Convertir en energía las vibraciones generadas por las corrientes de agua en contacto con un objeto. Esta es la base del nuevo sistema diseñado por Francisco Huera, investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universitat Rovira i Virgili (URV). El dispositivo aprovecha la energía de las corrientes de agua a partir de las vibraciones que se producen al circular el agua alrededor de un cilindro y crear vórtices tras él. Este método tiene una estructura muy sencilla: un tubo cilíndrico sumergido que cuelga de un eje y oscila como un péndulo cuando la corriente de agua lo hace vibrar. Los resultados de esta investigación se han publicado en el Journal of Fluids and Structures.
“La belleza de este sistema es que sólo el cilindro está en el agua; todo lo demás —el eje, las transmisiones y eventualmente el generador— puede estar fuera”, explica el investigador, que ha diseñado y probado el sistema en un canal de agua en el Laboratorio de Interacción Fluido-Estructura de la URV.
Comparación de turbinas y dispositivos de vibración
Actualmente, la forma más eficiente de aprovechar la energía de las corrientes oceánicas es con turbinas de flujo axial o transversal, el equivalente submarino de las turbinas eólicas. Estos sistemas, que en teoría pueden alcanzar eficiencias superiores al 50%, en la práctica sólo pueden aprovechar entre el 25% y el 35% de la energía transportada por el fluido en el área ocupada por la turbina.
Sin embargo, estas turbinas son estructuras complejas, con numerosos componentes móviles submarinos expuestos a la corrosión y al crecimiento de organismos marinos, y que requieren un mantenimiento costoso. Además, aún no existen conjuntos comerciales submarinos de turbinas mareomotrices, y su desarrollo se encuentra en la fase de prototipo y pruebas piloto.
El sistema analizado en este estudio adopta un enfoque completamente diferente: en lugar de un rotor con álabes, cuenta con un cilindro que vibra. Las pruebas se realizaron en un canal de agua, utilizando un cilindro a escala reducida expuesto al flujo y conectado a un eje que gira sobre cojinetes de aire. Un sensor mide el ángulo de oscilación y un freno electromagnético aplicado al eje permite estudiar la potencia mecánica disponible cuando el sistema vibra.
Resultados de las pruebas y eficiencia
Los resultados de las distintas pruebas han arrojado coeficientes de potencia en torno al 15%, valores similares a los de otros sistemas de captación de energía basados en vibraciones de cilindros estudiados en investigaciones anteriores.
“Este tipo de dispositivos suelen alcanzar una eficiencia de entre el 15 y el 17%, aproximadamente la mitad de lo que puede ofrecer una turbina bien diseñada, pero también cabe destacar que ocupan menos espacio y son mucho más simples: al fin y al cabo, es solo un tubo que cuelga de un eje”, resumió Huera.
Continuó explicando que todos los mecanismos complejos (generadores, transmisiones, sistemas de control) podrían ubicarse en una plataforma flotante en la superficie, y que solo se necesitaría un cilindro estructural bajo el agua.
Posibles aplicaciones e investigaciones futuras
Esta simplicidad abre la posibilidad de utilizar el sistema en entornos donde las turbinas convencionales son difíciles de instalar o mantener. El sistema está diseñado principalmente para corrientes de marea donde el agua se mueve continuamente, pero el principio también podría aplicarse a ríos con suficiente caudal y secciones transversales adecuadas, sin necesidad de construir presas ni canales de derivación, e incluso podría utilizarse para aprovechar la energía eólica.
Esta investigación teórica también forma parte de una línea de trabajo más amplia sobre las vibraciones inducidas por flujo. Tradicionalmente, estas vibraciones se han considerado un problema en grandes estructuras oceánicas, como los oleoductos que conectan las plataformas petrolíferas con el lecho marino, ya que causan fatiga y pueden comprometer la integridad de las instalaciones.
De hecho, Francisco Huera ya había trabajado en sistemas para prevenir estas vibraciones e incluso posee una patente europea destinada a reducir este riesgo. Ahora, este mismo fenómeno se está convirtiendo en un recurso a explorar como fuente de energía.
El estudio publicado describe en detalle el comportamiento del péndulo en el canal de agua y cuantifica la potencia mecánica disponible en el eje, pero no profundiza en el diseño de un generador completo ni realiza un análisis económico. “Hemos descrito el sistema teóricamente y realizado pruebas de laboratorio para demostrar su funcionamiento, pero no hemos realizado prototipos a gran escala ni estudios de costes”, advierte.
Según el autor, el siguiente paso será optimizar la forma en que se extrae energía del sistema —por ejemplo, ajustando el par de freno según la posición o la carga hidrodinámica— y estudiar hasta qué punto se puede ampliar el rango de velocidades útiles y cómo se puede hacer interactuar a múltiples dispositivos para aumentar la energía obtenida por unidad de área.
Fuente: Phys.org.