Energía
Turbinas Eólicas sin Palas: El Futuro de la Energía Limpia
Los investigadores de la Universidad de Glasgow están explorando activamente formas de aumentar la potencia de las turbinas eólicas sin palas (BWT). Para ello, proporcionan información derivada de simulaciones por computadora1 de estas turbinas, identificando los diseños más eficientes para los modelos futuros.
The researchers said:
“Los hallazgos podrían ayudar a la industria de energías renovables a llevar las BWT, que aún están en una etapa temprana de investigación y desarrollo, de experimentos de campo a pequeña escala a formas prácticas de generación de energía para las redes eléctricas nacionales.”
Las turbinas eólicas sin palas son una forma en desarrollo de generación de energía eólica que está siendo investigada principalmente por investigadores. Sin embargo, están captando rápidamente la atención, y su mercado también está creciendo a la misma velocidad.
En 2022, el tamaño del mercado global de turbinas eólicas sin palas se valoró en aproximadamente $60.5 mil millones y se proyecta que supere los $116 mil millones para 2030, impulsado por la creciente demanda de energía renovable en todo el mundo.
A diferencia de las turbinas eólicas tradicionales, las turbinas eólicas sin palas (BWT) son más silenciosas y ocupan menos espacio. También se adaptan más rápidamente a los cambios en la dirección del viento, lo que las hace muy útiles en entornos urbanos con vientos turbulentos.
Otra gran ventaja de las BWT es que reducen el impacto ambiental, especialmente en lo que respecta a la fauna. Para las aves, las turbinas con palas aumentan el riesgo de colisiones, ya que las palas que giran rápidamente pueden parecer un borrón o ser invisibles por completo. Las turbinas sin palas se mueven significativamente menos, lo que permite a animales como las aves evitarlas con mayor facilidad.
The low weight and lower center of gravity of BWTs, meanwhile, reduce the need for foundation, in turn, simplifying the installation of bladeless turbines.
El diseño más sencillo de estas turbinas también requiere menos mantenimiento que las turbinas normales, lo que a su vez aumenta su vida útil.
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¿Qué son las turbinas eólicas sin palas y cómo funcionan?
Derivada de recursos naturales que se reponen por sí mismos, la energía renovable es clave para la transición a sistemas energéticos menos intensivos en carbono y más sostenibles.
Las fuentes de energía renovable incluyen viento, luz solar, lluvia, olas, mareas, energía térmica y biomasa. Estos recursos son críticos no solo para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, sino también para mitigar el cambio climático.
Entre las fuentes de energía renovable, la energía eólica es una fuente de rápido crecimiento. En 2024, las renovables y la nuclear juntas proporcionaron casi el 41 % de la generación eléctrica mundial. Entre las renovables, la solar tuvo la mayor contribución, seguida de la generación eólica, que creció hasta 8,1 % de la electricidad global.
Según la Agencia Internacional de Energía (IEA), la energía solar fotovoltaica y la eólica se prevé que representen el 95 % de todas las adiciones de capacidad renovable hasta 2030.
Para aprovechar la energía eólica, normalmente se utilizan turbinas eólicas, que convierten la energía mecánica del viento en energía eléctrica. Sin embargo, una forma alternativa de utilizar la energía eólica es mediante diseños de captura de energía basados en la vibración aeroelástica de estructuras flexibles.
Durante las últimas dos décadas, la captura de energía aeroelástica ha ganado mucho impulso, con un enfoque particular en la vibración inducida por vórtices (VIV) de cuerpos voluminosos de forma cilíndrica. La tecnología VIV ha captado un interés considerable, lo que ha llevado a diversos modelados numéricos e investigaciones experimentales.
La vibración inducida por vórtices se genera por la expulsión alternada de vórtices de cada lado de los cuerpos voluminosos. Esto produce fuerzas regulares de sustentación y arrastre, así como grandes oscilaciones transversales en las estructuras.
Cuando la frecuencia de expulsión de vórtices coincide con la frecuencia natural de la estructura, se produce un movimiento inestable y oscilaciones de gran amplitud. Este comportamiento se conoce como el fenómeno de bloqueo (lock‑in).
Un concepto innovador para aprovechar la energía eólica aprovechando las oscilaciones de alta amplitud de las estructuras en presencia de VIV y lock‑in son las turbinas eólicas sin palas (BWT).
Una BWT se comporta efectivamente como un cuerpo voluminoso colocado en un flujo de fluido que crea vórtices al iniciar la separación del flujo de su superficie. De este modo, la BWT muestra un gran potencial de generación de potencia dentro de un rango específico de velocidades del viento. Por lo tanto, diseñar turbinas sin palas con una mayor magnitud de oscilación puede aumentar su potencia de salida así como el rango de velocidad del viento operativo simultáneamente.
Dado el potencial de las BWT para extraer energía renovable, se están realizando esfuerzos para aprovechar la VIV para la generación de electricidad en escalas de pequeña potencia, de 1 a 100 W.
También se han realizado estudios para evaluar la relación entre la potencia de salida de la BWT y variables de diseño como la longitud del mástil, el peso y la velocidad del viento. Además, la investigación está explorando el rango de velocidad del viento operativo de las BWT mediante un sistema de sintonización. Pero aún no hemos obtenido claridad sobre la eficiencia de las turbinas eólicas sin palas.
Dado que el viento no es un recurso finito, es importante determinar si la máxima eficiencia resulta en la máxima potencia de salida de la BWT.
Sin embargo, aún no se sabe si la potencia de salida puede mejorarse para una potencia de viento de entrada constante. Además, hay escasez de modelado de interacción fluido‑estructura de turbinas eólicas sin palas, que podría usarse fácilmente para explorar los parámetros de estas turbinas y obtener respuestas sobre su eficiencia.
Por lo tanto, el último estudio de los investigadores de la Universidad de Glasgow tiene como objetivo ayudar a acelerar las iniciativas en curso para escalar los modelos existentes de BWT, que actualmente son a pequeña escala, hacia aplicaciones a mayor escala en sitios costeros.
Esta investigación aborda preguntas sobre la eficiencia y la potencia de salida de las turbinas eólicas sin palas mediante el desarrollo de un modelo numérico sencillo para examinar el mecanismo físico de las VIV en las BWT. Los investigadores han proporcionado un marco analítico integral, que aborda el desafío crítico de optimizar las BWT para la máxima extracción de energía manteniendo la integridad estructural.
¿Pueden las turbinas eólicas sin palas competir con las tradicionales?
Las turbinas eólicas convencionales con palas han sido una forma popular de convertir el viento en electricidad durante mucho tiempo. Estas turbinas convierten directamente la energía cinética del viento en movimiento rotatorio de las palas, lo que luego impulsa un generador para producir electricidad.
Las turbinas eólicas sin palas, o BWT, funcionan bajo un principio diferente al de las turbinas con palas. El principio central aquí es la VIV, y en lugar de palas, estas turbinas utilizan mástiles altos, delgados y cilíndricos que vibran o se balancean con la brisa.
Para construir turbinas eólicas sin palas (BWT) con máxima eficiencia, el equipo de investigadores de la Universidad de Glasgow realizó simulaciones de diseños de BWT en el rango de miles.
Esto les permitió encontrar el punto más óptimo que maximiza la generación de energía sin afectar negativamente la resistencia de la estructura. Según el Dr. Wrik Mallik, de la James Watt School of Engineering:
“Lo que este estudio muestra por primera vez es que, contrariamente a lo que se podría pensar, la estructura con mayor eficiencia para extraer energía no es, de hecho, la que brinda la mayor potencia de salida. En cambio, hemos identificado el punto medio ideal entre las variables de diseño para maximizar la capacidad de las BWT de generar energía mientras se mantiene su resistencia estructural.”
Los hallazgos del estudio proporcionan información sobre cómo las dimensiones del mástil, incluida la anchura y la altura, influyen no solo en la cantidad de energía producida sino también en la integridad estructural de estas turbinas.
Esto reveló un compromiso que no se conocía previamente, que consiste en que al aumentar el diámetro del mástil se mejoran tanto la eficiencia como la extracción de energía, alcanzándose una eficiencia máxima del 6 % y una potencia máxima de 600 vatios mediante configuraciones geométricas distintas.
Sin embargo, las configuraciones optimizadas únicamente para la potencia tienden a superar los límites de seguridad estructural, mientras que aquellas que maximizan la eficiencia proporcionan una generación de energía subóptima.
Por lo tanto, el diseño ideal es un mástil de 31,4 pulgadas (80 cm) con un diámetro de 25,4 pulgadas (65 cm), según los hallazgos del estudio publicados en Renewable Energy.
Ese equilibrio óptimo entre potencia y robustez es capaz de entregar de forma segura unos impresionantes 460 vatios, un rendimiento superior al de los prototipos reales actuales que alcanzan alrededor de 100 vatios.
“En el futuro, las BWT podrían desempeñar un papel invaluable en la generación de energía eólica en entornos urbanos, donde las turbinas eólicas convencionales son menos útiles.”
– Dr. Malik
Los hallazgos del estudio pueden desempeñar un papel importante en garantizar la seguridad de la estructura en vientos de entre 20 y 70 millas por hora (mph). Según los investigadores, su metodología podría permitir escalar las turbinas eólicas sin palas para generar 1 000 vatios (1 kilovatio) o más.
Con esta investigación, la idea es alentar a la industria a desarrollar nuevos prototipos de turbinas eólicas sin palas (BWT) demostrando claramente el diseño más eficiente para las BWT.
“Eliminar parte de la incertidumbre involucrada en refinar los prototipos podría ayudar a acercar las BWT a convertirse en una parte más útil del conjunto de herramientas del mundo para lograr la neutralidad de carbono mediante renovables.”
– Professor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering
Según Adhikari, los ingenieros planean seguir refinando su comprensión del diseño de las BWT y cómo pueden escalar la tecnología para proporcionar energía en una amplia gama de aplicaciones.
También están “interesados” en explorar materiales especialmente diseñados llamados metamateriales, que están finamente ajustados para dotarlos de propiedades que no se encuentran en la naturaleza, en cuanto a cómo pueden “potenciar la efectividad de las BWT en los próximos años.”
Nuevos diseños y materiales para la próxima generación de BWT
En otro estudio2, realizado por investigadores de la Universidad de Alejandría a principios de este año, se introdujeron dos nuevos mecanismos para diseñar BWT que abordan las limitaciones operativas de las turbinas eólicas sin palas, creadas por el fenómeno de lock‑in, que las limita a un rango estrecho cercano a la frecuencia natural estructural.
Los mecanismos introducidos fueron el mecanismo de masa de sintonía y el mecanismo de sintonía elástica, que permiten operar en un amplio rango de velocidad del viento de 2 a 10 m/s.
Los hallazgos del estudio también revelan que utilizar la masa equivalente de la unidad del mástil y el momento de inercia polar en el extremo libre de la viga en voladizo es importante en el diseño de la turbina y para asegurar que cumpla con las condiciones de lock‑in.
El objetivo del estudio es mantener el rendimiento ideal controlando la frecuencia natural de la turbina mediante la implementación de los mecanismos.
También se construyó un modelo matemático para ajustar la frecuencia natural de modo que coincida con la frecuencia de expulsión a la velocidad del viento especificada. La validación del modelo mostró alta precisión.
El primer mecanismo puede lograr un aumento del 99,2 % en la eficiencia mecánica a 7 m/s, pero para obtener valores más altos de módulo flexural o de flexión, debe incorporarse el segundo mecanismo para reducir el tamaño total de la turbina. El enfoque unificado mejora la eficiencia en un 55,7 %.
Además de los mecanismos de sintonía, la elección de materiales adecuados para los componentes flexibles de la turbina es crítica, según el estudio, para garantizar una resistencia y rendimiento adecuados, ya que afectan la rigidez general de la estructura. Así, influyen en la frecuencia natural de la estructura, lo que a su vez afecta todo el rendimiento de la BWT.
El estudio informó que las fibras de carbono y vidrio son los mejores materiales para fabricar los componentes principales de las BWT.
Las propiedades mecánicas de los materiales compuestos, señaló el estudio, pueden controlarse modificando sus parámetros de fabricación, como el número de capas y su orientación, lo que permite personalizar la resistencia, rigidez y otras características para cumplir con requisitos específicos de diferentes aplicaciones.
Aunque todavía se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo y limitado a entornos experimentales y de laboratorio, la tecnología también ha comenzado a mostrar señales de aplicación en el mundo real.
A finales del año pasado, el Grupo BMW inició pruebas para la unidad de energía eólica sin palas. El fabricante alemán instaló la unidad de energía eólica sin palas de Aeromine Technologies en su planta de fabricación de MINI en Oxford.
Esta fábrica actuará como sitio de pruebas para la tecnología, involucrando la evaluación del potencial de la unidad para mejorar la eficiencia energética en los sitios de la compañía en todo el mundo y en complejos empresariales en el Reino Unido.
La unidad de energía eólica de Aeromine está instalada en el borde de un edificio, orientada hacia el viento. Los perfiles aerodinámicos verticales de la unidad, que son como alas, crean un efecto de vacío, extrayendo aire detrás de una hélice interna para generar electricidad limpia y verde.
“Nuestra tecnología de energía eólica ‘inmóvil’ está diseñada para trabajar sin problemas junto a los sistemas solares, maximizando la producción de energía renovable de los tejados mientras ayuda a abordar desafíos como el ruido, las vibraciones y el impacto en la fauna. Estamos entusiasmados de ver cómo esta instalación inicial puede conducir a aplicaciones más amplias en las instalaciones globales de BMW.”
– Claus Lønborg, managing director at Aeromine Technologies.
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Invertir en energía eólica
En el sector de la energía eólica, General Electric (GE ) es uno de los mayores fabricantes de turbinas eólicas a través de su subsidiaria GE Vernova (GEV ), una empresa energética global que diseña, fabrica y entrega tecnologías para crear un sistema eléctrico sostenible. Sus segmentos incluyen Power, con enfoque en hidro, gas, vapor y nuclear; Wind, que abarca turbinas eólicas terrestres y marinas y sus palas; y Electrification, que cubre conversión de energía, soluciones de red, solar y almacenamiento.
La compañía tiene alrededor de 120 gigavatios (GW) de energía instalados en su flota de 57 000 turbinas eólicas que operan más de 4 mil millones de horas en todo el mundo.
GE Vernova (GEV )
Con una capitalización de mercado de $132,9 mil millones, las acciones de GEV cotizan actualmente a $486, con un aumento de más del 48 % en lo que va del año. Tiene un EPS (TTM) de 6,94 y un P/E (TTM) de 70,18, mientras que el rendimiento de dividendos ofrecido es del 0,21 %.
En abril, la compañía informó sus resultados financieros del primer trimestre de 2025, que revelaron ingresos de $8 mil millones, una utilidad neta de $0,3 mil millones y $1,2 mil millones de efectivo proveniente de actividades operativas. GE Vernova también reportó un aumento del 8 % en los pedidos, alcanzando $10,2 mil millones.
El saldo de efectivo al final del trimestre era de $8,1 mil millones. Mientras tanto, $1,3 mil millones se devolvieron a los accionistas.
(GEV )
“Entregamos resultados sólidos en el primer trimestre y nuestras empresas continuaron ejecutándose bien. Incrementamos nuestra cartera de equipos y servicios, mejoramos significativamente los márgenes en cada segmento y estamos devolviendo una cantidad significativa de capital a los accionistas. Estoy entusiasmado con lo que viene, ya que apenas estamos al comienzo del superciclo de inversión en electricidad.”
– CEO Scott Strazik
El negocio eólico de GE Vernova, sin embargo, mostró un desempeño mixto al enfrentar desafíos en la energía eólica marina mientras que la actividad eólica terrestre registra crecimiento.
Como resultado, la entrega terrestre aumentó, respaldada por una mejora en los precios, mientras que sus operaciones marinas experimentaron una contracción. Pero aunque el segmento eólico siguió generando pérdidas, está mostrando signos de mejora.
Los pedidos del negocio eólico de GE Vernova ascendieron a $0,6 mil millones, mientras que los ingresos registrados fueron de $1,8 mil millones. La compañía también invirtió más de $100 millones durante el período para mejorar el rendimiento de su flota.
El mes pasado, GE Vernova anunció que ahora está aprovechando el poder de la robótica y la IA para inspeccionar la calidad de cada pala que fabrica, así como la calidad de las materias primas antes del modelado y ensamblaje. A largo plazo, la capacidad de calidad habilitada por IA se espera que mejore la vida útil de los componentes críticos y, en consecuencia, la longevidad de las turbinas.
Últimas noticias y desarrollos de acciones de GE Vernova (GEV)
Conclusiones: ¿Son las turbinas eólicas sin palas el futuro?
Las turbinas eólicas convencionales son esenciales para la captura eficiente de la energía eólica, pero presentan serias desventajas inherentes, como altos costos iniciales, contaminación acústica, mantenimiento regular, impactos visuales y ambientales, limitaciones de construcción en áreas urbanas y operación eficiente solo a altas velocidades de viento.
Todos estos factores han impulsado el desarrollo de tecnologías alternativas, siendo las turbinas eólicas sin palas (BWT) una nueva y emocionante rama emergente en la tecnología de energía renovable.
En las BWT, el movimiento del viento genera vórtices, haciendo que toda la estructura oscile, y cuando el movimiento de balanceo coincide con la frecuencia de vibración natural de la estructura, el movimiento se amplifica dramáticamente. Esa vibración mejorada se convierte luego en electricidad. Aunque poderosa, la tecnología aún está en sus primeras etapas de desarrollo.
Con los investigadores optimizando diseños que pueden lograr mayores salidas y mayor integridad estructural, las BWT finalmente pueden convertirse en valiosas adiciones a las carteras energéticas.
A medida que la demanda de energía limpia sigue aumentando y la investigación continua ayuda a escalar la innovación hacia soluciones comercialmente viables, podremos acelerar nuestro camino hacia un futuro neto cero.
Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de energía eólica.
Estudios citados:
1. Breen, J.; Mallik, W.; Adhikari, S. Performance Analysis and Geometric Optimization of Bladeless Wind Turbines Using Wake Oscillator Model. Renew. Energy 2025, 215, 123549. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123549
2. Mohamed, Z.; Soliman, M.; Feteha, M.; et al. A Novel Optimal Design Approach for Bladeless Wind Turbines Considering Mechanical Properties of Composite Materials Used. Sci. Rep. 2025, 15, 1355. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82385-9
