Un cilindro que oscila en vez de una turbina que gira
La idea: un cilindro liso (tipo tubo) suspendido en una corriente de río o marea. Sin rotor, sin palas y sin multiplicadora bajo el agua.
Al pasar el agua, se forman remolinos alternos detrás del cilindro (desprendimiento de vórtices). Esa alternancia empuja el tubo a un lado y al otro y provoca una oscilación controlada.
Convierte vibraciones inducidas por vórtices -normalmente un problema- en potencia mecánica utilizable.
El equipo de la Universitat Rovira i Virgili capta ese vaivén con un brazo tipo péndulo unido a un eje. La energía se transmite a un generador y electrónica situados por encima de la lámina de agua, en una plataforma flotante o en tierra. Bajo el agua quedan piezas más simples; lo sensible (generador, control, frenos) puede estar seco y accesible.
Reglas prácticas en ríos/estuarios reales: los detritos (ramas, algas, basura) y los cambios bruscos de caudal mandan. Un cilindro suele tolerar mejor impactos que palas finas, pero aun así necesita defensa (rejilla/deflector), un sistema de “escape” ante atascos y un modo seguro para avenidas (plegado, izado o desconexión).
De pesadilla de ingeniería a fuente de energía
Por qué los ingenieros suelen temer estas vibraciones
Las vibraciones inducidas por vórtices aparecen cuando el flujo alrededor de un cilindro deja de ser simétrico: los vórtices se desprenden de forma alternada y generan fuerzas laterales repetitivas.
En la industria esto causa fatiga: chimeneas, tuberías, pilotes y estructuras offshore pueden acumular millones de ciclos y terminar con grietas o fallos en uniones y soldaduras.
Aquí se invierte el enfoque: si la oscilación es predecible y se limita bien, puede hacer trabajo útil.
Punto crítico: el lock-in. Si la frecuencia natural del conjunto coincide con la de los vórtices, la amplitud crece. Es bueno para generar, pero exige:
- topes mecánicos y margen estructural para que la oscilación no “se dispare”;
- control de carga (freno/generación) para no forzar el mecanismo;
- diseño a fatiga (materiales, bulones, soldaduras) y un plan de inspección realista.
Un número útil para dimensionar: en cilindros, el desprendimiento de vórtices suele escalar con un Strouhal ≈ 0,2, así que la frecuencia típica es (f \approx 0,2 \cdot U/D) (U: velocidad de corriente, D: diámetro). Esto ayuda a “sintonizar” y, sobre todo, a evitar resonancias indeseadas.
Dejar atrás las turbinas
Muchos sistemas mareomotrices usan turbinas subacuáticas (como aerogeneradores bajo el agua). En buenas condiciones pueden extraer una fracción relevante de la energía del flujo (a menudo 25%–35%).
Desventajas habituales:
- Corrosión y problemas en rodamientos, sellos y ejes.
- Bioincrustación (algas, percebes, mejillones) que reduce rendimiento y aumenta arrastre.
- Intervenciones subacuáticas lentas y caras (buzos, embarcación, ventana de mar).
- El mantenimiento puede dominar el coste, especialmente si el acceso es malo.
El cilindro oscilante busca reducir fragilidades: evita rotación rápida y cajas de engranajes sumergidas. Bajo el agua queda un cuerpo simple; arriba, la parte “delicada”.
Compromiso realista: no hay magia. Siguen existiendo desgastes (articulaciones, cables, pasadores, anclajes) y el sistema debe sobrevivir a temporales, mareas vivas, oleaje y arrastre de sedimentos. En estuarios, el barro y la arena pueden convertirse en el enemigo nº 1 de cualquier unión móvil.
Lo que realmente muestran las pruebas de laboratorio
Dentro del canal hidráulico
El prototipo se ensayó en un canal hidráulico con flujo controlado. Un cilindro en soporte tipo péndulo se expuso a una corriente constante mientras sensores medían la oscilación. Un freno electromagnético aplicó distintas cargas al eje, simulando generación.
Resultado reportado: coeficiente de potencia ~15% (fracción de la energía cinética del flujo en el “área barrida” convertida en potencia mecánica).
Esto suele quedar por debajo de turbinas, pero la eficiencia no lo es todo si la instalación es simple y el O&M (operación y mantenimiento) baja de verdad.
Regla rápida para ponerlo en números: la potencia disponible escala con (v^3). Aproximando (P \approx 0,5 \cdot \rho \cdot A \cdot Cp \cdot v^3), con agua dulce (\rho \approx 1000 \,kg/m^3). Con (Cp=0,15), (A=1\,m^2) y (v=2\,m/s), sale del orden de 600 W. A 1 m/s, cae a ~75 W. Por eso la velocidad de corriente importa más que “optimizar” un par de puntos de eficiencia.
Nota práctica: el laboratorio es “limpio”. En campo, turbulencia, oleaje, variaciones de nivel y suciedad suelen bajar el rendimiento y obligan a sobredimensionar protección y anclajes. A veces, esa variabilidad también amplía el rango de velocidades útiles, pero solo se valida con pilotos.
Conjuntos compactos en vez de máquinas gigantes
Cada módulo cilindro–péndulo es pequeño, así que se puede sumar potencia con varias unidades en línea o en grupo (modularidad). Esto encaja donde una máquina grande estorba por navegación, calado o altura libre.
| Característica | Turbina subacuática | Cilindro oscilante |
|---|---|---|
| Parte móvil principal | Palas rotativas | Cilindro oscilante |
| Mecánica compleja | Mayoritariamente sumergida | Mayoritariamente sobre el agua |
| Eficiencia típica | ≈ 25–35% | ≈ 15% (laboratorio) |
| Mantenimiento | Buceadores y embarcaciones | Desde tierra/plataforma |
| Bioincrustación | Alta en las palas | Generalmente menor (geometría simple) |
Detalle que suele decidir el proyecto: anclajes y accesos. Un sistema modular solo sale “barato” si el amarre es robusto, el izado/inspección es rápido y la limpieza se puede hacer con frecuencia (aunque sea en paradas cortas).
Dónde encaja esta hidroenergía sin turbinas
Pensada para lugares de difícil acceso
No sustituye a grandes instalaciones mareomotrices. Tiene más sentido donde el mantenimiento subacuático es caro, peligroso o poco viable.
Lugares potenciales:
- Canales de marea secundarios con corrientes moderadas.
- Tramos fluviales de “hilo de agua” sin presas ni grandes obras.
- Puertos y estuarios con restricciones de navegación para rotores grandes.
- Sitios aislados donde aún se depende de grupos electrógenos (gasóleo).
En España, cualquier despliegue en dominio público hidráulico o marítimo-terrestre suele requerir autorizaciones y coordinación (confederación hidrográfica/organismo de cuenca, Costas, Capitanía Marítima y, si aplica, autoridad portuaria), además de estudios ambientales cuando la escala o el emplazamiento lo justifican. Esto condiciona plazos y costes tanto como la ingeniería.
Uso realista: cargar baterías, alimentar telecomunicaciones, instrumentación, boyas y pequeñas microredes, donde la continuidad y el bajo mantenimiento valen más que picos de potencia.
La modularidad ayuda a empezar pequeño y ampliar, pero crecer también acumula impactos (flujo, sedimentos, fauna) y complica operación, señalización y permisos.
Un puente entre agua y viento
El mismo fenómeno existe en el aire: un cilindro expuesto al viento puede oscilar por desprendimiento de vórtices (con frecuencias y cargas distintas).
Como idea, puede inspirar eólica alternativa o híbridos en costa (viento + corriente). En la práctica, suelen limitarlo el ruido/vibración, la fatiga y la integración estructural, especialmente cerca de viviendas o infraestructuras sensibles.
La clave no es el fluido (agua/aire), sino el contexto: cargas, mantenimiento, permisos y convivencia con otros usos.
Qué significa realmente “vibraciones inducidas por vórtices”
Se ve en lo cotidiano: una bandera que chasquea, cables que “cantan”, chapas que tiemblan. El flujo crea vórtices alternos y transfiere energía en pulsos regulares.
El dispositivo ajusta geometría y suspensión para acercar su frecuencia natural a la frecuencia de desprendimiento a una velocidad de corriente dada. Cuando se alinean, la oscilación crece y se puede convertir en energía.
Como la corriente cambia (mareas, estacionalidad, avenidas), los sistemas útiles suelen necesitar:
- cierta capacidad de ajuste (rigidez, amortiguamiento o carga eléctrica);
- límites mecánicos para proteger en extremos;
- control para estabilizar la producción sin castigar el mecanismo.
Escenarios, riesgos y beneficios realistas
Imagine una comunidad costera que depende de diésel: combustible caro, ruido y logística frágil. Un conjunto de cilindros en un canal de marea cercano podría aportar energía predecible cuando la corriente corre, complementando solar y baterías.
O una red de sensores en un río: pequeños módulos pueden mantener cargas lentas durante meses, evitando campañas de sustitución de baterías.
Riesgos principales (a menudo infravalorados):
- Medio ambiente: cambios locales de flujo, sedimentos y paso de peces; en estuarios esto es especialmente sensible.
- Seguridad y usos: pesca, kayaks/embarcaciones pequeñas y detritos exigen señalización, diseño anti-enredo y un plan de retirada/puesta en seguro.
- Fatiga: el sistema vive de vibrar. Diseñar con márgenes conservadores y medir (vibración, horas, inspecciones) suele ser más valioso que buscar potencia máxima.
Beneficios realistas: menos mantenimiento sumergido, acceso más fácil y buena complementariedad con solar (noche) y baterías (suavizan mareas y variaciones de caudal).
Tiene sentido donde “robusto y accesible” gana a “muy eficiente pero delicado”: como solución de nicho, no como atajo universal.
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