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Cambio Climático

Dando un Giro Nuevo a la Energía Hidroeléctrica

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Un dispositivo mecánico imita el modo en que los peces obtienen energía del flujo del agua.

  • por Tyler Hamilton | traducido por Rubén Oscar Diéguezc
  • 04 Diciembre, 2008

Las corrientes oceánicas y fluviales del mundo transportan una cantidad enorme de energía cinética, pero la mayoría de este agua fluye a menos de cuatro millas por hora. Las tecnologías actuales de turbinas y molinos de agua no pueden generar suficiente electricidad a esa velocidad como para transformar su uso en algo económicamente viableInvestigadores de la Universidad de Michigan, dicen haber superado esta limitación al aprovechar los vórtices cargados de energía que se forman cuando el agua fluye junto a un objeto cilíndrico, aún a velocidades bajas. Se sabe que los salmones y las truchas aprovechan la fuerza creada naturalmente por los remolinos del agua para poder nadar contra la corriente. Un dispositivo mecánico nuevo, diseñado para aprovechar esa energía y convertirla en electricidad en forma económica, podría transformar a la energía hidroeléctrica en un componente mucho más grande de la mezcla de energías renovables del mundo.“Podremos usarlo allí donde haya corrientes”, dice Michael Bernitsas, un profesor en el departamento de ingeniería marina en la Universidad de Michigan. Dice que la primera prueba del dispositivo se hará en el río Detroit, probablemente en 2010. “Si lo hacemos funcionar, y creo que lo hará, será un acontecimiento importante”, apunta.El dispositivo funciona con el principio conocido de vibraciones inducidas por vórtices. Se sabe que un entorno oceánico estas desbaratan los soportes cilíndricos de acero y las cuerdas de amarre que sujetan las plataformas petrolíferas submarinas. A medida que la corriente pasa junto a un cilindro, una capa fina de agua se arrastra por cada lado de la superficie redondeada hasta que en algún punto, detrás del objeto, la capa de agua se separa de la superficie y se transforma en un vórtice.Parte del fenómeno, sin embargo, es que las separaciones del lado derecho e izquierdo no ocurren simultáneamente: uno de los lados se retrasa. El resultado es un patrón alternado de vórtices que pueden imponer una fuerza tremenda sobre estructuras bajo el agua. Cuando un objeto de forma cilíndrica se puede desplazar más libremente en su entorno, como un señuelo de pesca arrastrado por la corriente de un río, los vórtices alternantes harán que el objeto vibre de izquierda a derecha.Bernitsas dice que los vórtices alternantes se “acoplan” con la frecuencia de oscilación del objeto. Explica que: “El resultado final es que obtenemos una sincronización entre la alternancia de los vórtices y el movimiento del cilindro”.Como parte de su investigación para la industria petrolera, Bernitsas pasó gran parte de su carrera tratando se imaginar maneras para suprimir estas vibraciones destructivas naturales. Hace cuatro años, se le ocurrió que si mejoraba y manipulaba estas fuerza de los vórtices, podría diseñar un dispositivo para generar electricidad libre de emisiones. Esto llevó a la creación del convertidor VIVACE (vibración inducida por vórtices para energía acuática limpia), un sistema modular que en el laboratorio genera 51 vatios por metro cúbico de agua que fluye a tres nudos, o alrededor de 3,5 millas por hora.En su forma más primitiva, VIVACE es un cilindro horizontal sobre resortes que se desplaza hacia arriba y hacia abajo entre dos vías verticales mientras que el agua pasa a su lado. Esto crea energía mecánica que se transforma en electricidad. Bernitsas prevé que el sistema sea apilable y que se pueda utilizar con configuraciones y capacidades de generación distintas, desde kilovatios hasta varios megavatios. Y no ocuparía demasiado espacio. El calcula que un megavatio ocuparía alrededor de 90 pies cúbicos.

“Se ajusta al entorno. Si es en un canal, lo ajustamos a un canal y si son extensiones mayores, lo agrandamos”, explica. Agrega que el movimiento lento de los cilindros hace que el sistema sea más seguro para los peces.Peter Fiske, vicepresidente de investigación y desarrollo en Pax Scientific, una empresa de ingeniería que se especializa en la dinámica de los fluidos, dice que la tecnología convencional de las turbinas de agua padecen el “efecto Cuisinart”(*): cortan a los peces en pedacitos. “Lo bueno del diseño de VIVACE es que sólo se mece de atrás hacia adelante sin cortar nada en el agua”, comenta.Fiske elogia a Bernitsas por abordar el estudio de fluidos en estado inestable, un área de la ingeniería que se evita a menudo. Pero se pregunta si VIVACE podrá agrandarse de modo significativo fuera del laboratorio. Fiske dice: “Obtener muchos, pero muchos megavatios de electricidad con él es una cosa completamente diferente”.Algunos no están tan seguros de que se pueda manipular la energía suficiente como para que valga la pena. “¿Funcionará? Probablemente. ¿Es el medio más efectivo? No lo creo”, expresa el profesor Frank Fish, un experto en hidrodinámica en la West Chester University of Pennsylvania. “La mayoría de la energía del flujo se desplaza del anverso al reverso del cilindro, más que con esta vibración inducida por el fluido”.Pero Bernitsas, que fundó una empresa llamada Vortex Hydro Energy para comercializar su invento, está convencido de que VIVACE podrá perfeccionarse a un punto en que pueda generar electricidad a 5,5 centavos por kilovatio-hora en proyectos de 10 megavatios o de mayor tamaño. Esto haría que VIVACE pueda competir con la creación de energía nuclear y combustibles fósiles. Los módulos se fabricarían en unidades de 500 kilovatios.Bernitsas dice que existen muchas posibilidades para mejorar la eficiencia del sistema, y planea hacerlo aprendiendo de los peces y del modo en que sus escamas y aletas caudales pueden afectar la hidrodinámica. Las escamas, dependiendo de lo ásperas que sean y de su ubicación, pueden amplificar la oscilación. Y agrega: “Basándose en las propiedades de la aleta caudal, podemos modificar tanto la amplitud como la frecuencia de la oscilación del cilindro como para que sea más benigna para con el entorno”.Los primeros dos prototipos se están fabricando con la ayuda del Naval Facilities Engineering Command, de Washington DC, con fondos del Ministerio de Energía de los Estados Unidos y la Agencia de Investigación Naval.

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