Hidrofólio usa técnicas de aviões para explorar energia das ondas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/12/2009

Três pás da turbina cicloidal podem ser vistas ao fundo, dentro do tanque de testes onde está sendo avaliado o novo dispositivo de exploração da energia das ondas.
[Imagem: Danny Washburn]

Energia das ondas

O oceano é uma fonte potencial de energia elétrica gigantesca.

Há vários conceitos interessantes e promissores sendo avaliados para tentar efetivar esse potencial, incluindo boias submarinas, hidroelétricas marinhas e até "cobras" de borracha.

No entanto, até mesmo os testes em escala piloto de novos dispositivos são caros. E, além da geração de energia propriamente dita, os engenheiros devem se preocupar com problemas como tempestades e com a necessidade de manter os equipamentos bem ancorados no leito oceânico.

Achatando as ondas

Agora, uma equipe de engenheiros aeroespaciais está aplicando os mesmos princípios que mantêm os aviões no ar para criar um novo sistema de geração de energia elétrica a partir das ondas que é durável, extremamente eficiente e que pode ser colocado em qualquer parte do oceano, independentemente da profundidade.

Embora o projeto ainda esteja na fase inicial, simulações por computador e testes em escala reduzida sugerem que o novo sistema terá uma eficiência maior do que as turbinas de vento.

O sistema foi projetado para efetivamente anular as ondas que se aproximam, capturando inteiramente sua energia ao ponto de "achatá-las", nivelando novamente a superfície do mar.

Isto fornece um benefício adicional do projeto, que poderá funcionar como uma espécie de dispositivo "antitempestade", operando como um quebra-ondas.

Retroalimentação de fluxo

"Nosso grupo está trabalhando em pesquisas básicas sobre o controle de realimentação de fluxos há anos", diz o pesquisador Stefan Siegel, referindo-se aos esforços para utilizar sensores e peças ajustáveis para controlar como os fluidos - neste caso o ar - fluem em torno de aerofólios, como as asas de um avião.

"Em um avião, quando você controla esse fluxo, você controla melhor o voo - por exemplo, permitindo-lhe aterrissar um avião em uma pista menor," explica ele.

Ao comparar seu trabalho com outras tentativas de exploração da energia das ondas, Siegel e seus colegas perceberam que poderiam operar um dispositivo de geração de energia a partir das ondas utilizando os mesmos conceitos de controle de retroalimentação que estavam desenvolvendo para os aviões.

Arrasto e sustentação

Eles então projetaram um mecanismo que utiliza a sustentação, em vez do arrasto, para mover as pás do gerador.

"Todo avião voa graças à sustentação, e não ao arrasto", diz Siegel. "Compare um velho moinho com um moderno. Os novos usam o fenômeno da sustentação e foi isto o que tornou viável a energia eólica. A dinâmica de fluidos resolveu a questão para os moinhos de vento, e pode fazer o mesmo para a energia das ondas."

Os moinhos usados para a geração de energia a partir dos ventos têm controles ativos que viram as lâminas para compensar os ventos de tempestade, eliminando o arrasto quando há risco de danos sobre o próprio moinho.

Detalhe do sistema de controle ativo de cada pá do propulsor cicloidal.
[Imagem: Danny Washburn]

Hidrofólio

Os pesquisadores usaram a mesma abordagem usada nos aviões para criar um "hidrofólio" - o equivalente a um aerofólio, mas projetado para funcionar na água.

O hidrofólio foi incorporado em um propulsor cicloidal - também conhecido como hélice Voith-Schneider - um projeto nascido na década de 1930 e que atualmente impulsiona rebocadores, balsas e outras embarcações que precisam de grande capacidade de manobra.

Os pesquisadores mudaram a orientação da hélice de horizontal para vertical, permitindo a interação direta com o movimento cíclico - para cima e para baixo - das ondas.

Os pesquisadores também desenvolveram sistemas de controle individual para cada pá da hélice, permitindo manipulações sofisticadas que maximizam (ou minimizam, no caso de tempestades) a interação com a energia das ondas.

Em última instância, o objetivo é manter constantes a direção do fluxo e a direção das lâminas, cancelando a onda que se aproxima e utilizando geradores elétricos comuns, de acionamento direto ou por engrenagens, para converter a energia das ondas em energia elétrica.

Um propulsor que esteja exatamente fora de fase com as ondas vai cancelar totalmente essa onda e maximizar a produção de energia.

Dispositivos flutuantes

O cancelamento das ondas também irá permitir a construção de dispositivos flutuantes, sem a necessidade de ancoragem, o que é importante para locais de mar profundo, que detêm grande potencial energético e que estão atualmente além das possibilidades dos dispositivos existentes ou projetados para a exploração da energia das ondas.

Os pesquisadores preveem que um novo gerador viável em escala real deverá ter cerca de 40 metros de diâmetro - os testes feitos até agora em escala de laboratório empregam um modelo de 1 metro. Testes com um modelo de 5 metros deverão ser feitos em 2010.

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