Energía Mareomotriz

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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



INDICE GENERAL

Introducción………………………………………………………………………..

DESARROLLO TEÓRICOEnergía del Mar………………………………………………………….……….

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DESARROLLO PRÁCTICO

Simulación……………………….…………………………………………………

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

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

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 energéticas son crecientes y los recursos 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. Consiste en un paredón que cierra el río, permitiendo así almacenar agua en

la represa cuando sube la marea y luego liberarla cuando el nivel de agua del mar esmenor, 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

masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse

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 a un alternador se puede utilizar el sistema para la

generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía

eléctrica.

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Desarrollo Teórico

Energía del Mar

La principal característica que el mar nos ofrece, son las energías marinas, es sudensidad, 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

distintas capas de agua más o menos profundas.

• El gradiente salino: Que aprovecha la diferencia de concentración de sal entre las

aguas del mar y la de los ríos.

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Todas estas formas de obtención de energía marina tienen la cualidad de ser

renovables, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su 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 los dispositivos para su proceso han impedido hasta el momento una proliferación

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

(Biofísico Francés pionero en estudios de Electrofisiología junto a Nikola 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 útilla 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 energía undimotriz es la energía producida por el movimiento de las olas.Algunos sistemas de captación de este tipo de energía son:

• Boyas: Un aparato anclado al fondo y con una boya unida a él con un cable

flotando en la superficie del agua. El movimiento ascendente y descendente

de la boya con el paso de las olas mueve un pistón a través de un potente

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imán, produciéndose la electricidad. Otra variante sería tener la maquinaria

en tierra y las boyas metidas en un pozo comunicado con el 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

movimiento relativo entre sus partes. Se trata de grandes cilindros

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 motores hidráulicos están acoplados a un generador eléctrico 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:

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Figura 2: Power Genarator

• Pozos: Un pozo con la parte superior hermética y la inferior comunicada con

el mar. En la parte superior hay una pequeña abertura por la que sale el aire

expulsado por las olas. Este aire mueve una turbina que es la que genera la

electricidad. Es un sistema bastante eficiente pero se necesita cambios

contantes de mareas, en la siguiente figura se aprecia su funcionamiento

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Figura 3: Energía Alterna

• Placas oscilantes: El método empleado se basa en grandes placas hidráulicassumergidas 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

metros; esta técnica es más complicada a las anteriores.

Energía Mareomotriz

Basadas como su nombre lo indica en las mareas, es decir, el movimiento de las

aguas del mar, produciendo una energía que mediante cierto proceso se transforma en

electricidad en las centrales mareomotrices. Se aprovecha la energía liberada por el agua de

mar en sus movimientos de ascenso y descenso de las mareas (flujo y reflujo). Ésta es una

de las nuevas formas de producir energía eléctrica ó mejor dicha una de las más utilizadas.

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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 sobre el lomo, la proa se hunde en el agua. Es el llamado 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 enderezany 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,

que oscila a un lado y otro en un punto fijo, amortiguándose rápidamente este movimiento

oscilatorio que se profundiza en el mar.

La energía que desarrollan las ondas es enorme y proporcional a las masas de aguas

que oscilan y a la amplitud de oscilación. Esta energía se descompone en dos partes, las

cuales, prácticamente, son iguales: una energía potencial, la cual provoca la deformación de

la superficie del mar, y una energía cinética o de movimiento, debida al desplazamiento de

las partículas; en suma, de la masa de agua.

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Si la profundidad es pequeña, la energía cinética es 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 lasuperficie terrestre genera viento, y el viento genera las olas. Únicamente el 0.01% del flujo

de la energía solar se transforma en energía de las olas. Una de las propiedades

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 mayor que la de la energía solar. Las distribuciones geográficas y temporales delos recursos energéticos de las olas están controladas por los sistemas de viento que las

generan (tormentas, alisios, monzones).

Los efectos de estos choques son enormes y la cantidad de energía disipada en ellos

es considerable, lo cual no estamos aprovechando.

Componentes de la Energía Mareomotriz

Se basa principalmente en generación con turbinas de las cuales hay diferentes

variantes como son:

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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 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. La clasificación 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 encuenta 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

flujo de agua. Un tubo de aspiración o de salida de agua, que puede ser recto o acodado y se

encarga de mantener la diferencia de presiones necesaria para el buen funcionamiento de la

turbina.

La Turbina bulbo, es una turbina con cuatro o cinco palas fijas en forma de hélice de

barco con álabes ajustables, de forma que la incidencia del agua en el borde de ataque del

álabe pueda producirse en las condiciones de máxima acción, cualesquiera que sean los

requisitos de caudal o de carga. Esta turbina debe su nombre al ingeniero Víctor Kaplan

(1876-1934). Al tener este diseño, la turbina puede funcionar como generador eléctrico o

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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. 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. Cabedestacar que los componentes de estas centrales son diferentes, por eso las mencionaremos

a continuación:

Funcionamiento de la Energía Mareomotriz

El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea y liberarla,

obligándola a pasar por las turbinas durante la bajamar. Cuando la marea sube, el nivel del

mar es superior al del agua y del interior del río. Abriendo las compuertas, el agua pasa de

un lado a otro del dique, y sus movimientos hacen que también se muevan las turbinas de

unos generadores de corrientes situados junto a los conductos por los que circula el agua.

Cuando por el contrario, la marea baja, el nivel dela mar es inferior al de la ría, porque el

movimiento del agua es en sentido contrario que el anterior, pero tamben se aprovecha para

producir electricidad.

La innovación está constituida por la instalación de grupos del tipo "bulbo", que

permiten aprovechar la corriente en ambos sentidos, de flujo y de reflujo, de esta forma se

utiliza al máximo las posibilidades que ofrecen las mareas.

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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, con un conjunto de 24 grupos bulbo tiene una 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 de esta fuente de energía, se consiguió conla 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

consigue un aumento de rendimiento, ya que el generador no se interpone en el flujo del

agua.

Sencilla es la técnica utilizada para captar la energía desarrollada por las ondas

marinas en sus oscilaciones verticales. Basta para ello disponer de varios flotadores

provistos de un vástago que se desliza a lo largo de unas guías y cuyos movimientos

verticales se transmiten mediante el vástago a generadores eléctricos. La realización

práctica de este tipo de máquina es, sin embargo, muy difícil, pues, a la corta o a la larga,

estas máquinas acaban por ser destruidas por el exceso de la potencia que deben captar.

El cálculo de potencia, expresado en caballos vapor, es el siguiente:

N = ( 1000 x Q x H x ) / 75

Siendo:

Q: Caudal que pasa por la máquina, medido en m3 / segundos.

H: Altura de caída, expresado en metros.

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La fórmula se multiplica por 100 porque 1 m3 de agua equivale a 1000 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

Las mareas tienen un tiempo característico en que suben y bajan. El tiempo que

transcurre entre dos alturas máximas de la marea se denomina periodo y es deaproximadamente 24 horas en mareas diurnas y de 12 horas en semidiurnas. El movimiento

del agua al subir la marea se extiende como una onda que avanza a una velocidad igual a

√gh, donde h es la profundidad. Si tomamos por ejemplo el caso de una marea que va desde

su nivel mínimo hasta su máximo en 6 horas (periodo de 12 horas) en un bahía alargada de

profundidad de 100 metros, la velocidad de la onda de marea será de 32 m/s (115 km/h). Si

la bahía midiera 690 km de largo, la onda llegaría al final de la bahía en las mismas 6 horas

en que la marea va subiendo en la entrada y regresaría en 6 horas durante la bajada de la

marea en la boca de la bahía. A esto se le llama resonancia hidráulica y es el fenómeno que

mayor amplificación de la marea produce al final de la bahía. Hay casos en que la longitud

de la bahía es el doble, es decir 1380 km para nuestro ejemplo. Allí la amplificación de la

marea no es tan grande, porque la onda va y regresa en el doble del tiempo entrando en

resonancia cada dos ciclos de marea.

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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 contiene una gran cantidad de energía potencial que

quizá podríamos aprovechar con un diseño adecuado. Por otro lado, a veces, 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 evidente pensar en el aprovechamiento de esa energía cinética para fines de

generación eléctrica.

Para aprovechar la energía del primer caso, parece razonable (teóricamente en este

momento, sin entrar en consideraciones ecológicas ni constructivas) instalar un dique de

lado a lado de la bahía, con unas enormes compuertas que permitan el llenado del embalse

marino y luego cerrarlas cuando comience a bajar la marea. En un caso extremo podríamos

llegar a tener un desnivel muy grande entre el interior y el exterior del embalse que

llamaremos ∆H. La masa de agua embalsada es el área por la altura ∆H. Su energía

potencial será esta masa por la gravedad y por la altura media de la masa, es decir por

∆H/2. (Como ejemplo numérico tenemos que un área de un kilómetro cuadrado, con un

desnivel de 8 metros, tendría una energía potencial de 320 millones de kilojoules). Si en el

bordo hipotético instaláramos una gran cantidad de turbinas hidráulicas, a las cuales lesabriéramos sus válvulas cuando estuviera este desnivel más grande, la máxima energía que

podríamos extraer es precisamente la del ejemplo. Si esta operación ideal de pasar el agua

por las turbinas, la realizáramos en una hora (despreciando por el momento la subida del

agua del mar en esa hora), tendríamos una potencia máxima, que es la energía máxima

dividida por 3 600 segundos. (En nuestro ejemplo, 90 MW).

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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 lasturbinas habrá que calcularla cuidadosamente, considerando el desnivel 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

de la presa hará que se cree un desnivel grande entre el embalse y el mar, funcionando el

sistema con mucha carga y poco flujo (alta potencia unitaria en pocas turbinas), mientras

que en el caso de que instalemos centenas de turbinas, al tener sus válvulas abiertas habrá

siempre un gran flujo por las turbinas con poca carga hidráulica (baja potencia unitaria en

muchas turbinas). Se hace evidente que existirá un número ideal de turbinas para lograr la

máxima potencia y otro para lograr la máxima energía. En la figura a continuación se

muestra graficada esta comparación, calculada para un año completo en un embalse

unitario con condiciones parecidas a las del alto Golfo de California.

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Grafico 1: Potencia instalada versus energía anual generada para un embalse de 1 km2 y

una amplitud de marea tipo San Felipe BC, operando sólo en reflujo o en ambos sentidos

(flujo y reflujo).

La modalidad de operación también se puede cambiar, al retrasar a voluntad la

“apertura” de las válvulas de las turbinas. En un caso extremo, al haberse llenado elembalse y cerrado las compuertas, podemos esperar, con las válvulas de las turbinas

cerradas, que baje el nivel del mar y abrirlas pocos minutos antes de que la marea llegue a

su mínimo. Aquí tendríamos la máxima potencia unitaria debido a la alta carga, pero esto se

traduce en mucha potencia durante muy poco tiempo (poca energía).

Otro aspecto importante que se debe tomar en cuenta al analizar la posible generación

eléctrica de un embalse, es el modo de operación en reflujo, en flujo o en ambos. En el

primer caso, al subir la marea se abren las compuertas para llenar el embalse y luego al

bajar la marea (reflujo) se cierran las compuertas y se abren las válvulas de las turbinas para

generar electricidad. Lo mismo se puede hacer a la inversa para la modalidad de flujo. Se

abren las válvulas de las turbinas al subir la marea y luego se vacía el embalse abriendo las

compuertas. Otro esquema es el de doble flujo, en el que no se usan las compuertas y el

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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

y salen a una bahía, especialmente en lugares con estrechamientos. Allí, aunque la subida y

bajada del mar no es importante, se puede aprovechar la energía cinética del agua. La

energía cinética que contiene el agua es un medio de la masa por la velocidad al cuadrado,

desgraciadamente no toda esta energía se puede transformar en electricidad en una bahía.

Existe una eficiencia máxima de conversión alcanzable, independiente de la eficiencia

misma de la turbina, conocida como el límite de Betz, que indica que sólo se puede

aprovechar el 59% de la energía cinética total (no le podemos sacar toda la energía cinética

al agua, porque si bajáramos a cero la velocidad de salida, detendríamos totalmente el

flujo). También empiezan a hacerse evidentes las complicaciones de estos cálculos, ya que

la presencia de turbinas en un flujo abierto de agua altera el flujo de la marea, y puedellegar a destruir completamente el efecto de resonancia y detener las corrientes de marea

que queríamos aprovechar. Los aparatos más comunes para transformar estas corrientes en

energía eléctrica son simples turbinas, parecidas a los aerogeneradores, anclados en el

fondo del mar. También existen otros donde los generadores se instalan en una plataforma

flotante, otros que operan sumergidos hasta los niveles donde se tienen las máximas

corrientes y unos más sencillos que son simples puentes que van de lado a lado de la bahía,

los cuales soportan una serie de turbinas verticales, muy simples, con un generador cada

una. Dentro de todas las tecnologías que se están estudiando para aprovechar las energías

del mar, consideramos que la que más atención está recibiendo es ésta, la de corrientes de

mareas y su pariente cercana, que es la de las corrientes oceánicas, aunque son las que más

problemas tecnológicos tienen por el tema del anclaje.

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Intermitencia de la generación

El aprovechamiento de las mareas para generar electricidad, con un embalse o con

turbinas que aprovechen la energía cinética, siempre tendrá momentos de cero-generación

al igualarse los niveles del mar y el embalse o tener mareas muertas. En el caso de la

generación con embalse, habrá 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

para este inconveniente, se ha considerado el bombeo para almacenar agua en un embalse

elevado y generar energía con turbinas hidráulicas, a la hora que se requiera. O bien,

sencillamente usar la mareomotriz como una energía alterna que sólo ayuda a ahorrar

combustible.

Existen algunas formas ingeniosas para superar este obstáculo, el cual resulta muy

atractivo en algunos casos. Uno de ellos consiste en dividir el embalse en dos y operarlo de

manera alternada con compuertas unidireccionales. De esta forma, una de las mitades del

embalse se mantiene siempre a un nivel lo más alto posible, mediante unas compuertas que

operan como válvulas check que sólo dejan entrar agua y no salir. La otra mitad semantiene lo más bajo posible, con compuertas que sólo permiten la salida de agua. En el

muro divisorio entre ambos estanques se instalan turbinas hidráulicas. El despacho de

energía se realiza a voluntad, abriendo o cerrando las válvulas de las turbinas. Si la

generación no excede los límites de diseño de los embalses, siempre se tendrá un desnivel

suficiente entre ambos lados para operar las turbinas. Este caso, que pareciera

excesivamente impráctico, cobra importancia si uno analiza una bahía de boca estrecha y de

embalse alargado hacia los costados, formando una especie de laguna costera. Allí son

pequeños los bordos para las compuertas y las turbinas. Existen en la naturaleza muchos

casos similares a éste, que bien vale la pena analizarlos.

Otro caso interesante que conseguimos consiste en formar una la isla, con muros de

tablestaca enterrados en el fondo marino, de manera de formar una isla artificial con doble

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embalse, o una especie de corral en el medio de la bahía (o muy cercano a la 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 como de acuacultura,

donde se pueden aislar los cultivos de los depredadores, de las fuertes corrientes 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.

Figura 4: Arreglo esquemático de doble embalse con compuertas unidireccionales.

Tamaño de las turbinas

Es indispensable incluir algunas notas sobre el tamaño de las turbinas, ya que las

turbinas hidráulicas de una mareomotriz tienen dos importantes limitaciones. La carga

hidráulica, bajo la cual operan, será siempre muy pequeña en comparación a las de una

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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 denominadas Straflo (que mencionamos anteriormente, se tiene eficientemente

utilizando en Canadá), que son turbinas hidráulicas con el generador eléctrico integrado en

la propia turbina.

Ventajas y Desvantajas de la Energía Mareomotriz

Ventajas:

• Auto renovable.

• No contaminante.

• Silenciosa.

• Bajo costo de materia prima.

• No concentra población.

• Disponible en cualquier clima y época del año.

Desventajas:

• Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.

• Localización puntual.

• Dependiente de la amplitud de mareas.

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• Traslado de energía muy costoso.

• Efecto negativo sobre la flora y la fauna.

• Limitada.

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Simulación

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

energía mareomotriz. A continuación el Link:

http://www.youtube.com/watch?v=1IIJ6qLGDAs&feature=player_embedded

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Conclusiones y Recomendaciones

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

de energía alternativa respecto a esta forma de generación Mareomotriz es que en verdad esuna de las más eficientes según pudimos investigar, incluso que las solares y eólicas, ya que

las mareas pueden generar energía casi inagotablemente y a pesar de ser un recurso que es

utilizado por el hombre no se visualiza su deterioro ó desvanecimiento en el futuro de la

humanidad, claro está que con las condiciones globales del planeta afectan cada vez más si

no se toman medidas sobre el problema del calentamiento global, ya que tiene efecto sobre

toda la atmosfera terrestre y superficie, incluyendo cambio prolongados o definitivos en el

clima en ciertas zonas del planeta.

Si bien no es una forma de generación fácil de adquirir, desarrollar y/ó implementar,

sobretodo como fuentes de energía para pequeñas comunidades costeras, más que todo

debido a la ingeniería de construcción y equipamiento así como los costos de la misma, los

gobiernos progresistas deberían buscar soluciones prácticas aplicables a corto plazo ya que

territorio como el nuestro que cuenta con 4.208 Km de línea de costa, con una gran

distribución demográfica de población en dichas costas necesitan y pueden ser atendidas

por estas fuentes de energía alternativa, es más toda latinoamerica cuenta con la mismasituación a excepción de Bolivia y Paraguay que no tiene salida al mar, lo cual hace

interesante un proyecto continental de esta magnitud a los fines de atender las poblaciones

costeras y descargar un poco las fuentes típicas de generación.

Es importante como generación de relevo y como estudiantes del PNF en Ingeniería

Eléctrica que nos preparemos en estas tecnologías alternativas de generación eléctrica, lo

cual no sólo lo necesitamos en una población en constante crecimiento sino pensando en la

sustentabilidad del planeta y lo limpia que es esta energía, debemos pensar en que le

estamos dejando a las generaciones futuras y sobre todo que ejemplo estamos dejando.

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Referencias Bibliográficas

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

http://www.see.murdoch.edu.au/resources/info/Tech/tidal/index.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Lester_Allan_Pelton

http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A8ne_d%27Arsonval

http://electronicsbus.com/ocean-energy-tidal-wave-power-generation-osmotic-

power-deep-ocean-thermal-energy-harvesting/

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mareomotriz

http://www.facebook.com/pages/Dynamic-tidal-power/146324925425599

http://www.boards.ie/vbulletin/showthread.php?t=2056254362

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_tidal_power

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http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A8ne_d'Arsonval

http://electronicsbus.com/ocean-energy-tidal-wave-power-generation-osmotic-power-deep-ocean-thermal-energy-harvesting/









http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A8ne_d'Arsonval









ANEXOS

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Anexo 1: Flotantes en las mareas

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Anexo 2: Energía Geotermica

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Anexo 3: Representacion Senoidal de una Ola.

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Anexo 3: Convertidor de Energía de Olas en Energía Electrica.

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Anexo 4:Central Eléctrica Maremotriz en el Estuario del Río Rance

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http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Rance_tidal_power_plant.JPG



Anexo 5: Estimación teórica del potencial energético del alto Golfo de

California, con una serie de embalses hipotéticos.

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Energía Mareomotriz

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