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Hélices inspiradas en las aletas de ballena

Inspirarse en la naturaleza es el único camino posible para el futuro de la humanidad. Cada vez son más las empresas que trabajan desde esta perspectiva, llamada biomímesis o economía azul. Este es el caso de WhalePower Corporation una empresa fundada por el Dr. Frank Fish, el Dr. Phil Watts y Stephen Dewar en octubre de 2004 para desarrollar aplicaciones de lo que llaman Tubercle Technology inspiradas en las aletas de las ballenas jorobadas, que tienen tubérculos o protuberancias en los bordes delanteros.

La Tubercle Technology es algo más que otro diseño en las palas rotatorias; se trata de un avance fundamental para la dinámica de fluidos que transformará el mundo de las palas de los aerogeneradores, los hélices  o los ventiladores. En el caso de las palas de las turbinas eólicas con el diseño de WahlePower requieren velocidades de viento más bajas para empezar a girar lo cual aumenta la cantidad de tiempo que pueden funcionar y el número de lugares donde pueden activamente generar electricidad. Aplicada al diseño de los pequeños ventiladores para su uso en la refrigeración de circuitos informáticos reducen en gran medida el consumo de energía de la computadora y son aproximadamente un 20% más eficientes que cualquier ventilador comparable actualmente en el mercado.

Ventiladores para microinformática con el diseño de hélices inspiradas en las aletas de la ballena jorobada con licencia de Whalepower.

El Dr. Fish de WhalePower ha sido un estudioso de la ballenas jorobadas y notó que el borde delantero de las aletas de esta tiene tubérculos o protuberancias que es lo que las hace asombrosamente ágiles respecto a otras especies de ballenas. Posteriormente, investigadores de la Universidad de Harvard crearon con un modelo matemático como funcionaba este borde hidrodinámico. Lógicamente, esto también sería aplicable a un gran número de tecnologías desde los aviones hasta los ventiladores para los procesadores informáticos.

Fish se dio cuenta de que con los tubérculos de la aleta se retrasar el ángulo del ataque ya sea en el medio acuático o aéreo en aproximadamente el 40%, ya que aumenta el flujo dinámico y disminuye la resistencia. Cuando el ángulo de ataque de una aleta de ballena -o de un ala de aeroplano- se vuelve demasiado pronunciado, el resultado es algo que se denomina parada. En la aviación, la parada significa que no hay bastante aire que fluya sobre la superficie superior del ala. Esto provoca una combinación de mayor resistencia a la fricción y pérdida de carga, una situación potencialmente peligrosa que puede provocar una pérdida repentina de altitud.

Imagen computerizada para el estudio de la hidrodinámica de las aletas de ballena jorobada.

En un artículo publicado en 2008 en Physical Review Letters y destacado en la revista Nature, un equipo de investigadores de la Universiad de Harvard demostró que los bordes en la aleta de ballena jorobada, conocidos por su forma con tubérculos o protuberancias, cambian la distribución de la presión sobre la aleta, de modo que algunas partes del flujo que las atraviesa se detiene respecto a otras. Dado que las diferentes partes del perfil de la aleta tienen diferentes ángulos de ataque, esto evita el estancamiento hídrico brusco por lo que el animal tiene una mayor agilidad en el agua. No es extraño pues que esta especie de ballena sea de las que dan los saltos más espectaculares.

Espectacular salto de una ballena jorobada que los expertos argumentan a partir del diseño hidrodinámico de sus aletas con tubérculos o protuberancias.

Los estudios de los investigadores de la Universidad de Harvard colocando modelos de las aletas de la ballena jorobada en túneles de viento demuestran que el estancamiento que ocurre típicamente en un ángulo de ataque de 12 grados se retrasa hasta que este ángulo no alcanza los 18 grados. En estas pruebas, el rozamiento se redujo en un 32 por ciento y el perfil de ataque mejoró en un 8 por ciento. Además las protuberancias o "tubérculos" del borde delantero de la pala reducen el ruido, aumentan su estabilidad y capturan más energía del viento.

Ya se están haciendo intentos para incorporar el diseño basado en los tubérculos aplicado a productos comerciales. Los prototipos de palas de turbinas eólicas han demostrado permiten a la turbina capturar más energía con vientos de baja velocidad. Por ejemplo, las turbinas generan la misma cantidad de energía a 10 millas por hora que las turbinas convencionales con vientos de 17 millas por hora. Los tubérculos efectivamente canalizan mejor el flujo de aire a través de las hojas y crear remolinos o vórtices que aumentan la elevación. WhalePower, con sede en Toronto, Ontario, está probando esta pala de turbina eólica en una instalación de prueba de viento en la Isla del Príncipe Eduardo.

Prototipo de pala para aerogenerador diseñada por WhalePower basado en el estudio aerodinámico del las protuberancias de la ballena jorobada.

Otra de las aplicaciones que ya está licenciada para su fabricación son los ventiladores para los soportes de refrigeración de los procesadores informáticos. Con estos se ha demostrado que las palas del ventilador basadas en el diseño de las ballenas jorobadas aumenta en un 20 % su capacidad de ventilación haciendo pasar más flujo de aire con la misma velocidad de rotación que una pala convencional. La unión de la biología y la ingeniería a través de la biomímesis hará posibles futuras innovaciones muchas futuras innovaciones. Sus promotores están convencidos que las lecciones aprendidas de las aletas de ballena jorobada pronto encontrarán su camino en el diseño de alas de propósito especial, para hidroplanos, así como para las hélices de barcos y aviones e helicópteros.

Artículo elaborado por la redacción de terra.org. Imágenes de la tecnología de WhapePower.

actualizado: 
30/04/2017
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