lunes, 12 de octubre de 2020

TODO SOBRE LA ENERGIA MAREOMOTRIZ

 Introducción

La energía solar que incide anualmente sobre la superficie terrestre es del orden de 6.1014 MW hora. 

Los océanos, con una superficie de 361 millones de km2 y un volumen de 1370 km3, actúan como siste-  mas colectores y de almacenamiento, lo cual se manifiesta de diversas formas, olas (energía eólica), y gradientes térmicos, gradientes salinos y corrientes marinas, (energía solar maremotérmica). Las más estudiadas son las debidas a las mareas, olas y térmica marina, estando las de las corrientes y  gradien- tes salinos mucho menos desarrolladas. 

A estas formas de energía hay que sumar la de las mareas (energía maremotriz) debida a la atrac- ción gravitatoria de la Luna y el Sol, y a la rotación de la Tierra, 3.106 MW. 


El fenómeno de las mareas

La marea es la fluctuación periódica del nivel de los océanos, debida principalmente a la atracción gravitatoria de la Luna y en menor cuantía del Sol, (la Luna ejerce una atracción 2,2 veces la del Sol), y al movimiento de rotación de la Tierra, (aceleración de Coriolis); otros factores son la forma y fisionomía del relieve de las costas y del fondo, los fenómenos meteorológicos, etc. 

La aceleración que produce el efecto de marea aumenta con la masa y disminuye con el cubo de la distancia. Con relación a la Tierra, y teniendo en cuenta las distancias y las masas, sólo el Sol y la Luna son capaces de producir mareas apreciables; el Sol, más distante, influye por su masa; la Luna, de masa mucho menor, por su proximidad a la Tierra. 

La masa del Sol es del orden de 27 millones la de la Luna, pero se encuentra 390 veces más lejos, por lo que su contribución a la marea es (27.106/3903 = 0,45) veces la contribución lunar. 

El fenómeno es prácticamente idéntico, tanto si el punto sometido a la acción de la marea, se en- cuentra orientado hacia el astro, como si se encuentra en la parte opuesta. 





La intensidad de la fuerza generadora de la marea Fa, lunar FL o solar FS, es pequeña, del orden de 
10-7 veces la fuerza de gravitación, Fig 1. 

FLuna = Fgravedad/17,28.106 ⇒  
FSol = Fgravedad/ 38,89.106  ⇒    Fatractiva = Fgravedad/12.106


Para justificar los desplazamientos de importantes masas de agua, la fuerza de atracción Fa, (que no sigue la vertical), se puede descomponer en dos, una vertical Fv que influye muy poco en la gravedad, del orden de 10-7, mientras que la componente horizontal  Fh es  comparable a  otras fuerzas horizontales como el gradiente horizontal de las aguas de diferente densidad, la ac- ción del viento o la aceleración de Coriolis, distinguiéndose de éstas en que actúa sobre grandes distancias horizontales, en profundidad, provocando el desplazamiento de masas de agua de un hemisferio a otro, produciendo acumulaciones y sustracciones de agua y, por consiguiente, las elevaciones y depresiones del nivel del mar. Como la cantidad de agua del mar es constante, a esta elevación corresponderán descensos en lugares situados a 90º de diferencia en longitud. La fuerza centrífuga originada por el movimiento de rotación de la Tierra al recorrer su órbita alrededor del cdg del sistema Tierra-astro es la misma en cualquier punto del planeta, ya que no depende de la distancia. 


Deformaciones generadas por fuerzas:DVert. ⇒    Elipsoide con diferencia 0, 9 mm entre sus semiejes                                                                 DHor. ⇒    Elipsoide con diferencia 550 mm entre sus semiejes

La DHorizontal  ⇒  la corriente de marea (onda de marea), y requiere grandes extensiones sin obstaculo

   
                                                               


 El efecto de la fuerza atractiva sobre las masas de agua





 El efecto de la fuerza centrífuga sobre las masas de agua






    




El efecto combinado de las fuerzas centrífuga y atractiva


En un punto cualquiera de la superficie terrestre, cuando el astro está por encima del horizonte, la fuerza atractiva por él ejercida es más fuerte que cuando está por debajo del horizonte, en que es la fuer- za centrífuga la que predomina. Si la Tierra no girara alrededor de su eje, las mareas serían estáticas. 

Gracias a la rotación de la Tierra se obtienen, en cada punto del océano, cada día, dos pleamares y dos bajamares, lo que se conoce como marea de tipo semidiurno. 

Cuando el punto esté situado en una latitud importante y el ángulo que forma el astro atractivo con el plano del Ecuador es igualmente elevado, el astro no alcanza el horizonte, lo que implica la pérdida de una pleamar y una bajamar por día, es decir sólo hay una pleamar y una bajamar al día, lo que se cono- ce como marea de tipo diurno


      





En ambos casos el punto (o las masas de agua), tiende a alejarse de la Tierra. Las mareas está sometidas a una fluctuación rítmica de su nivel y a una fluctuación en forma de corrientes, como son: La corriente que acompaña a la llegada de la pleamar, máxima elevación, que se conoce como flujo, La corriente que acompaña a la aparición de la bajamar, mínima elevación, que se conoce como reflujo y es más breve en tiempo que la primera. Cuando el Sol, la Luna y la Tierra están alineados, las mareas son mayores, y se conocen como ma- reas vivas o mareas de sicigias; si estos astros forman un ángulo de 90° las mareas son más reducidas y se conoce como marea muerta.



ENERGÍA POTENCIAL DE LAS MAREAS 

En el mundo, como hemos indicado, existen un número limitado de lugares donde es posible la explo- tación de la energía de las mareas; para ello se requiere de un amplitud de marea mínima de 5 metros, de una bahía, ría o estuario lo suficientemente amplio para que la cantidad de agua a trasvasar durante las mareas sea grande y de la facilidad de construir un dique que separe el estuario del mar, para conte- ner y cerrar el paso del agua. El estuario se llena durante la pleamar y se vacía durante la bajamar a través de unas turbinas y compuertas auxiliares. 
La energía que teóricamente se puede extraer en un ciclo de marea, es función de la superficie del embalse artificial A(z) y de la amplitud a de la marea, diferencia entre los niveles de pleamar y bajamar. 







Zonas de mareas medias potencialmente explotables a nivel mundial

En estas expresiones no se ha tenido en cuenta el rendimiento de la maquinaria y sólo se pretende obtener un límite superior de las posibilidades de la central; también habría que tener en cuenta, que el dique modificará la longitud inicial del estuario y, por tanto, la amplitud de la marea variará en más o en menos con respecto a la que existía antes de la construcción de la central.



Potencial teórico de las mareas en Europa Occidental


Teniendo en cuenta que el número limitado de lugares idóneos para que la instalación sea efectiva (amplitud de marea superior a 5 m), elimina prácticamente el 90% de la energía teórica disponible esti- mada en 3.106 MW, que la disipación de energía por rozamiento es del orden de 1 W/m2 y que una central 
maremotriz tiene un rendimiento máximo del 25%, implica que sólo se podrían aprovechar unos 75.000 MW correspondientes a las mareas en el litoral, lo que representa una fracción muy pequeña. 
Suponiendo un funcionamiento de 12 a 14 horas al día, se vería reducido a 40.000 MW ó 1,75.105 GWh año, equivalentes al ahorro de 2,4.108 barriles de petróleo; (la potencia transmitida del océano 
Atlántico a la Mancha se ha evaluado en 180.000 MW, y al Mar del Norte en 23.000 MW).







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