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Trabajo de investigacion sobre el funcionamiento de la energia mereometriz
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ENERGIAS RENOVABLES 2012
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”GENERACION DE ENERGIA MAREOMOTRIZ”
TEMA:
“ENERGIAS RENOVABLES”
MATERIA:
TÉCNICOS EN INGENIERÍA ELÉCTRICA:
ARIAS MONTES, JOSE ELENILSON
SANDOVAL MAZARIEGO, HECTOR ORLANDO
VALLE ORTIZ, VICTOR ALFONZO
VASQUEZ PALACIOS, ABEL ANTONIO
SANTA ANA, 11 DE SEPTIEMBRE DE 2012
ENERGIAS RENOVABLES 2012
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Contenido
INTRODUCCIÒN. ............................................................................................................................. 3
OBJETIVO GENERAL. .................................................................................................................... 4
OBJEIVOS ESPECIFICOS. ............................................................................................................ 5
ENERGÍA MAREOMOTRIZ. .......................................................................................................... 6
FUENTE ENERGÈTICA. ............................................................................................................. 6
GENERADORES DE ENERGÌA MAREOMOTRÌZ. .................................................................... 8
ENERGÍA POTENCIAL DE LAS MAREAS. ............................................................................. 8
ENERGÍA CINÉTICA DE LAS MAREAS. ................................................................................. 9
CENTRALES MAREOMOTRÌCES. ............................................................................................... 9
CENTRALES DE TURBINAS MAREOMOTRICES. ............................................................. 10
CENTRALES DE BARRERAS MAREOMOTRICES. ........................................................... 12
TECNOLOGÍA ACTUAL. ........................................................................................................... 14
ENERGÍA MAREOMOTRIZ DINÁMICA Y ALGUNOS NIVELES DE GENERACIÒN. ....... 15
EJEMPLO DE CÁLCULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA MAREOMOTRIZ. ................. 16
CONCLUSIÒN ................................................................................................................................ 18
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INTRODUCCIÒN.
La energía es la mayor o menor capacidad de realizar un trabajo o producir un
efecto en forma de movimiento, luz, calor, etc. Es la capacidad para producir
transformaciones.
Mares y océanos cubren las tres cuartas partes de la superficie de nuestro
planeta. Constituyen un enorme depósito de energía siempre en movimiento. En la
superficie los vientos provocan las olas que pueden alcanzar hasta 12 metros de
altura, 20 metros debajo de la superficie, las diferencias de temperatura (que
pueden variar de -2º C a 25º C) engendran corrientes; por último, tanto en la
superficie como en el fondo, la conjugación de las atracciones solar y lunar.
Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas del mar, producen una energía
que 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.
La energía gravitatoria terrestre y lunar, la energía solar y la eólica dan lugar,
respectivamente, a tres manifestaciones de la energía del mar: mareas, gradientes
térmicos y olas. De ella se podrá extraer energía mediante los dispositivos
adecuados.
Las tres categorías de movimientos de las aguas del mar:
Debido a las acciones conjuntas del Sol y la Luna se producen tres tipos de
alteraciones en la superficie del mar:
Las corrientes marinas
Las ondas y las olas
Las mareas
La energía mareomotriz puede producir electricidad de dos formas:
Energía potencial de las mareas.
Energía cinética de las mareas.
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OBJETIVO GENERAL.
Conocer el principio de funcionamiento de la generación de energía
mareomotriz gracias al aprovechamiento la serie de fenómenos físicos
que se presentan en esta masa, parte de la superficie terrestre.
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OBJEIVOS ESPECIFICOS.
Estudiar el funcionamiento de los principales sistemas de generación de
energía mareomotriz.
Conocer los aspectos técnicos de la generación de energía mareomotriz,
sus ventajas y el impacto ambiental que esta produce.
Analizar las posibilidades reales que la generación de energía mareomotriz
tenga en la industria, por las características únicas que presenta este tipo
de generación.
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ENERGÍA MAREOMOTRIZ.
FUENTE ENERGÈTICA.
Las corrientes marinas son grandes
masas de agua que como
consecuencia de su calentamiento
por la acción directa y exclusiva del
Sol, se desplazan horizontalmente;
son pues, verdaderos ríos salados
que recorren la superficie de los
océanos.
En su formación influye también la
salinidad de las aguas. La anchura y
profundidad de las corrientes marinas son a veces considerables, ésta última
alcanza en algunos casos centenares de metros. El sentido en el que avanzan es
diferente en los hemisferios, boreal y austral. Algunas corrientes pasan de uno a
otro hemisferio, otras se originan, avanzan, se mueven y se diluyen o mueren en
el mismo hemisferio en el que nacen.
Las trayectorias de tales corrientes son
constantes y ésta circunstancia es la
que aprovechó el hombre durante la
larga época de la navegación a vela;
fue la primera y única utilización de
la fuerza de las corrientes marinas.
- Aprovechamiento de la energía de
las ondas y las olas ya se ha dicho que
los vientos imprimen a las capas
superficiales del mar movimientos
ondulatorios de dos clases: las ondas y
las olas.
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Las primeras 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 característico cabeceo.
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, este 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, 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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- Aprovechamiento de la energía de las
mareas, las mareas son oscilaciones
periódicas del nivel del mar. Es difícil
darse cuenta de este fenómeno lejos de
las costas, pero cerca de éstas se
materializan, se hacen patentes por los
vastos espacios que periódicamente el
mar deja al descubierto y cubre de
nuevo.
Este movimiento de ascenso y descenso
de las aguas del mar se produce por las acciones atractivas del Sol y de la Luna.
La subida de las aguas se denomina flujo, y el descenso reflujo, éste más breve
en tiempo que el primero. Los momentos de máxima elevación del flujo se
denomina pleamar y el de máximo reflujo bajamar.
GENERADORES DE ENERGÌA MAREOMOTRÌZ.
La energía mareomotriz puede producir electricidad de dos formas:
Energía potencial de las mareas.
Energía cinética de las mareas.
ENERGÍA POTENCIAL DE LAS MAREAS.
Dado que la energía potencial varía con la altura de la columna de agua en las
mareas, se pueden emplear equipos de baja presión y/o de movimiento alternativo
para mover un generador eléctrico y así convertir la energía potencial en energía
eléctrica.
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ENERGÍA CINÉTICA DE LAS MAREAS.
Como la energía cinética se genera por el flujo del caudal de agua en el caso
de las mareas, se puede aprovechar eficientemente ése flujo de energía
transformando el movimiento de desplazamiento (corriente marina) en un
movimiento de rotación por medio de turbinas. La turbina convenientemente
acoplada a un generador eléctrico produce la energía eléctrica.
CENTRALES MAREOMOTRÌCES.
Las cent ra les mareomotr ices pueden c las i f icarse en dos t ipos:
Centrales de Turbinas Mareomotrices
Centrales de Barreras mareomotrices.
Si bien de la primera sólo existen prototipos, representa una forma degeneración
que ha despertado mucho interés en la comunidad científica, y gracias a los
avances de la tecnología, en algunos años podría convertirse en el método
principal de transformación de energía mareomotriz
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CENTRALES DE TURBINAS MAREOMOTRICES.
La idea de este generador surgió gracias al motor eléctrico de los propulsores de
los vehículos subacuáticos. Los estudiantes de la Universidad de las Ingenierías y
Ciencias de los Estados Unidos, vieron
el potencial de hacer funcionar este
dispositivo al revés como un generador.
Es vez de usar electricidad para iniciar
el movimiento en las hélices y conducir
el vehículo, el flujo del agua hace
girar las hélices, generando electricidad.
Estos generadores funcionan de la misma manera que los
molinos de viento. La velocidad del flujo de las mareas impulsa
a las turbinas. La mayor densidad del agua, 832 veces la del
aire, logra que un solo generador produzca una cantidad de
energía significativa a bajas velocidades de marea (comparada
con la velocidad del viento). Dado que la energía varía con la
densidad del medio y el cubo de la velocidad, es simple darse
cuenta que una velocidad de agua de 1/10 la velocidad del
viento genera la misma energía con el mismo tamaño de
turbina.
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Sin embargo esto limita la aplicación sólo
a lugares donde las mareas se mueven a
velocidades de al menos 2 nudos (1m/s),
incluso en
las mareas muertas. Si la velocidad está sobre
este nivel, la turbina experimente una seria
sobrecarga y si está por debajo de los 2 nudos
no se puede producir una generación apropiada.
Como este tipo de turbina pertenece a una tecnología aún inmadura (no existe una
producción de facilidades comerciales a escala que provea de
energía en forma rutinaria), ningún proyecto ha surgido todavía como el ganador,
pero, aún así, se está experimentando con una larga variedad de diseños, algunos
muy cerca del despliegue a grandes escalas.
Economía
La tecnología de turbinas mareomotrices está aún en su infancia y por lo tanto
todavía no existen proyectos que puedan compararse. El costo de utilizar turbinas
mareomotrices dependerá de su ubicación y de la tecnología usada. Se estipula
que la turbina u otros equipamientos de generación tendrán un costo similar a los
molinos de viento.
Implicaciones Sociales
Los flujos marinos, que impulsan a las turbinas mareomotrices, son
comunes en áreas remotas. Esto significa que es necesario un examen cuidadoso
de los deseos de la comunidad para asegurar que el proyecto
funcione a su máximo potencial. Como está bajo el agua se evitan los problemas
antiestéticos y tampoco debería afectar a la navegación y trasporte marítimo,
siempre que se tome en consideración al iniciar el proyecto. El plan de
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construcción puede bridar trabajo incluso ya en las etapa de operación, lo que
aportará a la prosperidad de la economía local.
Ventajas y Desventajas
Esta forma de generación tiene muchas ventajas sobre el resto de los métodos.
Las turbinas se instalan bajo el agua y por lo tanto están fuera de la vista. No
representan un problema para la navegación marítima y requieren de mucho
menos materiales para la construcción. También son menos dañinas para el
medio ambiente, ya que no producen gases de efecto invernadero ni ningún otro.
Obviamente, las turbinas afectaran el fondo marino del lugar donde
fueron instaladas, lo que puede afectar la vida acuática en el área. Sin embargo,
esto depende del lugar específico donde se coloquen y aún así es difícil de
predecir. Mientras que se lleven a cabo las adecuadas evaluaciones
sobre el impacto ambiental estas desventajas pueden ser evitadas o minimizadas.
CENTRALES DE BARRERAS MAREOMOTRICES.
Son barreras o represas construidas a través de un estuario o bahía que debe
soportar un rango de marea especial. El rango debe superar los 5 metros para que
la barrera sea útil. El propósito de esta represa o barrera es dejar que
el agua fluya hacia la cuenca cuando la marea sube. La barrera tiene compuertas
que abren el paso al agua. Las compuertas se cierran cuando la marea ha dejado
de subir, atrapando el agua en la cuenca o estuario.
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Mientras la marea retrocede fuera de la barrera, las compuertas en la barrera que
contienen turbinas se abren y la diferencia de niveles de agua dentro y fuera de la
barrera hace que fluya por estas compuertas, accionando las turbinas y generando
energía. Esta puede ser generada en ambas direcciones a través de la barrera
pero puede llegar afectar la eficiencia y la economía del proyecto. La tecnología
utilizada es similar a la Hidroeléctrica. La construcción de una barrera requiere un
largo proyecto de ingeniería civil. La barrera tendrá impactos ambos ecológicos e
ambientales no sólo durante la construcción, sino que cambiarán el área afectada
por siempre. Cuales serán estos impactos serán es muy difícil de predecir ya que
son muy específicos de la ubicación, y cada barrera es diferente.
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TECNOLOGÍA ACTUAL.
El siguiente diagrama es una versión simplificada de una Barrera Mareomotriz.
Existen diferentes tipos de turbinas disponibles para utilizar en una
Barrera Mareomotriz. La turbina tipo “Bombilla” es una en la cual el agua fluye
alrededor de la turbina. Si requiere de mantenimiento, se debe detener el agua lo
que causa un problema y consume tiempo, lo que puede provocar pérdidas de
generación.
Cuando se utilizan turbinas de llanta el generador es montado en un ángulo recto
con respecto a las turbinas, haciendo más fácil el acceso. Pero es te t ipo de
tu rb ina no es adecuado pa ra e l bombeo de agua y es d i f í c i l
regular su rendimiento.
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ENERGÍA MAREOMOTRIZ DINÁMICA Y ALGUNOS NIVELES DE
GENERACIÒN.
La energía mareomotriz dinámica (Dynamic tidal power o DTP) es una
tecnología de generación teórica que explota la interacción entre las energías
cinética y potencial en las corrientes de marea. Se propone que las presas muy
largas (por ejemplo: 30 a 50 km de longitud) se construyan desde las costas hacia
afuera en el mar o el océano, sin encerrar un área. Se introducen por la presa
diferencias de fase de mareas, lo que lleva a un diferencial de nivel de agua
importante (por lo menos 2.3 metros) en aguas marinas ribereñas poco profundas
con corrientes de mareas que oscilan paralelas a la costa, como las que
encontramos en el Reino Unido, China y Corea. Cada represa genera energía en
una escala de 6 a 17 GW.
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EJEMPLO DE CÁLCULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
MAREOMOTRIZ.
Supongamos que el rango de mareas de un lugar en particular es de10 metros.
La superficie de la barrera de la planta mareomotriz es de 9 km2
(3 km * 3 km) = 3000 m * 3000 m = 9.10x6 m2
La densidad del agua es de 1025.18 kg/m3
Podemos determinar la masa del agua del mar en la cuenca multiplicando el
volumen del agua por la densidad de la misma:
Mmar = (área * rango de la marea) * densidad de la masa
= (9.10^6m2 * 10 m) * 1025.18 kg/m3
= 92.10^9 kg (apróx.)
La energía potencial del agua contenida en la cuenca en la marea alta será igual
entonces a ½ por el área, por la densidad, por la aceleración gravitacional, por el
rango de marea al cuadrado.
E = ½ * 9.10^6 m2 * 1025 kg/m3 * 9.81 m/s2. (10 m)2
E = 4,5.10^12 J (apróx.)
Tenemos dos mareas altas y dos mareas bajas todos los días. En la marea baja la
energía potencial es cero. Por lo tanto la energía potencial total por día es igual a:
E T = E * 2
E T = 4,5.10^ 12J * 2
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E T = 9.10^ 12 J
Entonces obtenemos que el potencial de generación de potencia media será igual
a la energía en Jules dividido por el tiempo de un día en segundos:
P T = 9.10 12 J / 86400 s
P T = 104 MW
Asumiendo que la eficiencia de conversión de energía es del 30%. El
promedio de energía generado día a día es de:
= 104 MW * 30% / 100%
= 31 MW (apróx,)
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CONCLUSIÒN
El mar fuente inagotable de recursos energéticos para el ser humano muestra la
oportunidad de desarrollo que brinda su gran potencial, como recurso natural de la
tierra. En el presenta trabajo se mostro una manera de las muchas que existe para
que lograr un avance optimo en la idea del ser humano de lograr un desarrollo
completo eficiente y de poco o nulo impacto para el medio ambiente.
La generación de energía eléctrica a base de la fuerza potencial del mar muestra
la capacidad del ser humano para lograr un balance y armonía con la tierra en la
que habita.
Luego de mostrar una serie de datos y un análisis sobre la generación de energía
mareomotriz se pueden enunciar las siguientes conclusiones:
La generación de energía eléctrica mareomotriz no contamina, es
silenciosa, bajo precio de la materia prima y se dispone de ella en cualquier
época del año.
En esta fuente renovable de energía (mar) existe un enorme potencial de
producción de energía eléctrica.
Entre las desventajas de este proceso de producción de energía eléctrica
se tiene la deformación de las zonas costeras a causa de la instalación de
los grandes equipos de generación.
Un aspecto importante que se puede recalcar es que, hasta el momento se
contempla un bajo impacto ambiental en la fauna, pero que sucederá
cuando el proceso llegue a diversificarse y ser tomado como fuente
energética principal, podrá ocasionar extinción de alguna especie marítima?
Hasta este momento la eficiencia de las centrales marítimas no se a
alcanzado en una excelencia, pero conforme el hombre desarrolle nuevos
dispositivos y mecanismos mas sofisticados de obtención de energía
eléctrica este medio renovable puede llegar a ser el gran el principal
abastecedor de energía en el planeta.
![Energía mareomotriz 474[1]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/55b3942cbb61eb4e6a8b45e9/energia-mareomotriz-4741.jpg)
