INSTITUTO TCNOLOGICO CENTROAMERICANO REGIONAL SANTA ANA DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA Y ELCTRNICA TCNICO EN INGENIEA ELCTRICA

TRABAJO: ENERGA MAREOMOTRIZ

ASESOR: ING.DANIEL ZEPEDA

ASIGNATURA: ENRGIA RENOVABLE

PRESENTADO POR: SERGIO ERNESTO DURAN HECTOR ARMANDO NUEZ MARIO ADALBERTO GARCIA

SANTA ANA, MIERCOLES 21 DE SEPTIEMBRE DE 2011

TABLA DE CONTENIDOS

ContenidoINTRODUCCIN..3 ANTESCEDENTES INTERNACIONALES ................................................................................................. 4 ENRGIA MAREOMOTRIZ ................................................................................................................... 6 EFECTOS GRAVITACIONALES Y LA FUERZA CENTRFUGA ............................................................... 7 MAREAS.8 RECURSOS DE LAS MAREAS ............................................................................................................ 9 FSICA DE LAS MAREAS ................................................................................................................... 9 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE ENRGIA MAREOMOTRIZ .............................................................. 9 APROVECHAMIENTO DE LA ENRGIA DE LAS ONDAS Y LAS OLAS ................................................. 9 APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGIAS DE LAS MAREAS.12 EJEMPLO DE INSTALACIN DE ENRGIA MAREOMOTIZ .................................................................. 13 ESQUEMA ENRGIA MAREOMOTRIZ ................................................................................................ 16 MEMORIA DE CLCULO .................................................................................................................... 17 CONCLUSIONES20 ANEXOS ............................................................................................................................................. 21

INTRODUCCINVivimos en una sociedad de consumo y de creciente expansin, en la era de la tecnologa, donde la necesidad de energa es inevitable. En esta situacin uno de los principales problemas a nivel mundial que existen en el panorama actual es el de la finitud de las fuentes de energa habituales ya que las necesidades energticas son crecientes y los recursos limitados. Nuestra sociedad camina as hacia un colapso energtico y las energas alternativas renovables, tales como la elica, la hidrulica, la solar, la de la biomasa o la mareomotriz, son la opcin ms ecolgica y razonable. Extraamente esta ltima nunca fue aprovechada y es desconocida por la mayora de las personas an siendo una fuente inagotable y segura, ya que depende del movimiento continuo de las mareas. Los pioneros en el estudio y explotacin de este recurso fueron los franceses, en el verano de 1966 se puso en marcha una planta de energa mareomotriz de 240.000 Kw en el ro Rance, un estuario del canal de la Mancha, en el noroeste de Francia. Consiste en un paredn que cierra el ro, permitiendo as almacenar agua en la represa cuando sube la marea y luego liberarla cuando el nivel de agua del mar es menor, generando al llenar y vaciar el estuario artificial mediante el paso del fluido por las turbinas la energa aprovechable que es la elctrica. Dicho concepto permiti a los investigadores elaborar una propuesta de generacin en distintas regiones en base a la central realizada en Francia. Por ser un referente a nivel mundial, en este trabajo se le dedicar un apartado a la descripcin de su funcionamiento y sus instalaciones. Pero en primer lugar se detallar la base del funcionamiento, el movimiento de las olas, sus fluctuaciones y dems variaciones. A continuacin y por ltimo se estudia el aprovechamiento del movimiento de las olas y los equipos utilizados para rentabilizarlo.

3

ANTESCEDENTES INTERNACIONALESARGENTINA La amplitud de mareas en la Costa Atlntica Sur de nuestro pas es una de las ms elevadas del mundo, circunstancia que permite crear esperanzas de aprovechamiento de la energa de las mareas a bajo costo y enormes proporciones. Por ello, los expertos se concentran en la pennsula de Valds, al noroeste de Chubut, formada por los Golfos San Jos, al norte, alimentado por el Golfo de San Matas; y el Golfo Nuevo, al sur, alimentado por el O. Atlntico. El estrecho Istmo Carlos Ameghino (de 5 a 7 kilmetros de ancho), que separa ambos Golfos, acta como magnifico dique natural. Contiene a un lado y a otro el agua de las crecientes y de las bajantes que se alternen en uno y otro Golfo. La onda de marea, se desplaza desde los polos, es decir, para nosotros de sur a norte y la conformacin fsica del Golfo Nuevo con 5,6 metros de amplitud y el Golfo de San Jos con la caracterstica de existir entre ambos Golfos un intervalo pleamar-bajamar de cinco horas. Como consecuencia de esos desniveles, se producen valores energticos que dan como conclusin que la potencia inestable seria del doble de la potencia hidroelctrica instalada actualmente en todo el pas. Con un optimismo menor, se han formulado varias propuestas mas alrededor del esquema del cierre de los Golfos San Jos y Nuevo mediante presas, y su comunicacin por medio de un canal a travs del Istmo donde se ubicara la usina. Esta usina, segn los informes tcnicos, podra producir ms de 8.000 millones de kilovatios/hora; energa limpia y nica en el mundo por ser contina. Esta posibilidad de obtener energa en la pennsula, tiene una larga historia (el primer proyecto de aprovechamiento data de 1915) que culmina con la sancin de la ley 20956 aprobada en 1975 que establece, en un plazo no mayor de 3 aos, la elaboracin del proyecto para el aprovechamiento mareomotriz en la pennsula de Valds, utilizando el desfasaje de mareas existente entre los Golfos Nuevo y San Jos. La necesidad de buscar nuevas fuentes energticas naturales nos obliga a desarrollar nuevas tecnologas de captacin; la pennsula de Valds brinda alentadoras posibilidades de lograrlo. Proyecto: Nuestro proyecto para aprovechar el uso de esta energa en Argentina, se realizar en el Sur Patagnico del pas, ya que aqu se encuentran las mayores amplitudes de mareas y estamos en presencia de fuertes vientos. Las construcciones a realizarse sern pequeas y de materiales anticorrosivos al agua de mar, de este modo evitaramos el deterioro de dichas construcciones y se reduciran las posibilidades de un impacto ambiental. 4

Si bien esta construccin requiere de un alto coste de realizacin, no representara un inconveniente, ya que con el paso del tiempo, el aprovechamiento de esta energa nos demostrar un ahorro, tanto al brindarnos la energa producida por las mareas como al dejar de comprar combustibles. Podemos decir entonces, que a largo plazo, esta obra se pagara sola. Para la realizacin de este proyecto emplearamos a gente capacitada y eficiente para la construccin; como as tambin realizaramos consultas con profesionales experimentados en la materia. En cuanto al inconveniente representado por el impacto visual y estructural del paisaje costero, construiramos nuestra usina en una zona con poca concurrencia turstica, En sntesis basamos nuestro proyecto en el ahorro, la eficiencia y el aprovechamiento de energas naturales. INICIATIVAS ESPAOLAS EN APROVECHAMIENTO DE LA ENRGIA DEL MAR Espaa quiere aprovechar el potencial energtico del litoral ya que segn datos oficiales la energa costera supera los 37.000 MW., lo que ha impulsado la creacin de dos prototipos para obtener electricidad a partir de las olas. El primero es una plataforma flotante anclada al fondo marino que emplea un proceso llamado electrolisis, que consiste en convertir la energa en hidrgeno, que posteriormente se almacena y transporta hasta los grupos productores de electricidad. El segundo consiste en una boya fijada tambin al suelo marino que se enrollara como un yo-yo y transmitira la fuerza de su flotabilidad y desplazamiento a un generador elctrico. Las boyas estn formadas por mdulos (6 m2 de superficie y 2 de profundidad) y se calcula que 1 km2 de estos artilugios producira 270 GW. /h. suficientes para alimentar ms de 100.000 viviendas. En la actualidad, hay en marcha dos proyectos de centrales piloto para utilizar la fuerza de las olas. El primero, en Santoa, Cantabria, se ubicar a poco ms de un km. del litoral y ocupar una superficie de 2.000 m2. Constar de 10 boyas gigantes ancladas al fondo marino que suministrarn entre 1.2 y 2 MW. de potencia que podrn abastecer las demandas energticas de 1.500 familias. El funcionamiento es simple. Al subir y bajar las boyas por la fuerza del oleaje, el agua entra a una bomba hidrulica siendo impulsada para mover un generador que aprovecha la energa y produce electricidad. La corriente se transmite por cable hasta la costa para ser distribuida a travs de la red. Su impacto ambiental ser muy pequeo, las balizas no perjudicarn la pesca ni suponen un peligro para los baistas y pueden crear un pequeo ecosistema ya que actuarn. El segundo se desarrolla en Mutriku, Euskadi, y emplear la tecnologa llamada 'columna de agua oscilante'. El funcionamiento es el siguiente: cuando la ola llega al dique, el agua asciende por el interior de unas cmaras, comprimiendo el aire que contienen y expulsndolo a travs El aire comprimido sale a gran velocidad, haciendo girar las turbinas, cuyos generadores.

5

CHILE EL PAIS CON MAYOR POTENCIAL A NIVEL MUNDIAL DE ENERGIA MAREOMOTRIZ La energa mareomotriz corresponde a la energa presente en los mares debido al oleaje y a las diferencias de alturas producto de la atraccin gravitacional del sol y la luna: las mareas. Un estudio encargado a Garrad Hassan a travs del demostr que Chile tiene un Banco Interamericano de Desarrollo potencial bruto en energa mareomotriz -slo a travs del oleaje- de unos 164 GW, una potencia nica en el mundo. Seala tambin que de slo aprovechar un 10% de la energa mareomotriz disponible, podramos igualar la capacidad instalada de todo el Sistema Interconectado Central, haciendo innecesaria la construccin de otro tipo de centrales contaminantes e inseguras como las centrales a carbn o la energa nuclear, o bien tan resistidas actualmente como las centrales hidroelctricas. An necesitamos energa nuclear? Me parece que no. El estudio completo Preliminary Site Selection Chilean Marine Energy resources se encuentra publicado en la pgina de la Comisin Nacional de Energa con el fin de servir de referencia y gua para aquellos ms interesados en el tema. El objetivo del estudio fue el de identificar preliminarmente, aquellas zonas ms aptas para el aprovechamiento de la este tipo de energa, refinando la bsqueda a travs de factores como la cercana a la red elctrica actual, as como a puertos y centros poblados para garantizar una menor prdida por transporte. Algunos resultados del estudio sealan que a partir de Valparaso hacia el sur, se muestra un mejor ndice de aprovechamiento del recurso, excluyendo eso s las regiones de Aysn (XI) y Magallanes (XII) que dada su lejana con centros de alta demanda energtica, no hacen viable su instalacin pese a lo beneficiosa de algunas localidades, como el Estrecho de Magallanes. Del mismo modo hace recomendaciones sobre el rol que debe jugar Chile en este mbito a nivel mundial, recogiendo exitosas experiencias internacionales en Espaa y Alemania y sealando que Chile puede jugar un papel decisivo en su desarrollo e investigacin, convirtindose en un actor relevante a nivel mundial. En base a las conclusiones del informe, la energa mareomotriz presenta altas ventajas como la seguridad energtica, bajos costos de implementacin -al compararlos con los beneficios netos-, un bajo impacto medioambiental y una reduccin de los costos de la electricidad.

6

ENRGIA MAREOMOTRIZCOMO FUNCIONA La energa de las mareas se transforma en electricidad en las denominadas centrales mareomotrices, que funcionan como un embalse tradicional de ro. El depsito se llena con la marea y el agua se retiene hasta la bajamar para ser liberada despus a travs de una red de conductos estrechos, que aumentan la presin, hasta las turbinas que generan la electricidad. Sin embargo, su alto costo de mantenimiento frena su proliferacin. El lugar ideal para instalar un central mareomotriz es un estuario, una baha o una ra donde el agua de mar penetre. La construccin de una central mareomotriz es slo posible en lugares con una diferencia de al menos 5 metros entre la marea alta y la baja. El agua, al pasar por el canal de carga hacia el mar, acciona la hlice de la turbina y sta, al girar, mueve un generador que produce electricidad. Cuando la marea sube, las compuertas del dique se abren y el agua ingresa en el embalse. Al llegar el nivel del agua del embalse a su punto mximo se cierran las compuertas. Durante la bajamar el nivel del mar desciende por debajo del nivel del embalse. Cuando la diferencia entre el nivel del embalse y del mar alcanza su mxima amplitud, se abren las compuertas dejando pasar el agua por las turbinas.

EFECTOS GRAVITACIONALES Y LA FUERZA CENTRFUGA La interaccin de la Luna y la Tierra dan como resultado que los ocanos del planeta crezcan hacia la Luna. En el lado opuesto de la Tierra a la Luna, el efecto gravitacional est parcialmente neutralizado por la Tierra, resultando en una menor interaccin y los ocanos ubicados en ese lugar se alejan de la Luna, debido a las fuerzas centrfugas. Esto es conocido como Marea Lunar. Esta situacin se complica por la interaccin gravitacional del Sol que resulta en un efecto idntico, de los ocanos del planeta creciendo y alejndose del Sol en los lados adyacentes y opuestos de la Tierra. Este fenmeno es conocido como Marea Solar. Como el Sol y la Luna no estn ubicados en posiciones fijas en la esfera celeste, sino que cambian de posicin con respecto uno del otro, su influencia en el rango de mareas (la diferencia entre la marea alta y baja) tambin se ve afectada. Por ejemplo, cuando la Luna y el Sol estn en lnea con la Tierra, el rango de marea es la superposicin del rango de las Mareas Lunar y Solar. Esto resulta en el rango de marea mximo (mareas de primavera). Por el contrario, cuando la Luna y el Sol estn ubicados en ngulo recto a cada uno, se producen las diferencias de mareas ms pequeas (ver Figura 1), resultando en las Mareas Muertas. 7

MAREAS En el ocano las fuerzas de origen externo son producidas por el Sol y la Luna. El Sol, por calentamiento, da lugar al movimiento del aire, es decir, los vientos, y la Luna colabora en la generacin de la marea, o sea que produce el ascenso y descenso peridico de la superficie del mar. Los movimientos del aire se originan con los cambios de temperatura. El Sol calienta la Tierra, las aguas y el aire que la rodean, pero este calentamiento no es uniforme. El aire se calienta ms en ciertas partes del planeta que en otras. A mayor calor el aire se torna ms liviano y se eleva, dando lugar a zonas de bajas presiones. Los astros generadores de la marea son. en orden de importancia, la Luna y el Sol. Juntos dan lugar a la marea, pues ambos atraen las masas de agua de la Tierra en la misma forma que sta atrae objetos prximos a su superficie. 8

LAS MAREAS PARA PRODUCIR ENRGIA La energa de las mareas presenta un potencial muy grande para mejorar el transporte, debido al desarrollo de puentes para automviles y ferroviarios sobre estuarios, y la reduccin de las emisiones de gases que producen el efecto invernadero, gracias a la utilizacin de la energa de las mareas en reemplazo de los combustibles fsiles. Las mareas pueden proveer una base de generacin de energa para desplazar a los combustibles fsiles y a las tecnologas contaminantes que daan directamente el medio ambiente. Existen problemas con los sistemas de mareas que utilizan grandes represas para su generacin, sin embargo existen otros mtodos para generar energa de a partir de las mareas que no requieren este tipo de grandes construcciones.

RECURSOS DE LAS MAREAS Los recursos de las mareas son las variaciones que se dan en el nivel del mar dos veces al da, causadas, principalmente, por el efecto gravitacional de la Luna, y en una menor medida, del Sol, en los ocanos del planeta. La rotacin de la Tierra es tambin un factor en la generacin de las mareas. El aprovechamiento de la energa de las mareas no es un nuevo concepto y se ha venido usando desde, al menos, el siglo XI en Inglaterra y Francia para el almacenamiento en molinos de granos.

FSICA DE LAS MAREAS Es esencial comprender los principios que producen el aumento de las mareas para explicar la energa de las mismas. Si bien es complejo alcanzar un conocimiento profundo de las interacciones que se encuentran en juego, el origen de las mareas puede ser explicado en trminos generales investigando los efectos gravitacionales de la Luna y el Sol en el ocano y el efecto de las fuerzas centrfugas.

EL FUTURO DE LA ENGIA DE LAS MAREAS El futuro de la energa de las mareas parece comenzar a brillar con el desarrollo de tecnologas de generacin de mareas que tienen poco impacto en el medio ambiente, y que adems tienen costos de capital ms bajos y por lo tanto menores costos de produccin. La energa de las mareas parece estar comenzando a ser una parte importante del futuro de la energa sustentable

CARACTERISTICAS DE LAS PLAYAS Una playa se caracteriza por las dimensiones medias de las partculas de arena que la componen, por el rango y la distribucin de las dimensiones de dichas partculas la altura del berma o por la pendiente de la ante playa y por la pendiente general de la costa interior. 9

VENTAJAS Y DESVENTAJA DE LA ENRGIA MAREOMOTRIZVENTAJAS Auto renovable No contaminante Silenciosa No concentra poblacin Bajo costo de materia prima Disponible en cualquier clima DESVENTAJAS Limitada Localizacin puntual Impacto visual Dependiente de la amplitud de mareas Efecto negativo sobre la flora y la fauna Traslado de energa muy costoso

APROVECHAMIENTO DE LA ENRGIA 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 cilndricas. 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 caracterstico 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 perodo, 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 accin del viento. Las espigas se inclinan en el sentido del viento, se enderezan y se vuelven a inclinar; de modo anlogo, por la accin 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 elevacin. Parece, pues, que oscila a un lado y otro en un punto fijo, amortigundose rpidamente este movimiento oscilatorio que se profundiza en el mar. La energa que desarrollan las ondas es enorme y proporcional a las masas de aguas que oscilan y a la amplitud de oscilacin. Esta energa se descompone en dos partes, las cuales, prcticamente, son iguales: una energa potencial, la cual provoca la deformacin de la superficie del mar, y una energa cintica o de movimiento, debida al desplazamiento de las partculas; en suma, de la masa de agua.Si la profundidad es pequea, la energa cintica es transportada con una velocidad que depende de determinadas caractersticas 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, propagndose con una velocidad de 15 metros por segundo, desarrolla una potencia de 700 caballos de vapor por metro lineal de cresta; segn esto, una onda de las mismas caractersticas que tuviese 1Km. De ancho desarrollara la considerable potencia de 700.000 caballos de vaporLas ondas marinas se forman nicamente en puntos determinados de nuestro planeta y desde ello. Por su importancia mencionaremos uno: el rea de las islas de Azores, situadas casi frente la Estrecho de Gibraltar y a unos 1800 Km. Al Oeste de l, centro de un rea ciclnica casi permanente. Las grandes ondas marinas que se forman en las islas mencionadas, recrecidas por el 10

empuje de los fuertes vientos aumentan considerablemente su altura, masa y velocidad del avance. Ello explica los efectos que producen cuando se abaten contra las costas de Portugal, Espaa, Inglaterra e Irlanda. Sencilla es la tcnica utilizada para captar la energa desarrollada por las ondas marinas en sus oscilaciones verticales. Basta para ello disponer de varios flotadores provistos de un vstago que se desliza a lo largo de unas guas y cuyos movimientos verticales se transmiten mediante el vstago a generadores elctricos. La realizacin prctica de este tipo de mquina es, sin embargo, muy difcil, pues, a la corta o a la larga, estas mquinas acaban por ser destruidas por el exceso de la potencia que deben captar. El ingeniero Cattaneo de Veltri ide un dispositivo, que instal al pie del promontorio rocoso en el cual se asienta la cuidad de Mnaco y con el fin de proveer de agua marina al Museo Oceanogrfico de dicha ciudad. Consiste en un pozo de cierto dimetro 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 empotradas en la pared de aqul flotador que desciende por el empuje vertical del agua del mar y conforme con las oscilaciones de la superficie de ste. Mediante palancas articuladas, el flotador transmita su empuje a los vstagos de los mbolos de dos bombas hidrulicas aspirantes impelentes que elevaban el agua hasta el Museo Oceanogrfico. Esta mquina, que funcion una docena de aos, acab por ser destruida por las olas a pesar de su robustez y construccin sencilla. Su rendimiento era reducido y constituyo ms bien una curiosidad que un dispositivo realmente til. Las olas se forman en cualquier punto del mar por la accin del viento. En un da de calma, por la maana, la superficie del mar est absolutamente tranquila. Pero cuando comienza soplar una brisa suave se forman en la superficie tranquila de las aguas pequeas elevaciones, olas minsculas: el mar se "riza". A medida que aumenta la velocidad del viento, las olas crecen en altura y en masa ms rpidamente que la longitud, en profundidad, de la ola. Finalmente, cuando el viento sopla con violencia, las olas alcanzan tamao gigantesco y por el impulso de aqul corren sobre la superficie marina a gran velocidad y descargan toda su potencia sobre los obstculos que encuentran en su camino. Los efectos de estos choques son enormes y la cantidad de energa 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 ms de dos o tres toneladas de peso han sido levantados de su asiento y lanzados a varios metros de distancia.

11

Se han proyectado numerosos aparatos y dispositivos para aprovechar la energa del oleaje, pero ninguno hasta hoy ha dado resultados prcticos. La energa de las olas es salvaje, difcil de domesticar. En 1929 se llev a la prctica el primer proyecto para utilizar la fuerza horizontal de las olas, emplendose para ello el rotor de Savonius, rueda formada por dos semicilindros asimtricos montados sobre un mismo chasis. El aparato funcion por varios meses en Mnaco. La accin corrosiva del agua del mar lo inutiliz. stas y otras tcnicas se han aplicado a la utilizacin de la energa horizontal o de traslacin de las ondas. La inconstancia de stas limita, por una parte, su empleo. El fracaso de los intentos reseados y muchos otros llevados a cabo, parece querer demostrar que es vana la esperanza de aprovechar la energa de las ondas y las olas. Pero el hombre no se ha resignado a orientaron sus esfuerzos a utilizar la que se deriva de la variacin del nivel del mar, esto es, la de las mareas y la del calor de las aguas marinas.

APROVECHAMIENTO DE LA ENRGIA DE LAS MAREAS Las mareas son oscilaciones peridicas del nivel del mar. Es difcil darse cuenta de este fenmeno lejos de las costas, pero cerca de stas se materializan, se hacen patentes por los vastos espacios que peridicamente 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, ste ms breve en tiempo que el primero... Los momentos de mxima elevacin del flujo se denominan pleamar y el de mximo 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 Turqua; de escaso valor en el Mediterrneo, en el que solo alcanza entre 20 y 40 centmetros, es igual dbil en el ocano Pacfico. Por el contrario, alcanza valor notable en determinadas zonas del ocano Atlntico, en el cual se registran las mareas mayores. As en la costa meridional Atlntica de la republica 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 an la supera la marea en determinados lugares, tales como en las bahas de Fundy y Frobisher, en Canad (13,6 metros), y en algunos rincones de las costas europeas de la Gran Bretaa, en el estuario del Servern (13,6 metros), y de Francia en las bahas de Mont-Saint-Michel (12,7 metros) y el estuario de Rance (13 metros). Belidor, profesor en la escuela de Artillera de La Fre (Francia), fue el primero que estudi el problema del aprovechamiento de la energa cintica de las mareas, y previ un sistema que permita un funcionamiento continuo de dicha energa, empleando para ello dos cuencas o receptculos conjugados. 12

La utilizacin de las mareas como fuente de energa montaba varios siglos. Los ribereos de los ros costeros ya haban observado corrientes que hacan girar las ruedas de sus molinos, que eran construidos a lo largo de las orillas de algunos ros del oeste de Francia y otros pases en los cuales las mareas vivas son de cierta intensidad. An pueden verse algunos de estos molinos en las costas normandas y bretonas francesas. Los progresos de la tcnica provocaron el abandono de mquinas 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 basndose en construir un fuerte dique que cerrase el estuario y utilizar la energa de cada de la marea media, calculando las turbinas para aprovechar una cada 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 los estados unidos para aprovechar la energa de las mareas en las bahas 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

13

EJEMPLO DE INSTALACIN DE ENRGIA MAREOMOTIZCENTRAL MAREOMOTRIZ DE RANCE La primera central mareomotriz fue la de Rance, en Francia, que estuvo funcionando casi dos dcadas desde 1967. Consista en una presa de 720 metros de largo, que creaba una cuenca de 22 Km2. Tenia una exclusa para la navegacin y una central con 24 turbinas de bulbo y seis aliviaderos, y generaba 240MW. Desde el punto de vista tcnico-econmico funcionaba muy satisfactoriamente, y proporcion muchos datos y experiencias para proyectos del futuro. Rance produca 500 GW/ao: 300.000 barriles de petrleo. Sus gastos anuales de explotacin en 1975 fueron comparables a los de plantas hidroelctricas convencionales de la poca, no perjudicaban al medio ambiente y proporcionaba grandes beneficios socioeconmicos en la regin. Se benefici la navegacin del ro y se duplic el nmero de embarcaciones que pasan por la esclusa, y en el coronamiento de esta estructurase construy una carretera. El proyecto de esta central mareomotriz se llev a cabo construyendo un dique que cierra la entrada del estuario y, a travs de una esclusa, permite la comunicacin de este con el mar, asegurando adems la navegacin por su interior. Entre los muros de este dique artificial se encuentran las turbinas y los generadores elctricos, las salas de mquinas auxiliares y los locales del personal encargado del funcionamiento de la planta. En su parte superior existe una va que quienes la recorren sin tener previo conocimiento de la obra no imaginan la actividad que se desarrolla bajo sus pies. Veinticuatro generadores elctricos accionados por la misma cantidad de turbinas hidrulicas, llamadas reversibles o de doble efecto, giran en ambos sentidos a 5 700 rpm y logran una potencia mxima de 240 MW, convirtiendo la energa de 20 000 m/s de agua salada en el momento de mxima altura. Estas turbinas, adems, funcionan como bombas, cuyo objetivo es aumentar el nivel del agua en los sentidos ro-mar y mar-ro, para incrementar la efectividad de la instalacin. Cada mquina est ubicada en el interior de una cmara que se comunica con un tubo de acero, que permite cargar y descargar el mar al embalse y viceversa, y mediante otro tubo se permite el acceso del personal de mantenimiento. Se estima que el costo de la instalacin es 2,5 veces el de las centrales hidroelctricas de ros. 14

PPROYECTO KISLOGUBSKAYA Esta central experimental, ubicada en el mar de Barentz, con una capacidad de 400KW, fue la segunda de esta clase en el mundo. Se emple un mtodo empleado en Rance: cada mdulo de la casa de mquinas, incluidos los turbogeneradores, se fabricaron en tierra y se llevaron flotando hasta el lugar elegido y se hundieron en el lecho previamente elegido y preparado. Se puso en marcha en 1968 y envo electricidad a la red nacional. El nico problema es el elevado costo inicial por KW de capacidad instalada, pero se deber tener en cuenta que no requiere combustible, no contamina la atmsfera y su vida til se calcula un siglo. Por todo ello, sera interesante retomar el estudio de stas y otras energas renovables no convencionales para asegurar un futuro predecible.

OTRAS INSTALACIONES En nuestros das se cuenta con centrales mareomotrices con un solo embalse en las costas del Canal de la Mancha, en la baha de Fundy, y en el golfo de San Jos, Argentina.

En las centrales construidas en Gran Bretaa, Australia y la India se redujo el costo de la instalacin entre 25 y 30 % al utilizar estructuras flotantes, que son remolcadas hasta el lugar de destino.

Debido a que la energa producida por este tipo de planta es discontinua a causa del perodo de las mareas y la cantidad generada es variable, dependiendo de la altura alcanzada, un problema siempre difcil de resolver es la distribucin de la carga con estas irregularidades y la interconexin con el sistema electro energtico.

15

ESQUEMA ENRGIA MAREOMOTRIZ

16

MEMORIA DE CLCULO Supongamos que el rango de mareas de un lugar en particular es de a 10 metros.

La superficie de la barrera de la planta mareomotriz es de 9 km2.

(3 km. 3 km) = 3000 m. 3000 m = 9.106 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.

mmax = (rea. rango de la marea). densidad de la masa

= (9.106 m2. 10 m). 1025.18 kg/m3

= 92. 109 kg (aprx.)

La energa potencial del agua contenida en la cuenca en la marea alta ser igual entonces a por el rea, por la densidad, por la aceleracin gravitacional, por el rango de marea al cuadrado. E = . 9.106 m2. 1025 kg/m3. 9.81 m/s2. (10 m)2

E = 4,5.1012 J (aprx.) Tenemos dos mareas altas y dos mareas bajas todos los das. En la marea baja la energa potencial es cero. Por lo tanto la energa potencial total por da es igual a: ET = E. 2

ET = 4,5.1012 J. 2 17

ET = 9.1012 J

Entonces obtenemos que el potencial de generacin de potencia media ser igual a la energa en jules dividido por el tiempo de un dia en segundos.

PT = 9.1012 J / 86400 s

PT = 104 MW

Asumiendo que la eficiencia de conversin de energa es del 30%. El promedio de energa generado da a da es de:

= 104 MW. 30% / 100%

= 31 MW (aprx,) La mejor ubicacin para una barrera es en los lugares con una alta amplitud en las mareas. Estas ubicaciones pueden ser encontradas en Rusia, Estados Unidos, Canad, Australia, Corea y el Reino Unido. Las amplitudes mayores de 17 m ocurren por ejemplo en la Baha de Fundy, en los Estados Unidos.

OTROS CLCULOS Tambin puede calcularse la energa disponible de la turbina en cualquier instante particular. La expresin utilizada para el clculo es la siguiente: E= g Cd A 2 g (Z1 Z2)3

18

Donde:

Cd = es el Coeficiente de Descarga

A = es el rea horizontal de la barrera

g = es la aceleracin de la gravedad

= es la densidad del agua

El coeficiente de descarga nos dice el efecto restrictivo de la corriente en el paso de la barrera que pasa el agua.

La ecuacin ilustra lo importante que es la diferencia del nivel de agua mar y en la cuenca, (z1-z2) cuando se calcula la potencia producida.

19

CONCLUSIONESDespus de haber realizado este trabajo sobre la energa mareomotriz, podemos concluir que siendo una fuente de energa limpia, es una de las opciones ms viables para terminar con los problemas de la contaminacin que hoy en da acarrean otras fuentes de energa no renovables, como puede ser la combustin de materiales fsiles. Sin embargo aunque es de las pocas fuentes que no dependen ni de la climatologa, ni estn limitadas por la finitud de los recursos, no est muy desarrollada; tal vez por la fuerte inversin que supone la creacin de una central o por el impacto ambiental que puede causar el hecho de represar litros y litros de agua creando corrientes nuevas que alteraran en cierta manera los ecosistemas de los lugares donde se ubicaran. Ese impacto medioambiental es el peor de los males que conlleva la implantacin de una central mareomotriz, si se pudiera dejar a un lado el aspecto econmico y se centraran las investigaciones en minimizar los daos estaramos frente a la energa del futuro.

20

ANEXOS

21

22