Existe una enorme cantidad de energía limpia atrapada en las olas del océano, si tan solo pudiéramos encontrar una forma de aprovecharla mejor. Un nuevo estudio explica cómo un giroscopio situado en la superficie del agua podría lograr aumentos notables en la eficiencia.
El estudio, realizado por Takahito Iida del Departamento de Arquitectura Naval e Ingeniería Oceánica de la Universidad de Osaka en Japón, se basa en un modelado teórico de un convertidor de energía undimotriz giroscópico (GWEC).
Un GWEC sería un cuerpo flotante con un volante de inercia giratorio montado en su interior, conectado a un generador, capaz de producir electricidad con el vaivén de las olas, incluso cuando estas cambian de fuerza y dirección.
Estos dispositivos GWEC han sido probados previamente como una forma de liberar la energía de las olas, pero han tenido dificultades para alcanzar niveles prácticos de eficiencia debido a la variabilidad de los patrones de las olas día a día. Esta nueva investigación sugiere que los GWEC tienen el potencial de funcionar mucho mejor si se implementan de la manera correcta.
“Los dispositivos de energía undimotriz a menudo tienen dificultades porque las condiciones oceánicas cambian constantemente”, afirma Iida. “Sin embargo, un sistema giroscópico puede controlarse de manera que se mantenga una alta absorción de energía, incluso cuando varían las frecuencias de las olas”.
La clave de la innovación descrita aquí es el uso de la teoría de ondas lineales para calcular las interacciones entre las olas, el giroscopio y la estructura flotante en la que se encuentra. A partir de ahí, Iida pudo calcular la configuración óptima para este tipo de máquina.
Ajustando la velocidad de rotación del volante de inercia y la resistencia del generador dentro del giroscopio para que coincidan con las condiciones de las olas, estos dispositivos podrían alcanzar una eficiencia máxima del 50 por ciento, convirtiendo hasta la mitad de la energía de una ola en electricidad en teoría.
“Este límite de eficiencia es una restricción fundamental en la teoría de la energía undimotriz”, dice Iida. “Lo emocionante es que ahora sabemos que se puede alcanzar en un amplio rango de frecuencias, no solo en una condición de resonancia única”.
En otras palabras, la precesión de un giroscopio (la forma en que las fuerzas externas empujan un objeto giratorio) puede ajustarse para mantenerse cerca del nivel de eficiencia del 50 por ciento, incluso cuando cambian las condiciones de las olas.
Aunque este estudio en particular no implicó pruebas en el mundo real en el agua, también se utilizaron simulaciones por computadora para verificar el funcionamiento y examinar una multitud de frecuencias y longitudes de onda, y cómo podría reaccionar un giroscopio.
Estas simulaciones coincidieron con las matemáticas anteriores, pero las olas son increíblemente complejas y difíciles de simular utilizando ecuaciones, por lo que existen algunas limitaciones en los cálculos.
Cuando Iida modeló el rendimiento del giroscopio en olas irregulares y desiguales, más parecidas a las del océano, descubrió que el dispositivo se volvía menos eficiente en olas más grandes, aunque aún podía extraer una cantidad decente de energía en ciertas condiciones.
Además de utilizar principalmente condiciones de olas idealizadas, estos cálculos no tienen en cuenta el costo de energía para ejecutar realmente el giroscopio en las olas del océano. Este es un primer paso para evaluar la viabilidad de este tipo de captura de energía undimotriz.
Sin embargo, incluso con estas limitaciones, el estudio ofrece un verdadero estímulo de que los giroscopios tienen potencial en este campo. Iida también señala que otros diseños de máquinas, los asimétricos, podrían superar potencialmente ese límite de eficiencia del 50 por ciento, aunque esto aún está por verse.
Relacionado: El desequilibrio energético de la Tierra se ha duplicado en 2 décadas, advierte un estudio
El siguiente paso es probar la física que se ha teorizado aquí, y eso ya está en marcha. En un futuro no muy lejano, los giroscopios flotantes podrían estar contribuyendo significativamente al equilibrio energético verde de nuestro planeta.
“En trabajos futuros, se realizarán pruebas de modelos para validar la teoría propuesta”, escribe Iida en su artículo publicado. “Además, exploraremos estrategias de control óptimas que tengan en cuenta la causalidad y las respuestas no lineales del GWEC”.
La investigación ha sido publicada en la Journal of Fluid Mechanics.
