Transformar en energía las vibraciones que generan las corrientes de agua en contacto con un objeto. Esta es la base del nuevo sistema que ha diseñado el investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universitat Rovira i Virgili (URV), Francisco Huera. El dispositivo aprovecha la energía de corrientes de agua a partir de las vibraciones que se producen cuando esta pasa alrededor de un cilindro y crea remolinos a su zaga. Este método tiene una estructura muy simple: 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 la revista Journal of Fluids and Structures.
“La gracia de este sistema es que dentro del agua solo está el cilindro; todo lo demás —eje, transmisiones y eventualmente el generador— puede estar fuera”, explica el investigador, que ha diseñado y probado el mecanismo en un canal de agua del Laboratorio de Interacción Fluido-Estructura de la URV.
Actualmente, la manera más eficiente de aprovechar la energía de las corrientes marinas son las turbinas de flujo axial o las de flujo cruzado, el equivalente sumergido de los aerogeneradores. Son sistemas que teóricamente pueden alcanzar eficiencias de más del 50%, y que a escala práctica pueden llegar a aprovechar hasta un 25-35% de la energía que lleva el fluido en el área que ocupa la turbina. Pero estas turbinas son estructuras complejas, con muchos componentes móviles bajo el agua, expuestos a corrosión, crecimiento de organismos marinos y a un mantenimiento costoso, y todavía no existen parques comerciales submarinos de turbinas mareomotrices: el desarrollo se encuentra en fase de prototipos y pruebas piloto.
El sistema que analiza este estudio se sitúa en otro punto del mapa: en lugar de un rotor con palas, hay un cilindro que vibra. Las pruebas se han realizado en un canal de agua, con un cilindro a escala reducida expuesto al flujo, 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.
Los resultados de las diferentes pruebas han dado coeficientes de potencia alrededor del 15%, valores similares a los de otros sistemas de aprovechamiento energético basados en vibraciones de cilindros estudiados en investigaciones anteriores.
“Este tipo de dispositivos suelen estar alrededor del 15–17% de aprovechamiento, aproximadamente la mitad de lo que puede dar una turbina bien diseñada, pero también hay que destacar que ocupan menos y son mucho más sencillos: al final es solo un tubo que cuelga de un eje”, resume Francisco Huera. Según explica, toda la mecánica compleja —generadores, transmisiones o sistemas de control— podría situarse en una plataforma flotante en superficie, mientras que bajo el agua solo haría falta un cilindro estructural.
Esta simplicidad abre posibilidades en entornos donde las turbinas convencionales son difíciles de instalar o mantener. El sistema está pensado principalmente para corrientes marinas de origen mareomotriz —allí donde el movimiento de las mareas genera corrientes sostenidas—, pero el principio es aplicable también a ríos con suficiente caudal y secciones adecuadas, sin necesidad de construir embalses ni canales de derivación, e incluso para aprovechar energía eólica.
Esta investigación teórica se enmarca, además, en una línea más amplia de trabajo sobre las vibraciones inducidas por flujo. Tradicionalmente, estas vibraciones han sido un problema a evitar en grandes estructuras oceánicas, como las tuberías que conectan plataformas petrolíferas con el fondo marino, porque provocan fatiga y pueden comprometer la integridad de las instalaciones. El investigador, de hecho, ya había trabajado en sistemas para suprimir estas vibraciones, incluso con una patente europea orientada a reducir el riesgo en este tipo de estructuras. Ahora, el mismo fenómeno se convierte en un recurso a explorar como fuente de energía.
El estudio publicado describe con detalle el comportamiento del péndulo en canal de agua y cuantifica la potencia mecánica disponible en el eje, pero no entra todavía en el diseño de un generador completo ni en el análisis económico. “Hemos descrito el sistema de forma teórica y con pruebas de laboratorio para demostrar que esto funciona, pero no hemos hecho prototipos a gran escala ni estudios de coste”, advierte. Según el autor, el siguiente paso será optimizar la forma de extraer potencia del sistema —por ejemplo, ajustando el par de frenos en función de la posición o de la carga hidrodinámica— y estudiar hasta qué punto se puede ampliar el rango de velocidades útiles y hacer interaccionar varios dispositivos para aumentar la energía obtenida por unidad de superficie.