Ondas do mar são concentradas para gerar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esta é uma aplicação dos famosos mantos da invisibilidade às ondas do mar. [Imagem: Chunyang Li et al. - 10.1103/PhysRevLett.121.104501]

Concentração de ondas do mar

Esta estrutura de aparência um tanto simples é capaz de concentrar as ondas de água da mesma forma que uma lente concentra as ondas de luz.

Nos testes em laboratório, com apenas 10 cm de água no tanque, as ondas que atingem a estrutura até triplicam de altura quando alcançam sua zona central, enquanto, ao mesmo tempo, dificilmente são geradas ondas refletidas que poderiam anular as ondas entrantes.

Com as ondas concentradas em um ponto único, torna-se mais fácil usá-las para gerar eletricidade, o que promete viabilizar a utilização desse recurso de energia renovável em larga escala.

Invisibilidade para ondas de água

A energia das ondas pode ser concentrada simplesmente direcionando ondas para um canal que vai-se estreitando gradualmente entre duas paredes. Mas esse método também reflete grande parte da energia das ondas, produzindo ondas que se movem para trás, contra as ondas que chegam.

Por isso, Chunyang Li e seus colegas das universidades de Xiamen e Zhejiang, na China, foram buscar inspiração na engenharia óptica - ou óptica transformacional - para projetar uma estrutura que concentra as ondas com pouca reflexão.

Para isso, ele se juntou à equipe do professor Huanyang Chen, que há alguns anos vem construindo mantos de invisibilidade para lidar com ondas de luz - eles já criaram uma técnica para fazer com que um objeto se transforme em outro e ilusões de óptica para atravessar um espelho que lembram os feitos de Alice no País das Maravilhas.

Ou seja, a estrutura concentradora de ondas é mais uma aplicação prática dos metamateriais - a diferença é que, em vez de ondas de luz, a estrutura manipula as ondas de água.

A concentração das ondas exige cálculos precisos da estrutura - cálculos baseados na matemática da óptica transformacional. [Imagem: Chunyang Li et al. - 10.1103/PhysRevLett.121.104501]

Concentração de ondas

O comprimento de onda das ondas de águas depende da profundidade. Li e seus colegas calcularam então que, se a profundidade diminuir de forma precisa entre a borda externa e a zona central, os reflexos de onda são praticamente eliminados para frequências específicas. Para ondas dessas frequências, um número inteiro de meios-comprimentos de onda se encaixa perfeitamente dentro dos canais ao longo da direção radial. Esse arranjo leva a um efeito de interferência de onda que suprime os reflexos.

A estrutura de teste tem 43 centímetros (cm) de raio, com uma profundidade da água decrescendo de 10 cm na borda externa até 3 cm na região central. No ponto central, as ondas têm uma altura 3 vezes maior do que quando entram.

A equipe já está trabalhando na construção de um protótipo maior, escalonado para permitir testes reais na captura de ondas do mar com o objetivo de gerar eletricidade. "Este trabalho é um grande passo para uma aplicação real perto da costa, e esperamos poder alcançar um muito maior no futuro próximo," disse o professor Chen.

Bibliografia:

Concentrators for Water Waves
Chunyang Li, Lin Xu, Lili Zhu, Siyuan Zou, Qing Huo Liu, Zhenyu Wang, Huanyang Chen
Physical Review Letters
Vol.: 121, 104501
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.104501