Los rayos registrados por los investigadores de la UPC. Fuente: UPC.
Cualquier estructura elevada bajo condiciones atmosféricas propicias puede generar rayos ascendentes. Incluso los aviones son capaces de generarlos. De hecho, la altura y el movimiento son dos factores que facilitan este fenómeno
La punta de la pala de un aerogenerador se mueve a una velocidad de varias decenas de metros por segundo. Sin embargo, nadie había demostrado la relación que existe entre el movimiento de las turbinas de los aerogeneradores en los parques eólicos y la generación de descargas eléctricas.
El grupo de investigación Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión (LRG), de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), mediante su red de detección de rayos Lightning Mapping Array en las tierras del Ebro, ha podido detectar emisiones de descargas eléctricas provenientes de aerogeneradores que se repiten periódicamente y con duraciones que van de los pocos minutos a más de una hora durante ciertas condiciones de tormenta. La investigación se ha llevado a cabo con el Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Los investigadores, señala la nota de prensa de la UPC, de la que se hace eco el Instituto de la Ingeniería de España, han grabado en vídeo de alta velocidad los rayos iniciados por turbinas eólicas, en el parque eólico del Rubió (Barcelona).
Este equipo científico, que es referente en Europa en el estudio de los rayos, ha podido registrar varios rayos ascendentes iniciados por aerogeneradores en rotación cuando los aerogeneradores giraban bajo nubes. Estas grabaciones se han hecho a un kilómetro de distancia de los aerogeneradores, con la cámara a una velocidad de 6.668 imágenes por segundo y un tiempo de resolución de 15 microsegundos.
Prevenir averías
Los resultados de la investigación serán muy útiles, ya que abren la puerta a la descripción del fenómeno y, por tanto, a establecer posteriormente sistemas de prevención. Aunque están presentes de manera cotidiana, los rayos son todavía uno de los fenómenos atmosféricos más desconocidos.
El estudio sobre el nacimiento de rayos desde las palas de aerogeneradores y su relación con la periodicidad de giro ayudará a caracterizarlos, a averiguar las tipologías y la naturaleza y, sobre todo, ayudará a prevenirlos. Por otro lado, contribuirá a ahorrar costos a las empresas constructoras y generadoras de energía eólica, que pierden cada año millones de euros en averías provocadas por el estrés eléctrico al que son sometidas las turbinas de aerogeneradores por la incidencia de los rayos.
Actualmente las palas de los aerogeneradores tienen longitudes de más de 60 metros y la góndola se puede situar a más de 100 metros del suelo. Además, estas palas están fabricadas con materiales compuestos que son muy sensibles a los efectos de las descargas eléctricas y los rayos.
Dependiendo de la región donde esté ubicado el parque eólico, los daños pueden ser muy importantes. Los relámpagos que se producen durante las tormentas de invierno en al oeste de Japón, por ejemplo, son mucho más perjudiciales que los que se producen en verano.
De hecho, hay parques eólicos que se han visto obligados a cerrar debido a las averías provocadas por tormentas.
La punta de la pala de un aerogenerador se mueve a una velocidad de varias decenas de metros por segundo. Sin embargo, nadie había demostrado la relación que existe entre el movimiento de las turbinas de los aerogeneradores en los parques eólicos y la generación de descargas eléctricas.
El grupo de investigación Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión (LRG), de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), mediante su red de detección de rayos Lightning Mapping Array en las tierras del Ebro, ha podido detectar emisiones de descargas eléctricas provenientes de aerogeneradores que se repiten periódicamente y con duraciones que van de los pocos minutos a más de una hora durante ciertas condiciones de tormenta. La investigación se ha llevado a cabo con el Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Los investigadores, señala la nota de prensa de la UPC, de la que se hace eco el Instituto de la Ingeniería de España, han grabado en vídeo de alta velocidad los rayos iniciados por turbinas eólicas, en el parque eólico del Rubió (Barcelona).
Este equipo científico, que es referente en Europa en el estudio de los rayos, ha podido registrar varios rayos ascendentes iniciados por aerogeneradores en rotación cuando los aerogeneradores giraban bajo nubes. Estas grabaciones se han hecho a un kilómetro de distancia de los aerogeneradores, con la cámara a una velocidad de 6.668 imágenes por segundo y un tiempo de resolución de 15 microsegundos.
Prevenir averías
Los resultados de la investigación serán muy útiles, ya que abren la puerta a la descripción del fenómeno y, por tanto, a establecer posteriormente sistemas de prevención. Aunque están presentes de manera cotidiana, los rayos son todavía uno de los fenómenos atmosféricos más desconocidos.
El estudio sobre el nacimiento de rayos desde las palas de aerogeneradores y su relación con la periodicidad de giro ayudará a caracterizarlos, a averiguar las tipologías y la naturaleza y, sobre todo, ayudará a prevenirlos. Por otro lado, contribuirá a ahorrar costos a las empresas constructoras y generadoras de energía eólica, que pierden cada año millones de euros en averías provocadas por el estrés eléctrico al que son sometidas las turbinas de aerogeneradores por la incidencia de los rayos.
Actualmente las palas de los aerogeneradores tienen longitudes de más de 60 metros y la góndola se puede situar a más de 100 metros del suelo. Además, estas palas están fabricadas con materiales compuestos que son muy sensibles a los efectos de las descargas eléctricas y los rayos.
Dependiendo de la región donde esté ubicado el parque eólico, los daños pueden ser muy importantes. Los relámpagos que se producen durante las tormentas de invierno en al oeste de Japón, por ejemplo, son mucho más perjudiciales que los que se producen en verano.
De hecho, hay parques eólicos que se han visto obligados a cerrar debido a las averías provocadas por tormentas.
Investigación única en Europa
El grupo UPC LRG es el único en Europa que estudia los rayos científicamente de una manera sistemática. El equipo ha instalado observatorios en los Pirineos, en el Delta del Ebro y en la isla de San Andrés, situada en el Caribe colombiano.
Esta experiencia les ha llevado a formar parte del proyecto ASIM, de la Agencia Espacial Europea. Con ASIM, el grupo UPC LRG tendrá la oportunidad de acceder a nuevos conocimientos y avanzar en esta área científica.
En este proyecto estudiarán los estallidos de rayos gamma terrestres, las emisiones de rayos de alta energía y fenómenos extraños de gran altitud relacionados con los rayos, con los chorros gigantescos de descargas eléctricas y con los denominados sprites que se producen en la estratosfera y la mesosfera por encima de las tormentas.
El grupo cuenta con un equipo tecnológico de última generación que incluye tres cámaras con las que captan 500.000 imágenes por segundo; interferómetros para estudiar qué pasa en el interior de las nubes y la red Lighting Mapping Array (LMA) con la que pueden caracterizar en 3 dimensiones las evoluciones de los rayos.
El grupo UPC LRG es el único en Europa que estudia los rayos científicamente de una manera sistemática. El equipo ha instalado observatorios en los Pirineos, en el Delta del Ebro y en la isla de San Andrés, situada en el Caribe colombiano.
Esta experiencia les ha llevado a formar parte del proyecto ASIM, de la Agencia Espacial Europea. Con ASIM, el grupo UPC LRG tendrá la oportunidad de acceder a nuevos conocimientos y avanzar en esta área científica.
En este proyecto estudiarán los estallidos de rayos gamma terrestres, las emisiones de rayos de alta energía y fenómenos extraños de gran altitud relacionados con los rayos, con los chorros gigantescos de descargas eléctricas y con los denominados sprites que se producen en la estratosfera y la mesosfera por encima de las tormentas.
El grupo cuenta con un equipo tecnológico de última generación que incluye tres cámaras con las que captan 500.000 imágenes por segundo; interferómetros para estudiar qué pasa en el interior de las nubes y la red Lighting Mapping Array (LMA) con la que pueden caracterizar en 3 dimensiones las evoluciones de los rayos.
Referencias bibliográficas:
Joan Montanyà et al.: Turbines shoot upside-down lightning. Nature (2014). DOI:10.1038/506268a.
Joan Montanyà, Oscar van der Velde y Earle R. Williams. Lightning discharges produced by wind turbines. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (2014).
Joan Montanyà et al.: Turbines shoot upside-down lightning. Nature (2014). DOI:10.1038/506268a.
Joan Montanyà, Oscar van der Velde y Earle R. Williams. Lightning discharges produced by wind turbines. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (2014).