La compañía afirma que su sistema “conducido por fricción” es más eficiente y fiable—y menos costoso de mantener—que las turbinas eólicas convencionales, propensas a costosos fallos en las cajas de engranajes.
Las aspas de la mayoría de las turbinas utilizan el viento para hacer girar un eje conectado a una caja de engranajes. La caja de engranajes administra la rotación de un segundo eje que se conecta a un generador eléctrico de gran tamaño. La caja de engranajes en la pieza más pesada de todo el equipo en la “nacela” (la sección en la parte de arriba de la torre de la turbina) de las turbinas eólicas. También es la pieza más vulnerable ante fallos. Las ráfagas de viento repentinas ponen a la caja de engranajes bajo tremendas tensiones mecánicas. A lo largo del tiempo esto puede desgastar o incluso romper los dientes de los engranajes de metal.
El diseño de CWind elimina el uso de la caja de engranajes por completo. En vez de eso, el eje de conducción está conectado directamente a un gran volante de metal. Abrazando la parte exte a del volante se encuentran ocho ejes secundarios más pequeños, cada uno de ellos conectado a un generador de 250 kilovatios y cada uno alienado con varias llantas especialmente diseñadas que sujetan la superficie del volante. A medida que el volante gira, hace funcionar a los generadores mediante el giro de los ejes alineados con llantas. “Estamos usando la fricción. No hay acoples mecánicos,” afirma Na’al Nayef, ingeniero de CWind y co-inventor del sistema.
Nayef afirma que el sistema utiliza un software para controlar los ocho ejes secundarios. Las llantas también están diseñadas para deslizarse temporalmente si un golpe de viento hace que la velocidad del volante suba de pronto. Esta característica suaviza el impacto en los generadores. Cada eje secundario también se puede desenganchar del volante si el viento se calma, lo que en efecto reduce la fricción y permite a los ejes que permanezcan conectados mantener el funcionamiento de sus generadores a alta capacidad. De igual modo, al conectar más ejes, y por tanto aumentar la fricción cuando el viento sube, los generadores que hasta ese momento hubiesen permanecido apagados serían puestos en funcionamiento. “Podemos operar los generadores a velocidad óptima todo el tiempo,” afirma Nayef, añadiendo que los tests del prototipo más pequeño de 65 kilovatios muestran ganancias de eficiencia sobre las turbinas eólicas estándar de hasta un 5 por ciento.
El fundador de CWind, Paul Merswolke, empezó a trabajar en el diseño por primera vez hace siete años después de ver un documental del London Eye, la noria de 135 metros de alto en la orilla del Río Támesis. Observó que se utilizaban ruedas de camión convencionales como “ruedas de fricción” para hacer girar la noria y concluyó que el mismo método podría adaptarse para las turbinas eólicas. Nayef fue reclutado para crear un diseño preliminar y en 2004 CWind contactó con la firma de ingeniería MPR Associates en Washington, DC, para pedir ayuda en la construcción de un prototipo.
“Nosotros dijimos, ‘No, no estamos convencidos de que esto tenga sentido,’” afirma Larry Cundy, director de desarrollo de MPR. Sin embargo CWind convenció a MPR para que hiciera un análisis básico del diseño, y finalmente la firma de ingeniería accedió a construir el prototipo. “Es una aplicación muy novedosa, francamente,” afirma Cundy. “Realmente es un diseño propio de un genio.”
Cundy señala que la mayor ventaja del diseño de CWind es que es más sencillo y menos costoso de mantener a lo largo del ciclo vital de todo el equipo. Cuando una caja de engranajes en una turbina convencional falla, la turbina deja de funcionar completamente. Obtener una caja de repuesto lleva mucho tiempo, y extraer el enorme dispositivo de la nacela de la turbina requiere el uso de una grúa de gran tamaño y muchos días de trabajo. Cada día que la turbina no genera electricidad para la red, todo eso se traduce en pérdidas para el operador.
“Con los sistemas conducidos por fricción de múltiples ruedas, si pierdes una de ellas el resto sigue allí,” afirma Cundy, añadiendo que el reemplazo de las ruedas es rápido—apenas un día de trabajo—y que los diseños futuros permitirán llevar a cabo el mantenimiento al tiempo que la turbina sigue funcionando. La misma redundancia se aplica a los generadores—si uno falla, los otros pueden seguir funcionando. Cundy afima que los pequeños generadores utilizados en el diseño de CWind se pueden obtener rápidamente y se instalan con gran facilidad, gracias a la ayuda de una pequeña grúa construida dentro de la nacela.
Nayef afirma que las ruedas utilizadas están diseñadas para que duren tres años, y que el reemplazo de las ruedas utilizadas en una turbina eólica de dos megavatios tiene un coste aproximado de 30.000 dólares—o casi 200.000 a lo largo de 20 años. Por el contrario, las cajas de engranajes tienen una vida media de seis años y su reemplazo cuesta alrededor de 600.000 dólares, o casi 2 millones a lo largo de 20 años. “Vamos a tener un precio competitivo en comparación con las turbinas de caja de engranajes convencionales, y además poseemos la ventaja de tener una mayor disponibilidad, mayor eficiencia, y todas las ventajas que proporciona la funcionalidad de nuestro servicio.”
El mes pasado CWind firmó un contrato de manufactura con el fabricante global de piezas de automóvil Linamar, que se comprometido a su equipo de ingeniería McLaren Performance (conocido por la Fórmula 1) a la producción del prototipo de dos megavatios. Como parte de un contrato de 10 años, Linamar también fabricará turbinas listas para el mercado, probablemente a partir de 2011. Nayef afirma que se está trabajando en unos diseños de cinco y de 7,5 megavatios, destinados a los mercados de turbinas mar adentro, así como a las localizaciones remotas en tierra firme donde la facilidad de mantenimiento es un punto de venta importantísimo.