulsa la aplicación a escala de sistemas de energía distribuida a través de rutas tecnológicas replicables. Según predicciones de la industria, una vez que esta tecnología madure, reducirá significativamente los costos de implementación de energía para escenarios como dispositivos IoT y redes de monitoreo ambiental, acelerando el proceso de transición global a energías limpias.