Los desarrolladores de energía hidroeléctrica deben considerar muchos factores cuando llega el momento de licenciar un nuevo proyecto o renovar uno existente:¿Cómo se pueden mitigar los impactos ambientales? incluso a las poblaciones de peces? Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía han encontrado una solución única:utilizar sensores e impresión 3D para crear peces falsos para las pruebas de turbinas.

Cuando los peces pasan por represas hidroeléctricas, encuentran obstáculos que pueden causar lesiones:cambios de presión, turbulencia, y palas giratorias en turbinas. Como parte de su trabajo de evaluación ambiental para proyectos hidroeléctricos, ORNL desarrolló un sistema para analizar el impacto de los diseños de turbinas en especies de alto valor.

"Queremos comprender las fuerzas que enfrentan las diferentes especies de peces y cómo esas fuerzas pueden resultar en lesiones o mortalidad, "dijo Ryan Saylor, un estudiante del Centro Bredesen de Investigación Interdisciplinaria y Educación de Posgrado que trabaja en la División de Ciencias Ambientales de ORNL. "Puede haber ajustes que los diseñadores y fabricantes de turbinas podrían hacer para conservar las especies de peces y, al mismo tiempo, minimizar el impacto en la producción de energía".

El trabajo es importante. La energía hidroeléctrica es la fuente más grande de energía renovable y almacenamiento de energía a escala de servicios públicos en el país. representando el 6% de la generación eléctrica total. ORNL tiene una larga historia de apoyo a la energía hidroeléctrica, incluyendo mejoras en el proceso regulatorio y de licencias.

Hay muchos factores a tener en cuenta al probar los impactos de la energía hidroeléctrica en los peces:qué tan rápido se mueven las palas, el grosor y el ángulo de las palas, qué tan grande es cada pez y dónde se encuentra su centro de masa.

"Lo que nos dimos cuenta es que se trata esencialmente de un problema de física, "agregó Mark Bevelhimer, quien lanzó el proyecto y se ha retirado recientemente de ORNL.

Los científicos decidieron crear un pez modelo; en términos técnicos, un dispositivo de prueba antropomórfico, para ayudarlos a comprender las fuerzas de las palas de la turbina y generar múltiples puntos de datos para el análisis.

Se les ocurrió la idea de utilizar gel balístico para el cuerpo del pez. El gel desarrollado originalmente para fines militares, se puede controlar para diferentes densidades para imitar el tejido muscular.

Para crear moldes para varias especies de peces, los investigadores recurrieron a las capacidades de impresión 3-D en la instalación de demostración de fabricación, una instalación de usuario designada por el DOE en ORNL. Los investigadores llevaron peces al MDF para escanearlos con láser, y los contornos resultantes se introdujeron en un programa de diseño asistido por computadora que, a su vez, guió a una impresora 3-D para crear moldes de cada pez que se probaría.

Brian Post, quién dirigió el esfuerzo de MDF, señaló que la impresión en 3D de los moldes es rápida, Solución de bajo costo que permite la creación de una gran variedad de modelos de peces en un corto período de tiempo. "Cada especie tiene una morfología diferente, así que hacer moldes nos permite capturar esas diferencias. Podemos hacer un pez único con bastante facilidad. Si tuviera que producir los moldes de forma convencional, tomaría más tiempo restar la forma de un bloque de material, "Post explicó.

Los científicos ambientales mezclaron el gel balístico con aceite de canela (un agente antimicrobiano económico) y luego llenaron los moldes y dejaron que el gel se endureciera. El equipo probó la "suavidad" de los peces falsos posteriores para acercarse lo más posible a la realidad. Luego, los científicos cubrieron a los peces con una pintura similar al plástico para darles más rigidez e imitar la piel y las escamas.

Los sensores integrados en los modelos miden la aceleración y las fuerzas G en el simulador de turbina en tres dimensiones. Las galgas extensométricas también se utilizan para medir cómo los peces se estiran o contraen interna y externamente como resultado de los golpes simulados.

Los científicos continúan mejorando el modelo, incluido el aumento de la tasa de respuesta, que a su vez debería resultar en una mayor resolución de datos, así como avances en la extracción y análisis de datos. Hasta ahora han creado y probado modelos de cuatro especies de peces:trucha arco iris, agallas azules sábalo y bajo.

El proyecto fue financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de ORNL.

"Imitar la biología es difícil, ", Señaló Saylor." Hemos trabajado para acercarnos lo más posible a una buena representación sin el uso de equipos especializados que podrían aumentar los costos ".

El hecho de que haya poca estandarización de los proyectos hidroeléctricos presenta una oportunidad para más trabajo, señalaron los científicos. Las presas hidroeléctricas se han construido en gran medida de acuerdo con la geografía de cada sitio y las necesidades de energía del cliente. por lo que cada proyecto es diferente.

"Queremos producir energía hidroeléctrica de una manera que no dañe a los peces que pasan, ", Dijo Bevelhimer." Hay mucha presión sobre los propietarios y operadores de presas de energía para reducir su impacto ambiental. Hay muchos desafíos y dar a los peces un pasaje más seguro es uno de ellos ".