Generación de energía: análisis termodinámico

Los Anemoi eran dioses del viento en la mitología griega, que correspondían a los puntos cardinales de donde provenían. Eran la causa de diversos estados meteorológicos. Todos obedecían a su gobernante, Eolo, que ejercía poder sobre ellos y que manejaba a su antojo el destino de navegantes y aventureros. Con el tiempo, la ciencia fue avanzando sobre las creencias y los mitos, desarrollándose saberes basados en comprobaciones empíricas con mediciones más precisas de cada fenómeno.
La termodinámica es una de estas ciencias. Es la parte de la física que estudia la acción mecánica del calor y otras formas de energía. Es también una de las especialidades del área de Ingeniería de Sullair Argentina, quienes están a cargo de la instalación de usinas de generación de energía en toda la región. Cada emplazamiento de una planta de energía requiere el análisis del lugar, de las condiciones climáticas y del entorno, para asegurar que la usina funcione de manera óptima y sin producir contaminación ambiental.

Usinas generando energía

Las usinas de energía se pueden montar de dos maneras: dentro de contenedores a cielo abierto, o en edificios existentes o construidos para ese propósito. Una vez determinada la cantidad de equipos a instalar y la potencia que generarán, se realiza un estudio termodinámico para que su funcionamiento sea óptimo.

Cuando hay muchos equipos funcionando, el calor evacuado por cada una –en caso de que su disipación no sea la adecuada– puede impedir el óptimo funcionamiento de las demás.

Para realizar el análisis termodinámico de estas situaciones se utilizan estadísticas de los últimos diez años de la locación, provistas por el Servicio Meteorológico Nacional, y se cruza la información de la dirección de los vientos dominantes y las temperaturas críticas para establecer patrones. Según de dónde provenga el viento, habrá distintos comportamientos de la recirculación del aire. Ese movimiento definirá como se disipará el calor entre las máquinas. Se trata de ubicar la usina de manera tal que los vientos predominantes de verano sean favorables. Siempre establecemos probabilidades de condiciones climáticas para ubicarla con la orientación más favorable.

Un desafío: generar energía

La instalación de la usina de La Plata, por ejemplo, fue un importante desafío, ya que está compuesta por 64 generadores de energía que debían ubicarse en un terreno con dimensiones limitadas. Con la ayuda de un software de estimaciones por elementos finitos simulamos el calentamiento de la atmósfera, el movimiento de las líneas de flujo y la elevación de temperatura de las máquinas por la recirculación de aire caliente. Con esos datos se diseñaron y evaluaron diferentes alternativas de edificios.
Otro aspecto crítico del lugar era su ubicación a 100 metros de la línea municipal, lo que obligaba a instalar barreras acústicas para bajar el nivel de ruido que a su vez generaban mayor recirculación de aire caliente.
Finalmente se construyó un edificio que resulta extraño por sus formas aparentemente caprichosas, emplazado en un espacio de 120 metros de ancho y 60 de largo. El edificio está dividido en dos partes para que pueda entrar el aire del oeste en verano, y genere presión en una zona específica para que barra el calor por el otro lado. Cuenta con varios pasillos y chimeneas –de hasta 15 metros de altura– estratégicamente ubicadas para controlar la temperatura interior y evitar el sobrecalentamiento de los equipos.
Diseñamos un sistema de chimeneas que aceleran el escape de aire para darle más inercia a la salida y espacios entre las chimeneas para que no se generen bajas presiones. Todos los modelos fueron verificados a través de simulaciones asistidas por herramientas de software específico ya que cualquier error en el comportamiento del edificio sería muy difícil y muy costoso de revertir una vez construido.

Un caso muy diferente fue la usina que instalamos hace ya un tiempo en el municipio brasileño Macapá, Brasil, donde las condiciones climáticas son altamente previsibles: seis meses del año llueve y los seis meses restantes no, el viento viene siempre del mismo lugar y la temperatura se mantiene entre los 30 y 34 grados centígrados. Allí el emplazamiento fue muy simple ya que los dioses parecen ser más previsibles en esas latitudes.

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Ing. Adrián Corradini
Gerente de Ingeniería
Sullair Argentina