Cientistas podem ter descoberto como aproveitar a energia das ondas do mar.

Há uma quantidade enorme de energia limpa escondida nas ondas do oceano - falta-nos, sobretudo, uma forma de aproveitar uma fatia maior desse potencial. Um novo estudo descreve como um giroscópio colocado à superfície da água poderá permitir aumentos relevantes de eficiência.

A investigação, conduzida por Takahito Iida, do Departamento de Arquitectura Naval e Engenharia Oceânica da Universidade de Osaka, no Japão, assenta na modelação teórica de um conversor de energia das ondas com giroscópio (GWEC).

Como funciona um conversor de energia das ondas com giroscópio (GWEC)

Na prática, um GWEC seria um corpo flutuante com um volante de inércia (flywheel) a girar no interior, ligado a um gerador. À medida que as ondas fazem o conjunto oscilar e rodar, o sistema conseguiria produzir electricidade - mesmo quando a força e a direcção das ondas se alteram.

Soluções deste tipo já foram testadas anteriormente como forma de libertar energia das ondas, mas têm tido dificuldades em atingir níveis de eficiência úteis do ponto de vista prático, em grande parte devido à variabilidade diária dos padrões de ondulação. O trabalho agora apresentado indica que os GWEC podem ter margem para resultados substancialmente melhores, desde que sejam implementados com a configuração adequada.

"Os dispositivos de energia das ondas têm frequentemente dificuldades porque as condições do oceano estão constantemente a mudar", afirma Iida. "No entanto, um sistema giroscópico pode ser controlado de forma a manter uma elevada absorção de energia, mesmo quando as frequências das ondas variam."

Teoria linear das ondas e a optimização do sistema

O avanço central do estudo passa por recorrer à teoria linear das ondas para calcular como interagem as ondas, o giroscópio e a estrutura flutuante que o aloja. A partir dessas relações, Iida determinou qual seria a configuração óptima de funcionamento para uma máquina deste tipo.

Ao afinar a velocidade de rotação do volante e a resistência imposta pelo gerador no interior do giroscópio, ajustando-as às condições do mar, estes dispositivos poderão - em teoria - alcançar um máximo de 50 percent de eficiência, isto é, converter até metade da energia de uma onda em electricidade.

"Este limite de eficiência é uma restrição fundamental na teoria da energia das ondas", diz Iida. "O que é entusiasmante é que agora sabemos que ele pode ser atingido em frequências de banda larga, e não apenas numa única condição ressonante."

Por outras palavras, a precessão do giroscópio - a forma como forças externas desviam um objecto em rotação - pode ser regulada para se manter próxima do patamar de 50 percent mesmo quando o estado do mar muda.

Simulações, limites e comportamento em ondas irregulares

Embora este estudo não tenha incluído ensaios no mar, foram também realizadas simulações computacionais para confirmar o funcionamento do conceito e para avaliar um grande leque de frequências e comprimentos de onda, bem como a resposta provável do giroscópio.

Os resultados das simulações estiveram de acordo com os cálculos matemáticos anteriores. Ainda assim, as ondas são extremamente complexas e difíceis de representar apenas com equações, o que introduz limitações inevitáveis na análise.

Quando Iida modelou o desempenho do giroscópio em ondas desequilibradas e irregulares, mais próximas das que se observam no oceano, verificou que o dispositivo perdia eficiência em ondas maiores - embora, em determinadas condições, continuasse a conseguir extrair uma quantidade apreciável de potência.

Além de recorrerem sobretudo a condições de ondulação idealizadas, estes cálculos também não contabilizam o custo energético de operar efectivamente o giroscópio sob a acção das ondas do oceano. Trata-se, portanto, de um primeiro passo para tentar avaliar a viabilidade desta abordagem de captação de energia das ondas.

Ainda assim, mesmo considerando essas limitações, o estudo deixa sinais encorajadores de que os giroscópios podem ter potencial neste campo. Iida acrescenta que outros desenhos de máquinas, nomeadamente assimétricos, poderão eventualmente ultrapassar esse tecto de 50 percent de eficiência - algo que, por agora, ainda está por demonstrar.

Próximos passos: validação experimental e estratégias de controlo

O passo seguinte passa por testar a física aqui proposta, e esse trabalho já está a ser planeado. A médio prazo, giroscópios flutuantes poderão vir a contribuir de forma significativa para o equilíbrio global de energia verde.

"Em trabalhos futuros, serão realizados testes de modelo para validar a teoria proposta", escreve Iida no artigo publicado. "Além disso, iremos explorar estratégias óptimas de controlo que tenham em conta a causalidade e as respostas não lineares do GWEC."

A investigação foi publicada no Journal of Fluid Mechanics.