Los rayos “emitidos” por los molinos de viento (aerogeneradores)

Dibujo20140220 wind turbines emit lightning flashes upwards

Los aerogeneradores “emiten” rayos (o relámpagos) hacia arriba. Estas descargas eléctricas se producen a intervalos regulares conforme rota la turbina. Además, lo pueden hacer a decenas de kilómetros de distancia de una tormenta activa. El último estudio de Joan Montanyà (Universidad Politécnica de Cataluña, Terrassa, España) y dos colegas ha logrado capturar en vídeo con una cámara de alta velocidad este curioso fenómeno (ver abajo un vídeo youtube). El artículo técnico es Joan Montanyà, Oscar van der Velde, Earle R. Williams, “Lightning discharges produced by wind turbines,” Journal of Geophysical Research: Atmospheres 119: AOP 06 Feb 2014. Me he enterado gracias a una noticia breve en Nature. Ver también Tom A. Warner et al., “Upward lightning triggering study,” Bulletin of the American Meteorological Society 94: 631-635, May 2013 [PDF gratis].

Los álabes de la turbina eólica envían descargas eléctricas hacia arriba de forma sincronizada con su rotación. Para ello se requiere que haya condiciones de tormenta, aunque no es necesario que muestre aparato eléctrico. La rotación de las turbinas de viento provoca cambios en el campo eléctrico de las nubes con carga electrostática que dan lugar a concentraciones locales que actúan como puntos de inicio para la formación de una corriente (el rayo).

Dibujo20140220 geometry studies lightning to wind-turbine systems

Un rayo es una descarga de electricidad estática producida por una tormenta eléctrica; aunque puede alcanzar una corriente de 250 kA, lo habitual son unos 30 kA. El rayo viene acompañado de una emisión de luz (relámpago) y por un sonido (trueno). En los aerogeneradores de los campos eólicos se observan dos tipos de rayos, los que caen sobre las turbinas (rayos hacia abajo) y los que se emiten desde las turbinas (rayos hacia arriba).

Dibujo20140220 high-speed video images of unbranched and branched upward positive leader

Los rayos hacia arriba son desencadenados por la propia turbina de viento en la presencia de un nube de tormenta. Un rayo ascendente se inicia cuando la cuchilla del aspa en rotación golpea el aire de una nube de baja altura que tiene mucha carga electrostática. Se produce un pequeño canal ionizado en el aire, llamado “líder ascendente” (stepped leader), que induce la formación en la nube de un canal descendente (llamado “streamer”) cuyo contacto mutuo genera el canal conductor que da lugar al rayo. El fenómeno es típico de los campos eólicos en zonas costeras o en regiones montañosas. La concentración del campo eléctrico en un punto, provoca una descarga eléctrica de unos 10 kA de corriente que se dirige hacia arriba.

Dibujo20140220 lightning protection methods for rotor blades - wind turbines

Se han diseñado múltiples sistemas de protección (pararrayos) para las turbinas eólicas (esta figura muestra cuatro opciones). Estos sistemas son menos eficaces con los rayos hacia arriba (ascendentes) que con los convencionales (descendentes). Los problemas más graves se dan en los parques eólicos en alta mar, debido a las dificultades para acceder a las turbinas dañadas por rayos. Hay mucha investigación en curso para resolver este problema.

Dibujo20140220 lightning damaged wind turbines

Esta figura muestra los daños provocados por un rayo en la punta de un álabe.


9 Comentarios

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pacopaco

Vaya chorrada. Mire los rayos van de abajo para arriba, no ponga estas tonterías, efectivamente las palas son pararayos en potencia por eso reciben impactos. y se lo diceun tecnico de aerogeneradores

JorgeJorge

¿No sería posible utilizar el hecho de que los parques eólicos “cultivan” rayos como una posibilidad para poder “cosechar” la energía de dichos rayos? Porque todos los proyectos de aprovechar la energía de un rayo tienen como un gran inconveniente el hecho de no poder predecir donde va a caer,pero si sabemos que los molinos de viento aerogeneradores los producen, quizás podría ser útil.

Creo que...Creo que...

El problema es que la cantidad de energía que se podría obtener de un rayo no es tanto como se piensa. Un rayo es un fenómeno natural de gran potencia, pero la potencia no es energía, sino energía/tiempo. La duración de un rayo es del orden de microsegundos o milésimas de milisegundo. Así que la energía que contienen los rayos es menor que la que la mayoría se cree. Por otro lado, la potencia es tan elevada y destructiva que resulta una opción poco viable la que contemplas.

XareuXareu

Hombre, decir que una corriente de 10 kA es de poca intensidad…Por otra parte, ese esquema del aerogenerador aplica a la estratificación del aire y a la variación de la velocidad del viento con la altura, pero al tema este de los rayos entiendo que no. ¿Se podría añadir algo más de detalle acerca del mecanismo de formación del rayo?

Juan MiguelJuan Miguel

Que interesante tu artículo. Trabajo como perito de seguros y he visto muchos daños en turbinas. En una ocasión, un rayó provocó daños por entrar en la parte media del álabe, y no a través del pararrayos. Investigando, encontramos que alguien olvidó retirar un termopar en el proceso de fabricación. Enhorabuena por tu blog.

David

Y digo yo (que supongo que llego tarde), micro-enjaulando las palas con malla metálica a modo Jaula de Faraday no se solucionaría este problema, por lo menos el de los destrozos/averías, porque el de los rayos esta claro que no.

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