Espanha transforma desafio de engenharia em fonte de energia hidroelétrica sem turbinas.

Em Catalunha, uma equipa espanhola de investigação 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 desiludentemente, básico. Imagine um tubo liso, suspenso horizontalmente em água corrente. Sem hélice. Sem pás. Sem carcaça complexa.

À medida que a corrente atinge o cilindro, a água não escoa de forma uniforme à sua volta. Pequenos redemoinhos, conhecidos como vórtices, desprendem-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 para um sistema de transmissão mecânica e, por fim, para um gerador elétrico colocado em segurança em ambiente seco.

Apenas o cilindro precisa de permanecer submerso. Todas as partes sensíveis podem ficar numa margem do 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 tensão em condutas, danificam pontes, fatigam plataformas offshore e encurtam a vida útil de equipamento industrial.

Aqui, a lógica inverte-se. Se estas vibrações têm energia suficiente para, com o 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

A energia marinha tem, durante muito tempo, apostado em turbinas subaquáticas, semelhantes a aerogeradores fixos ao 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 longos períodos de paragem.
• Caixas de engrenagens seladas e peças rotativas são difíceis de inspecionar e caras de substituir.

O cilindro oscilante evita muitas destas dores de cabeça. Não tem componentes subaquáticos de rotação a alta velocidade nem pás para limpar. A mecânica delicada fica em seco, protegida e acessível.

Ao manter apenas um cilindro robusto na água e ao elevar toda a mecânica de precisão para fora do mar, os custos de manutenção e os riscos operacionais baixam de forma acentuada.

O que os testes de laboratório realmente mostraram

Valores de desempenho em ensaios em 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 através de 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 cerca de 15% da energia cinética da corrente que atravessava a área varrida pelo movimento do cilindro.

Isto é inferior às melhores turbinas, mas não é essa a história completa. Uma máquina mais simples, capaz de operar durante anos com manutenção mínima, pode superar uma turbina de alta eficiência que passa metade da sua vida fora de água para reparações.

Tecnologia	Eficiência típica	Principal desafio
Turbina subaquática	25–35%	Manutenção complexa em condições marítimas severas
Sistema de cilindro oscilante	~15%	Escalar e otimizar a captação das 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 locais difíceis onde as turbinas custam a chegar

Design compacto para sítios remotos e hostis

A equipa catalã não está a apresentar este cilindro como rival de grandes parques de marés. A promessa está noutro lado: lugares 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 obras civis.
• Estuários e zonas portuárias movimentadas, onde grandes pás rotativas levantam questões 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 organizados 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 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 num escoamento de vento sofre desprendimento de vórtices semelhante. Isso abre a porta a sistemas híbridos que captam energia tanto de correntes de água como do vento usando designs relacionados.

Uma travessia fluvial, por exemplo, poderia ter cilindros submersos ancorados ao escoamento e cilindros aéreos expostos ao vento. O mesmo tipo de ligação mecânica e gerador poderia servir ambos, suavizando a produção energética sob 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 abordar a fadiga estrutural, a incrustação biológica 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 rotativas, um cilindro rombo e de movimento lento pode representar um risco menor para a vida selvagem, mas serão necessários estudos aprofundados.

Do lado positivo, a instalação poderá 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 turbina de grande porte.

Termos-chave por trás da invenção

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

• Desprendimento de vórtices (vortex shedding): a libertação alternada de redemoinhos de cada lado de um objeto num escoamento, o que cria forças de sustentação e arrasto 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 comparar rapidamente 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 invólucros simples. Um técnico local consegue aceder a tudo por barco, sem equipamento de mergulho nem gruas pesadas.

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