Energía Mareomotriz

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “DR. FEDERICO RIVERO PALACIOS” REGIÓN CAPITAL

Energía Mareomotriz

Participantes:

Maria Diaz C.I.: 16.924.964 Lorena Rivas C.I.: 16.301.297 Yorleidy Figueredo C.I.: 18.024.384 Jean Oropeza C.I.: 13.993.219 Sección: “B”

Caracas, 15 de Septiembre 2011 I

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INDICE GENERAL Pag. Introducción………………………………………………………………………..

3

DESARROLLO TEÓRICO Energía del Mar……………………………………………… Mar………………………………………………………….………. ………….……….

4

Energía Térmica Oceánica …………..…………………………………………..

5

Energía de las Olas (Undimotriz)…….………………………………………….. (Undimotriz)…….…………………………………………..

5

Energía Mareomotriz……………… Mareomotriz……………………………………………………………. …………………………………………….

8

Componentes de la Energía Mareomotriz…………………………….………..

10

Funcionamiento de la Energía Mareomotriz…………………………………… Mareomotriz……………………………………

12

Amplificación de las Mareas……………………………………………………..

14

Energía Cinética y Potencial de las mareas……………………………………..

15

Energía Potencial aprovechable………………… aprovechable…………………………………………………. ……………………………….

16

Aprovechamiento de la Energía Cinética de las mareas……………………….

18

Intermitencia de la generación………………………… generación………………………………………………….. ………………………..

19

Tamaño de las turbinas………………………………………… turbinas………………………………………………………….. ………………..

20

Ventajas y Desventajas Desventajas de la Energía Mareomotriz………………… Mareomotriz…………………………. ……….

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DESARROLLO PRÁCTICO Simulación……………………….…………………………………………………

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Conclusiones y recomendaciones.……………… recomendaciones.………………………………………………... ………………………………...

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Referencias bibliográficas……...………………………………………………… bibliográficas……...…………………………………………………

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Anexos…………………………...…………………………………………………

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Introducción Vivimos en una sociedad de consumo y de creciente expansión, en la era de la tecnología, donde la necesidad de energía es inevitable y en continuo crecimiento. En esta situación uno de los principales problemas a nivel mundial que existen en el panorama actual es el de la limitante de las fuentes de energía habituales ya que las necesidades necesidades energéticas son crecientes crecientes y los recursos limitados. limitados. Nuestra sociedad en general camina así hacia un colapso energético y las energías alternativas renovables, tales como la eólica, la hidráulica, la solar, la de la biomasa o la mareomotriz, son la opción más ecológica y razonable para hacer un mundo sustentable. Extrañamente esta última no ha sido tan aprovechada y es desconocida por la mayoría de las personas aun siendo una fuente bastante inagotable y segura, ya que depende del movimiento continuo de las mareas. Los pioneros en el estudio y explotación de este recurso fueron los franceses, según información que pudimos recopilar de varias fuentes, en el verano de 1966 se puso en marcha una planta de energía mareomotriz de 240.000 kW en el río Rance, un estuario del canal de la Mancha, en el noroeste de Francia. Francia. Consiste en un paredón que cierra el río, permitiendo permitiendo así almacenar agua en la represa cuando sube la marea y luego liberarla cuando el nivel de agua del mar es menor, generando energía al llenar y vaciar el estuario artificial mediante el paso del fluido por las turbinas. La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masa masass de agua agua de los los mare mares. s. Esta Esta dife difere renc ncia ia de altu altura rass pued puedee apro aprove vech char arse se interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la















Desarrollo Teórico Energía del Mar La principal característica que el mar nos ofrece, son las energías marinas, es su densidad, la cual es muchísimo mayor que en cualquier otro tipo de energía. Por ejemplo en la energía eólica, los aerogeneradores no siempre están funcionando ya que es necesaria una velocidad mínima para que estos se pongan en funcionamiento. Los millones de litros de agua marina moviéndose continuamente por influencia gravitatoria entre la tierra y la luna, las olas, las subidas y bajadas de las mareas, la concentración de sal, entre otros factores a influir hacen, sin duda, de gran potencial al mar como generador de energía siendo muchísimo mayor que cualquier otro tipo de energía limpia, ó como es llamada hoy en día energía verde (por los movimientos ecológicos de la humanidad). Básicamente existen cinco principios o formas de obtención de energía del mar: • Las mareas: Basadas en las subidas y bajadas del nivel del mar provocadas por los efectos gravitatorios de la Tierra, el Sol y la Luna. • Las olas: Provocadas por la acción del viento sobre la superficie del mar, trasladándose a través de kilómetros de distancia. • Las corrientes marinas: Originadas por las diferencias de sal, temperatura, densidad, así como la evaporación y la rotación de la tierra. • El gradiente térmico: Es decir, la diferencia de temperatura existente entre las















Todas estas formas de obtención de energía marina tienen la cualidad de ser renovables, renovables, en tanto que la fuente de energía energía primaria no se agota por su explotación, explotación, y es bastante limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar instalar los dispositivos dispositivos para su proceso han impedido hasta el momento momento una proliferació proliferaciónn notable de este tipo de energías.

Energía Térmica Oceánica Esta fuente de energía consiste en la explotación basada de las diferencias de temperatura de los océanos, esto ha sido propuesto multitud de veces, desde que d'Arsonval (Biofí (Biofísic sicoo Francés Francés pioner pioneroo en estudi estudios os de Electr Electrofis ofisiol iologí ogíaa junto junto a Nikola Nikola Tesla) Tesla) lo insinuara en el año 1881, pero el más conocido pionero de esta técnica fue el científico francés George Claudi, que invirtió toda su fortuna, obtenida por la invención del tubo de neón, en una central de conversión térmica. La conversión de energía térmica oceánica es un método de convertir en energía útil la diferencia diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a 100 mts de profundidad. En las zonas tropicales esta diferencia varía entre 20 y 24 ºC. Para el aprovechamiento es suficiente una diferencia de 20ºC.

Energía de las Olas (Undimotriz) La energí energíaa undimo undimotri trizz es la energía energía producida producida por el movimi movimient entoo de las olas. Algunos sistemas de captación de este tipo de energía son:















imán, produciéndose produciéndose la electricida electricidad. d. Otra variante sería tener la maquinaria maquinaria en tierra tierra y las boyas boyas metida metidass en un pozo comun comunic icado ado con el mar. mar. A continuación mostramos una imagen de cómo sería este sistema:

Figura 1: Sistemas de Captación •

Flotantes: Un aparato flotante de partes articuladas que obtiene energía del movi movimi mien ento to rela relati tivo vo entr entree sus sus part partes es.. Se trat trataa de gran grande dess cili cilind ndro ross articulados parcialmente sumergidos y unidos por juntas de bisagra. La ola induce un movimiento relativo entre dichas secciones, activando un sistema hidráulico interior que bombea aceite a alta presión a través de un sistema de motores hidráulicos, equilibrándose con el contenido de unos acumuladores. Los motore motoress hidrául hidráulico icoss están están acopla acoplados dos a un generad generador or eléctri eléctrico co para producir electricidad. Los fundamentos del sistema se basan en convertir energía cinética en eléctrica. El transporte de la energía se hace conectando el sistema hidráulico a una base situada en el lecho oceánico que se conecta con la costa. Este sistema según leímos es bastante eficiente y desperdicia muy poco la energía generadora, en la siguiente figura se aprecia un poco su funcionamiento y algunas descripciones técnicas de las partes:

















Figura 2: Power Genarator •

Pozos: Un pozo con la parte superior hermética y la inferior comunicada con el mar. En la parte superior superior hay una pequeña abertura abertura por la que sale el aire expulsado por las olas. Este aire mueve una turbina que es la que genera la electri electricid cidad. ad. Es un sistema sistema bastant bastantee eficie eficiente nte pero se necesi necesita ta cambio cambioss contantes de mareas, en la siguiente figura se aprecia su funcionamiento















Figura 3: Energía Alterna

•

Placas oscilantes: El método empleado se basa en grandes placas hidráulicas sumergidas que, a través de un pistón, aprovechan las olas profundas para generar la presión hidráulica necesaria para alimentar a una turbina eléctrica. Estas placas están instaladas a una profundidad en torno a los 10 ó 12















Básicamente la energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha embalsando agua del mar en ensenadas naturales y haciéndola pasar a través de turbinas hidráulicas. Las ondas se pueden observar en el mar, incluso en ausencia del viento; son masas de agua que avanzan y se propagan en la superficie en forma de ondulaciones cilíndricas. Es bastante raro ver una onda marina aislada; generalmente se suceden varias y aparecen en la superficie ondulaciones paralelas y separadas por intervalos regulares. Cuando una barca sube sobre la cresta de la onda perpendicularmente a ella, la proa se eleva, y cuando desciende desciende sobre el lomo, la proa se hunde en el agua. Es el llamado llamado característico característico cabeceo en el lenguaje de los marineros. Los elementos de una onda son: su longitud, esto es, la distancia entre dos crestas consecutivas; la amplitud o distancia vertical entre una cresta y un valle; el período, esto es el tiempo que se separa el paso de dos crestas consecutivas por delante en un punto fijo; y la velocidad. El movimiento de las ondas en el mar se puede comparar con el de un campo de trigo bajo la acción del viento. Las espigas se inclinan en el sentido del viento, se enderezan y se vuelven a inclinar; de modo análogo, por la acción de la onda, una vena fluida y vertical, se contrae y se engruesa en el movimiento momento que se forma el valle, en tanto que se adelgaza y alarga en correspondencia con la fase de cresta o elevación. Parece, pues,















Si la profundidad profundidad es pequeña, pequeña, la energía cinética es transportada transportada con una velocidad que depende de determinadas características de la onda. Se ha calculado que una onda de 7,50 metros de altura sobre el nivel de las aguas tranquilas y de 150 metros de longitud de onda, propagándose con una velocidad de 15 metros por segundo, desarrolla una potencia de 700 caballos de vapor por metro lineal de cresta; según esto, una onda de las mismas características que tuviese 1Km. de ancho desarrollaría la considerable potencia de 700.000 caballos de vapor. Esto explica los desastrosos efectos que producen las tempestades marinas. La energía estimada por las mareas es del orden de 22000 TWh. De esta energía se considera recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh, lo cual lo hace a nuestro parecer de un potencial único por ser rendidor, inagotable, eficiente, y limpio. Las olas del mar son un derivado terciario de la energía solar. El calentamiento de la superficie terrestre genera viento, y el viento genera las olas. Únicamente el 0.01% del flujo de la ener energí gíaa sola solarr se tran transf sfor orma ma en ener energí gíaa de las las olas olas.. Una Una de las las prop propie ieda dade dess características de las olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía. Por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental. De este modo la energía de las olas se concentra en las costas, que totalizan 336000 Km. de longitud. La densidad de energía de las olas es, en un orden de magnitud magnitud mayor que la de la energía solar. Las distribuciones distribuciones geográficas y temporales temporales de los recursos energéticos de las olas están controladas por los sistemas de viento que las generan (tormentas, alisios, monzones).















La Turbina Pelton: Consta de un disco circular que tiene montados en su periferia unas paletas en forma de doble cuchara y de un inyector que dirige y regula el chorro de agua que inciden sobre las cucharas, provocando el movimiento de giro de laturbina. Investigando encontramos que las turbina debe su nombre a Lester Allan Pelton (1829-1908) quien buscando oro en California se convirtió en un gran inventor, Su invento básicamente se originó debido al gran inconveniente que presentaba el movimiento de su trituradora trituradora mineral al carecer de carbón para tal propósito, por lo que tuvo que idearse una rueda hidráulica que transformara en energía eléctrica la fuerza hidráulica de un salto de agua cercano a su mina. Este fue el primer método práctico para obtener fuerza hidráulica en Norteamérica. Norteamérica. La clasificaci clasificación ón más general que puede hacerse de las turbinas Pelton es un tipo de eje horizontal y tipos de eje vertical. Existen otras diversiones que toman en cuenta el número de inyectores por rueda o el número de rotores montados en un mismo eje. La Turbina Francis: caracterizada por que recibe el flujo de agua en dirección radial, orientándolo hacia la salida en dirección axial. En la actualidad, es la turbina hidráulica típica. Lleva este nombre en honor al ingeniero James Bichano Francis (1815-1892). Se compone de un distribuidor que contiene una serie de álabes fijos o móviles que orientan el agua hacia el rodete. Un rodete formado por una corona de paletas fijas, torsionadas de forma que reciben el agua en dirección radial y lo orientan axialmente. Una cámara de entrada, que puede ser abierta o cerrada de forma espiral, para dar una componente radial al

















motor; ya que, si el nivel de agua en el rió es bajo, se puede bombear agua del mar hacia este por medio de estas turbinas. Al subir el nivel del agua se puede usar como riego en el día y a la noche se deja circular el cause de manera normal para la generación de energía. Por estas grandes ventajas, es la turbina más usada para este tipo de energía. La estructura de la central es muy importante de la cual hay dos tipos: Fijas: son las que se instalas en los estuarios de los ríos. Se coloca en todo su largo, varias turbinas. turbinas. Si el cauce del río es muy grande, se suelen poner esclusa para dejar pasar un poco de agua. Flotantes: Estas centrales son las que aprovechan las energías de las olas. Cabe destacar que los componentes de estas centrales son diferentes, por eso las mencionaremos a continuación:

Funcionamiento de la Energía Mareomotriz















Cada grupo está formado por una turbina, cuya rueda motriz tiene cuatro palas orientables y va acoplada directamente a un alternador. Funcionan ambos dentro de un cráter metálico en forma de ojiva. A continuación mostramos una imagen que conseguimos de una central tipo: La central mareomotriz, mareomotriz, con un conjunto de 24 grupos bulbo tiene una importancia importancia de 220 megavatios, además del aporte de energía eléctrica, representa un importante centro de desarrollo e investigación, y que gracias a ella se deben avances tecnológicos en la construcción de estructuras de hormigón dentro del mar, estudios de resistencia de los metales a la corrosión marina y evolución de los grupos bulbo. Pero el impulso, en el aprovechamiento aprovechamiento de esta fuente de energía, se consiguió con la turbina "Strafflo", en experimentación desde 1984 en la bahía de Fundy, en Canadá (donde se dan las mayores mareas del mundo) ahí existe una central de 18 MW. La innovación de este sistema radica en que el generador eléctrico circunda los álabes de la turbina, en lugar de ir instalado a continuación del eje de la misma. De este modo se















La fórmula se multiplica multiplica por 100 porque 1 m3 de agua equivale equivale a 1000 kilogramos kilogramos de agua. Se la divide por 75 en virtud de que un caballo vapor equivale a 5 quilográmetros por segundo. La potencia efectiva Ne, de será la indicada anteriormente, multiplicada por el rendimiento n de la instalación: Ne = [ ( 1000 x Q x H ) /75 ] x p El rendimiento depende, además de los rozamientos de la maquina, de la constancia del caudal. El valor del rendimiento está comprendido entre 0,70 y 0,80. La dificulta para apreciar la potencia de un salto radica en la variación que experimenta el caudal de agua, lo que exige aforamientos no siempre fáciles de realizar.

Amplificación de las Mareas















Otro efecto que amplifica notablemente la marea es la fricción del fondo. Si tomamos el caso de una bahía que vaya disminuyendo su profundidad, la velocidad de la onda de marea (√gh) en la parte profunda de 100 m es de 32 m/s, y luego irá disminuyendo al ser la profundidad más pequeña, es decir, la onda de marea se va montando sobre la de adelante, amplificando la marea en esa parte.

Energía Cinética y Potencial de las mareas Si una gran masa de agua, de cientos de kilómetros cuadrados sube y baja varios metros en pocas horas, evidentemente evidentemente contiene contiene una gran cantidad cantidad de energía potencial potencial que quiz quizáá podr podría íamo moss apro aprove vech char ar con con un dise diseño ño adec adecua uado do.. Por Por otro otro lado lado,, a vece veces, s, en estrechamientos de una bahía donde entran y salen grandes volúmenes de agua, se producen unas corrientes muy fuertes, aunque en ese punto la marea suba y baje muy poco; aquí se hace hace evid eviden ente te pensa pensarr en el aprov aprovec echam hamie ient ntoo de esa energ energía ía ciné cinéti tica ca para para fine finess de generación eléctrica.















Energía Potencial aprovechable Para calcular la energía realmente aprovechable de un buen sitio de amplias mareas, ya no podemos simplificar los cálculos con casos extremos como los planteados. Hay que considerar la marea real, tal cual se ha medido en el sitio y la operación hidráulica de las turbin turbinas as habrá habrá que calcul calcularl arlaa cuidado cuidadosam samente ente,, conside considerand randoo el desnive desnivell real de cada instante. Estos cálculos detallados se realizaron en el proyecto IMPULSA de la UNAM, denominado “Desalación de agua de mar con energías renovables” y que se encuentra detallado en Alcocer e Hiriart (2008), planteando las ecuaciones que describen el fenómeno y luego resolviéndolas con métodos numéricos sofisticados. Al realizar las corridas horarias para un año completo con este modelo, es fácil detectar que existen muchos diseños de embalse y turbinas que se deben examinar. Nuevamente, tomando casos extremos para una mejor comprensión, tomemos un bordo al que le instalamos muy pocas turbinas (poca potencia y poca energía) y otro al que le instalamos muchísimas turbinas (mucha potencia y mucha energía). Al momento de operar las turbinas, en un caso extremo podemos operarlas con sus válvulas siempre abiertas. En el caso de pocas turbinas, esta obstrucción al vaciado































agua que entra y sale siempre lo hace a través de las turbinas, generando electricidad tanto en flujo como en reflujo. Para ello se usan turbinas de bulbo, que pueden operar indistintamente con el flujo en ambas direcciones Este modo de operación es generalmente más eficiente, sin embargo hay muchos casos en que por el tamaño del embalse, en comparación con la potencia instalada, hacen más eficiente la operación en flujo sencillo.

Aprovechamiento de la Energía Cinética de las mareas Las grandes mareas generalmente (no siempre) producen fuertes corrientes que entran















Intermitencia de la generación El aprovechamiento de las mareas para generar electricidad, con un embalse o con turbinas turbinas que aprovechen la energía energía cinética, cinética, siempre tendrá momentos momentos de cero-generación cero-generación al igualarse los niveles del mar y el embalse o tener mareas muertas. En el caso de la generación generación con embalse, embalse, habrá momentos momentos en los cuales la generación sea máxima y largas horas en los que sea cero. Es decir, la mareomotriz aporta una buena cantidad de energía, pero no es potencia firme, aunque en este caso la generación es totalmente predecible en comparación a las otras fuentes renovables como la solar y la eólica. Entre las soluciones















embalse, embalse, o una especie especie de corral en el medio de la bahía (o muy cercano a la costa), costa), donde dos juegos de compuertas hacen que uno de los estanques se mantenga siempre a nivel alto y el otro a nivel bajo, mientras que las turbinas instaladas en el bordo central se usan para generar electricidad para algún poblado en la costa. En la figura siguiente se muestra un esquema del doble embalse. Este es un caso ideal para ser planteado planteado como de acuacultura, acuacultura, donde donde se pued pueden en aisl aislar ar los los cult cultiv ivos os de los los depre depredad dadore ores, s, de las las fuert fuertes es corri corrient entes es y marejadas y además complementar con divisiones de mallas para separar los peces por edades o tamaños, tal como se hace en las salmoneras del hemisferio sur, para su alimentación diferenciada y considerar la generación de electricidad como una actividad rentable y complementaria, que haría sustentable el proyecto.















central hidroeléctrica instalada en un río. En el mar es de 4 ó 5 metros a lo sumo. Por otro lado, el diámetro de las turbinas (por tanto el área) no podrá exceder la profundidad mínima del mar en el punto del emplazamiento. Como la potencia de una turbina depende del área, por la carga hidráulica elevada a la tres medios, las turbinas mareomotrices se limitan a tamaños de 2 a 5 MW. Es decir, si se habla de instalar 10 000 MW en una mareomotriz, donde la amplitud de la marea sea de unos 6 metros, seguramente se van a requerir 5000 turbinas de 2 MW cada una. Lo costoso en una mareomotriz son las turbinas y no tanto los bordos de la presa. A eso hay que agregarle las complicaciones de operación en agua salada, corrosiva e incrustante. Las turbinas más usadas para estas cargas son las de bulbo y las denomi denominad nad

Straflo Straflo (que

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eficie eficiente ntement ment

















•

Traslado de energía muy costoso.

•

Efecto negativo sobre la flora y la fauna.

•

Limitada.















Simulación En vez de simulación anexamos un buen video donde se explica todo el proceso de















Conclusiones y Recomendaciones Uno de los aspectos más resaltantes y que nos llamó la atención en cuanto a fuentes















Referencias Bibliográficas http://es.wikipedia.org/wiki/Bah%C3%ADa_de_Fundy



























































































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