Aerogeneradores en las vías férreas: el innovador sistema que aprovecha el viento de los trenes para generar energía

Las vías férreas ya no son solo para transporte. Actualmente, existen proyectos que buscan aprovechar esta infraestructura para generar electricidad limpia, como instalar placas solares sobre raíles que no se usan o iniciativas más recientes que pretenden colocar aerogeneradores para captar el viento producido por los trenes.

Este último proyecto de reaprovechamiento energético en infraestructuras ya existentes es obra de un equipo de investigadores de la Universidad de Manchester (Reino Unido), en colaboración con la consultora inglesa Q-Sustain Limited, quienes buscan instalar aerogeneradores de eje vertical (VAWT, por sus siglas en inglés) en las vías del tren.

Unas turbinas que tienen un eje de rotor vertical, son omnidireccionales —no necesitan ajustarse para orientarse hacia el viento— y con las que se pretende capturar el flujo de aire que se produce cuando los trenes atraviesan los túneles a gran velocidad. Lo que se conoce como 'efecto pistón'.

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El efecto pistón es un fenómeno físico que ocurre cuando un tren avanza por un túnel y empuja el aire que tiene delante, funcionando como un pistón dentro de un cilindro. Esto provoca una onda de presión de aire delante del tren y una zona de succión detrás, generando corrientes de aire notorias en los túneles y, a veces, en los andenes.

Cuanto mayor es la velocidad y el volumen del tren, más potente es la corriente de aire generada. Un efecto que se utiliza en ocasiones para ventilar túneles de tren y metro, y que los investigadores ingleses ven como una oportunidad para capturar energía del movimiento del aire y convertirla en electricidad mediante turbinas diseñadas específicamente.

Generar energía limpia

Bajo el nombre de 'VerXis', este proyecto se estrena con la Transpennine Route Upgrade, una renovación ferroviaria clave en el norte de Inglaterra, donde se probarán los primeros prototipos de los aerogeneradores en condiciones reales; explorando cómo se pueden integrar en la infraestructura de transporte y proporcionando electricidad limpia.

Los túneles ferroviarios, al concentrar flujos de aire direccionados constantes y generados de forma natural por el paso de los trenes, se convierten en un entorno ideal para colocar miniturbinas que sean capaces de capturar ese viento para producir energía sin interferir ni alterar la estructura.

Concepto de una turbina en un túnel ferroviario. Universidad de Manchester Omicrono

Unos aerogeneradores que ofrecen una variedad de ventajas. La primera de ellas es que aprovechan una infraestructura ya construida, por lo que no alterarían los paisajes ni ocuparían más terreno en las vías férreas. Además, no requieren vientos exteriores ni ubicaciones específicas.

Cabe señalar que esto último sí es algo de lo que dependen las granjas eólicas tradicionales. Por otro lado, estas turbinas de eje vertical no dependen del clima para funcionar, sino que es el tren quien genera el viento que necesitan capturar para producir energía limpia.

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Otra de las claves de este sistema es VerXis Wind, un motor de análisis desarrollado por los investigadores. Se trata de un software que es capaz de convertir los parámetros técnicos del túnel, como la longitud o la frecuencia de paso de los trenes, en indicadores económicos concretos.

Es decir, puede saber cuánta energía se puede generar, cuánto costará y el retorno económico que se puede esperar. Por lo que permite que operadores ferroviarios, gestores de infraestructuras y gobiernos puedan tomar decisiones basadas en datos específicos y no en suposiciones.

Esquema del motor de análisis VerXis Wind. Universidad de Manchester Omicrono

El funcionamiento de este motor es el siguiente. Como se ve en la imagen, a la izquierda el software muestra datos de entrada que alimentan la plataforma, como la geometría del túnel (dimensiones y forma), la frecuencia y velocidad de los trenes, la intensidad del flujo de aire, la medición del viento generado por el 'efecto pistón' y criterios de diseño y financieros.

Mientras que en la derecha, VerXis Wind enseña las estimaciones de generación energética en función del entorno real, informes de inversión y retorno económico para decidir si el proyecto es rentable, el diseño óptimo de la turbina adaptado a las condiciones del túnel y métricas de impacto ambiental.

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"Nuestro kit de herramientas VerXis representa un gran avance en la investigación sobre energías renovables. Al convertir datos mínimos de geometría y programación de túneles en indicadores económicos de nivel bancario en cuestión de minutos, estamos acortando la distancia entre la innovación académica y la implementación en el mundo real, haciendo que las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) de pistón no solo sean técnicamente viables, sino también realmente atractivas para la inversión", señala en un comunicado Amir Keshmiri, director académico del proyecto en la Universidad de Manchester.

Siguientes pasos

Los investigadores ingleses ya tienen clara su hoja de ruta. Durante los próximos meses comenzarán la instalación de los primeros prototipos en una serie de túneles seleccionados. El propósito de estas pruebas en el mundo real es medir su rendimiento en condiciones reales, ajustar el diseño y verificar los datos que recopila VerXis.

Concepto de las turbinas en un túnel ferroviario. Universidad de Manchester Omicrono

Si las pruebas ofrecen resultados positivos, el plan es ampliar la iniciativa a otros tramos ferroviarios del Reino Unido y, eventualmente, a redes europeas con características similares. El proyecto se enmarca en el compromiso legal asumido por el Reino Unido de alcanzar las emisiones netas cero antes de 2050.

"Lo que más nos entusiasma de VerXis es su capacidad para probar y escalar rápidamente diseños de turbinas adaptados a cada entorno de túnel. Este conjunto de herramientas permite tomar decisiones más inteligentes basadas en datos, lo que nos ayuda a implementar soluciones sostenibles en infraestructura ferroviaria que se alinean con las ambiciones de cero emisiones netas del Reino Unido y calculan el retorno de la inversión para nuestros clientes", destaca Azhar Quaiyoom, director industrial de Q-Sustain Limited.

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El alcance de esta tecnología va mucho más allá del sector ferroviario. Autovías subterráneas, redes de metro, túneles peatonales o incluso los sistemas de ventilación de grandes edificios podrían aprovechar el movimiento del aire interno mediante turbinas diseñadas para captar esa energía residual.

En cuanto al potencial, generar electricidad directamente en el punto de uso supondría una menor necesidad de transporte energético a largas distancias, reduciendo así las pérdidas en la red y aliviando la carga sobre el sistema eléctrico nacional. A escala ciudadana, los efectos podrían traducirse en un transporte público más autosostenible, tarifas más accesibles y urbes con menor dependencia de los combustibles fósiles.