Investigação computacional sobre o desempenho hidrodinâmico de um conversor de energia de ondas do tipo placa submersa vertical sob aberturas relativas variáveis

Por que as ondas podem alimentar nosso futuro

As ondas do oceano transportam uma enorme quantidade de energia limpa, mas a maioria dos dispositivos que tenta aproveitá‑la é complexa e cara. Este estudo investiga uma ideia surpreendentemente simples: uma placa vertical fina escondida sob a superfície do mar que remodela o fluxo de água de modo a acionar uma turbina com mais eficiência. Ao sondar como as ondas interagem com essa placa e com um fundo marinho modelado sob ela, os pesquisadores exploram uma nova forma de extrair mais energia de cada onda que passa.

Uma placa escondida sob as ondas

O dispositivo estudado é uma placa vertical fina submersa e estacionária colocada logo abaixo da superfície da água. As ondas que se aproximam da placa são parcialmente refletidas e parcialmente forçadas a acelerar ao passarem pela abertura entre a placa e o fundo do mar. A jusante, esse fluxo mais rápido pode acionar uma turbina axial, semelhante em espírito a um pequeno moinho de vento subaquático. A questão central de projeto é quão grande deve ser essa abertura e como a forma do fundo sob a placa influencia a quantidade de energia útil que acaba no fluxo de alta velocidade.

Construindo um tanque de ondas digital

Em vez de experimentar no mar, a equipe construiu um modelo computacional detalhado de um tanque de ondas usando o software ANSYS Fluent. Eles simularam duas camadas de fluido, ar acima e água abaixo, gerando ondas realistas em uma extremidade do tanque e absorvendo‑as na outra para evitar reflexões indesejadas. Dentro desse tanque numérico colocaram a placa submersa, às vezes sobre um fundo plano e às vezes sobre um fundo trapezoidal elevado que criou uma passagem estreitada sob a placa. Acompanhando tanto a superfície da água quanto a velocidade do fluxo ao redor da placa, puderam estimar quanto da potência da onda incidente poderia ser convertida em potência de fluxo útil para a turbina.

Testando diferentes aberturas e fundos

Os pesquisadores variaram dois ingredientes principais: a altura da folga sob a placa, chamada abertura relativa, e a intensidade das ondas, expressa por sua altura e período. Também compararam fundos planos e irregulares alterando a altura da estrutura trapezoidal sob a placa. Suas simulações mostraram que, à medida que as ondas interagem com o fundo modelado, a água é canalizada e acelerada sob a placa, formando jatos fortes e padrões de vórtices que transportam mais energia cinética. Esse efeito foi muito mais fraco sobre um fundo plano, onde o fluxo permaneceu mais uniforme e menos energético.

Encontrando o ponto ideal para fluxo e eficiência

Ao examinar a velocidade do fluxo sob a placa para muitas combinações de altura e período de onda, a equipe identificou condições nas quais a velocidade da água e, portanto, a potência potencial eram maiores. Descobriram que tanto a inclinação das ondas quanto o tamanho da abertura importam. Para ondas relativamente íngremes, a velocidade do fluxo axial teve pico em um período de onda específico de cerca de 1,87 segundos. De forma crucial, uma abertura relativa de 50 por cento produziu a melhor eficiência hidrodinâmica, isto é, a maior parcela da potência das ondas foi convertida em fluxo rápido pronto para a turbina. Com essa abertura e um fundo trapezoidal, o dispositivo superou claramente o caso de fundo plano e outras larguras de folga.

O que isso significa para a energia das ondas

Em termos simples, este estudo mostra que uma mudança modesta na geometria subaquática pode aumentar significativamente o desempenho de um dispositivo de energia das ondas. Uma placa submersa fina combinada com uma abertura cuidadosamente dimensionada e um fundo modelado pode concentrar a energia das ondas em um jato de água forte para uma turbina axial. Os resultados sugerem que uma altura de abertura de 50 por cento, combinada com certas condições de onda, oferece o melhor equilíbrio entre permitir a passagem da água e comprimí‑la o suficiente para acelerá‑la. Embora os oceanos reais sejam mais irregulares que um tanque de ondas digital, os achados fornecem aos projetistas um ponto de partida claro para construir conversores de energia das ondas compactos, eficientes e potencialmente mais baratos que se ajustem melhor à forma natural do leito marinho.

Citação: 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

Palavras-chave: energia das ondas, energia renovável oceânica, conversor de placa submersa, topografia do fundo marinho, dinâmica de fluidos computacional