Las olas del océano representan una de las fuentes de energía renovable más grandes y consistentes de la Tierra. A pesar de su promesa, convertir el movimiento de las olas en electricidad utilizable ha resultado difícil. La mayoría de los dispositivos de energía de las olas existentes funcionan bien sólo en determinadas condiciones de olas, lo que limita su eficacia en el entorno en constante cambio del océano abierto. Este desafío ha llevado a los investigadores a buscar tecnologías más adaptables y eficientes.
Un investigador de la Universidad de Osaka examinó más de cerca un nuevo método conocido como convertidor giroscópico de energía de las olas (GWEC). El estudio evaluó si este diseño podría respaldar de manera realista la generación de energía a gran escala. Los resultados se publican este mes. Revista de mecánica de fluidos.
A diferencia de los sistemas convencionales, GWEC se basa en un volante giratorio ubicado dentro de una plataforma flotante. A medida que la estructura se mueve con las olas, el volante giratorio convierte ese movimiento en energía eléctrica. Debido a que el volante actúa como un giroscopio, su comportamiento se puede ajustar para capturar energía de manera eficiente en una amplia gama de frecuencias de onda en lugar de limitarse a una banda estrecha.
Cómo la precesión giroscópica genera electricidad
El sistema aprovecha la precesión giroscópica, que se produce cuando un objeto giratorio reacciona a una fuerza externa. Cuando las olas hacen que la plataforma flotante se incline (se mueva hacia arriba y hacia abajo), el volante giratorio cambia su orientación por precesión (cambiando la dirección en la que gira). Este movimiento está conectado a un generador, que permite que el dispositivo produzca electricidad.
“Los dispositivos de energía de las olas a menudo tienen problemas porque las condiciones del océano cambian constantemente”, dijo el autor del estudio Takahito Iida. “Sin embargo, un sistema giroscópico se puede controlar de manera que mantenga una alta absorción de energía, incluso cuando cambia la frecuencia de la onda”.
Modelado de la máxima eficiencia energética de las olas
Para comprender mejor cómo se comporta el sistema, el investigador utilizó la teoría de ondas lineales para modelar la interacción entre las olas del océano, la estructura flotante y el giroscopio. Al analizar estas dinámicas vinculadas, el equipo identificó los ajustes ideales para la velocidad de rotación del volante y el control del generador. El análisis muestra que, si se sintoniza adecuadamente, el GWEC puede alcanzar la mitad de la eficiencia máxima teórica de absorción de energía en cualquier frecuencia de onda.
“Este límite de eficiencia es una limitación fundamental de la teoría de la energía de las olas”, explica Ida. “Lo interesante es que ahora sabemos que esto se puede lograr en frecuencias de banda ancha, no sólo en un único estado de resonancia”.
La simulación garantiza el rendimiento en el mundo real
Los resultados se probaron adicionalmente mediante simulaciones numéricas tanto en el dominio de la frecuencia como del tiempo. Simulaciones adicionales en el dominio del tiempo también incorporaron un comportamiento giroscópico no lineal para explorar los posibles límites de rendimiento. Estos resultados confirmaron que el dispositivo mantiene una eficiencia sólida cerca de su frecuencia de resonancia, lo que significa que funciona mejor cuando su movimiento se alinea con el ritmo natural de la onda.
Al aclarar cómo ajustar los parámetros operativos del giroscopio, la investigación proporciona una guía práctica para construir sistemas de energía de las olas más flexibles y eficientes. Mientras el mundo busca soluciones confiables de energía renovable para abordar los objetivos climáticos, innovaciones como éstas pueden ayudar a aprovechar la enorme energía, en gran parte sin explotar, almacenada en los océanos.
