Os desenvolvedores de energia hidrelétrica devem considerar muitos fatores quando chega a hora de licenciar um novo projeto ou renovar um existente:Como os impactos ambientais podem ser mitigados, incluindo populações de peixes? Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, descobriram uma solução única:usar impressão 3-D e sensores para criar peixes falsos para testes de turbinas.

Quando os peixes passam por barragens hidrelétricas, eles encontram obstáculos que podem causar lesões - mudanças de pressão, turbulência, e lâminas giratórias em turbinas. Como parte de seu trabalho de avaliação ambiental para projetos hidrelétricos, ORNL desenvolveu um sistema para analisar o impacto de projetos de turbinas em espécies de alto valor.

"Queremos entender as forças que as diferentes espécies de peixes encontram e como essas forças podem resultar em ferimentos ou mortalidade, "disse Ryan Saylor, Aluno do Centro Bredesen de Pesquisa Interdisciplinar e Pós-Graduação trabalhando na Divisão de Ciências Ambientais do ORNL. "Pode haver ajustes que os projetistas e fabricantes de turbinas poderiam fazer para conservar as espécies de peixes e, ao mesmo tempo, minimizar o impacto na produção de energia."

O trabalho é importante. A energia hidrelétrica é a maior fonte de energia renovável e armazenamento de energia em escala de serviço público no país, representando 6% da geração total de eletricidade. ORNL tem uma longa história de apoio à energia hidrelétrica, incluindo melhorias no licenciamento e no processo regulatório.

Há muitos fatores a levar em consideração ao testar os impactos da energia hidrelétrica nos peixes:a velocidade com que as lâminas estão se movendo, a espessura e o ângulo das lâminas, quão grande é cada peixe e onde fica seu centro de massa.

"O que percebemos é que é essencialmente um problema de física, "adicionou Mark Bevelhimer, que lançou o projeto e recentemente se aposentou do ORNL.

Os cientistas decidiram criar um peixe modelo - em termos técnicos, um dispositivo de teste antropomórfico - para ajudá-los a entender as forças das lâminas da turbina e gerar vários pontos de dados para análise.

Eles tiveram a ideia de usar gel balístico para o corpo do peixe. O gel, originalmente desenvolvido para fins militares, pode ser controlado para diferentes densidades para imitar o tecido muscular.

Para criar moldes para várias espécies de peixes, os pesquisadores se voltaram para os recursos de impressão 3-D nas instalações de demonstração de fabricação, uma instalação de usuário designada pelo DOE no ORNL. Os pesquisadores trouxeram peixes para o MDF para serem escaneados a laser, e os contornos resultantes foram alimentados em um programa de design auxiliado por computador que, por sua vez, guiou uma impressora 3-D para criar moldes de cada peixe a ser testado.

Brian Post, que liderou o esforço do MDF, observou que a impressão 3-D dos moldes é rápida, Solução de baixo custo que permite a criação de uma grande variedade de modelos de peixes em um curto espaço de tempo. “Cada espécie tem uma morfologia diferente, portanto, fazer moldes nos permite capturar essas diferenças. Podemos fazer peixes únicos com bastante facilidade. Se você fosse produzir os moldes de maneira convencional, levaria mais tempo para subtrair a forma de um bloco de material, "Post explicado.

Os cientistas ambientais misturaram o gel balístico com óleo de canela (um agente antimicrobiano barato) e, em seguida, encheram os moldes e deixaram o gel endurecer. A equipe testou a "elasticidade" de peixes falsos subsequentes para chegar o mais perto possível da realidade. Os cientistas então revestiram os peixes com uma tinta semelhante a plástico para dar-lhes mais rigidez e imitar a pele e as escamas.

Sensores embutidos nos modelos medem a aceleração e as forças G no simulador de turbina em três dimensões. Medidores de tensão também são usados ​​para medir como os peixes se esticam ou se contraem interna e externamente como resultado dos ataques simulados.

Os cientistas continuam a melhorar o modelo, incluindo o aumento da taxa de resposta, o que, por sua vez, deve resultar em maior resolução de dados, bem como avanços na extração e análise de dados. Até agora, eles criaram e testaram modelos de quatro espécies de peixes:truta arco-íris, bluegill, sombreamento e baixo.

O projeto foi financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório do ORNL.

"Imitar a biologia é difícil, "Saylor observou." Trabalhamos para chegar o mais perto possível de uma boa representação, sem o uso de equipamentos especializados que poderiam aumentar os custos. "

O fato de haver pouca padronização de projetos hidrelétricos apresenta uma oportunidade para mais trabalho, os cientistas notaram. Barragens hidrelétricas foram amplamente construídas de acordo com a geografia de cada local e as necessidades de energia do cliente, então cada projeto é diferente.

“Queremos produzir energia hidrelétrica de uma forma que não prejudique os peixes que passam, "Bevelhimer disse." Há muita pressão sobre os proprietários e operadores de barragens de energia para reduzir seu impacto ambiental. Existem muitos desafios, e dar aos peixes uma passagem mais segura é uma delas. "