Investigación computacional sobre el rendimiento hidrodinámico de un convertidor de energía de las olas tipo placa, sumergido verticalmente, con aberturas relativas variables

Por qué las olas pueden alimentar nuestro futuro

Las olas oceánicas transportan una gran cantidad de energía limpia, pero la mayoría de los dispositivos que intentan captarla son complejos y costosos. Este estudio analiza una idea sorprendentemente simple: una placa vertical delgada oculta bajo la superficie que remodela el flujo de agua para accionar una turbina con mayor eficiencia. Al investigar cómo interactúan las olas con esta placa y con un lecho marino modelado bajo ella, los autores exploran una nueva forma de extraer más energía de cada ola que pasa.

Una placa oculta bajo las olas

El dispositivo central de este trabajo es una placa vertical delgada, sumergida y estacionaria, situada justo por debajo de la superficie. Las olas que se aproximan a la placa se reflejan parcialmente y se ven forzadas a acelerar al comprimirse a través de una abertura entre la placa y el lecho marino. A continuación, este flujo más rápido puede accionar una turbina axial, similar en concepto a un pequeño molino submarino. La cuestión clave de diseño es cuán grande debe ser esa abertura y cómo la forma del lecho bajo la placa influye en la cantidad de energía útil que termina en el agua de movimiento rápido.

Construyendo un tanque de olas digital

En lugar de experimentar en el mar, el equipo construyó un modelo informático detallado de un tanque de olas usando el software ANSYS Fluent. Simularon dos capas de fluido, aire arriba y agua abajo, y generaron olas realistas en un extremo del tanque mientras las absorbían en el otro para evitar reflexiones no deseadas. Dentro de este tanque numérico colocaron la placa sumergida, a veces sobre un fondo plano y otras sobre un lecho trapezoidal elevado que creaba un paso estrechado bajo la placa. Al seguir tanto la superficie del agua como la velocidad del flujo alrededor de la placa, pudieron estimar cuánto de la potencia de la ola entrante podía convertirse en potencia de flujo útil para la turbina.

Probando diferentes aberturas y fondos marinos

Los investigadores variaron dos ingredientes principales: la altura de la holgura bajo la placa, llamada abertura relativa, y la fuerza de las olas, expresada a través de su altura y periodo. También compararon fondos planos y desiguales cambiando la altura de la estructura trapezoidal bajo la placa. Sus simulaciones mostraron que, cuando las olas interactúan con el fondo modelado, el agua se canaliza y acelera bajo la placa, formando chorros fuertes y patrones de remolinos que transportan más energía cinética. Este efecto fue mucho más débil sobre un lecho plano, donde el flujo permaneció más uniforme y menos energético.

Encontrando el punto óptimo para el flujo y la eficiencia

Examinando la velocidad del flujo bajo la placa para muchas combinaciones de altura y periodo de ola, el equipo identificó condiciones en las que la velocidad del agua y, por tanto, la potencia potencial eran máximas. Encontraron que tanto la pendiente de las olas como el tamaño de la abertura importan. Para olas relativamente empinadas, la velocidad del flujo axial alcanzó su pico a un periodo de ola específico de aproximadamente 1,87 segundos. De manera crucial, una abertura relativa del 50 por ciento produjo la mejor eficiencia hidrodinámica, es decir, la mayor fracción de la potencia de la ola convertida en flujo rápido apto para la turbina. Con esta abertura y un lecho trapezoidal, el dispositivo superó claramente el caso de fondo plano y otras dimensiones de la holgura.

Qué significa esto para la energía undimotriz

En términos sencillos, este estudio muestra que un cambio modesto en la geometría submarina puede aumentar significativamente el rendimiento de un dispositivo de energía de las olas. Una placa sumergida delgada combinada con una abertura de tamaño cuidadosamente elegido y un lecho marino modelado puede concentrar la energía de las olas en un chorro de agua potente para una turbina axial. Los resultados sugieren que una altura de abertura del 50 por ciento, junto con ciertas condiciones de ola, ofrece el mejor equilibrio entre permitir el paso del agua y estrecharlo lo suficiente para acelerarlo. Aunque los océanos reales son más irregulares que un tanque de olas digital, los hallazgos ofrecen a los diseñadores un punto de partida claro para construir convertidores de energía undimotriz compactos, eficientes y potencialmente más económicos que se adapten mejor a la forma natural del lecho marino.

Cita: Yadav, S.S., Roy, S. & Rathore, P.K.S. Computational investigation on the hydrodynamic performance of a vertically submerged plate-type wave energy converter under variable relative openings. Sci Rep 16, 14854 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38433-7

Palabras clave: energía de las olas, energía renovable oceánica, convertidor de placa sumergida, topografía del lecho marino, dinámica de fluidos computacional