Kadua 200 podrá generar energía a partir de rangos de velocidad bajos en zonas no interconectadas afectadas por la violencia. Es amigable con el medioambiente, no desorienta la trayectoria de las aves y no depende de la dirección del viento.
Por: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito
Tres ingenieros mecánicos de la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito se unieron para construir una turbina eólica de eje vertical tipo savonius y generar energía a partir del recurso eólico existente en zonas no interconectadas del país.
Este logro es fruto de la experiencia adquirida en estudios de posgrado (maestría y doctorado), en las áreas de materiales compuestos, métodos numéricos orientados a tomografía de impedancia eléctrica y láminas delgadas sometidas a pandeo. Los ingenieros contaron con el apoyo de estudiantes de pregrado y posgrado para crear un dispositivo de conversión de energía que puede iluminar el hogar de muchos colombianos.
La máquina, construida e instalada en el techo del edificio de laboratorios, permitirá evaluar el desempeño del diseño en condiciones reales de funcionamiento, ofreciendo información que se podrá utilizar en interacciones próximas del diseño e innovación.
Por el momento, el dispositivo no depende de la dirección del viento, produce bajos niveles de vibración (ruido) y, a diferencia de las convencionales de eje horizontal, no desorienta a las aves, lo que lo hace amigable con el medioambiente.
La turbina ha sido bautizada con el nombre de Kadua 200, palabra del idioma sikuani que significa “torbellino de viento”. Los sikuani son una tribu asentada en los Llanos Orientales de Colombia.
Los profesores e investigadores Miguel Fernando Montoya Vallejo, Javier Andrés Urbano Tole y Camilo Hernández Acevedo, junto a cerca de otras 15 personas que han trabajo en el proyecto, esperan llevar estas turbinas a Uribia, en La Guajira, que es uno de los municipios que forman parte del 50 % del territorio nacional que no cuenta con energía eléctrica. Se proponen cubrir con dos turbinas el 75 % del consumo básico de subsistencia de un hogar, definido por la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME).
Con el proyecto, dicen los ingenieros mecánicos, no sólo están en línea con los compromisos ambientales y las hojas de ruta que se ha trazado Colombia para el cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS), sino con esa transición energética que tanto buscan países como Colombia para dejar de depender de fuentes de energía convencionales y seguir apuntándole a fuentes limpias.
"Lo que comenzó como un proyecto de investigación, se convirtió en un desarrollo tecnológico que se puede llevar a cualquier rincón de Colombia".
La primera vez que Miguel Fernando Montoya Vallejo, líder del Grupo de Investigación de Diseño sostenible (DSIM), tuvo contacto con las turbinas eólicas de eje vertical tipo savonius fue en el año 2012, durante una actividad académica llevada a cabo en Bogotá.
Quizás lo que más le llamó la atención de esta máquina motora fue el hecho de que no causa impacto ambiental y puede llevarse a las zonas más remotas de la geografía nacional para iluminar la vida de miles de habitantes de regiones azotadas por la violencia.
En 2017, Montoya Vallejo hizo una pasantía internacional con la Universidad de Connecticut. Allí, con uno de los profesores invitados, escribió el proyecto de investigación y lo presentó a la convocatoria de investigación de la Escuela.
Un año después, la universidad lo aprobó y el ingeniero conformó un equipo con sus colegas, Javier Andrés Urbano Tole y Camilo Hernández Acevedo, y otros colaboradores que no dudaron en darle vida al desarrollo tecnológico.
Aunque en principio el objetivo del proyecto era realizar unas simulaciones numéricas de posibles prototitpos y algunas pruebas en túnel de viento, Kadua 200 alcanzó la construcción, puesta a punto y caracterización y está más que lista para los inversionistas que vean en ella una solución económica y ambientalmente sostenible para las zonas no interconectadas del país.
“Cuando empezamos con este proyecto lo hicimos de forma tal que la metodología de investigación nos permitiera ajustar las condiciones climáticas de la zona en el proceso de diseño. Lo que comenzó como un proyecto de investigación, se convirtió en un desarrollo tecnológico que se puede llevar a cualquier rincón de Colombia en donde exista un recurso eólico”, dice el ingeniero Montoya Vallejo, quien asegura que el sueño del grupo de trabajo es llegar a La Guajira para proveer de energía a los hogares y accionar los sistemas de bombeo de agua subterránea, con lo cual luchan todos los habitantes.
En ese sentido, ya se han hecho acercamientos con iNNpulsa Colombia, institución del Gobierno nacional, para apoyar y promover el crecimiento empresarial extraordinario, es decir, iniciativas de negocio que puedan crecer de manera rápida, rentable y sostenida.
También han tenido conversaciones con Hocol, la empresa de petróleo y gas, al igual que con Enel Colombia y las Empresas Públicas de Medellín (EPM) ESP, al tiempo que participan en talleres y actividades con Connect Bogotá Región, como forma de alistamiento y presentación de la tecnología.
Los tres ingenieros les han presentado Kadua 200 a la industria, las universidades y organizaciones no gubernamentales (ONG). La idea es afinar, en la parte electrónica, los detalles de la puesta a punto de la turbina. “Las condiciones climáticas que ofrece Bogotá no son óptimas para el funcionamiento de esta turbina. Los rangos de velocidad de la capital son muy bajos, comparados con los que se pueden alcanzar en La Guajira”, dice el ingeniero Montoya Vallejo.
“Lo que queremos es validar la tecnología en un escenario experimental más real, con unas condiciones de velocidad de viento, densidad y composición del aire que nos permitan caracterizar su funcionamiento y determinar el consumo energético en zonas apartadas”, afirma el profesor.
Más que un desarrollo tecnológico con un gran futuro comercial, Kadua 200 se muestra como el resultado de ejercicios académicos propicios para el desarrollo de aprendizajes de alta calidad y experiencias pedagógicas para la vida profesional de los estudiantes de pregrado y posgrado.
“Una de las tareas de la Escuela es la investigación; en ese sentido, comprar piezas en otros países no resulta funcional ni para nosotros ni para el país. En el caso de la turbina, debemos ser capaces de caracterizar a partir de las condiciones de viento, con las herramientas que tenemos, con nuestro potencial técnico y los conocimientos que poseemos. Debemos poder conectar a las nuevas generaciones de estudiantes; enseñarles que es viable hacer estos desarrollos en nuestras aulas”, dice Javier Andrés Urbano Tole, profesor del Programa de Ingeniería Mecánica de la universidad.
El ingeniero Urbano agrega que también es fundamental crear una tecnología, conectar con nuevos estudiantes, con el sueño de las energías renovables, con los graduados que están trabajando en estas áreas, o en los temas de instalación, montaje, desarrollo, implementación y conocimiento de dichas tecnologías.
Como Kadua 200 está en etapa de validación y sólo hay una máquina, los costos de producción fueron elevados; pero al comercializarla se deben reducir. “Si queremos escalar este producto comercialmente, los procesos de manufactura deben ser muchísimo más económicos. Para ello debemos escalar otro tipo de materiales, que permitan implementar métodos de manufactura más baratos y eficientes”, dice Montoya Vallejo, y recalca: “También necesitamos evaluar la vida útil de la turbina. Si la montamos en La Guajira, el viento de esta región tiene material particulado que, al impactar sus álabes, puede generar erosión”.
Finalizando el proyecto, dicen los investigadores que se respondieron muchas preguntas, pero aún quedan otras pendientes, así como algunas acciones inmediatas que tienen que ver con el balanceo dinámico de la turbina, la minimización de las vibraciones para eliminar los elementos tensores y una investigación de lo que se conoce como interferencia constructiva.
¿Qué es la interferencia constructiva? Es una ventaja de esta tecnología en la cual, a través de métodos numéricos y matemáticos, es posible definir en un área determinada la ubicación de algunas turbinas con cierta configuración geométrica para maximizar la salida de potencia. Claro que esa es otra línea de investigación.
“Estamos interesados en investigar más sobre el generador eléctrico de la turbina, que es importado de China. No podemos depender de un tercero porque, además, no necesariamente es el mejor para el diseño obtenido. Queremos analizar cómo hacer la estructura metálica para que salga más barata y mucho más amigable con el ambiente”, asegura el ingeniero Urbano Tole.
“El sistema de comunicación, almacenamiento y procesamiento de datos es un primer prototipo. Estamos pensando cómo mejorarlo en el futuro inmediato, cómo hacerlo más robusto y que, llegado el caso, podamos ponerle varias de estas turbinas. Es algo bastante ambicioso que queremos hacer y que incluye una granja eólica con varias turbinas aquí, en los terrenos de la Escuela, para comenzar a actuar desde una perspectiva más real”, comenta Hernández Acevedo.
La turbina eólica tipo savonius consta de tres partes, explican los investigadores: la de conexión de la turbina con la tierra, que es la estructura de soporte; la intermedia, que conecta la parte giratoria con la fija, y la de generación o rotor con la turbina.
Los tensores, eso delgados brazos metálicos que se ven en la parte superior, pertenecen a la parte estructural. Adicional a eso, en el área de control y administración de la energía, que está en la parte posterior en forma de caja, están las comunicaciones, la medición de consumo, la medición de rotación y todas las variables.
Si bien estos tres profesores e investigadores son los líderes del proyecto, cabe resaltar que ha sido desarrollado con estudiantes de pregrado y de maestría de la Escuela, y ha contado con la colaboración de un estudiante externo perteneciente a la UNAD, participante del Programa Delfín.
“En un 90 %, el éxito del proyecto se le debe a la participación de los estudiantes de la Escuela. Gracias a ellos hemos podido visibilizar nuestros logros. Convocamos a los nuevos estudiantes a que se animen a investigar, a que le pierdan el miedo a lo desconocido. Los estamos invitando a que aprendan, se arriesguen, vivan la satisfacción de hacer ciencia”, dicen los ingenieros mientras ven girar los vivos colores verde y blanco del Grupo de Diseño Sostenible en Ingeniería Mecánica.