Transformar en energia les vibracions que generen els corrents d’aigua en contacte amb un objecte. Aquesta és la base del nou sistema que ha dissenyat l’investigador del Departament d’Enginyeria Mecànica de la Universitat Rovira i Virgili (URV), Francisco Huera. El dispositiu aprofita l’energia de corrents d’aigua a partir de les vibracions que es produeixen quan aquesta passa al voltant d’un cilindre i crea remolins al seu darrere. Aquest mètode té una estructura molt simple: un tub cilíndric submergit que penja d’un eix i oscil·la com un pèndul quan el corrent d’aigua el fa vibrar. Els resultats d’aquesta recerca s’han publicat a la revista Journal of Fluids and Structures.

“La gràcia d’aquest sistema és que dins l’aigua només hi ha el cilindre; tota la resta —eix, transmissions i eventualment el generador— pot estar fora”, explica l’investigador, que ha dissenyat i provat el mecanisme en un canal d’aigua del Laboratori d’Interacció Fluïd-Estructura de la URV.

Actualment, la manera més eficient d’aprofitar l’energia dels corrents marins són les turbines de flux axial o les de flux creuat, l’equivalent submergit dels aerogeneradors. Són sistemes que teòricament poden assolir eficiències de més del 50%, i que a nivell pràctic poden arribar a aprofitar fins a un 25-35% de l’energia que porta el fluid en l’àrea que ocupa la turbina. Però aquestes turbines són estructures complexes, amb molts components mòbils sota l’aigua, exposats a corrosió, creixement d’organismes marins i a un manteniment costós, i encara no existeixen parcs comercials submarins de turbines mareomotrius: el desenvolupament es troba en fase de prototips i proves pilot.

El sistema que analitza aquest estudi se situa en un altre punt del mapa: en lloc d’un rotor amb pales, hi ha un cilindre que vibra. Les proves s’han fet en un canal d’aigua, amb un cilindre a escala reduïda exposat al flux, connectat a un eix que gira sobre coixinets d’aire. Un sensor mesura l’angle d’oscil·lació i un fre electromagnètic aplicat a l’eix permet estudiar la potència mecànica disponible quan el sistema vibra.

L'investigador del Departament d'Enginyeria Mecànica, Fran Huera, ha liderat la recerca.
L’investigador del Departament d’Enginyeria Mecànica, Francisco Huera, ha liderat la recerca.

Els resultats de les diferents proves han donat coeficients de potència al voltant del 15%, valors similars als d’altres sistemes d’aprofitament energètic basats en vibracions de cilindres estudiats en recerques anteriors.

“Aquest tipus de dispositius acostumen a estar al voltant del 15–17% d’aprofitament, aproximadament la meitat del que pot donar una turbina ben dissenyada, però també cal destacar que ocupen menys i són molt més senzills: al final és només un tub que penja d’un eix”, resumeix Francisco Huera. Segons explica, tota la mecànica complexa —generadors, transmissions o sistemes de control— podria situar-se en una plataforma flotant a superfície, mentre que sota l’aigua només caldria un cilindre estructural.

Aquesta simplicitat obre possibilitats en entorns on les turbines convencionals són difícils d’instal·lar o mantenir. El sistema està pensat principalment per a corrents marins d’origen mareomotriu —allà on el moviment de les marees genera corrents sostingudes—, però el principi és aplicable també a rius amb prou cabal i seccions adequades, sense necessitat de construir embassaments ni canals de derivació, i fins i tot per aprofitar energia eòlica.

Aquesta recerca teòrica s’emmarca, a més, en una línia més àmplia de treball sobre les vibracions induïdes per flux. Tradicionalment, aquestes vibracions han estat un problema a evitar en grans estructures oceàniques, com les canonades que connecten plataformes petrolíferes amb el fons marí, perquè provoquen fatiga i poden comprometre la integritat de les instal·lacions. L’investigador, de fet, ja havia treballat en sistemes per suprimir aquestes vibracions, fins i tot amb una patent europea orientada a reduir el risc en aquest tipus d’estructures. Ara, el mateix fenomen es converteix en un recurs a explorar com a font d’energia.

L’estudi publicat descriu amb detall el comportament del pèndul en canal d’aigua i quantifica la potència mecànica disponible a l’eix, però no entra encara en el disseny d’un generador complet ni en l’anàlisi econòmica. “Hem descrit el sistema de forma teòrica i amb proves de laboratori per demostrar que això funciona, però no hem fet prototips a gran escala ni estudis de cost”, adverteix. Segons l’autor, el següent pas serà optimitzar la forma d’extraure potència del sistema —per exemple, ajustant el parell de fre en funció de la posició o de la càrrega hidrodinàmica— i estudiar fins a quin punt es pot ampliar el rang de velocitats útils i fer interaccionar diversos dispositius per augmentar l’energia obtinguda per unitat de superfície.