El Instituto de Hidráulica Ambiental de la Universidad de Cantabria (IHCantabria) ha participado en el desarrollo y validación de una metodología numérica que permite mejorar la eficiencia y acelerar −hasta un 60%− los tiempos de cálculo para diseñar dispositivos de energía undimotriz basados en columnas de agua oscilante de múltiples cámaras (OWC, por sus siglas en inglés). Esto constituye un gran avance para potenciar el alcance de una tecnología que resulta clave para aprovechar la energía del mar (energía undimotriz).
Los resultados de esta investigación han sido publicados recientemente en la revista científica Ocean Engineering, bajo el título “Numerical analysis of multiple-chamber OWCs efficiency using a fast PTO modelling approach in OpenFOAM”. Sus coautores son los investigadores de IHCantabria, Gabriel Barajas Ojeda y Javier López Lara, en colaboración con J.F.M. Gadelho y C. Guedes Soares, miembros del Centro de Tecnología Marina e Ingeniería Oceánica (CENTEC) del Instituto Superior Técnico de la Universidad de Lisboa, de Portugal.
Este trabajo aborda uno de los principales desafíos en el desarrollo de los dispositivos OWC: la representación numérica del sistema de toma de potencia (PTO), que transforma la energía de las olas en energía eléctrica. “Habitualmente, estos sistemas son difíciles de simular con precisión, especialmente cuando se trata de configuraciones complejas como los OWCs de múltiples cámaras. Además, las simulaciones tradicionales requieren elevados recursos computacionales y tiempos prolongados, lo que limita su aplicación en fases tempranas de diseño”, explica Gabriel Barajas Ojeda, uno de los coautores del mencionado artículo científico.
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Una metodología útil para el diseño de dispositivos de energía undimotriz
El objetivo de esta investigación fue establecer una metodología que permita diseñar OWCs de forma rápida y fiable, combinando modelos experimentales con simulaciones numéricas de alta fidelidad en el entorno OpenFOAM®. Para ello, los autores desarrollaron un tanque numérico de oleaje con el que evaluaron tres formas de modelar el PTO: una basada en geometrías reales con orificios, y dos mediante regiones numéricas que simulan el efecto del amortiguamiento mediante medios porosos o a partir términos de pérdida de momento lineales.
Tras validar el modelo con una configuración de doble cámara, se aplicó la metodología a una versión con una triple cámara. Los resultados que se obtuvieron en este trabajo muestran que las aproximaciones numéricas desarrolladas permiten reducir los tiempos de simulación entre un 40 % y un 60 %, sin pérdida relevante de precisión en la caracterización funcional de la cámara. En cuanto a la eficiencia energética, se comprobó que la configuración de triple cámara no presenta ventajas significativas frente a la doble cámara en condiciones de bajo amortiguamiento, y puede incluso ofrecer un rendimiento inferior (45 % frente a 60 %) en condiciones de mayor resistencia en el PTO.
“Esta nueva metodología permite explorar de manera más ágil, y con menor coste computacional múltiples configuraciones de diseño, condiciones de oleaje y ubicaciones potenciales para este tipo de dispositivos. A pesar de sus limitaciones, como la necesidad de calibración con modelos físicos y la dificultad para representar detalles del flujo en las inmediaciones del PTO, esta técnica representa un avance relevante para la caracterización del funcionamiento de este tipo de dispositivos de extracción de energía del oleaje”. Así lo explica Javier López Lara.
Este trabajo continúa una línea de investigación abierta en IHCantabria, para desarrollar tanques numéricos de oleaje que permitan optimizar diferentes dispositivos de captación del oleaje. Los resultados de estudios previos han sido publicados en la revista científica Applied Ocean Research, en la que se ha difundido artículos como los siguientes:MoonWec, OWC con PTO y FOWT.
Los resultados de esta investigación refuerzan el papel del modelado computacional como herramienta estratégica para el diseño de sistemas energéticos sostenibles y apunta a futuras mejoras, como la incorporación de los efectos de compresibilidad del aire, esenciales para aumentar la precisión de las estimaciones de eficiencia en condiciones reales.
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