Katrick Technologies Avanza en la Energía Eólica con Ingeniería y Simulación Innovadoras

A medida que aumentan las preocupaciones ambientales sobre el cambio climático y la contaminación en todo el mundo, también aumenta el interés en los recursos energéticos renovables. La energía eólica es una fuente natural de energía renovable libre de carbono, pero la instalación de turbinas eólicas no es práctica en muchas regiones.

Históricamente, las turbinas eólicas funcionan mejor en espacios amplios y abiertos a gran altura. Si bien esta colocación a menudo apoya a las comunidades rurales, tiene sus limitaciones a la hora de beneficiar a los sectores urbanos. También es una inversión costosa.

Pero ¿qué pasaría si la tecnología de la energía eólica fuera más asequible y más fácil de implementar en regiones tanto pequeñas como grandes, en la ciudad y en los suburbios? Gracias a una innovación de una startup escocesa, así será.

Con sede en Glasgow, Katrick Technologies desarrolla tecnologías de ingeniería innovadoras diseñadas para reducir las emisiones de carbono a un coste menor y con más accesibilidad que los métodos tradicionales. Como empresa basada en propiedad intelectual (PI), Katrick desarrolla tecnología con licencia para seleccionar fabricantes de equipos originales (OEM) a nivel mundial para su fabricación, venta y distribución. Entre sus principales novedades destacan la tecnología Wind Panel y los sistemas de Refrigeración Pasiva.

Con la ayuda del Ansys Startup Program , Katrick integra la simulación multifísica de Ansys para avanzar en su tecnología Wind Panel, que oscila a diferencia de las turbinas eólicas tradicionales que giran, un factor clave en su accesibilidad. La tecnología aún está en desarrollo, pruebas y optimización, y se espera que la primera instalación en vivo esté disponible para fines de 2024.

Los paneles eólicos de Katrick son pequeños (2 x 2 metros) y capturan y convierten eficazmente los vientos turbulentos a nivel del suelo en electricidad libre de carbono mediante el uso de oscilaciones mecánicas. Las oscilaciones mecánicas permiten que la tecnología capture vientos turbulentos y racheados de bajo nivel, que se encuentran comúnmente en entornos urbanos, lo que convierte a los paneles eólicos en una solución práctica para los suburbios y las ciudades. Las oscilaciones mecánicas son vibraciones entre dos puntos que se mueven hacia adelante y hacia atrás como un péndulo, un resorte o una ola del océano.

Las turbinas eólicas rotativas, que funcionan en rotación circular, son más adecuadas para capturar vientos en altitudes de unos 10 metros o más. En este nivel, el viento tiene un flujo laminar y la energía cinética se mueve suavemente sin turbulencias. Por el contrario, el viento a nivel del suelo se ve afectado por las condiciones del entorno, que provocan ráfagas de viento y aumentos en la velocidad del viento.

La tecnología Wind Panel de Katrick reacciona a las turbulencias con un tiempo de respuesta más rápido gracias a oscilaciones, perfiles aerodinámicos y conductos, que ayudan a acelerar la velocidad del viento dentro del panel y aumentan efectivamente su potencia de salida. Además, los perfiles aerodinámicos tienen un movimiento de cabeceo angular que se suma al beneficio del movimiento de oscilación hacia adelante y hacia atrás.

Al igual que otras fuentes de energía renovables, incluidas las turbinas eólicas y los paneles solares tradicionales, la tecnología Wind Panel de Katrick no utiliza combustibles fósiles o de carbono para producir electricidad. Además, debido a su diseño y accesibilidad, la tecnología se puede colocar en regiones donde las turbinas eólicas y los paneles solares no son prácticos.

Por ejemplo, los paneles eólicos de Katrick se pueden colocar en un polígono industrial para suministrar electricidad a los edificios, desde iluminación hasta refrigeración, calefacción y más. En otro ejemplo, se pueden colocar en un aeropuerto para alimentar sus terminales, que funcionan casi las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Debido a su mecánica y diseño, los Paneles Eólicos de Katrick no interfieren con los sistemas de comunicación electrónica o radar como las turbinas rotativas. Esto brinda una gran oportunidad para que los aeropuertos reduzcan su huella de carbono, ya que la energía solar no está disponible diariamente en todas las regiones del mundo durante todo el año.

Si bien los innovadores conductos y perfiles aerodinámicos de Katrick tienen funciones distintas, ambos ayudan a capturar la energía cinética del viento. En términos simples, la energía cinética es la energía del movimiento.

Los conductos están diseñados para canalizar el viento a través del panel y acelerar internamente la velocidad del viento. Este efecto, conocido como efecto conducto o efecto venturi, puede aumentar la velocidad del viento dentro del conducto en un 40%. Esto permite que la tecnología recolecte más energía a medida que pasa a través del conducto.

Al mismo tiempo, los perfiles aerodinámicos de varias capas funcionan de forma independiente entre sí para capturar la energía cinética del viento dentro del conducto y convertirla en energía mecánica, que comprende tanto energía cinética como energía potencial. Luego, la poderosa energía mecánica pasa a través de un sistema, un motor y un generador para producir electricidad.

Katrick completó la primera ronda de pruebas de la tecnología en el Silverstone Sports Engineering Hub en agosto y su segunda ronda en el túnel de viento de la Universidad de Strathclyde en noviembre. Está prevista una tercera ronda para mediados de 2024.

Los ingenieros de Katrick se benefician de la amplia gama de herramientas de simulación de Ansys, incluidas Ansys DesignModeler y Ansys SpaceClaim para la preparación de geometría, soluciones de mallado de Ansys  para crear cuadrículas computacionales para simulaciones precisas y Ansys Fluent para aplicar técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) y simular el flujo de aire alrededor. Paneles de viento y estructuras cercanas.

“El flujo del viento, la dirección y los datos característicos que recopilamos en el sitio se pueden replicar mediante la simulación de Ansys para comprender mejor la distribución del flujo de aire dentro y alrededor del dispositivo Wind Panel”, dice Katrina Calautit, ingeniera CFD de Katrick. “Esto nos permite comprender mejor cuál sería el mejor lugar para ubicar nuestro panel eólico, ya sea entre edificios o al lado de ellos, ubicaciones de techos o cerca de pistas”.

DesignModeler y SpaceClaim permiten al equipo crear modelos 3D detallados y perfeccionar la geometría de ingeniería asistida por computadora (CAD). Una vez preparada la geometría, los miembros del equipo importan el modelo CAD 3D a una solución de mallado Ansys, seleccionan un tipo de malla apropiado, definen parámetros de tamaño e implementan capas límite para capturar efectos viscosos. Una vez validada, la malla se exporta a Fluent para simular comportamientos aerodinámicos complejos, distribución del flujo de aire y los efectos de la velocidad, cizalladura, dirección y sombra del viento.

“En resumen, CFD y meshing son herramientas esenciales que permiten la simulación, el análisis y la optimización precisos del flujo de fluido en el Panel Eólico, contribuyendo al desarrollo de soluciones de energía renovable más eficientes y sostenibles”, dice Calautit. “Las aplicaciones de las herramientas se extienden más allá de las simulaciones teóricas y contribuyen activamente a la optimización práctica del diseño del panel eólico, avanzando así en la búsqueda de soluciones de energía renovable sostenibles y eficaces”.

Además, las capacidades de posprocesamiento de Fluent permiten una visualización adicional de las variables de flujo a través de diagramas de contorno, vectores y líneas de corriente, lo que brinda una comprensión integral del comportamiento de los fluidos.

“El completo flujo de trabajo de simulación de Ansys nos permite obtener información sobre el rendimiento del sistema, validarlo con datos experimentales y tomar decisiones de diseño informadas para el desarrollo eficiente y sostenible de nuestra tecnología de paneles eólicos”, añade.

Katrick Technologies se fundó en 2016, pero el desarrollo de su tecnología de paneles eólicos comenzó en 2020, cuando estudiantes de posgrado de la Glasgow Caledonian University iniciaron los primeros diseños durante un proyecto final. Después de graduarse, los estudiantes trajeron sus ideas a Katrick y se unieron al equipo como ingenieros de tiempo completo en 2021. El desarrollo avanzó aún más con el apoyo del Centro de Tecnología de Fabricación, una organización de investigación y tecnología (RTO) independiente con sede en el Reino Unido, y Ansys.

La firma de consultoría de ingeniería Wilde Analysis Ltd , una empresa de PDS Vision Group y socio de canal selecto de Ansys, presentó a Katrick el programa Ansys Startup , que apoya a las empresas emergentes en etapa inicial y media al ofrecer acceso asequible a las soluciones de simulación de Ansys.

“Sin Ansys, no hubiéramos podido validar los resultados de nuestras pruebas en el túnel de viento, mejorar el diseño de nuestro conducto para aumentar la velocidad del viento y la captura de energía, ni comprender la distribución del flujo de aire para la colocación de nuestra tecnología en varias ubicaciones del sitio”. dice Alexandra Basso, directora de marketing de Katrick Technologies. “Sin esto, estaríamos meses atrasados ​​en el desarrollo y más lejos de las discusiones comerciales con potenciales OEM”.

Katrick está en camino de completar su primera instalación en vivo para 2024, pero la compañía no se detendrá allí. Dedicado al desarrollo de tecnologías limpias, Katrick imagina un futuro más limpio y planea utilizar la simulación Ansys mientras diseña la tecnología para hacerlo realidad.

“En Katrick Technologies, nuestra misión es acelerar la transición a la energía renovable a través de la innovación”, afirma. “Tenemos un conjunto de tecnologías para comercializar que utilizan calor residual, ondas y vibraciones. Como parte del viaje para crear, diseñar y desarrollar estas tecnologías, la simulación de Ansys será fundamental para comprender cómo funcionarán y se beneficiarán nuestras tecnologías en diversos entornos al validar las pruebas, mejorar el desarrollo y el rendimiento del producto y simular variables de optimización de la tecnología misma.”

Autor
Jennifer Procario
Redactora de comunicaciones corporativas, Ansys

“Sin Ansys, no hubiéramos podido validar los resultados de nuestras pruebas en el túnel de viento, mejorar el diseño de nuestro conducto para aumentar la velocidad del viento y la captura de energía, ni comprender la distribución del flujo de aire para la colocación de nuestra tecnología en varias ubicaciones del sitio. Sin esto, estaríamos meses atrasados ​​en el desarrollo y más lejos de las discusiones comerciales con potenciales OEM”.

— Alexandra Basso, directora de marketing de Katrick Technologies