Uma nova pesquisa apresenta um conversor giroscópico de energia das ondas que absorve até 50% da energia das ondas em todas as frequências, aproximando-se da eficiência máxima e orientando projetos aprimorados.
(Notícias Nanowerk) As ondas oceânicas são uma das fontes de energia renováveis mais abundantes e previsíveis do planeta, mas o aproveitamento eficiente da sua energia continua a ser um grande desafio. Os dispositivos tradicionais normalmente operam com eficiência apenas dentro de uma faixa estreita de condições de onda, destacando a necessidade de conversores mais inovadores e construtivos.
Agora, um pesquisador da Universidade de Osaka analisou a viabilidade de um novo dispositivo para gerar energia das ondas. O dispositivo, denominado conversor giroscópico de energia das ondas (GWEC), foi avaliado por seu potencial em fornecer geração de energia prática e em grande escala. As descobertas foram publicadas no Revista de Mecânica dos Fluidos (“Análise linear de um conversor giroscópico de energia das ondas: absorvendo metade da energia das ondas em frequências de banda larga”).
O dispositivo GWEC é capaz de gerar eletricidade usando o movimento complexo de um volante giratório montado dentro de uma estrutura flutuante. É este sistema de volante giroscópico que pode ser ajustado para absorver energia de forma eficiente em uma ampla faixa de frequências de onda.
A chave para a absorção de energia está na precessão giroscópica, que é o movimento que ocorre quando um objeto giratório é submetido a uma força externa. À medida que as ondas fazem com que a estrutura flutuante se incline (mova para cima e para baixo), o volante giratório responde por precessão (mudando a direção em que está girando), o que aciona um gerador e, consequentemente, produz eletricidade.
“Os dispositivos de energia das ondas muitas vezes enfrentam dificuldades porque as condições dos oceanos estão em constante mudança”, diz Takahito Iida, autor do estudo. “No entanto, um sistema giroscópico pode ser controlado de uma forma que mantém uma alta absorção de energia, mesmo quando as frequências das ondas variam.”
Usando a teoria das ondas lineares, foram modeladas as interações acopladas entre as ondas do oceano, o corpo flutuante e o giroscópio. Ao analisar cuidadosamente essas interações, os pesquisadores conseguiram identificar parâmetros de controle ideais tanto para a velocidade de rotação do volante quanto para as configurações do gerador. Notavelmente, os resultados demonstraram que o GWEC pode atingir a eficiência máxima de absorção de energia de metade em qualquer frequência de onda, desde que o sistema esteja devidamente sintonizado.
“Este limite de eficiência é uma restrição elementary na teoria da energia das ondas”, explica Iida. “O que é emocionante é que agora sabemos que isso pode ser alcançado através de frequências de banda larga, e não apenas em uma única condição ressonante.”
Para validar a teoria linear, foram realizadas simulações numéricas nos domínios da frequência e do tempo. Além disso, outras simulações no domínio do tempo que levaram em conta o comportamento giroscópico não linear também foram conduzidas para levar em conta quaisquer limitações potenciais do dispositivo. Estas simulações mostraram que o GWEC mantém alta eficiência perto da sua frequência de ressonância, o que significa que a frequência na qual absorveu a energia das ondas correspondia ao padrão pure do oceano.
Ao mostrar como os parâmetros giroscópicos podem ser ajustados para maximizar o desempenho, o estudo fornece um roteiro para o desenvolvimento de conversores de energia das ondas adaptáveis e eficientes. À medida que os cientistas procuram fontes de energia renováveis fiáveis para cumprir os objectivos climáticos, avanços como este poderão ajudar a desbloquear o vasto e inexplorado poder dos oceanos.