energía mareomotriz

Universidad de Puerto Rico en Aguadilla

Departamento de Electrónica, Física y Control de Calidad

Energía Mareomotriz

Adrián Bagué Carrero, #844-08-0720

Rafael O. Pellot Cuebas, # 844-08-5490

Jomel Maldonado Vélez, # 802-97-4141

TEEL 4115 Sección L-A1

7/10/2011

Presentado a: Prof. Irvin Balaguer

Universidad de Puerto Rico en Aguadilla, Departamento de Electrónica

Tabla de Contenido

Introducción…….…………………………………………………………………………………3

Formación de oleaje………………………………………….……………………………………4

Formación de las mareas…………………………………………………………………………..5

Formación de corrientes marinas y cambios termales…………………………………………….6

Generación por corrientes marinas……………………………………………….……………….7

Generación por oleajes……………………………………………………………………………8

Generación por mareas……………………………………………………………………………9

Generación Océano Termal……………………………………………………………………...11

Ventajas…………………………………………………………………………………………..12

Desventajas……………………………………………………………………………………....13

Aplicabilidad para Puerto Rico………………………………………………………………….14

Conclusión…………………………………………………………………………………….....16

Bibliografía………………………………………………………………………………………17

2Sistemas de Potencia – TEEL 4115


Introducción

Se ha preparado un estudio detallado de cada uno de los recursos energéticos que se

pueden obtener del mar para la producción de energía eléctrica. Estos recursos incluyen:

mareomotriz, oleajes, corrientes marinas y océano termal. Este estudio está restringido a factores

realistas como la disponibilidad del recurso bajo consideración, área superficial, ciclos

estacionales y la disponibilidad de la tecnología.

En adición se explica la forma en la cual los fenómenos naturales interactúan y provocan

los cambios en el mar, tales como las corrientes, temperaturas, niveles y oleajes, que impulsan

dichos sistemas para la producción de energía eléctrica. Por último se detallara la viabilidad de

los distintos sistemas estudiados y su aplicación en Puerto Rico, con sus respectivas ventajas y

desventajas.



Formación del oleaje

Las olas del mar son generadas por el paso del viento sobre la superficie del mar. La

energía es transferida desde el viento a las olas. Las ondas viajan grandes distancias a través del

océano y a gran velocidad y la energía se concentra cerca de la superficie del agua. La energía

dentro de una onda es proporcional al cuadrado de la altura de las olas. Por lo tanto, una ola de

dos metros de altura tiene cuatro veces la potencia de una onda de alta de un metro. A pesar de

que la energía de las olas es una forma concentrada de la energía eólica, estas están fuera de fase

con las condiciones del viento local. Por lo tanto puede ayudar a equilibrar la variabilidad del

producto de otras fuentes renovables y maximizar el uso eficiente de las redes eléctricas. La

energía de las olas es más predecible que la de muchas otras formas de energía renovable, como

la eólica o la solar, y se puede predecir con exactitud hasta cinco días de antelación. La densidad

energética promedio mundial es de 8kW/m de línea costera. Mientras la energía eólica y solar

solo se puede aprovechar durante el día, las olas se pueden aprovechar durante las 24 horas

diarias. La energía disponible queda determinada por la siguiente fórmula:

Etotal=(ρ ∙g ∙H 2) /8

Donde:

ρ=densidaddel agua=1025kg /m3

g=9.81m/ s2

H=altura (m )



Formación de las mareas

Las mareas son la fluctuación periódica del nivel de los océanos, se debe principalmente

a la atracción gravitatoria de la luna y el sol y al movimiento rotacional de la Tierra. Otros

factores son la forma y el relieve de las costas, el fondo y los fenómenos meteorológicos. La

amplitud de una marea es extremadamente variable de un litoral marítimo a otro. Es nula en

algunos mares interiores, de escaso valor en el Mediterráneo al igual que en el océano Pacífico y,

por el contrario, se amplifica y alcanza valores notables en determinadas zonas como el océano

Atlántico. La energía disponible queda determinada por la siguiente fórmula:

Flujo de Energia=[ (ρ ∙g ∙H 2) /8 ] ∙Cg

Donde:

ρ=densidaddel agua=1025kg /m3

g=9.81m/ s2

H=altura (m )Cg=velocidad del agua (m /s )



Formación de corrientes marinas y cambios termales

Las corrientes marinas se deben a tres fuerzas que interactúan sobre el agua. El flujo del

viento provoca un movimiento horizontal en la superficie del agua. El efecto de coriolis y la

rotación de la tierra provocan un movimiento horizontal a ciertas profundidades en sentido

contrario al movimiento de la superficie. El sol calienta la superficie del agua y crea un cambio

en temperatura entra la superficie y la profundidad, esto provoca los movimientos verticales del

agua debido a los cambios en densidad. Estos tres movimientos crean un lazo cerrado de flujo o

corrientes marinas.

La temperatura superficial del agua se debe a la absorción de la radiación solar en el

agua. En diferentes zonas del mundo el agua tiene distintas temperaturas dependiendo de la

profundidad y la exposición solar. Se pueden distinguir tres capas térmicas:

a) La superficial: de 100 a 200 metros de espesor, que actúa como colector de calor,

con temperaturas entre 25 y 30 grados.

b) La intermedia: entre los 200 y 400 metros de profundidad, con una variación

rápida de temperatura y que actúa como barrera térmica entre las capas superior y

profunda.

c) La profunda: en la que la temperatura disminuye suavemente hasta alcanzar 4 °C a

1000 metros y 2 °C a 5000 metros.



Generación por corrientes marinas

Existen un gran número de dispositivos diseñados para el aprovechamiento de este tipo

de energía. A pesar de que hay distintas formas de generar la energía, los conceptos en los que se

basan se pueden clasificar en cuatro tipos básicos, estos son:

1) Corrientes marinas

2) Oleajes

3) Mareas (Sistemas de represa)

4) Océano Termal

Generación por corrientes marinas, utiliza unas hélices conectadas a generadores,

sumergidas en el agua. El flujo del agua hace que gire las hélices y por ende el generador. La

corriente eléctrica se lleva a la bahía por unos cables sub-marinos para acondicionar la señal. Los

generadores pueden funcionar en cualquiera de las dos direcciones de flujo de agua. Estos

generadores tienen forma de torres que se construyen desde el fondo del mar y sobresalen a la

superficie. Tiene el efecto de ocupar cierto espacio y puede interferir con el movimiento y

migración de las especies marinas y el movimiento de embarcaciones.



Generación por oleajes

Generación por oleaje consiste de unos flotadores conectados entre sí. El movimiento

relativo de los flotadores hace mover unas botellas hidráulicas. Este desplazamiento hace fluir un

aceite a alta presión a través de motores hidráulicos, que mueven unos generadores eléctricos. El

sistema flota, y está anclado al fondo del mar. La corriente eléctrica se lleva a la bahía por unos

cables sub-marinos para acondicionar la señal. Tiene el efecto de ocupar cierto espacio y puede

interferir con el movimiento de embarcaciones, pero no con las especies marinas, ya que es un

objeto flotante.



Generación por mareas

Generación por mareas, utiliza los cambios en altura de los niveles del agua durante la

pleamar para llenar unos embalses artificiales. Luego se cierran unas compuertas durante la

bajamar para retener el agua en un lado de la represa. El agua se va desplazando del lado más

alto hacia el lado más bajo a través de unas turbinas que generan la corriente eléctrica. El eje de

rotación de la turbina puede ser montado tanto de forma vertical como horizontal, dependiendo

del diseño de la represa. La corriente eléctrica se lleva a la bahía por unos cables sub-marinos

para acondicionar la señal. Tiene el efecto de ocupar cierta cantidad de espacio y puede interferir

con el movimiento de las especies marinas, ya que representa una barrera física que impide su

libre movimiento.

Ciclo de funcionamiento de simple efecto - se dispone de un embalse único. El llenado

del embalse se efectúa con las compuertas abiertas y el vaciado con turbinas. Cuando sube la

marea se abren las compuertas y el embalse se llena. Cuando comienza a bajar la marea se

cierran las compuertas y se espera un tiempo, del orden de 3 horas, para alcanzar una diferencia

de nivel adecuada entre el mar y el embalse. A continuación, durante 5 ó 6 horas, se hace pasar el

agua por las turbinas generando energía eléctrica.



Ciclo de funcionamiento de doble efecto - 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.

La energía utilizable es menor debido a que las diferencias de niveles entre el embalse y el mar

son menores que en los ciclos de simple efecto, reduciéndose el rango de variación del nivel

embalsado, y disminuyendo también el rendimiento al no ser por -Fig. 2: Ciclo doble efecto

posible optimizar las turbinas y el caudal, pero aún así el factor de utilización de la planta es

mayor, lo que proporciona un 18% más de energía que en los casos de simple efecto.

Los tiempos de funcionamiento son del orden de 6 a 7 horas por marea, lo que supone entre 12 y

14 horas diarias de generación de energía, con tiempos de espera entre 2 y 3 horas por marea.



Generación Océano Termal

Generación por diferencias termales o el gradiente térmico de distintas profundidades,

ocean termal energy conversion (OTEC), requiere de una plataforma flotante relativamente

grande que albergue los equipos de generación y una seria de tubería e intercambiadores de

temperatura sumergidos. El sistema flota, y está anclado al fondo del mar. Usando el agua

superficial para calentar un líquido con un punto de ebullición bajo (usando un intercambiador de

calor) este se transformaría en vapor que podría mover una turbina para generar electricidad.

Luego, este vapor se enfriaría en otro intercambiador de calor en contacto con el agua fría de las

profundidades para luego reiniciar el ciclo de generación. Esto provoca un flujo en el circuito de

refrigeración, Ciclo Rankine, que hace girar unas turbinas que generan la corriente eléctrica. La

corriente eléctrica se lleva a la bahía por unos cables sub-marinos para acondicionar la señal.

Tiene el efecto de ocupar cierto espacio y puede interferir con el movimiento y migración de las

especies marinas y el movimiento de embarcaciones.



Ventajas

Las ventajas más importantes de estas centrales es que tienen las características

convencionales de cualquier central hidroeléctrica. Responden de forma rápida y eficiente a los

cambios de carga, generando energía libre de contaminación, y de variaciones estacionales o

anuales. Tienen un mantenimiento bajo y una vida prácticamente ilimitada. Este tipo de energía

se auto renueva, no contamina, es silenciosa, la materia prima es la marea y es muy barata,

funciona en cualquier clima y época del año, y ayuda para que no haya inundaciones.

Ventajas de la energía mareomotriz

• Autorrenovable

• No contaminante

• Silenciosa

• De bajo costo de materia prima

• No concentra población

• Disponible en cualquier clima y época del año

• No presenta problemas de sequía como la hidráulica



Desventajas

La desventaja fundamental es que necesita una gran inversión inicial y se tardan varios

años en construir las instalaciones. Otros inconvenientes son los posibles cambios en el

ecosistema y el impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.

Hay que destacar que en lo respectivo al aspecto ecológico, este tipo de energía no

contamina ya que no genera dióxido de carbono u otros gases contaminantes, pero tiene un

efecto importante sobre la flora y fauna desde el momento en que modifica la configuración del

área bañada por las aguas del mar y el tiempo de permanencia de las mismas en las costas,

alterando otras actividades como la acuicultura.

Otra desventaja de la energía mareomotriz es el impacto visual que produce en el paisaje

costero y el efecto negativo en la flora y fauna. Para la construcción de una central mareomotriz

en bahías. Esta es una de las mayores desventajas de la energía mareomotriz, solo es viable en

zonas muy concretas del planeta.

Desventajas de la energía mareomotriz

• Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero

• Localización puntual que depende de la amplitud de las mareas, diferencias termales, corrientes marinas u oleaje

• Traslado de energía muy costoso

• Efecto negativo sobre la flora y la fauna

• Limitada



Aplicabilidad para Puerto Rico

Según el reporte final de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez, titulado:

“Achievable Renewable Energy Targets For Puerto Rico” en la conversión de energía océano

termal y la energía capturada por oleajes tiene el potencial de producir hasta 5 MW por cada

3660 m2.

Energía por oleajes, la energía mareomotriz tiene un gran potencial de producción de

energía, alrededor de 17, 000,000 MWh anuales. Si solo se utiliza el 10% del espacio disponible

en el área de las costas del noroeste. Este recurso representa la fuente de mayor potencial que aun

no ha sido explotado en Puerto Rico. Dado los desarrollos de la tecnología, es altamente

recomendable hacer proyectos pilotos que estudien las medidas de oleaje y la validación de dicha

tecnología. Se debe tomar en consideración los impactos ambientales, sociales y la preocupación

de la comunidad para determinar si el desarrollo es uno sustentable. Se tiene que establecer

política pública para el licenciamiento de espacios disponibles para el aprovechamiento de dicha

energía.

Energía por corrientes marinas y mareas, es importante mencionar que el potencial de

generación eléctrica de las corrientes marinas y las mareas, usando la tecnología actual, es muy

pequeño en comparación con la energía disponible utilizando el oleaje, por ende no es

económicamente viable.

Energía océano termal, aunque en Puerto Rico se considera que posee un excelente

potencial para la generación de energía océano termal, aun se desconoce muchos factores con

respecto a la tecnología, ecología, economía y viabilidad social de esta tecnología. Esta

tecnología conlleva una seria de tubos de hasta 40 pies de diámetro y unas bombas que



interfieren con el flujo natural del agua. Además existen otros factores como la corrosión y los

organismos que se adhieren a las superficies debajo del agua, esto aumenta los costos de

mantenimiento. Impactos a la sociedad, la pesca, deportes recreativos y desarrollo turístico deben

ser considerados. Debido a estos factores, el OTEC debe ser considerado como una segunda

opción. Existe un numero máximo de plataformas océano termales adyacentes que se pueden

instalar por área cuadrada, esto debido a la capacidad del sol para calentar y crear una diferencia

en temperatura.



Conclusión

Según la información recopilada en este estudio, la alternativa más viable en términos

económicos y de menor impacto ambiental, visual y social es la utilización de las olas para la

generación de energía eléctrica. Esto debido a que tiene un gran potencial de producción de

energía, alrededor de 17, 000,000 MWh anuales utilizando solo el 10% de las costas del

noroeste.

Como segunda opción, por su alto potencial de producir energía, se recomienda la

alternativa de energía océano termal. Pero aun se debe realizar más estudios que consideren otros

factores con respecto a la tecnología, ecología, economía y viabilidad social de esta tecnología.

Energía por corrientes marinas y mareas, el potencial de generación eléctrica usando la

tecnología actual, es muy pequeño en comparación con la energía disponible utilizando el oleaje,

por ende no es económicamente viable.



Bibliografía

Irizarry, A.A., Colucci, J.A. & Carrillo, E.O. (2008). Achievable Renewable Energy Targets For Puerto Rico’s Renewable Energy Portfolio Standard Final Report. Retrieved from http://www.uprm.edu/aret/docs/ARET_for_PR_RPS.pdf

Pelamis Wave Power. (2011). Retrieved from http://www.pelamiswave.com/our-technology/the-pelamis

Rebich, C., (2011). Generador eléctrico mareomotriz. Retrieved from http://www.vistaalmar.es/15/ciencia-tecnologia/ingenieria-innovacion/622-gem-generador-electrico-mareomotriz.html

Ocean Termal Energy Conversion at Punta Tuna. (2009). Retrieved from http://www.youtube.com/watch?v=iDFjZKYY2no

Legaz, R. (2006). Energia Marina Desarrollo de una planta de energia de las olas en el Cantabrico. Retrieved from http://www.eve.es/jornadas/ponencias_jornadamarina/Iberdrola.pdf


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http://www.pelamiswave.com/our-technology/the-pelamis

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energía mareomotriz

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