Columna de agua oscilante
Las columnas de agua oscilantes (OWC) son un tipo de convertidor de energía de las olas [1] que aprovechan la energía de la oscilación del agua de mar dentro de una cámara o hueco causado por la acción de las olas. Los OWC se han mostrado prometedores como fuente de energía renovable con bajo impacto ambiental. Debido a esto, múltiples empresas han estado trabajando para diseñar modelos OWC cada vez más eficientes. Los OWC son dispositivos con una cámara semisumergida o un hueco abierto al mar por debajo, que mantienen una bolsa de aire atrapada por encima de una columna de agua. Las olas obligan a la columna a actuar como un pistón, moviéndose hacia arriba y hacia abajo, forzando al aire a salir de la cámara y regresar a ella. Este movimiento continuo fuerza una corriente bidireccional de aire a alta velocidad, que se canaliza a través de una toma de fuerza (PTO). El sistema PTO convierte el flujo de aire en energía. En los modelos que convierten el flujo de aire en electricidad, el sistema de toma de fuerza consta de una turbina bidireccional. Esto significa que la turbina siempre gira en la misma dirección, independientemente de la dirección del flujo de aire, lo que permite que la energía se genere continuamente. Tanto la cámara colectora como los sistemas de toma de fuerza se explicarán con más detalle en "Componentes básicos de OWC". [2] [3]
El sistema PTO es el segundo componente principal de un dispositivo OWC. Convierte la potencia neumática en una fuente de energía deseada (es decir, sonido o electricidad). El diseño del sistema PTO es muy importante para la eficiencia de la columna de agua oscilante. Debe ser capaz de convertir en energía el flujo de aire que entra y sale de la cámara colectora. Las turbinas que logran esto se llaman turbinas bidireccionales. [3]
La turbina Wells , diseñada a fines de la década de 1970 por el profesor Alan Arthur Wells en la Queen's University Belfast, es una turbina bidireccional que utiliza superficies aerodinámicas simétricas (ver Fig. 1). Los perfiles aerodinámicos girarán en la misma dirección independientemente de la dirección del flujo de aire. La turbina Wells tiene ventajas e inconvenientes. No tiene partes móviles además del rotor de la turbina principal, lo que lo hace más fácil de mantener y más rentable. Sin embargo, sacrifica algo de eficiencia a altas tasas de flujo de aire porque el alto ángulo de ataque del perfil aerodinámico crea más resistencia . El ángulo de ataque es el número de grados en que el perfil aerodinámico está paralelo al flujo de aire. Las turbinas Wells son más eficientes con flujos de aire de baja velocidad. [4]
La turbina Hanna [2] patente estadounidense 8,358,026, fue inventada por el activista ambiental John Clark Hanna en 2009. La turbina Hanna fue desarrollada para mejorar la turbina Wells pionera. Al igual que con Wells, el dispositivo Hanna no tiene partes móviles que entren en contacto directo con el océano. La turbina tiene dos rotores con superficies aerodinámicas asimétricas espalda con espalda. Ambos rotores son imágenes especulares con ángulos de ataque bajos. Los perfiles aerodinámicos tienen coeficientes de sustentación más altos y menos resistencia que la turbina Wells. Esto hace que el diseño de Hanna sea menos propenso a atascarse y ofrece más torque con una ventana de operación más grande. El diseño de Hanna también impulsa dos generadores que funcionan fuera del conducto de aire cerrado en un entorno relativamente seco. Esto permite un fácil mantenimiento de los generadores.
El primer uso de columnas de agua oscilantes fue en boyas silbantes. Estas boyas usaban la presión de aire generada en la cámara colectora para alimentar un sistema de toma de fuerza que consistía en un silbato o sirena de niebla. En lugar de generar electricidad, la PTO generaría sonido, lo que permitiría que la boya advierta a los barcos sobre aguas peligrosas. JM Courtney patentó uno de estos diseños de boyas silbantes. En 1885, Scientific American informó que 34 de las boyas silbantes estaban operando frente a la costa de los EE. UU. [3]
La siguiente gran innovación ocurrió en 1947 cuando Yoshio Masuda , un comandante naval japonés, diseñó una boya de navegación OWC que usaba un sistema de toma de fuerza de turbina. El sistema de toma de fuerza generó electricidad que recargó las baterías de la boya, lo que le permitió funcionar con poco mantenimiento. Esta fue la primera instancia en la que se utilizaron OWC para generar electricidad. La boya tenía una pequeña potencia de 70-500 W y estaba estacionada en la bahía de Osaka. [5]
