LA ENERGÍA DEL

MAR

David Puertollano

Eduardo Elio Lacal

Diego Langarita

Rubén Villacampa

25 de Mayo de 2011

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN 1.1. DEFINICIÓN ENERGÍA MAREOMOTRIZ Y ENERGÍA UNDIMOTRIZ

1.2. MAREAS

1.3. OLAS

1.4. CORRIENTES

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2. MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA2.1. ENERGÍA UNDIMOTRIZ

2.1.1. Sistemas de obtención de energía del oleajeBasados en el aprovechamiento de:

a) El empuje de la olab) Altura de la superficie de la olac) Variación de la presión bajo la superficie de la olad) Sistemas basculantese) Sistemas de bombeo

2.1.2. Ventajas e inconvenientes de la energía undimotriz2.1.3. Energía undimotriz en España2.1.4. Futuro de la energía undimotriz

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2.2. ENERGÍA MAREOMOTRIZ

2.2.1. Sistemas de obtención de energía de las mareasTurbinas KaplanTurbinas BulboComparaciónCentral Mareomotriz de la Rance

2.2.2. Ventajas y desventajas de la energía mareomotriz2.2.3. Futuro de la energía mareomotriz

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2.3. ENERGÍA DE LAS CORRIENTES MARINAS

Tipo hélice20

2.4. ENERGÍA DE LA TEMPERATURA DEL AGUA (ENERGÍA INTERNA)Según el tipo de ciclo:

a) Circuito abiertob) Circuito cerrado

2.4.1. Ventajas e inconvenientes de la energía mareotérmica2.4.2. Futuro de la energía mareotérmica

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3. CONCLUSIONES 244. BIBLIOGRAFÍA

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1. INTRODUCCIÓN

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.

Con un promedio de 4 Km. de profundidad, 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.

Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas del mar, producen una energía que se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices y undimotrices. Se aprovecha la energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso de las mareas (flujo y reflujo).

1.1. DEFINICIÓN DE ENERGÍAS MAREOMOTRIZ Y UNDIMOTRIZ:La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando 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.

La energía undimotriz, a veces llamada energía olamotriz, es la energía producida por el movimiento de las olas.

Con métodos de aprovechamiento adecuado, son fuentes de energía renovable y limpia.

1.2. MAREASComo ya se ha dicho, 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.

La causa de las mareas es la atracción que la Luna y el Sol ejercen sobre las aguas oceánicas. El fenómeno consiste en elevaciones del nivel del mar que coinciden con los pasos de la luna, seguidas de los respectivos descensos. Se producen dos mareas altas y dos bajas en el trascurso de cada día lunar, es decir 24 horas y 50 minutos. La Luna tiene más influencia que el Sol en las mareas, pues su atracción gravitatoria es mayor (dos veces y cuarto superior a la del Sol). Las llamadas mareas vivas (las más intensas) ocurren cuando la Tierra, la Luna y el Sol están alineados y se suman los efectos gravitatorios de los dos astros. Las mareas muertas (las más pequeñas) ocurren cuando la Luna y el Sol forman un ángulo recto con la Tierra. En altamar y en las costas de los mares interiores las mareas suelen ser más débiles, mientras que en las costas oceánicas las amplitudes aumentan de manera extraordinaria.

Debido a la rotación terrestre, se genera una fuerza centrífuga de las partículas fluidas de los océanos, originando un abultamiento en la zona del ecuador que rodea la Tierra.

La suma de estos dos fenómenos (la diferencia de atracción lunar y la fuerza centrífuga) provocan dos abombamientos de los océanos, en los lugares más cercanos y más lejanos a la Luna, de la superficie de la Tierra.

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Se llama período del ciclo completo de una marea al período de tiempo comprendido entre una pleamar y la bajamar que la sigue, y que abarca más o menos doce horas y veinticinco minutos.

La altura o amplitud de la marea es la diferencia de nivel entre la pleamar y la bajamar que puede ser casi imperceptible (30 a 50 centímetros) o impresionante (21 metros).

Todos los mares tienen mareas, pero donde el fenómeno es evidente es en los océanos abiertos y específicamente las bahías y estrechos en los cuales se internan las aguas de éstos.

1.3. OLASLas olas del mar son ondas mecánicas (es decir, perturbaciones de un medio material)

de las llamadas superficiales, que son aquellas que se propagan por la interfaz (la frontera) entre dos medios materiales. En este caso se trata del límite entre la atmósfera y el océano. La fuerza generadora de las ondas que comúnmente llamamos oleaje es el viento, y la restauradora es la gravedad.

Cuando pasa una ola por aguas profundas (a una profundidad mayor a λ/2 de su longitud de onda), las moléculas de agua regresan casi al mismo sitio donde se encontraban originalmente. Se trata de un vaivén con una componente vertical, de arriba a abajo, y otra longitudinal, la dirección de propagación de la onda. Hay que distinguir dos movimientos. El primero es la oscilación del medio movido por la onda, que en este caso, como hemos visto, es un movimiento iterativo. El segundo es la propagación de la onda, que se produce porque la energía se transmite con ella, trasladando el fenómeno con una dirección y velocidad, llamada en este caso velocidad de onda.

En realidad se produce un pequeño desplazamiento neto del agua en la dirección de propagación, dado que en cada oscilación una molécula o partícula no retorna exactamente al mismo punto, sino a otro ligeramente más adelantado. Es por esta razón por la que el viento no provoca solamente olas, sino también corrientes superficiales.

Parámetros de las olas:A = amplitud. H = altura. λ = longitud de onda.

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La parte más alta de una ola es su cresta, y la parte más profunda de la depresión entre dos olas consecutivas se llama valle. A la distancia entre dos crestas se le denomina longitud de onda (λ) y a la diferencia de altura entre una cresta y un valle se le llama altura de la ola. La amplitud es la distancia que la partícula se aparta de su posición media en una dirección perpendicular a la de la propagación. La amplitud vale la mitad de la altura. La pendiente (δ) es el cociente de la altura y la longitud de onda:

δ = H / λ

Se llama período (τ) al tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas consecutivas por el mismo punto. La velocidad de onda (también llamada velocidad de fase o celeridad), es decir la velocidad de propagación, se calcula dividiendo la longitud de onda por el período:

c = λ / τ

En aguas profundas (>λ/2) la velocidad de onda es proporcional a la longitud de onda, en aguas muy superficiales (<λ/2) por el contrario, depende sólo de la profundidad.

1.4. CORRIENTESLas corrientes tienen multitud de causas. Principalmente, el efecto Coriolis, debido al

movimiento de rotación terrestre (que actúa de manera distinta y hasta opuesta en el fondo del océano y en la superficie) y por los vientos de la superficie terrestre, así como la configuración de las costas y la ubicación de los continentes.

Corrientes marinas mundiales.

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2. MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA

Según el método o medio utilizado para aprovechar la energía que brinda una fuente, pueden diferenciarse dos tipos de conversión:

Conversión primaria: Consiste en la extracción de la energía de las olas mediante sistemas mecánicos o neumáticos, convirtiendo el movimiento de las olas, en el movimiento de un cuerpo o en un flujo de aire. La energía del oleaje se puede aprovechar para mover flotadores en sentido vertical y en rotación. Se denominan sistemas primarios o de primera Generación.

Conversión secundaria: Consiste en la conversión de movimientos mecánicos o neumáticos en energía utilizable, generalmente electricidad. Los medios utilizados para ello son turbinas neumáticas e hidráulicas, dispositivos de transmisión mecánica, y de inducción magnética. Se denominan sistemas secundarios o de segunda Generación.

2.1. ENERGÍA UNDIMOTRIZ Las olas son el resultado del efecto del viento, lo que origina una transferencia de

energía hacia la superficie del océano. Son, por tanto, una forma de energía cinética a la que se puede acceder usando diversos mecanismos, que responden al movimiento de las olas, captando parte de su energía. En definitiva, la energía undimotriz consiste en el aprovechamiento de la energía cinética y potencial del oleaje para la producción de electricidad.

El oleaje es un derivado directo de la energía solar: el calentamiento desigual de la atmósfera terrestre genera viento, y el viento genera olas. Una de las propiedades características de las olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía, debido a que la energía disipada por el roce de las partículas, es adquirida de nuevo gracias al viento de la capa superficial, efectos gravitatorios, etc. Por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental, de esta manera, su energía se concentra en las costas.

La energía contenida en las olas varía de un sitio a otro, pero, en general, cuanto más alejadas del ecuador estén, más energía contendrán. Aunque condiciones locales, tales como, tipo de costa, lugar donde se generen y profundidad del océano, tienen una gran importancia en la definición de la cantidad de energía. Se estima que se puede obtener unos 1.000 TWh anuales del flujo de energía de las olas en Europa , cantidades a tener muy en cuenta de cara a una futura expansión en el aprovechamiento de este tipo de energía.

2.1.1. Sistemas de obtención de energía del oleajeLas técnicas de utilización energética del oleaje aprovechan estos fenómenos básicos

que se producen en las olas, y son:Los sistemas activos son aquellos en los que los elementos del dispositivo, al moverse

a impulsos del oleaje, generan energía aprovechando el movimiento relativo entre sus partes fijas y móviles.

Los sistemas pasivos son aquellos en los que la estructura permanece inmóvil, generándose energía directamente, a partir del propio movimiento de las partículas de agua.

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Entre ellos, los sistemas desarrollados están ideados para el aprovechamiento de:

a) El empuje de la ola: La energía de las olas se puede absorber mediante un obstáculo que transmite la energía a un pistón. Debido a que el exceso de energía acaba destruyendo los sistemas por erosión, no ha sido implantado a gran escala. También se denomina energía olamotriz. Son sistemas activos primarios.

Tipo Oyster (“Ostra”)Este tipo de sistema aprovecha el golpeo intermitente de las olas, así como el flujo y el

reflujo inconstante del proceso, moviendo un pistón que acciona a su vez una bomba de alta presión de un circuito hidráulico conectado a una turbina. Este tipo es aplicable dependiendo sobre todo del tamaño del aparato, lugar de situación y profundidad:

| 20 cm|

Existen desde unidades pequeñas de 20 cm de espesor de pala, hasta las grandes “ostras” con palas de más de 10 metros de longitud.

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b) La variación de la altura de la superficie de la ola: Situando estructuras flotantes que se mueven con las olas, de manera que puedan captar su energía. Se dispone de un gran número de los mismos para capturar la energía.

Su pequeño tamaño resulta ventajoso y permite su fabricación en serie. La mayoría de estos aparatos utilizan el efecto de bombeo que proporciona un flotador. Sus inconvenientes derivan principalmente de la fiabilidad de los caudales y de la interconexión eléctrica. Se les puede considerar aparatos de segunda generación.

Otro tipo de mecanismo que capta la energía generada por la diferencia de altura de la ola con la superficie es:

Wave DragonEl mecanismo es muy sencillo: Una barrera captura el agua de las olas que sobrepasan

un cierto nivel y la almacena en un estanque flotante. Al pasar por unas turbinas hidroeléctricas, su energía potencial se convierte en energía eléctrica. El dragón de olas no usa ningún mecanismo intermedio, sino que simplemente captura la energía potencial del agua elevada de forma natural. De construcción muy simple, este mecanismo sólo tiene una parte móvil: las turbinas de tipo bulbo. Todavía está en proceso de investigación y desarrollo.

c) Variación de la presión bajo la superficie de la ola: Son sistemas de columna de agua oscilante. Consisten en una cámara abierta al mar, que encierra un volumen de aire que se comprime y se expande por la oscilación del agua inducida por el oleaje. Esta variación de presión es aprovechada por las turbinas, que son reversibles, para aprovechar también el reflujo del aire llenando la cámara cuando el nivel de agua disminuye. Pueden ser considerados como sistemas de primera generación y existen fijos y móviles.

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d) Sistemas basculantes: pueden ser tanto flotantes como sumergidos. El movimiento de balanceo se convierte a través de un sistema hidráulico o mecánico en movimiento lineal o rotacional para el generador eléctrico. Son de segunda generación. Existen varios ingenios que permiten este tipo de colección energética, de los cuales destacan, por su aplicación más extendida:

PelamisEs un ingenio metálico flotante y articulado, que al ser movido por las olas varía la

posición relativa de las componentes del cuerpo, generando electricidad. Varios dispositivos se pueden conectar juntos y llegar a la orilla a través de un solo cable submarino. Los modelos pueden variar, según el sistema que incorporen para la obtención de energía.

Es un mecanismo basado en el principio de la Balsa de Cockerell (también llamados Rafts), donde el movimiento de las plataformas impulsa un fluido viscoso, generalmente aceite, para moverlo a presión en un circuito que incorpora una turbina.

También existen de tipo inductivo, donde el movimiento relativo de una parte magnética en un alternador genera directamente energía eléctrica.

Pato SalterConsiste en un flotador cuya sección más estrecha se enfrenta a la ola con el fin de

absorber su movimiento. Los flotadores giran bajo la acción de las olas alrededor de un eje, cuyo movimiento de rotación acciona una bomba de aceite que se encarga de mover una turbina. Recibe el nombre de su parecido con la forma de un pato.

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e) Sistemas de bombeo: aprovechan el movimiento vertical de las partículas del agua para generar un sistema de bombeo mediante un flotador que impulsa el agua en una manguera:

SearaserEl Searaser aprovecha la energía de las olas en la costa para bombear agua tierra

adentro. La utilidad está en que se pueden montar pequeñas centrales hidráulicas para la generación de electricidad aprovechando la caída del agua bombeada de nuevo al mar.

El invento no requiere de ningún tipo de aporte de energía eléctrica externo, y tiene unos costes de mantenimiento muy bajos, sin necesidad de lubricantes.

Además de la utilidad de crear balsas de agua en zonas costeras para utilizarlas para la generación de electricidad mediante la tecnología de las minicentrales hidráulicas, otra utilidad es la de subir el agua hasta las desaladoras. De esta forma habría un importante ahorro energético en la desalación de agua.

Se han realizado pruebas en las que se ha conseguido elevar agua a 50 metros, y se espera poder optimizar el proceso para lograr que el agua suba hasta los 200 metros.

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Esquema de funcionamiento de un Searaser

Ejemplo de instalación de Searaser para bombear agua y lograr su turbinado. Este sistema es teóricamente perfecto. Se han añadido a un generador eólico marino para aumentar la efectividad

energética de cada torre.

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2.1.2. Ventajas e inconvenientes de la energía undimotrizLa instalación de sistemas generadores de este tipo de energía, tienen las siguientes

ventajas: Creación de zonas de calma: son beneficiosas en el caso de su aplicación a la

acuicultura ya que permite colocar jaulas en zonas más alejadas de la costa. De esta forma se puede disminuir el gran conflicto que existe entre este sector y el turismo, debido a los inconvenientes que ocasionan las jaulas de peces con respecto al impacto visual y a los malos olores. Por otra parte, determinados sistemas de generación de energía undimotriz pueden producir zonas de calma para playas que alternativamente tendrían un rompeolas tradicional, dando una doble utilidad a estas estructuras.

Autoabastecimiento energético de ciertas infraestructuras del puerto: la generación de energía puede abastecer eléctricamente a los equipamientos portuarios y de ocio que se encuentren en la zona al igual que a los barcos atracados.

Aprovechamiento de estructuras existentes: Ciertos sistemas de generación de electricidad a partir de energía undimotriz pueden incorporarse sobre las estructuras tradicionales de un puerto (diques, rompeolas, etc.) dando a estos elementos múltiples usos y por lo tanto un valor añadido importante.

Nuevas fuentes de ingresos para un puerto.

También se presentan los siguientes inconvenientes: Reducción de espacio navegable: La creación de grandes espacios con este tipo de

infraestructuras implica que deba ser continuamente evitado por el tráfico marítimo cercano.

Mantenimiento: Siempre debe ser cuidado y reparado, teniendo equipos especiales de buzos, técnicos, embarcaciones e instalaciones preparadas para solucionar cualquier imprevisto.

2.1.3 Energía Undimotriz En EspañaEn España aún no se aprovecha este tipo de energía de forma comercial, solamente en

Cantabria y el País Vasco existen dos centrales piloto en Santoña y en Motrico. Así mismo, existe un proyecto para instalar una planta undimotriz en Granadilla (Tenerife).

Santoña, Cantabria:Es un parque energético basado en la descripción B) hecha anteriormente: boyas cuyo

movimiento armónico hace generar una corriente eléctrica debido a las diferencias de potencial eléctrico inducido. La corriente se transmite a tierra a través de un cable submarino. Iberdrola, la promotora, ha instalado 10 boyas sumergidas a una profundidad de 40 metros, a una distancia de la costa entre 1,5 y 3 kilómetros, ocupando una superficie de unos 2000 km².

Las boyas tienen una potencia total de 1,5 MW, y suben y bajan al vaivén de las olas, enrollando y desenrollando un cable que mueve un generador de energía. Según sus promotores, las principales ventajas de este sistema son su seguridad, al encontrarse sumergido, su mayor durabilidad y un impacto ambiental mínimo.

Motrico, País Vasco:

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En este pueblo se ha instalado una boya que se basa en la tecnología de columna de agua oscilante, que puede generar una potencia de 40 kW y la idea es que está siendo probado para añadir otras nuevas boyas en el futuro, que podrían generar una potencia de 500 KW.

Galicia y TenerifeAllí se está probando la Serpiente “Pelamis”. Por otra parte, en el puerto de

Granadilla, Tenerife, también está prevista la instalación de una planta de energía undimotriz para probar su funcionamiento, aunque el tipo de sistema está todavía por decidir.

Todo esto no es de extrañar, pues son lugares estratégicamente localizados, debido a la mayor bravura del Océano Atlántico, frente a la calma del Mar Mediterráneo:

2.1.4. Futuro de la energía undimotriz La energía generada a partir de las olas pertenece al sector de las energías renovables,

y es un área en alto crecimiento dado la importancia de encontrar fuentes de energía alternativas, sostenibles y limpias.

El primer convertidor de energía undimotriz se patentó en Francia en 1799. Sin embargo, el lento desarrollo de la tecnología y los enormes costes han provocado que no se hayan realizado grandes proyectos hasta estos últimos años. En España, este sector está recibiendo el apoyo de las diversas Administraciones, las cuales están promoviendo varias iniciativas a diferentes niveles para fomentar el desarrollo tecnológico de este tipo de energía renovable.

Según Wedge Global, España se perfila como un país líder para el desarrollo de las energías renovables marinas por tres principales motivos:

1) Existencia de uno de los mejores recursos energéticos de Europa,2) Marco legislativo actual y a futuro contemplando la energía undimotriz,3) Modelo de éxito perfectamente probado (experiencia con energía eólica).

Al igual que el Searaser, la Pelamis también puede combinarse con otros tipos de sistemas para resultar mucho más efectiva.

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2.2. ENERGÍA MAREOMOTRIZ La explotación de la energía potencial correspondiente a la sobreelevación del nivel del

mar parece en teoría muy simple: se construye un dique cerrando una bahía, estuario o golfo aislándolo del mar exterior, se colocan en él los equipos adecuados (turbinas, generadores, esclusas) y luego, aprovechando el desnivel que se producirá como consecuencia de la marea, se genera energía entre el embalse así formado y el mar exterior.

Esta energía, pese a sus potenciales ventajas, no ha sido de las más estudiadas y solamente Francia y la ex-Unión Soviética tienen experiencia práctica en centrales eléctricas accionadas por mareas.

La energía mareomotriz podría aportar unos 635.000 GW/h anuales, equivalentes a 1.045.000.000 barriles de petróleo ó 392.000.000 toneladas de carbón cada año, evidentemente, sin repercusiones tan severas al medioambiente como la quema de combustibles fósiles.

El único problema es el elevado costo inicial por kW de capacidad instalada, pero se debe tener en cuenta que no requiere combustible, no contamina la atmósfera y se estima su vida útil en un siglo. Por todo ello, sería interesante retomar el estudio de éstas y otras energías renovables no convencionales para asegurar un futuro predecible.

Los avances actuales de la técnica, el acelerado crecimiento de la demanda energética mundial y el siempre latente incremento en el precio de los combustibles son factores primordiales que acercan cada vez más la implantación de este tipo de sistemas de generación de energía.

2.2.1. Sistemas de obtención de energía de las mareasEl 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 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 del mar es inferior al de la ría, porque el movimiento del agua es en sentido contrario que el anterior, pero también se aprovecha para producir electricidad.

La innovación está constituida por la instalación de grupos de 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.

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.

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Esquema de funcionamiento de una turbina de tipo bulbo en un sistema de aprovechamiento de energía mareomotriz.

Al contrario que en turbinas de tipo Pelton o Francis, la potencia de la turbina depende en mayor medida del caudal, y no del salto. La turbina Kaplan se adapta a pequeñas alturas y grandes caudales. Las alturas varían entre los 4 y 90 metros y su velocidad específica ns está comprendida entre 300 y 900 rpm.

La demanda creciente de energía obligó al diseño de toda clase de aprovechamiento posible. Incluso para menores alturas y mayores caudales. Apareció entonces la turbina bulbo, capaz de aprovechar saltos de entre 1 a 15 metros de altura. Con ella el campo de aplicación de las turbinas aumenta hasta ns = 1150.

Turbinas KaplanSon turbinas de tipo hélice, pero con los álabes del rodete orientables, y que lleva el

nombre de su inventor, Viktor Kaplan. Al poder variar la posición de los álabes, puede buscarse que su inclinación coincida en cualquier punto de funcionamiento con la dirección del flujo a la entrada del rodete, por lo que se adapta bien a un amplio rango de carga.

El paso de flujo es totalmente axial. Las turbinas hélice tienen un buen rendimiento a carga normal, es decir mayor del 90% del caudal de diseño, después decaen fuertemente. Con las Kaplan, gracias a su sistema de variación de posición de los

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álabes, se aprovecha un mayor rango de caudal, manteniendo el rendimiento. El cambio de posición de los álabes del rodete se realiza mediante un servomotor colocado preferentemente en el interior del cubo de dicho rodete.

Turbinas BulboSon un modelo especial de las Kaplan, aptas para aprovechar saltos de muy poca altura

y gran caudal. El alternador queda dentro del cuerpo de la turbina, y el agua que circula entre esta y la otra pared concéntrica de mayor diámetro, pasa en primer lugar por los canales que forman unas aletas guía fijas, que sirven de soporte estructural, a continuación por el canal de las aletas guía pivotadas para la regulación, y por último atraviesan un rodete tipo Kaplan. El conjunto queda sumergido como si fuera un submarino. Se accede a él a través de un pozo con diseño exterior aerodinámico para favorecer el paso del agua.

Esquema de montaje de una turbina de tipo bulbo.

La velocidad específica de una turbina bulbo es muy alta, de entre 600 y 1150 rpm, solapándose parcialmente con las turbinas tipo Kaplan. Generalmente, en centrales mareomotrices, el número de revoluciones es pequeño, lo que obliga a tener un alternador con un gran número de polos, y en consecuencia un gran diámetro.

La generación de energía se efectúa con ambas mareas, lo que exige que las turbinas operen eficazmente con un determinado caudal de agua en cualquier dirección, funcionando tanto durante el llenado, como durante el vaciado del embalse.

ComparaciónSe ha comprobado que, para una caída y consumo dados, se obtiene la misma

potencia. Por ejemplo, con una turbina de tipo Bulbo de 6,10 m de diámetro a una velocidad de 87 rpm, que con una rueda Kaplan de 7 m girando a 71 rpm.

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Se puede hablar de una relación entre la velocidad de giro y el diámetro del rodete:

TurbinaKaplanTurbinaBulbo

= 7m6,1m

=83,3 rpm71,4 rpm

=1,15

También se observan menos pérdidas de carga en las bulbo, tanto a la entrada como a la salida de la turbina, lo que implica una mejora del rendimiento, presentando mejores condiciones a la cavitación. También son de menor peso, lo que origina una disminución del coste de la obra civil.

Central Mareomotriz de la RanceLa central mareomotriz se ubica sobre el Río Rance, cuyo cauce desemboca sobre el

Océano Atlántico muy cerca del canal de la Mancha, zona además donde se encuentra la ciudad de Saint-Maló, a 60 kilómetros de Rennes.

En noviembre de 1996, la central celebró su 30 aniversario de operación, el proyecto precursor que comenzó en 1950 siendo un suceso económico, industrial y tecnológico. Durante 30 años, las 24 turbinas de La Rance habían mostrado buenos resultados de rentabilidad, sin mayores incidentes o averías durante 160.000 horas en las que ha generado 16 billones kWh.

Para habilitar la planta de energía mareomotriz y operarla correctamente durante los próximos 30 años, Electricité de France decidió llevar a cabo una reparación general y preventiva de todo el equipamiento, que durará unos 10 años.

Información general de la central mareomotriz:

1) La central:La planta de energía de La Rance es una estructura de 750m de largo y llega a 13

metros bajo el nivel del mar, esto ha permitido la creación de un embalse de 184 millones de metros cúbicos con capacidad efectiva

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entre 0 y 13,5 metros sobre el nivel del mar, extendiendo el río aguas arriba hasta Lyvet, 20 Km dentro de tierra.

Su área es de 2,2 hectáreas cuando el agua está a 13,5 m de altura, el ensamble estructural incluye, desde el banco derecho al izquierdo, una compuerta que permite la navegación entre el estuario y el mar.

Central mareomotriz de La Rance

La planta de energía, localizada en la parte más profunda de la propia central, contiene 24 unidades del tipo bulbo, un dique (terraplén) lleno de rocas que separa el resto del estuario entre la planta de energía y un dique móvil equipado con 6 compuertas. Al banco contiguo de la sala de maquinaria hay una cámara de hormigón cavada en el dique. Está dividida en 28 huecos de contrafuerte y está cubierta por una bóveda que sostiene la carretera de paso. Los tres primeros huecos, los más cercanos a la puerta, están ocupados por áreas de mantenimiento. Los siguientes 25 huecos protegen las 24 unidades bulbo, los 3 transformadores principales y la sala de control.

2) Turbinas de doble sentido: La planta mareomotriz de La Rance es capaz de turbinar en ambos sentidos, cuando el

estuario está lleno y cuando este está vacío. Las hojas de la turbina pueden cambiar la dirección de acuerdo a la dirección de la corriente.

3) El Dique de contención:Éste es una barrera de rocas de 163 metros de largo con una carretera en la cara

superior. Es hermética (impermeable) gracias a una pared central hormigón, incluyendo en la parte más baja una acceso galería en el lado izquierdo del banco. La estructura conduce a la pared final de la planta de energía y, en el lado derecho del banco, conduce a la Isla Chalibert.

Este dique resulta fundamental para permitir crear un estuario totalmente artificial, lo que permite determinar el volumen de la masa de agua a utilizar para posteriormente establecer la potencia, los ciclos de utilización, etc. Conceptos fundamentales que determinan el rendimiento de la central.

4) Características técnicas generales:

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Potencia instalada: 240 MW. Producción anual: 544 GW al año, equivalente a 300.000 barriles de petróleo. Turbinas: Tipo Bulbo con rodete Kaplan, distribuidor cónico. Diámetro: 5,35 m. Número de hojas: 4 por turbina. Inclinación variable de las hojas: de -5º a 35º.

2.2.2. Ventajas y desventajas de la energía mareomotrizLa instalación de este tipo de centrales, tiene por lo general las siguientes ventajas:

Energía renovable, siempre disponible con independencia de la climatología. No contaminante: Tanto de emisiones de gases, como de vibraciones y de ruidos. Bajo costo de materia prima. No concentra población.

También se presentan los siguientes inconvenientes: Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. Localización puntual en zonas especiales, apropiadas y estudiadas. Dependiente de la amplitud de mareas. Traslado de energía muy costoso. Efecto negativo sobre la flora y la fauna. Requiere una alta inversión inicial, limitada al presupuesto disponible, aumentando

mucho el tiempo de amortización de cada central.

2.2.3. Futuro de la energía mareomotrizSiendo una fuente de energía limpia, es una de las opciones más viables para terminar

con los problemas de la contaminación que hoy en día acarrean otras fuentes de energía no renovables, como puede ser la combustión de materiales fósiles. Sin embargo, aunque es de las pocas fuentes que no dependen ni de la climatología, ni están limitadas por la finitud de los recursos, no está muy desarrollada; tal vez por la fuerte inversión que supone la creación de una central o por el impacto ambiental que puede causar el hecho de represar litros y litros de agua creando corrientes nuevas que alterarían en cierta manera los ecosistemas de los lugares donde se ubicaran.

Ese impacto medioambiental es el peor de los males que conlleva la implantación de una central mareomotriz, si se pudiera dejar a un lado el aspecto económico y se centraran las investigaciones en minimizar los daños, estaríamos frente a la energía del futuro.

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2.3. ENERGÍA DE LAS CORRIENTES MARINASEs una forma de energía, obtenida del aprovechamiento de la energía cinética de las

corrientes marinas. La energía cinética de las corrientes marinas se pueden convertir en su mayor parte, de la misma forma que una turbina eólica extrae energía del viento, utilizando varios tipos de rotores de flujo abierto. El potencial de generación de energía eléctrica a partir de las corrientes marinas de la marea es enorme: sólo un 0,1% de la energía disponible en la Corriente del Golfo, tiene 21.000 veces más energía que las Cataratas del Niágara, en un flujo de agua que es 50 veces el flujo total de los ríos de agua dulce de todo el mundo.

Evidentemente, es una de las formas de obtención energética que más sufre la corrosión del medio y las inclemencias. Deben estar preparados para un uso largo y duradero en condiciones de fatiga. Además representan un menor impacto sobre la fauna marina y el medioambiente.

El sistema más usado para aprovechar este tipo de energía:

Tipo héliceEste tipo de sistema está basado en los aerogeneradores eólicos. Se dispone un

generador con una hélice de una o dos palas en la dirección de una corriente existente para aprovechar el movimiento relativo causado por el desplazamiento de la masa de agua. De esta manera, en un campo de generadores tipo hélice de unas 100 unidades, podríamos llegar a obtener 10 MW/h al año, con una inversión mínima.

Son unidades pequeñas y económicas, que favorecen su implantación debido a su bajo impacto medioambiental. También pueden combinarse con otras estructuras (Searaser, parques eólicos marinos, etc.) para facilitar la instalación de transporte de energía.

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Diferentes métodos de aplicación de sistemas de aprovechamiento energético de las corrientes.

2.4. ENERGÍA DE LA TEMPERATURA DEL AGUA (ENERGÍA INTERNA)La energía termo-oceánica es más conocida como energía térmica oceánica, y está

basada en la explotación de la diferencia de temperaturas en los océanos. La diferencia de temperatura en ciertas partes del océano, como las zonas tropicales, oscila en torno a los 20 grados entre la superficie y los 100 metros de profundidad. En zonas árticas y antárticas estas diferencias pueden llegar a ser mayores, pero se necesitan instalaciones que intercambien el agua a mayor profundidad, llegando a alcanzar los 1000 metros.

Las técnicas para la obtención de energía mediante esta modalidad se reducen básicamente a dos:

a) Circuito abierto: Se genera energía eléctrica, gracias al generador enganchado a una turbina que es movida por la evaporación del agua a baja presión.

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b) Circuito cerrado: Se utiliza un fluido de baja temperatura de ebullición como el amoniaco o el propano, para que en contacto con el agua caliente de la superficie se evapore. En estado gaseoso mueve una turbina, y vuelve a las profundidades donde se enfría y se licua para luego volver a subir y evaporarse.

La energía térmica oceánica es una de las mayores fuentes energía, pero las pequeñas diferencias de temperatura hacen que la extracción de energía sea más difícil y costosa. En sus inicios esta energía térmica tenía una eficiencia de máximo el 3% muy por debajo del 7% que en teoría podemos obtener. Diseños de hoy en día se acercan más a la teoría.

Un motor de calor es un dispositivo termodinámico colocado entre los dos flujos. Conforme el calor fluye de un lado para otro, el motor convierte esta energía del calor en energía útil. Este principio es usado en turbinas de vapor y motores de combustión interna,

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mientras que los refrigeradores hacen exactamente lo contrario. Pero a diferencia de tener que quemar un combustible como en el motor de combustión, esta central obtiene la energía de la diferencia de temperaturas.

2.4.1. Ventajas e inconvenientes de la energía mareotérmicaDebido a su singular proceso de conversión energética también proporcionará agua

desalada como subproducto. Y por si esto fuera poco, además de producir cerca de 300.000 litros de agua dulce cada día, también puede ser utilizado para producir combustible de hidrógeno mediante electrólisis.

2.4.2. Futuro de la energía mareotérmicaTodavía no se han conseguido grandes rendimientos con esta técnica, ya que no

existen grandes diferencias de temperatura, pero se están realizando un gran número de proyectos de investigación para la energía térmica-oceánica, como el diseño de una planta de 10 MW de energía térmica oceánica en Hawái, y esperan esté lista para operar en 2012.

Prediseño de la Central de Hawaii.

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3. CONCLUSIONES

Este trabajo de investigación sobre la energía de los mares se ha centrado en un aspecto didáctico del tema. Evidentemente, las leyes de la física son una aproximación para entender la realidad, pero los fundamentos ideológicos deben quedar claros antes de estudiar tablas de rendimientos y ecuaciones. Se pretende más bien hacer entender el espíritu de los mecanismos de aprovechamiento energético, muchos de ellos en desarrollo o con poca eficiencia, pero todos provenientes de la misma idea de obtener energía de una manera limpia. Por esto mismo, hemos decidido dividir nuestro trabajo en dos partes principalmente (Energía contenida en los mares y Métodos de aprovechamiento), explicando cada elemento, pero sin entrar en exceso en el detalle de las ecuaciones.

Tras todas nuestras búsquedas de información y reuniones para terminar la redacción y edición del texto, compartimos la idea de que son necesarias más fuentes de energía renovables, y el mar, como hemos visto, es un espacio inmenso lleno de posibilidades, pero todavía queda mucha labor de desarrollo y de educación social hacia este tipo de iniciativas, de momento “novedosas”. Aún se debe andar mucho camino para conseguir una sustitución de fuentes de energía contaminantes.

4. BIBLIOGRAFÍA

Entre otras muchas, se usaron estas páginas de Internet:

1) http://www.dforceblog.com

2) http://www.textoscientificos.com/energia/mareomotriz

3) http://www.feriaenergiasrenovables.com/m-energia-mareomotriz.html

4) http://www.feriadelagua.es/feriavirtual/3d.php

5) http://gfn.unizar.es/renovables/es/undimotriz

6) http://www.caballano.com/

7) http://www.gia-energias.com.ar/mareomotriz.htm

8) http://www.ecofactory.es/2008/02/otec-energia-termica-oceanica.html

Además se hizo uso de los apuntes de clase (Temas 5, 6 y 7 en formato *.pdf) y de las

versiones digitales de:

1) Gómez Navarro J.L. y Aracil J.J.: “Saltos de agua y presas de embalse“, Tomo I.

2) Esteire, Eva y Madrid, Ana: “Energías renovables: Manual Técnico”, Ed. Madrid.

3) Colmenar Santos, Antonio y Carta González, José Antonio: ”Centrales de energías

renovables”, Ed. Prentice-Hall.

David Puertollano | Eduardo Elio Lacal | Diego Langarita | Rubén Villacampa

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