Cuando el agua de la lluvia genera energía

Cuando dos materiales hacen contacto, las cargas en sus superficies reciben un pequeño empujón. Así es como el frotamiento de un globo sobre la piel genera electricidad estática. Del mismo modo, el agua que fluye sobre algunas superficies puede ganar o perder carga. Ahora, investigadores que publican un artículo en ACS Central Science han aprovechado este fenómeno para generar electricidad a partir de gotas similares a las de la lluvia que se desplazan por un tubo. Con ello demuestran un nuevo tipo de flujo que genera energía suficiente para encender 12 LED.

“El agua que cae por un tubo vertical genera una cantidad considerable de electricidad utilizando un patrón específico de flujo de agua: el flujo tapón”, afirma Siowling Soh, autor del estudio. “Este patrón de flujo tapón podría permitir el aprovechamiento de la energía de la lluvia para generar electricidad limpia y renovable”.

¿Cómo lo hace?

Cuando el agua que fluye mueve una turbina, genera electricidad. Sin embargo, la hidroelectricidad está limitada a lugares con grandes volúmenes de agua, como los ríos. Para volúmenes de agua más pequeños y lentos, una alternativa es aprovechar la separación de cargas, un fenómeno que produce cargas eléctricas cuando el agua se desplaza por un canal con una superficie interior conductora de la electricidad.

Pero la separación de cargas es sumamente ineficaz porque se limita a la superficie sobre la que se desplaza el agua. En el pasado, los científicos han intentado mejorar la eficacia haciendo que haya más superficie disponible por canales a micro o nanoescala para que circule una corriente continua de agua.

No obstante, el agua no pasa de forma natural por canales tan diminutos y, si se bombea, requiere más energía que la que se genera. Por eso, Soh, Chi Kit Ao y sus colegas querían producir electricidad utilizando canales más grandes por los que pudiera pasar el agua de lluvia.

El equipo diseñó un esquema simple por el que el agua salía por la parte inferior de una torre a través de una aguja metálica y arrojaba gotas del tamaño de gotas de lluvia a la abertura de un tubo vertical de polímero de 12 pulgadas (32 centímetros) de alto y 2 milímetros de ancho. El choque frontal de las gotas en la parte superior del tubo provocaba un flujo tapón: columnas cortas de agua intercaladas con bolsas de aire.

Más electricidad con menos agua

A medida que el agua fluía por el interior del tubo, las cargas eléctricas se separaban. Luego, el agua se recogía en un recipiente situado debajo del tubo. Los cables colocados en la parte superior del tubo y en la taza recogían la electricidad.

El sistema de flujo tapón convirtió en electricidad más del 10 % de la energía del agua que cayó por los tubos. Y en comparación con el agua que fluye en una corriente continua, el flujo tapón produjo 5 órdenes de magnitud más de electricidad. Dado que la velocidad de las gotas era muy inferior a la de la lluvia, los investigadores sugieren que el sistema podría utilizarse para obtener electricidad de las gotas de lluvia.

En otro experimento, los investigadores observaron que mover el agua por dos tubos, de forma simultánea o secuencial, generaba el doble de energía. Con esta información, condujeron el agua por cuatro tubos y el sistema alimentó 12 LED de forma continua durante 20 segundos. Los investigadores afirman que la energía de flujo tapón podría ser más fácil de instalar y mantener que las centrales hidroeléctricas, y podría ser práctica para espacios urbanos como los tejados.

Los autores agradecen la financiación del Ministerio de Educación de Singapur, la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación y el Instituto de Innovación y Tecnología Sanitarias de la Universidad Nacional de Singapur.