As ondas oceânicas representam uma das maiores e mais consistentes fontes de energia renovável da Terra. Apesar de sua promessa, converter o movimento das ondas em eletricidade utilizável tem se mostrado difícil. A maioria dos dispositivos de energia das ondas existentes funcionam bem apenas em determinadas condições de ondas, limitando a sua eficácia no ambiente em constante mudança do oceano aberto. Este desafio tem levado os pesquisadores a buscar tecnologias mais adaptativas e eficientes.
Um pesquisador da Universidade de Osaka examinou mais de perto um novo método conhecido como conversor giroscópico de energia das ondas (GWEC). O estudo avaliou se este projeto poderia suportar de forma realista a geração de energia em grande escala. Os resultados são publicados este mês Revista de Mecânica dos Fluidos.
Ao contrário dos sistemas convencionais, o GWEC depende de um volante giratório localizado dentro de uma plataforma flutuante. À medida que a estrutura se move com as ondas, o volante giratório converte esse movimento em energia elétrica. Como o volante atua como um giroscópio, seu comportamento pode ser ajustado para capturar energia com eficiência em uma ampla faixa de frequências de onda, em vez de ficar limitado a uma banda estreita.
Como a precessão giroscópica gera eletricidade
O sistema aproveita a precessão giroscópica, que ocorre quando um objeto em rotação reage a uma força externa. Quando as ondas fazem com que a plataforma flutuante se incline (mova para cima e para baixo), o volante giratório muda sua orientação por precessão (mudando a direção em que está girando). Esse movimento é conectado a um gerador, que permite ao aparelho produzir eletricidade.
“Os dispositivos de energia das ondas muitas vezes enfrentam dificuldades porque as condições dos oceanos estão em constante mudança”, disse o autor do estudo, Takahito Iida. “No entanto, um sistema giroscópico pode ser controlado de uma forma que mantém uma alta absorção de energia, mesmo quando a frequência das ondas muda.”
Modelagem da máxima eficiência energética das ondas
Para entender melhor como o sistema se comporta, o pesquisador utilizou a teoria das ondas lineares para modelar a interação entre as ondas do mar, a estrutura flutuante e o giroscópio. Ao analisar essas dinâmicas interligadas, a equipe identificou configurações ideais para a velocidade de rotação do volante e o controle do gerador. A análise mostra que, se devidamente sintonizado, o GWEC pode atingir metade da eficiência máxima teórica de absorção de energia em qualquer frequência de onda.
“Este limite de eficiência é uma limitação fundamental da teoria da energia das ondas”, explica Ida. “O que é interessante é que agora sabemos que isso pode ser alcançado em frequências de banda larga, e não apenas em um único estado ressonante”.
A simulação garante desempenho no mundo real
Os resultados foram posteriormente testados através de simulações numéricas nos domínios da frequência e do tempo. Simulações adicionais no domínio do tempo também incorporaram comportamento giroscópico não linear para explorar limites potenciais de desempenho. Estes resultados confirmaram que o dispositivo mantém uma eficiência robusta perto da sua frequência de ressonância, o que significa que tem um melhor desempenho quando o seu movimento se alinha com o ritmo natural da onda.
Ao esclarecer como ajustar os parâmetros operacionais do giroscópio, a pesquisa fornece orientação prática para a construção de sistemas de energia das ondas mais flexíveis e eficientes. À medida que o mundo procura soluções fiáveis de energia renovável para cumprir os objectivos climáticos, inovações como estas podem ajudar a explorar a vasta e largamente inexplorada energia armazenada nos oceanos.
