Récupérer efficacement l'énergie des écoulements

Le couplage entre la dynamique de structures souples et les écoulements environnants peut conduire au mouvement auto-entretenu de corps solides. Par conséquent, plusieurs instabilités fluide-solide ont déjà été étudiées pour évaluer la faisabilité et le rendement de systèmes capables de produire une énergie renouvelable à partir d'écoulements géophysiques. Ces systèmes ont soulevé une grande attention, notamment parce que les éoliennes et les turbines hydrauliques n'ont pas un rendement suffisant à faible puissance.

Les scientifiques du projet FLOWENERGY, financé par l'UE, ont appliqué une autre stratégie que celles utilisées habituellement. Au lieu de réduire l'instabilité et les vibrations du solide induites par l'écoulement, ils les ont augmentées afin d'optimiser la quantité d'énergie récupérable à partir d'un écoulement régulier donné.

Une partie de l'énergie cinétique du solide, venant de l'énergie de l'écoulement, peut être convertie en électricité. Cette conversion oblige à modifier les propriétés des vibrations du solide: seuil d'instabilité, amplitude et fréquence. Les chercheurs de FLOWENERGY ont montré que l'extraction d'énergie peut bénéficier des propriétés fondamentales de ces systèmes fluide-solide, en générant des vibrations de plus grande amplitude pour des écoulements plus lents.

Les scientifiques ont aussi étudié les interactions entre l'écoulement du fluide, les vibrations du solide et l'électricité produite par un drapeau piézoélectrique. Ils ont constaté que les circuits avaient un impact notable sur le rendement de la collecte d'énergie, en favorisant un phénomène de verrouillage ou résonance.

Le projet a également étudié des ensembles complexes de solides en vibration pour déterminer les relations entre la disposition locale et les propriétés de vibration. Les expériences ont porté sur des groupements irréguliers de cylindres en rotation. Les chercheurs ont proposé un modèle simple pour déterminer l'amplitude des vibrations des différents cylindres en fonction de leur disposition. Cette étude est essentielle pour concevoir des centrales de récupération de l'énergie ou des ensembles de récupérateurs de l'énergie des écoulements.

Le problème des interactions hydrodynamiques dans des ensembles de systèmes autopropulsés a conduit à établir plusieurs collaborations durant le projet.

FLOWENERGY a contribué à élargir la compréhension des mécanismes d'échange d'énergie dans des systèmes fluide-solide en vibration, et à déterminer leur potentiel en récupération d'énergie.mecanismos de acoplamiento entre la dinámica de estructuras flexibles y los flujos a su alrededor pueden dar lugar al movimiento autosostenido de un cuerpo sólido. Así pues, se han estudiado distintas inestabilidades fluido-sólido importantes con el fin de evaluar la viabilidad y la eficiencia de dichos sistemas para generar energía renovable a partir de flujos geofísicos. Estos sistemas han atraído mucha atención, en especial teniendo en cuenta que los aerogeneradores y las turbinas de agua convencionales no proporcionan una conversión de potencia lo suficientemente eficiente para aplicaciones de baja potencia.

En el proyecto FLOWENERGY, financiado por la Unión Europea, un grupo de científicos adoptó una estrategia distinta respecto de los enfoques ya utilizados. En lugar de reducir las inestabilidades y las vibraciones inducidas por el flujo, promovieron las vibraciones del sólido con el fin de maximizar la cantidad de energía generada a partir de un flujo estacionario de fluido determinado.

Una fracción de la extracción de la energía del flujo en forma de energía cinética en el sólido se puede convertir en electricidad. Esta conversión de energía implica un efecto sobre las propiedades de vibración del sólido: umbral de inestabilidad, amplitud y frecuencia. FLOWENERGY mostró que la extracción de energía se puede beneficiar de las propiedades fundamentales de estos sistemas fluido-sólido, fomentando las vibraciones con velocidades de flujo menores y amplitudes de ondulación mayores.

Los científicos también centraron su atención en estudiar las interacciones entre el flujo de fluido, el sólido vibrante y el circuito eléctrico de salida de una banderola piezoeléctrica. Se observó que los circuitos afectaban de forma importante a la eficiencia de captación ya que fomentaban los fenómenos de sintonización o acoplamiento.

Otra tarea fue considerar estructuras complejas de sólidos en vibración y determinar la relación entre la organización local y sus propiedades vibratorias. En los estudios experimentales se utilizaron matrices irregulares de cilindros vibratorios. Se propuso un modelo sencillo para determinar la amplitud de la vibración de los distintos cilindros en función de su organización local. Este estudio es esencial para diseñar granjas de captación de energía o estructuras de captadores de flujos de energía.

El problema de las interacciones hidrodinámicas en estructuras de sistemas autopropulsados dio lugar al establecimiento de varias colaboraciones dentro del proyecto.

FLOWENERGY contribuyó a mejorar el conocimiento de los mecanismos de intercambio de energía en sistemas vibrantes de fluido-sólido y determinar su capacidad de captación de energía.