Historia de la turbina de Lenz

La turbina de Lenz debe su nombre a su inventor Edwin Lenz, un apasionado de las energías renovables y administrador del sitio web Windstuffnow. Al diseñar este modelo, su objetivo era claro: crear una turbina eólica de eje vertical que fuera eficiente y, sobre todo, muy fácil de construir para aficionados y autodidactas. La idea no era desarrollar un modelo industrial complejo, sino una máquina que pudiera fabricarse con materiales simples, fáciles de conseguir y de bajo coste.

Los primeros prototipos no tardaron en aparecer, incluido un gran modelo instalado en el tejado de su propia casa. Los resultados fueron prometedores: buena estabilidad, arranque fácil y un rendimiento notable incluso con vientos suaves. Este éxito artesanal llamó la atención de una pequeña comunidad de entusiastas que comenzó a reproducir y perfeccionar el concepto.

Sin embargo, la turbina de Lenz sigue siendo, lamentablemente, poco conocida y utilizada en la actualidad. A pesar de variantes más recientes y eficientes, y de algunos experimentos en entornos urbanos o en lugares aislados, todavía no ha encontrado su lugar en el mercado de aerogeneradores comerciales. Un paradoja difícil de entender, teniendo en cuenta su potencial y la facilidad con la que puede construirse.

Concepto y principio de funcionamiento

La turbina de Lenz es un aerogenerador de eje vertical (VAWT – Vertical Axis Wind Turbine) cuyas palas, dispuestas alrededor de un eje central, tienen forma de cazo o receptáculo a lo largo de toda su altura. El viento entra sucesivamente en cada pala, provocando así una rotación continua. Es un poco como hacer avanzar un velero orientando cada vela para que capture la mayor cantidad posible de viento.

Su originalidad radica en la combinación única de sustentación y arrastre. Adopta el principio de la turbina Savonius para captar la fuerza del viento mediante el arrastre, e integra al mismo tiempo principios aerodinámicos de la turbina Darrieus para aprovechar el efecto de sustentación. Esta mezcla ingeniosa proporciona un par elevado, ideal para aplicaciones que requieren potencia de tracción, y mantiene una velocidad de rotación moderada, pero claramente superior a la de una Savonius clásica.

En la mayoría de las realizaciones se opta por tres palas, ya que esta elección asegura un buen equilibrio dinámico, reduce las vibraciones y, por lo tanto, el ruido. Y, por supuesto, como en todas las VAWT, permite que la turbina capture el viento independientemente de su dirección, sin necesidad de un sistema de orientación.

El diseño es deliberadamente simple y tolera pequeñas imprecisiones de construcción. Los modelos más comunes suelen derivar del llamado diseño Lenz2, un concepto probado que permite transformar eficazmente incluso la más mínima brisa en energía útil, y que sigue estando al alcance de cualquier aficionado motivado.

Ventajas y particularidades de la turbina de Lenz

La turbina de Lenz destaca, ante todo, por la simplicidad de su diseño. Se puede fabricar con materiales comunes como madera, metal, PVC o incluso piezas reutilizadas. Otra ventaja es que no requiere herramientas sofisticadas. Para los entusiastas del DIY y de la tecnología sencilla (low‑tech), es un verdadero sueño: coste muy bajo y posibilidad de construir un modelo eficiente sin recurrir a cálculos complejos.

Su diseño le permite arrancar incluso con vientos suaves, lo que la convierte en una excelente opción para generar energía en zonas con vientos moderados. No necesita un emplazamiento perfecto ni una orientación ideal: la más mínima brisa basta para poner las palas en movimiento.

Ofrece un par elevado, perfecto para accionar bombas de agua mecánicas, y además cuenta con un autofrenado natural. Este frenado aerodinámico limita de forma natural la velocidad de rotación y evita que se embale peligrosamente, incluso con vientos muy fuertes.

Su robustez le permite soportar vientos violentos que dañarían a muchos otros modelos de aerogeneradores. Su diseño compacto, combinado con este frenado aerodinámico integrado, prolonga considerablemente su vida útil en comparación con otros modelos.

Otra gran ventaja: se puede instalar cerca del suelo, lo que facilita mucho el mantenimiento y la inspección. Y, sobre todo, es un diseño tolerante a las imperfecciones: incluso con pequeños defectos de alineación o de simetría, seguirá funcionando correctamente. Mientras que muchos aerogeneradores, como los Darrieus o los Savonius helicoidales, exigen una precisión casi quirúrgica, la Lenz perdona mucho más. Eso sí, no significa que haya que descuidar la precisión al construirla. 😉

Generación de electricidad y bombeo de agua con una turbina de Lenz

Para la producción de electricidad, la turbina de Lenz ofrece un excelente equilibrio entre par y velocidad de rotación. Puede girar mucho más rápido que una Savonius, aunque sigue siendo más lenta que una turbina eólica de eje horizontal. Esta velocidad moderada permite trabajar con un alternador de bajas revoluciones, pero para aprovechar todo su potencial es mejor utilizar una multiplicación mecánica sencilla y eficaz, por ejemplo, una correa dentada y dos poleas para multiplicar la velocidad de rotación por 2,5 o 3.

Este ajuste suele ser suficiente para alcanzar el régimen óptimo del generador y mejorar notablemente el rendimiento de conversión. Es un parámetro que debe ajustarse en función de la curva de producción del generador.

Para el bombeo de agua, la Lenz es igual de eficaz. Su alto y constante par la convierte en una campeona para accionar directamente un mecanismo de bomba. Basta con transformar el movimiento rotativo en un movimiento alternativo (arriba‑abajo) mediante una biela para accionar un pistón. Este tipo de bomba eólica artesanal puede extraer agua de profundidades de 10 a 15 m sin dificultad, incluso con vientos moderados. El par elevado garantiza un funcionamiento fiable, constante y sin sacudidas.

Extra: Para saber cómo fabricar fácilmente tu propia bomba de agua adaptada a un sistema eólico de bombeo, consulta nuestra guía completa: Cómo fabricar una bomba de agua para tu aerogenerador de bombeo.

Diseño y proporciones óptimas de una turbina de Lenz

Forma y dimensiones de las palas

Las palas curvadas de una turbina de Lenz funcionan como cucharas que captan el viento sucesivamente a lo largo de toda su altura. La relación entre su anchura y la distancia al eje determina el equilibrio entre el par de rotación y la velocidad de giro. Una pala ancha produce más par, pero reduce la velocidad, lo que resulta ideal para el bombeo de agua, donde la fuerza es prioritaria.

A la inversa, unas palas más estrechas permiten aprovechar mejor el efecto de sustentación y aumentar eficazmente la velocidad de rotación, lo que resulta más adecuado para la producción de electricidad.

Las mediciones realizadas en el diseño Lenz2 muestran que una anchura de pala de aproximadamente 0,1875 × D (siendo D el diámetro total) y una longitud desarrollada de pala de 0,4 × D ofrecen muy buenos resultados.

Para optimizar la captación de energía incluso con vientos débiles, se recomienda un ángulo de ataque de unos 9°.

Dimensionamiento de la turbina y cálculo de potencia

En el caso de una turbina Lenz diseñada para la generación de electricidad, la potencia disponible puede estimarse con la siguiente fórmula:

P (W) = 0,00508 × A (ft²) × v³ (mph) × η

donde A = D × H es la superficie barrida (en pies cuadrados), v la velocidad del viento en mph y η el rendimiento global.

Para una Lenz2, η es de aproximadamente 0,31, teniendo en cuenta un rendimiento medio del generador del 75 % y un rendimiento de las palas del 41 %:

0,75 × 0,41 = 0,3075 → redondeado a 0,31

Invirtiendo la fórmula se puede calcular la superficie necesaria para obtener una potencia determinada:

A = P ÷ (0,00508 × v³ × η)

A partir de ahí, el diámetro se determina como:

D = A ÷ H

Ejemplo: con P = 63 W, v = 15 mph, η = 0,31 y H = 4 ft, se obtiene A ≈ 12 ft², lo que corresponde a un diámetro de unos 3 ft (≈ 0,91 m).

Longitud y geometría de los brazos

La longitud de los brazos que unen las palas al eje influye directamente en el rendimiento. Si son demasiado largos, las palas quedan demasiado alejadas del eje y disminuye el par motor. Si son demasiado cortos, se generan interferencias aerodinámicas entre palas que alteran el flujo de aire. La experiencia y los cálculos muestran que un buen compromiso es tener un radio de anclaje igual a:

R ≈ (D ÷ 2) − (W ÷ 2)

Esto garantiza una buena captación de viento sin efectos de sombreado entre las palas.

Número de palas e impacto en el rendimiento

El número de palas determina el equilibrio entre par y velocidad. Dos palas producen una rotación más rápida pero irregular, con par inestable. Cuatro o más palas aumentan el par, pero provocan una resistencia excesiva que limita la velocidad. Tres palas constituyen el mejor compromiso: rotación uniforme, buen equilibrio sustentación/arrastre y menor ruido. Menos palas = más velocidad pero menos par. Más palas = más par pero menos revoluciones por minuto.

Equilibrado de las palas

Un desequilibrio de masa entre las palas, aunque sea pequeño, provoca vibraciones y acelera el desgaste de los rodamientos. Esto puede desestabilizar la rotación y acortar la vida útil de la turbina. La solución pasa por un equilibrado cuidadoso: comprobar la simetría y el peso de cada pala, corregir si es necesario con pequeños contrapesos y verificar la regularidad de la rotación en vacío. Un equilibrado preciso garantiza un funcionamiento suave y reduce las tensiones mecánicas.

El efecto “balourd”

El efecto “balourd” es un fenómeno distinto: no proviene de un problema de peso de las palas, sino de la presión del viento ejercida sobre la parte superior de la turbina. Si el eje está fijado únicamente en su base, esta fuerza lateral provoca flexión y oscilación del eje. En un modelo pequeño, fijar las palas en el centro puede hacer que este problema sea marginal, aunque no es lo ideal, incluso si es aceptable. En modelos más grandes, o en aquellos expuestos a vientos fuertes, la solución óptima es sujetar el eje tanto en la parte inferior como en la superior, con un rodamiento axial de bolas en la parte inferior y un rodamiento de bolas en la parte superior. Esto neutraliza el efecto “balourd”, estabiliza la rotación y prolonga considerablemente la vida útil del conjunto. Si el eje es muy largo, la adición de un rodamiento de bolas autoalineable en el centro es una buena opción. Muchos proyectos de autoconstrucción fracasan por no tener en cuenta este parámetro, ya que en una turbina de gran tamaño una sola ráfaga fuerte puede destruirla en cuestión de segundos.

Planos y construcción de una turbina Lenz

Seamos sinceros: construir tu propia turbina Lenz es un proyecto realmente atractivo, y resulta mucho más emocionante cuando sabes exactamente qué hacer y cómo hacerlo. Aquí tienes todo lo necesario para conseguir un modelo excelente:

Usos de una turbina Lenz y ejemplos prácticos

Producción autónoma fuera de la red
Para quienes buscan independencia energética, la turbina Lenz ofrece una fuente de electricidad renovable a muy bajo coste. Un modelo pequeño, combinado con baterías y un regulador de carga, puede alimentar iluminación LED, pequeños electrodomésticos y recargar diversos dispositivos. Los modelos más grandes, en un emplazamiento bien adaptado para la energía eólica, pueden generar varios kilovatios‑hora al día. Es una solución sencilla y robusta para producir energía localmente sin depender de la red.

Bombeo de agua en zonas rurales
Donde no hay electricidad, la turbina Lenz puede convertirse en un aerogenerador de bombeo extremadamente eficaz. Puede alimentar un sistema de riego o suministrar agua potable desde un pozo o un acuífero poco profundo. Su reducido tamaño y su robustez la convierten en una aliada valiosa para la agricultura y la ayuda humanitaria en regiones ventosas.

Instalaciones compactas
Gracias a su diseño compacto y a su reducido espacio en el suelo, la turbina Lenz se adapta a muchos contextos. Puede instalarse en el techo de una caravana o en un barco para proporcionar energía en modo nómada, o incluso en entornos urbanos o residenciales donde el espacio es limitado. Y como su funcionamiento es prácticamente silencioso, es perfectamente apta para su uso en zonas habitadas.

Experiencia práctica con las turbinas Lenz

Cuando trabajaba en cooperación para el desarrollo en África, este modelo de aerogenerador me resultó invaluable en innumerables ocasiones. Sus principales virtudes son su fabricación sencilla con materiales muy comunes y su coste extremadamente bajo. Gracias a estas ventajas clave, pude organizar formaciones aceleradas con el objetivo de difundir ampliamente esta solución sobre el terreno, algo que habría sido mucho más difícil con otros tipos de aerogeneradores mucho más exigentes técnicamente en muchos aspectos.

También opté por la turbina Lenz porque se presta perfectamente a una construcción 100 % metálica. Y en África es fácil encontrar artesanos talentosos capaces de trabajar el metal con gran ingenio. Los únicos componentes que tenía que importar eran rodamientos axiales de bolas autoengrasados para el soporte del eje vertical y algunos imanes de neodimio para fabricar el generador. Todo lo demás se podía conseguir localmente, incluido el material para fabricar excelentes bombas de agua.

Al principio, el único verdadero reto era la producción eléctrica, ya que no es nada fácil fabricar un generador de baja velocidad adecuado. A menudo utilicé un generador de diseño propio con efecto maglev, es decir, que al girar produce un campo magnético que eleva muy ligeramente la turbina, reduciendo así considerablemente las pérdidas por fricción. Aun así, y aunque la producción eléctrica era aceptable, pude medir que el generador solo se aprovechaba en torno al 40 % de su capacidad. En otras palabras: no era lo ideal.

Para corregirlo, me centré más en el par y añadí una pequeña multiplicación mecánica: una correa dentada y dos poleas recuperadas de motocicletas o de máquinas antiguas. Esto permitió multiplicar la velocidad de rotación por un factor de entre 2,5 y 3, según el material disponible.

Posteriormente, tanto en Occidente como en Asia, tuve acceso a procesos de fabricación semi‑industriales que me permitieron realizar excelentes prototipos. Aun así, ningún fabricante se animó a embarcarse en el proyecto, probablemente también por mi falta de comunicación para demostrar el interés que esta solución podría despertar en el público. Pero nunca es tarde para hacer las cosas bien, y ahora tengo un calendario mucho más relajado. Así que… habrá que esperar y ver 😉

En ambos casos, tanto en África como en otros lugares, puedo afirmar sin dudar que las turbinas Lenz me han prestado un gran servicio y me han dado una enorme satisfacción al fabricarlas y verlas funcionar.

Conclusión

En resumen, la turbina Lenz es un aerogenerador de eje vertical muy versátil. Puede generar electricidad o bombear agua con una eficiencia notable para la simplicidad que tiene. Para quienes quieran iniciarse en la energía eólica DIY, probablemente sea una de las mejores opciones que existen.

Ya sea para reducir la dependencia energética, profundizar en los conocimientos de física o simplemente por el placer de experimentar, esta turbina combina lo útil con lo agradable. Su construcción es formativa y, en el marco de un proyecto pedagógico o de formación, ver cómo enciende una bombilla o bombea agua aporta una satisfacción real. Pocos modelos de aerogeneradores ofrecen un resultado funcional con tanta facilidad.

Sorprendentemente, hasta donde sé, no existen modelos industriales basados en el concepto Lenz. Sin embargo, el margen de desarrollo es enorme. Podrían imaginarse fácilmente versiones de potencia media (10–20 kW) que aprovechen este principio. Las posibilidades de optimización son muchas: perfil de las palas, materiales, generadores específicos… aún queda mucho por explorar.

Si este aerogenerador te inspira, ¡anímate! Lanza tu propio proyecto o incluso una start-up, hay mucho potencial. Y si necesitas consejos, la sección de comentarios de abajo está para ayudarte. No dudes tampoco en compartir tus logros en el foro 🙂

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