I+D: Generar electricidad con el agua corriente

ISMAEL MARINERO

La crisis energética desatada en España por el alza de precios tras la invasión rusa de Ucrania ha puesto sobre la mesa varias cosas. Por un lado, la necesidad de seguir desarrollando tecnologías para mejorar la producción y el almacenamiento de las energías renovables, como el invento español para instalar aerogeneradores más rápido y sin usar grúas o el innovador panel solar híbrido que alcanza una eficiencia de récord. Por otro, la obligación de seguir buscando otras fuentes de energía, que suplan la demanda cuando la solar y la eólica reduzcan su aportación por las condiciones climatológicas.

En ese sentido, aún quedan muchos caminos por explorar, ya sea en el terreno del hidrógeno verde, la fusión nuclear o la energía undimotriz, que aprovecha la fuerza de las olas del mar para producir electricidad. Sin embargo, hay otras posibles soluciones más inusuales, que no aportarán tanto al mix energético, pero sí pueden contribuir a diversificar la producción.

En ello trabajan, por ejemplo, los participantes en la iniciativa de investigación e innovación H-HOPE, que se enmarca dentro del programa Horizon Europe de la Comisión Europea. ¿Su objetivo? Desarrollar sistemas innovadores y sostenibles para extraer energía escondida o no aprovechada en instalaciones de distribución de agua, redes de tratamiento de aguas residuales, sistemas de riego y corrientes de agua libres.

El equipo encargado de identificar las posibilidades que ofrecen las instalaciones de abastecimiento y suministro de agua lo forman el grupo de investigación Barcelona Fluids & Energy Lab (IFLUIDS) y el Centro de Innovación Tecnológica en Convertidores Estáticos y Accionamientos (CITCEA), pertenecientes a la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). "Estamos estudiando el potencial de localizaciones donde no sale rentable montar una máquina hidráulica convencional, pero que pueden proporcionar energía a través de nuevas soluciones", señala Xavier Escaler, uno de los líderes del proyecto, en conversación con EL ESPAÑOL-Omicrono.

Energía de las tuberías 
Si se colocaran una detrás de otra, las tuberías de suministro de agua en España alcanzarían los 256.000 km. Una cifra que revela el inmenso potencial de estas canalizaciones para estudiar su posible uso como generador de energía eléctrica. El trabajo de los investigadores españoles de la UPC es, precisamente, "identificar zonas concretas dentro de instalaciones hidráulicas existentes pertenecientes a diversas compañías públicas y privadas, como Aigües de Barcelona, recolectar datos operacionales y usarlos para definir las pruebas experimentales de validación de los sistemas desarrollados", indica Escaler.

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El proyecto, que dio sus primeros pasos el pasado noviembre, está todavía en una fase incipiente, pero sus responsables ya cuentan con los primeros cálculos y diseños previos de dispositivos capaces de aprovechar la energía que se puede producir y se pierde en sistemas de transporte de agua.

"Para las tuberías primero debemos conocer cuáles son las condiciones de flujo real, las velocidades del agua, si fluctúan durante el día o durante distintos períodos del año…", indica David Bermejo, otro de los investigadores. "Ahora estamos contactando con diferentes gestores de redes de distribución para saber cómo son las condiciones dentro de sus tuberías. También estamos colaborando para llevar a cabo el diseño del mecanismo que consiga extraer energía".

El concepto inicial parece sencillo. Lo complicado, insisten los responsables del proyecto, es optimizar la generación de energía. El protagonista será un elemento que, gracias a las condiciones hidráulicas (velocidad, presión, fluctuaciones…), empezará a oscilar. "Lo que haremos es convertir esta energía mecánica de las oscilaciones en energía eléctrica gracias a los materiales piezoeléctricos. Es lo mismo que utilizan los mecheros: cuando tú aprietas un mechero se realiza un arco eléctrico, que se produce porque el cristal piezoeléctrico se comprime, se deforma y genera una diferencia de potencia", explica Bermejo.

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Otra de las dificultades con la que se están encontrando los integrantes de IFLUIDS y CITCEA es que necesitan que el convertidor de energía sea variable, "para que se vaya adaptando a las distintas condiciones del flujo del agua. Y es que, como ocurre con la solar cuando se nubla o la eólica cuando no hace viento, la producción de energía dependerá de las condiciones cambiantes del flujo de agua. Además, también buscan operar en condiciones de resonancia, para amplificar al máximo la generación de vibraciones y, por tanto, de energía.

De momento, los primeros desarrollos corresponden a una pletina horizontal en tuberías con un diámetro de 250 mm, correspondientes a la canalización de empresas distribuidoras de agua o empresas petroquímicas que necesitan tuberías de gran tamaño. 

Requisitos y resultados
Las condiciones planteadas por la Comisión Europea a los diferentes diseños que se están investigando simultáneamente dentro de la iniciativa H-HOPE implican algunos de los desafíos más importantes a los que se enfrentan los investigadores españoles. Y es que estos sistemas tienen que ser efectivos con recursos que generen poca potencia, deben ser sostenibles, baratos de producir e instalar y los tienen que poder utilizar personas sin conocimientos especializados. 

De hecho, el proyecto contempla un paquete de trabajo DIY o hazlo-tú-mismo, que se destinará a preparar una página web con instrucciones e información simplificada para que el público en general que tenga interés pueda llegar a fabricarse por sí mismo un sistema para su vivienda. Allí estarán para su descarga gratuita los modelos de los dispositivos H-HOPE, listos para la impresión 3D a partir de materiales poliméricos. Los fabricantes también podrán vender sus componentes o servicios a través de esta plataforma, especialmente pensada para comunidades de países subdesarrollados con problemas de abastecimiento de energía.

Las primeras pruebas del proyecto, que finalizará cuando se realicen simulaciones por ordenador de las condiciones reales a las que se pueden enfrentar los distintos modelos desarrollados, están arrojando datos bastante modestos, no superiores a 1 W por cada dispositivo para tuberías de 200 mm.

Pero, aclara Escaler, todavía es pronto y "el objetivo inicial del proyecto no es sustituir la energía renovable, sino darle una utilización a un recurso que se pierde. El potencial más evidente es, en principio, alimentar sensores para ayudar a las empresas a sensorizar y digitalizar toda su red de transporte, por ejemplo. Servirá también para medir parámetros de la calidad del agua para el consumo o en comunidades de riego, actuar sobre alguna válvula para cerrarla en caso de fuga o medir la cantidad de cloro y gestionar su dosificación".

Así, el éxito del proyecto, resume Bermejo, "consistirá en demostrar que el equipo es sostenible, barato, sencillo, sensible, robusto y funciona. Si queremos ser más ambiciosos y hacerlo rentable a escala de producción será en una fase posterior".