Turbina eólica con difusor

Una turbina eólica con difusor (DAWT, por sus siglas en inglés) es una turbina eólica modificada con un difusor cónico que se utiliza para aumentar la eficiencia en la conversión de energía eólica en energía eléctrica . Esta mayor eficiencia es posible gracias a la mayor velocidad del viento que proporciona el difusor. En las turbinas tradicionales sin difusor, las palas del rotor se montan verticalmente en la parte superior de una torre o eje de soporte. En una DAWT, las palas del rotor se montan dentro del difusor, que a su vez se coloca en la parte superior de la torre de soporte. Se pueden realizar modificaciones adicionales al difusor para aumentar aún más la eficiencia.

La energía eólica mide cuánta energía está disponible en el viento y se puede representar mediante la siguiente ecuación.${\displaystyle w=(1/2)rAv^{3}}$donde r es la densidad del aire , A es el área del rotor y V es la velocidad del viento. ^{[ 1 ]} Esto significa que la cantidad de energía disponible en el viento es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento. ^{[ 2 ]} Por ejemplo, suponiendo que todas las demás variables se mantienen constantes, duplicar la velocidad del viento aumentaría la energía disponible en el viento en 8 veces. ^{[ 1 ]} Un ligero aumento en la velocidad del viento produce aumentos drásticos en la potencia eólica. Desafortunadamente, esto significa que si las velocidades del viento disminuyeran incluso ligeramente, reduciría drásticamente la potencia eólica.

La mayoría de los diseños incluyen un difusor cónico con el propósito de aumentar la velocidad del aire a medida que pasa por la turbina. Para que esto sea posible, el orificio de salida del difusor debe ser mayor que el de entrada para difundir el aire correctamente. A medida que el viento fluye a través del difusor, viaja a lo largo de las paredes, lo que provoca que el viento saliente forme vórtices al salir. Estos vórtices hacen que la mayor parte del aire se difunda lejos del centro de la salida, lo que crea un segmento de aire de baja presión detrás de la turbina. La diferencia de presión acelera el aire de alta presión en la parte delantera hacia el aire de baja presión en la parte trasera, lo que provoca un aumento significativo de la velocidad. ^{[ 2 ]} Si el difusor tuviera un orificio de salida más pequeño que su entrada, se lograrían los efectos opuestos. Se formaría un área de alta presión en la salida, lo que restringiría severamente el flujo de aire a través del difusor. Otros diseños toman el difusor básico y realizan modificaciones adicionales para aumentar aún más la generación de energía.

Las turbinas equipadas con una cubierta difusora y un anillo de salida ancho generan de 2 a 5 veces más potencia que las turbinas eólicas convencionales para cualquier velocidad del viento o diámetro de turbina dado. ^{[ 2 ]} Un análisis posterior concluye que el límite de Betz puede superarse si la turbina eólica se equipa con un difusor. Para las turbinas multirrotor equipadas con un difusor, el aumento de potencia es menor, pero aún favorable, con un incremento de alrededor del 5 % al 9 %. ^{[ 3 ]}

Las turbinas eólicas convencionales presentan varias limitaciones que disminuyen su eficiencia en la generación de electricidad. Estas limitaciones influyen considerablemente en la producción masiva de energía.