1. Cómo giran las aspas: no son tablas empujadas por el viento
Para entender por qué hay tres aspas, primero debemos saber cómo giran. No funcionan como un molino antiguo que es empujado por el viento. En su lugar, actúan de manera similar a las alas de un avión. Cuando el viento cruza el aspa, la presión del aire cambia en sus lados. Esta diferencia de presión crea una fuerza que tira del aspa (sustentación) y otra que la empuja hacia atrás (arrastre). Como la fuerza de tirón es mayor que la de empuje, el rotor gira y genera electricidad [1].
Las explicaciones técnicas indican que las turbinas que usan este principio de sustentación, como las de forma de hélice, tienen una eficiencia de conversión de energía generalmente más alta que las que giran solo por arrastre, aunque producen menos fuerza de giro directa [8]. Esto ayuda a explicar por qué se usan aspas largas y delgadas.
2. Cuánta energía del viento se aprovecha al añadir más aspas
Existe un límite teórico máximo de energía que una turbina puede extraer del viento, sin importar cuántas aspas tenga. Este límite es del 16/27 de la energía cinética, aproximadamente un 59,3%. Fue publicado por Betz en Alemania en 1919, aunque se menciona que Lanchester, en Reino Unido, obtuvo el mismo resultado en 1915 [4]. En la práctica, las turbinas grandes alcanzan entre el 75% y el 80% de este límite máximo en sus condiciones de máxima capacidad.
¿Cómo afecta el número de aspas a la eficiencia? Según una explicación técnica, pasar de 1 a 2 aspas mejora la eficiencia aerodinámica en aproximadamente un 6%, y pasar de 2 a 3 añade otro 3% aproximadamente. Más allá de tres, las mejoras son mínimas. Esto es una regla general, no una ley absoluta. Además, cada aspa extra aumenta el costo de materiales y fabricación. Como el beneficio extra es pequeño pero el costo sube, en algún punto se llega a un número donde añadir más aspas aporta poca mejora frente al costo [2].
3. Por qué un número par de aspas es un problema: la sombra de la torre
La Asociación Danesa de la Industria Eólica explica que la principal razón para evitar un número par de aspas en las turbinas modernas es la estabilidad. Si una turbina tiene un número par de aspas, ocurre un fenómeno físico específico: cuando el aspa superior, que recibe la mayor fuerza del viento, se dobla hacia atrás, el aspa inferior entra simultáneamente en la "sombra" de viento creada por la torre. Esta diferencia de fuerzas provoca vibraciones en la estructura [3].
Con tres aspas, cuando una está en la posición superior, las otras dos están en diagonal hacia abajo, no directamente debajo. Según la misma asociación, los rotores con número impar de aspas (3 o más) se pueden tratar matemáticamente como discos en los cálculos de movimiento. Sin embargo, esta explicación proviene de documentos de alrededor de 2003, por lo que no necesariamente aplica a todos los modelos actuales [3].
4. Por qué no se popularizaron los aerogeneradores de 1 o 2 aspas
Las turbinas de dos aspas ahorran el costo y el peso de una aspa. Sin embargo, para generar la misma cantidad de electricidad, deben girar mucho más rápido. Esto resulta desventajoso tanto por el ruido que producen como por su impacto visual [3].
En el caso de una sola aspa, se necesitaría un contrapeso en el lado opuesto, lo que anula la ventaja de ligereza [2][3]. Tanto las turbinas de una como las de dos aspas requieren sistemas complejos, como bujes oscilantes, para compensar las cargas cíclicas que generan [2][3]. Algunos fabricantes que antes producían modelos de dos aspas cambiaron a tres, aunque esta información también proviene de fuentes de hace unos años y no significa que todas las turbinas de dos aspas sean inferiores hoy en día [3].
5. Cómo Dinamarca y la turbina de Gedser impulsaron el diseño de tres aspas
En 1957, una turbina de tres aspas en Gedser, Dinamarca, diseñada por Johannes Juul, envió 200 kilovatios de electricidad a la red. Esta configuración se conoce como el "tipo danés" y se considera el prototipo de los aerogeneradores grandes modernos. No inventaron las tres aspas (ya existían antes), pero este modelo estableció el estándar [5].
La forma de las aspas también ha cambiado. Las turbinas antiguas tenían muchas aspas anchas. Las modernas usan pocas aspas (2 o 3) y son muy delgadas. Las aspas anchas y numerosas son más pesadas, difíciles de hacer girar y más costosas. En artículos de divulgación en japonés se menciona que en las turbinas modernas se busca que la velocidad de la punta de la aspa sea al menos cinco veces la velocidad del viento [7].
6. Por qué tres aspas son el punto de equilibrio entre eficiencia, estabilidad, ruido y costo
La predominancia de las tres aspas no se debe a una única razón decisiva, sino a que parece que la eficiencia, la estabilidad, el ruido y el costo encuentran un equilibrio en este número. Según una explicación de GIGAZINE, con tres aspas la eficiencia es máxima a una velocidad de rotación intermedia. Al no estar las aspas enfrentadas por pares, la explicación dice que las fuerzas del viento se distribuyen de forma más uniforme, reduciendo la flexión y la torsión. Esto permite una eficiencia igual o superior a velocidades más bajas, lo que ayuda a controlar el ruido [6].
Algunas personas también consideran que tres aspas se ven más estéticas que dos, aunque esto es una opinión subjetiva [6]. Las razones presentadas aquí combinan explicaciones de la asociación danesa, enciclopedias y artículos de divulgación. No se han encontrado estudios académicos directos en japonés que argumenten exclusivamente este punto.
7. Cómo puedes comprobar el número de aspas tú mismo con fotos de aerogeneradores
Si quieres investigar por tu cuenta, busca fotos de aerogeneradores y cuenta las aspas. Si una aspa está en la parte superior, observa dónde están las otras. Si visitas un parque eólico, recuerda que debes verlo desde lejos y no acercarte a las aspas en movimiento. Puedes observar la velocidad de giro y la relación entre la torre y las aspas. Para más detalles técnicos, puedes consultar las páginas del Departamento de Energía de EE. UU. [1] o la Asociación de Máquinas Turbo de Japón [8].