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; 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.
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 del interior de
la ría. 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
tamben se aprovecha para producir electricidad.
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.
La energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha embalsando
agua del mar en ensenadas naturales y haciéndola pasar a través de turbinas
hidráulicas.
La leve diferencia de temperaturas llega entre la superficie y
las profundidades del mar (gradiente término), constituye una fuente de energía
llamada mareomotérmica.
La energía de las olas es producida por los vientos y resulta
muy irregular. Ello ha llevado a la construcción de múltiples tipos de máquinas
para hacer posible su aprovechamiento.
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
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.
El conocimiento de las corrientes marinas, de su amplitud,
sentido, velocidad, etc., tiene una importancia considerable para los
navegantes. Una de sus acciones es desviar de su ruta a los buques que penetran
en ellas; favorecen o entorpecen la navegación según el sentido en que se la
recorra. La gran corriente caliente del Golfo, la cual se dirige desde el Golfo
de Mexico a las costas occidentales de Europa, no solo dulcifica el clima de
éstas por sus temperaturas, sino que facilita además la travesía del Atlántico a
los buques que se dirigen de Oeste a Este.
Ningún otro efecto favorable ha podido obtener el hombre de la
enorme energía cinética de las corrientes marinas. Pero los resultados y
ventajas de otro orden (climáticas, antropogeográficas, económicas, etc.) son
incalculables.
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.
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, estro 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.
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.
Las ondas marinas se forman únicamente en puntos determinados
de nuestro planeta y desde ellos se propagan radialmente. Por su importancia
mencionaremos uno: el área de las islas de Azores, situadas casi frente la
Estrecho de Gibraltar y a unos 1800 Km. Al Oeste de él, centro de un área
ciclónica casi permanente. Las grandes ondas marinas que se forman en las islas
mencionadas, recrecidas por el empuje de los fuertes vientos aumentan
considerablemente su altura, masa y velocidad del avance.
Ello explica los efectos que producen cuando se abaten contra algunas costa de
Europa.
Sencilla es la técnica utilizada para captar la energía
desarrolladas 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 ingeniero Cattaneo de Veltri ideó un dispositivo, que
instaló al pie del promontorio rocoso en el cual se asienta la cuidad de Mónaco
y con el fin de proveer de agua marina al Museo Oceanográfico de dicha ciudad.
Consiste en un pozo de cierto diámetro que comunica por su parte inferior con el
mar. A lo largo de este pozo se mueve un pesado flotador guiado por unas barras
de hierro empotradas en la pared de aquél flotador que desciende por el empuje
vertical del agua del mar y conforme con las oscilaciones de la superficie de
éste. Mediante palancas articuladas, el flotador transmitía su empuje a los
vástagos de los émbolos de dos bombas hidráulicas aspirantes impelentes que
elevaban el agua hasta el Museo Oceanográfico. Esta máquina, que funcionó una
docena de años, acabó por ser destruida por las olas a pesar de su robustez y
construcción sencilla. Su rendimiento era reducido y constituyo mas bien una
curiosidad que un dispositivo realmente útil.
Las olas se forman en cualquier punto del mar por la acción del
viento. En un día de calma, por la mañana, la superficie del mar está
absolutamente tranquila. Pero cuando comienza soplar una brisa suave se forman
en la superficie tranquila de las aguas pequeñas elevaciones, olas minúsculas:
el mar se "riza". A medida que aumenta la velocidad del viento, las olas crecen
en altura y en masa mas rápidamente que la longitud, en profundidad, de la ola.
Finalmente, cuando el viento sopla con violencia, las olas alcanzan tamaño
gigantesco y por el impulso de aquél corren sobre la superficie marina a gran
velocidad y descargan toda su potencia sobre los obstáculos que encuentran en su
camino. Los efectos de estos choques son enormes y la cantidad de energía
disipada en ellos es considerable.
Los efectos de tan tremendos choques se hacen visibles en
puertos y escolleras; se citan casos en que bloques artificiales de cemento de
más de dos o tres toneladas de peso han sido levantados de su asiento y lanzados
a varios metros de distancia.
Se han proyectado numerosos aparatos y dispositivos para
aprovechar la energía del oleaje, pero ninguno hasta hoy ha dado resultados
prácticos. La energía de las olas es salvaje, difícil de domesticar. En 1929 se
llevó a la practica el primer proyecto para utilizar la fuerza horizontal de las
olas, empleándose para ello el rotor de Savonius, rueda formada por dos
semicilindros asimétricos montados sobre un mismo chasis. El aparato funcionó
por varios meses en Mónaco. La acción corrosiva del agua del mar lo inutilizó.
Éstas y otras técnicas se han aplicado a la utilización de la
energía horizontal o de traslación de las ondas. La inconstancia de éstas
limita, por una parte, su empleo.
El fracaso de los intentos reseñados y muchos otros llevados a
cabo, parece querer demostrar que es vana la esperanza de aprovechar la energía
de las ondas y las olas. Pero el hombre no se ha resignado a contemplar como se
pierde tanta energía cinética, continua, eterna, que le ofrece la naturaleza
gratuitamente; en vista del fracaso de la utilización de la energía de las ondas
y las olas, los técnicos orientaron sus esfuerzos a utilizar la que se deriva de
la variación del nivel del mar, esto es, la de las mareas y la del calor de las
aguas marinas.
De los sistemas propuestos, para fijar la energía de las olas,
se puede hacer una clasificación, los que se fijan en la plataforma continental
y los flotantes, que se instalan en el mar.
Uno de los primeros fue el convertidor noruego Kvaerner, cuyo
primer prototipo se construyó en Bergen en 1985. Consiste en un tubo hueco de
hormigón, de diez metros de largo, dispuesto verticalmente en el hueco de un
acantilado. Las olas penetran por la parte inferior del cilindro y desplazan
hacia arriba la columna de aire, lo que impulsa una turbina instalada en el
extremo superior del tubo. Esta central tiene una potencia de 500 KW y abastece
a una aldea de 50 casas.
El pato de Salter, que consiste en un flotador alargado cuya
sección tiene forma de pato. La parte más estrecha del flotador se enfrenta a la
ola con el fin de absorber su movimiento lo mejor posible. 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.
La dificultad que presenta este sistema es la generación de
electricidad con los lentos movimientos que se producen.
Balsa de Cockerell, que consta de un conjunto de plataformas
articuladas que reciben el impacto de las crestas de las olas. Las balsas
ascienden y descienden impulsando un fluido hasta un motor que mueve un
generador por medio de un sistema hidráulico instalado en cada articulación.
Rectificador de Russell, formado por módulos que se instalan en
el fondo del mar, paralelos al avance de las olas. Cada módulo consta de dos
cajas rectangulares, una encima de la otra. El agua pasa de la superior a la
inferior a través de una turbina.
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.
La amplitud de mareas no es la misma en todos los lugares; nula
en algunos mares interiores, como en el Mar Negro, entre Rusia y Turquía; de
escaso valor en el Mediterráneo, en el que solo alcanza entre 20 y 40
centímetros, es igual débil en el océano Pacífico. Por el contrario, alcanza
valor notable en determinadas zonas del océano Atlántico, en el cual se
registran las mareas mayores. Así en la costa meridional Atlántica de la
República Argentina, en la provincia de Santa Cruz, alcanza la amplitud de 11
metros, de tal modo que en Puerto Gallegos los buques quedan en seco durante la
baja marea.
Pero aún la supera la marea en determinados lugares, tales como
en las bahías de Fundy y Frobisher, en Canadá (13,6 metros), y en algunos
rincones de las costas europeas de la Gran Bretaña, en el estuario del Servern
(13,6 metros), y de Francia en las bahías de Mont-Saint-Michel (12,7 metros) y
el estuario de Rance (13 metros, en la foto de la derecha).
Belidor, profesor en la escuela de Artillería de La Fère
(Francia), fue el primero que estudió el problema del aprovechamiento de la
energía cinética de las mareas, y previó un sistema que permitía un
funcionamiento continuo de dicha energía, empleando para ello dos cuencas o
receptáculos conjugados.
La utilización de las mareas como fuente de energía montaba
varios siglos. Los ribereños de los ríos costeros ya habían observado corrientes
que hacían girar las ruedas de sus molinos, que eran construidos a lo largo de
las orillas de algunos ríos del oeste de Francia y otros países en los cuales
las mareas vivas son de cierta intensidad. Aún pueden verse algunos de estos
molinos en las costas normandas y bretonas francesas. Los progresos de la
técnica provocaron el abandono de máquinas tan sencillas de rendimiento, hoy
escaso.
Las ideas de Belidor fueron recogidas por otros ingenieros
franceses que proyectaron una mareomotriz en el estuario de Avranches, al norte
y a 25 Km. De Brest basándose en construir un fuerte dique que cerrase el
estuario y utilizar la energía de caída de la marea media, calculando las
turbinas para aprovechar una caída comprendida entre 0,5 y 5,6 metros. Los
estudios para este proyecto estaban listos a fines de 1923, pero el proyecto fue
abandonado.
Otros proyectos se estudiaron en EEUU para aprovechar la
energía de las mareas en las bahías de Fundy y otras menores que se abren en
ella, en las cuales las mareas ofrecen desniveles de hasta 16,6 metros. En la
Cobscook se construyo una mareomotriz de rendimiento medio, lo cual duró durante
pocos años, pues su rendimiento resultaba mas caro que las centrales
termoeléctricas continentales.
Las teorías expuestas por Belidor en su Tratado de Arquitectura
hidráulica (1927) quedaron en el aire; pero la idea de aprovechar la enorme
energía de las mareas no fue jamás abandonada del todo; solo cuando la técnica
avanzo lo suficiente, surgió un grupo de ingenieros que acometió el proyecto de
resolver definitivamente el problema.
La primera tentativa seria para el aprovechamiento de la
energía de las mareas se realiza actualmente en Francia, precisamente en el
estuario de Rance, en las costas de Bretaña. Solo abarca 2.000 ha., pero reúne
magnificas condiciones para el fin que se busca; el nivel entre las mareas alta
y baja alcanza un máximo de 13,5 metros, una de las mayores del mundo. El
volumen de agua que entrara en la instalación por segundo se calcula que en
20.000 m3. , cantidad muy superior a la que arroja al mar por segundo el Rin. Su
coste será de miles de millones de francos; pero se calcula que rendirá
anualmente mas de 800 millones de kv/h. Un poderoso dique artificial que cierra
la entrada del estuario; una esclusa mantiene la comunicación de éste con el mar
y asegura la navegación en su interior.
Todos los elementos de la estación mareomotriz – generadores
eléctricos, máquinas auxiliares, las turbinas, los talleres de reparación, salas
y habitaciones para el personal director y obreros-, todo está contenido,
encerrado entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del estuario.
Una ancha pista de cemento que corre a lo largo de todo él.
Energía térmica oceánica
La explotación de las diferencias de temperatura de los océanos
ha sido propuesta multitud de veces, desde que d’Arsoval lo insinuara en el año
1881, pero el mas conocido pionero de esta técnica fue el científico francés
Georgi Claudi, que invirtió toda su fortuna, obtenida por la invención del tubo
de neón, en una central de conversión térmica.
La conversión de energía térmica oceánica es un método de
convertir en energía útil la diferencia de temperatura entre el agua de la
superficie y el agua que se encuentra a 100 m de profundidad. En las zonas
tropicales esta diferencia varia entre 20 y 24º C. Para el aprovechamiento es
suficiente una diferencia de 20º C.
Las ventajas de esta fuente de energía se asocian a que es un
salto térmico permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede
tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que el
agua fría profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patógenos.
Las posibilidades de esta técnica se han potenciado debido a la
transferencia de tecnología asociada a las explotaciones petrolíferas fuera de
costa. El desarrollo tecnológico de instalación de plataformas profundas, la
utilización de materiales compuestos y nuevas técnicas de unión harán posible el
diseño de una plataforma, pero el máximo inconveniente es el económico.
Las posibilidades de futuro de la energía mareomotriz no son de
consideración como fuentes eléctricas, por su baja rentabilidad y por la grave
agresión que supondría para el medio ambiente. En Galicia, las estaciones de
este tipo solo serian posible en la ría de Arousa (Pontevedra), y su
construcción supondría la destrucción de gran parte de los recursos marisqueros
de esta ría.
En algunas regiones costeras se dan unas mareas especialmente
altas y bajas. En estos lugares se ha propuesto construir grandes represas
costeras que permitirían generar energía eléctrica con grandes volúmenes de agua
aunque con pequeñas diferencias de altura. Es como la energía hidráulica, pero
su origen de atracción gravitacional del Sol y principalmente de la Luna, en vez
del ciclo hidrológico. En México, en general, este recurso no es abundante.
La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario de
Rance (Francia). Los primeros molinos de mareas aparecieron en Francia. Estos se
instalaban en el centro de un dique que cerraba una ensenada. Así se creaba un
embalse que se llenaba durante el reflujo por medio de unas compuertas; durante
el reflujo, el agua salía y se accionaba la rueda de las paletas. La energía
solo se obtenía una vez por marea. Si se ha tardado tanto tiempo en pasar de los
sistemas rudimentarios a los que hoy en día conocemos, es porque la construcción
de una central mareomotriz plantea problemas importantes, requiriendo sistemas
tecnológicos avanzados.
El embalse creado por las obras que represan el Rance tiene un
volumen de 184000000 m3 entre los niveles de pleamar y bajamar.
Se extiende por una veintena de kilómetros, que se alarga hasta
la orilla del Rance, situada junto a la parte mas profunda del río.
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.
Cada grupo esta 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.
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 con la turbina "Strafflo", en experimentación desde 1984
en la bahía de Fundy, en Canadá(donde se dan las mayores mareas del mundo) ahí
existe una central de 18 MW. La innovación de este sistema radica en que el
generador eléctrico circunda los álabes de la turbina, en lugar de ir instalado
a continuación del eje de la misma. De este modo se consigue un aumento de
rendimiento, ya que el generador no se interpone en el flujo del agua.
También Gran Bretaña proyecto construir una central
mareomotriz, en el estuario del río Severn, habiendo estudiado dos posibles
ubicaciones, la que parecía más favorable /denominada Cardiff-Weston), suponía
construir un dique de 16,3 kilómetros para emplazar 192 turbogrupos, con una
producción prevista de 14.4 TWh/año, pero este proyectó un rechazo social por el
impacto al ecosistema.
Ventajas y desventajas 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.
- Traslado de energía muy costoso.
- Efecto negativo sobre la flora y la fauna.
- Limitada.
Fuente: Sica |
