As ondas oceânicas representam uma das maiores e mais estáveis 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 só funciona bem sob certas condições de ondas, limitando a sua eficácia no ambiente de mar aberto em constante mudança. Esse desafio tem levado os pesquisadores a buscarem tecnologias mais adaptativas e eficientes.
Um pesquisador da Universidade de Osaka examinou de perto uma nova abordagem conhecida 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 foram publicados este mês em Revista de Mecânica dos Fluidos.
Ao contrário dos sistemas tradicionais, o GWEC depende de um volante giratório localizado dentro de uma plataforma flutuante. À medida que a estrutura se move com as ondas, um volante giratório converte esse movimento em energia elétrica. Como o volante funciona como um giroscópio, seu comportamento pode ser ajustado para capturar efetivamente energia em uma ampla faixa de frequências de onda, em vez de ficar limitado a uma banda estreita.
Como a precessão giroscópica cria eletricidade
O sistema funciona aproveitando a precessão giroscópica, que ocorre quando um objeto em rotação responde a uma força externa. À medida que as ondas fazem com que a plataforma flutuante se incline (mova para cima e para baixo), o volante giratório muda sua orientação por meio de precessão (alterando a direção de rotação). Esse movimento está conectado a um gerador que permite ao dispositivo produzir eletricidade.
“Os dispositivos de energia das ondas são muitas vezes difíceis porque as condições dos oceanos estão em constante mudança”, diz Takahito Iida, autor do estudo. “No entanto, o sistema giroscópico pode ser controlado de forma a manter uma alta absorção de energia mesmo quando as frequências das ondas mudam.”
Modelando a eficiência máxima da energia 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 relacionadas, a equipe determinou as configurações ideais para a velocidade do volante e os controles do gerador. A análise mostrou que, com o ajuste adequado, o GWEC pode atingir a eficiência máxima teórica de absorção de energia de metade em qualquer frequência de onda.
“Este limite de eficiência é uma limitação fundamental na teoria da energia das ondas”, explica Iida. “O que é emocionante é que agora sabemos que isto pode ser alcançado numa vasta gama de frequências, e não apenas num único estado ressonante.”
A simulação valida o desempenho no mundo real
As descobertas foram ainda verificadas por simulações numéricas nos domínios da frequência e do tempo. Simulações adicionais no domínio do tempo também incluíram comportamento giroscópico não linear para explorar possíveis limitações de desempenho. Esses resultados confirmaram que o dispositivo mantém alta eficiência próximo à sua frequência de ressonância, o que significa que funciona melhor quando seu movimento segue o ritmo natural das ondas.
Ao esclarecer como ajustar os parâmetros operacionais do giroscópio, o estudo oferece diretrizes práticas para a construção de sistemas de energia das ondas mais flexíveis e eficientes. À medida que o mundo procura fontes de energia renováveis fiáveis para cumprir os objectivos climáticos, inovações como esta podem ajudar a aproveitar a vasta e largamente inexplorada energia armazenada nos oceanos.
