Espanha transforma um desafio de engenharia numa fonte de energia hidroelétrica sem turbinas.

Em Catalunha, uma equipa de investigação espanhola pegou num problema que normalmente tira o sono aos engenheiros e transformou-o numa ferramenta para gerar eletricidade limpa - sem uma única pá de turbina à vista.

Um cilindro oscilante que transforma a turbulência em energia

O dispositivo no centro deste trabalho parece quase dececionantemente básico. Imagine um tubo liso, suspenso horizontalmente em água corrente. Sem hélice. Sem pás. Sem carenagens complexas.

À medida que a corrente atinge o cilindro, a água não escoa de forma uniforme à sua volta. Pequenos redemoinhos, conhecidos como vórtices, destacam-se alternadamente de cada lado. Cada vórtice puxa o cilindro primeiro para um lado e depois para o outro.

O resultado é uma oscilação suave e rítmica, como um pêndulo submerso. Em vez de combater essas vibrações, a equipa da Universitat Rovira i Virgili está a aproveitá-las.

O dispositivo espanhol transforma vibrações induzidas por vórtices - normalmente uma ameaça estrutural - numa fonte direta de energia mecânica e, depois, elétrica.

O cilindro está ligado a um eixo ou braço. À medida que o tubo oscila, o eixo move-se. Esse movimento é transmitido para fora de água a um sistema de transmissão mecânica e, por fim, a um gerador elétrico colocado em segurança, a seco.

Apenas o cilindro precisa de ficar submerso. Todas as partes sensíveis podem ficar numa margem de rio, num cais ou numa plataforma flutuante.

De incómodo de engenharia a fonte de energia

O que são vibrações induzidas por vórtices?

Quando um fluido passa por um objeto cilíndrico, raramente desliza de forma perfeitamente suave. Em vez disso, formam-se vórtices alternados na esteira. Este padrão, chamado desprendimento de vórtices, cria forças variáveis que fazem a estrutura vibrar.

Na engenharia convencional, estas vibrações induzidas por vórtices são um pesadelo. Provocam esforços em condutas, danificam pontes, fatigam plataformas offshore e encurtam a vida útil de equipamento industrial.

Aqui, a lógica inverte-se. Se estas vibrações têm força suficiente para, ao longo do tempo, fissurar aço, então também transportam energia mecânica útil. A ideia central da equipa espanhola é simples: redirecionar esse movimento indesejado para um movimento controlado e repetível capaz de acionar um gerador.

Porque é que o design dispensa turbinas por completo

A energia marinha tem dependido, durante muito tempo, de turbinas subaquáticas, semelhantes a aerogeradores fixos no fundo do mar. Estes dispositivos podem atingir eficiências respeitáveis de cerca de 25% a 35% da energia cinética da água que os atravessa.

No entanto, as turbinas enfrentam problemas práticos persistentes:

• A água salgada corrói rolamentos, vedantes e veios.
• Algas, cracas e conchas incrustam-se nas pás, reduzindo o desempenho.
• As reparações exigem mergulhadores, embarcações especializadas e longas paragens.
• Caixas de engrenagens seladas e peças rotativas são difíceis de inspecionar e caras de substituir.

O cilindro oscilante contorna muitos destes inconvenientes. Não tem componentes submersos a rodar a alta velocidade e não tem pás para limpar. A mecânica delicada fica a seco, protegida e acessível.

Ao manter apenas um cilindro robusto dentro de água e ao colocar toda a mecânica de precisão fora do mar, os custos de manutenção e os riscos operacionais diminuem drasticamente.

O que os testes em laboratório mostraram realmente

Indicadores de desempenho em ensaios num canal hidráulico

Os investigadores testaram o sistema num canal hidráulico, no seu laboratório de interação fluido–estrutura. Mediram com precisão a amplitude de oscilação do cilindro com sensores, enquanto um travão eletromagnético aplicava diferentes cargas ao eixo, simulando a geração elétrica real.

Nestas condições controladas, o dispositivo atingiu um coeficiente de potência de cerca de 15%. Em termos simples, captou aproximadamente 15% da energia cinética da corrente que atravessava a trajetória do cilindro.

Isto é inferior ao de turbinas de topo, mas não conta a história toda. Uma máquina mais simples que funcione durante anos com manutenção mínima pode superar uma turbina de alta eficiência que passe metade da sua vida fora de água a ser reparada.

Tecnologia	Eficiência típica	Principal desafio
Turbina subaquática	25–35%	Manutenção complexa em condições marinhas adversas
Sistema de cilindro oscilante	~15%	Escalonamento e otimização da captação de vibrações

A equação económica muda quando se consideram fiabilidade, acessibilidade e custos ao longo da vida útil. Um sistema robusto com eficiência moderada pode, ainda assim, fornecer eletricidade mais barata no total, sobretudo em locais remotos ou agressivos.

Feito para sítios difíceis onde as turbinas têm dificuldade em chegar

Design compacto para locais remotos e hostis

A equipa catalã não está a apresentar este cilindro como rival de grandes parques de marés. A promessa está noutro lado: em locais onde instalar uma turbina simplesmente não faz sentido.

Locais potenciais incluem:

• Canais de maré secundários com correntes fortes, mas acesso difícil.
• Rios de escoamento livre, sem barragens nem grandes obras civis.
• Estuários e zonas portuárias movimentadas, onde grandes pás rotativas levantam problemas de segurança e navegação.
• Comunidades remotas que não conseguem suportar manutenção subaquática cara e frequente.

O sistema é modular e compacto. Vários cilindros podem ser alinhados lado a lado ou dispostos em conjuntos. Cada um funciona como uma cana que se dobra na corrente e, em conjunto, podem atingir níveis de potência úteis.

Em vez de uma única máquina gigante, um “parque” de pequenos cilindros oscilantes poderia alimentar micro-redes em aldeias isoladas, estações de investigação ou comunidades insulares.

Para além da água: potencial cruzamento com o vento

A física subjacente não se limita à água. O ar também é um fluido e um cilindro exposto a uma corrente de vento sofre um desprendimento de vórtices semelhante. Isso abre caminho a sistemas híbridos que colham energia tanto de correntes de água como do vento, usando designs relacionados.

Uma travessia sobre um rio, por exemplo, poderia ter cilindros submersos ancorados à corrente e cilindros aéreos expostos ao vento. O mesmo tipo de ligação mecânica e gerador poderia servir ambos, suavizando a produção elétrica perante condições variáveis.

O que isto pode significar na prática

Do protótipo de laboratório ao uso no mundo real

Transformar um equipamento de laboratório num produto é um caminho longo. Os engenheiros ainda precisam de resolver a fadiga estrutural, a bioincrustação na superfície do cilindro e o comportamento seguro durante cheias ou tempestades extremas.

Há também questões ambientais. Qualquer sistema colocado em rios ou correntes de maré deve evitar prejudicar peixes, alterar o transporte de sedimentos ou interferir com a navegação. Em comparação com pás giratórias, um cilindro rombo e de movimento lento pode representar um risco menor para a fauna, mas serão necessários estudos aprofundados.

Do lado positivo, a instalação pode ser relativamente pouco intrusiva. Ancorar alguns cilindros suspensos num rio pode exigir muito menos betão e metal do que construir uma barragem ou cravar fundações para uma grande turbina.

Termos-chave por trás da invenção

Alguma da linguagem técnica em torno deste projeto espanhol está a surgir com mais frequência na investigação em energias renováveis:

• Desprendimento de vórtices: a libertação alternada de redemoinhos de cada lado de um objeto num escoamento, criando forças de sustentação e resistência que variam ao longo do tempo.
• Vibração induzida por vórtices: a oscilação de uma estrutura causada por essas forças alternadas; neste contexto, a vibração é aproveitada em vez de suprimida.
• Coeficiente de potência: medida de quanta energia cinética disponível um dispositivo converte em potência útil; não inclui todas as perdas do mundo real, mas permite uma comparação rápida entre conceitos.

Para pequenas comunidades, o resultado prático poderia ser assim: um conjunto de plataformas flutuantes ancoradas num rio rápido, cada uma a suportar uma fila de cilindros submersos. Os geradores e a eletrónica de potência ficam no convés, protegidos em abrigos simples. Um técnico local consegue aceder a tudo de barco, sem equipamento de mergulho nem gruas pesadas.

Num futuro cabaz energético, o cilindro oscilante espanhol não substituirá barragens nem parques eólicos offshore. Ainda assim, ao transformar um antigo “dilema” de engenharia numa fonte de energia silenciosa, aponta para uma ideia mais ampla: conceber máquinas que trabalham com as particularidades da física, em vez de tentar suprimi-las a qualquer custo.