Energía Undimotriz o energía de la olas

Energía de las olas

Las olas de los océanos contienen una gran cantidad de energía derivada de los vientos, de modo que la superficie del océano puede verse como un inmenso colector de energía eólica.

Por otro lado, los mares absorben enormes cantidades de energía solar, que también contribuye al movimiento de las corrientes marinas y de las olas.

Las olas son ondas de energía generada, como ya he dicho, por los vientos y el calor solar, que se transmiten por la superficie de la superficie de los océanos y que consiste en un movimiento tanto vertical como horizontal de las moléculas del agua.

El agua próxima a la superficie no sólo se mueve de arriba abajo, con el paso de la cresta (es su parte más alta, generalmente coronada de espuma) y el seno (la parte más baja de la ola), sino que, en un oleaje suave, también se mueve hacia delante en la cresta de la ola y hacia atrás en el seno.

Las moléculas individuales, por tanto, tienen un movimiento aproximadamente circular, subiendo cuando la cresta se aproxima, luego hacia adelante con la cresta, abajo cuando se atrasa y hacia atrás en el seno de la ola.

Estas ondas de energía en la superficie de los mares, las olas, pueden desplazarse millones de kilómetros y en algunos lugares, como Atlántico Norte, la cantidad de energía almacenada puede llegar a los 10 KW por cada metro cuadrado de océano, lo que representa una cantidad enorme si se tiene en cuanta el tamaño de la superficie del océano.

Las zonas del océano con mayor cantidad de energía acumulada en las olas son aquellas regiones más allá de los 30º de latitud y sur, en que los vientos son más fuertes.

En la imagen siguiente puedes ver como varía la altura de una ola en función del fondo marino según su acercamiento a tierra.

cambios de amplitud olas

Aprovechamiento de la energía undimotriz

Este tipo de tecnología fue inicialmente trabajada e implementada en la década de 1980, y ha ido teniendo gran acogida, debido a sus características renovables, y su enorme viabilidad de implementación en un futuro próximo.

Su implementación además, se hace aún más viable entre las latitudes 40° y 60°  por las características del oleaje.

Por esta misma razón, desde hace mucho tiempo se ha intentado convertir el movimiento vertical y horizontal de las olas en energía aprovechable por el ser humano, generalmente energía eólica, aunque también se han realizado proyectos para convertirlo en movimiento mecánico.

Proyecto energía undimotriz

Proyecto pionero en las Islas Canarias

Existen una gran variedad de ingenios diseñados para tales fines, que pueden estar ubicados en las costas, en alta mar o sumergidos en el océano.

Actualmente, esta energía ha sido implementada en muchos de los países desarrollados, logrando así grandes beneficios para las economías de dichos países, esto es debido al alto porcentaje de energía que suple con relación al total de energía que demandan al año.

Por ejemplo:

  • En Estados Unidos se estima que alrededor de 55 TWh por año son reemplazados por energías provenientes del movimiento de las olas. Dicho valor es un 14 % del valor total energético que demanda el país al año.
  • Y en Europa se sabe que alrededor de 280 TWh son provenientes de energías generadas por el movimiento de las olas en el año.

Acumuladores en tierra de la energía de las olas

En zonas en que los vientos alisios (estos vientos soplan de manera relativamente constante en verano, hemisferio norte, y menos en invierno. Circulan entre los trópicos, desde los 30-35º de latitud hacia el ecuador. Se dirigen desde las altas presiones subtropicales, hacia las bajas presiones ecuatoriales.) proporcionan un movimiento continuo a las olas, se puede construir un embalse con una pared inclinada de hormigón de cara al océano, sobre la que se pueden deslizar las olas para acumularse en el embalse situado entre 1,5 y 2 metros por encima del nivel del mar.

Esta agua podría ser turbinada, al permitirla volver al mar, para producir electricidad.

La subida y bajada de las mareas, en algunas zonas donde sería aplicable esta tecnología son muy pequeñas, por lo que no producirá interferencia alguna.

En las zonas costeras en la que las olas tienen mucha potencia acumulada, las olas pueden ser orientadas mediante bloques de hormigón amarrados en mar abierto, que pueden concentrar casi toda la energía de un frente de olas de 10 kilómetros de ancho en una pequeña zona de 400 metros de anchura.

Las olas poseerían en este caso una altura de 15 a 30 metros al desplazarse hacia la costa, por lo que podría fácilmente acumularse el agua en un embalse situado a cierta altura.

Al liberarse esta agua hacia el océano se podría producir electricidad utilizando equipos hidroeléctricos convencionales.

Utilización del movimiento de las olas

Existen diversos dispositivos de este tipo.

En la imagen siguiente puedes ver uno que se ha empleado prácticamente y que ha dado unos resultados bastante satisfactorios.

presión y depresión de la olaEs un sistema de aprovechamiento de la energía undimotriz cuyo funcionamiento es bastante sencillo y consiste en lo siguiente:

  • La ola al subir genera presión en el aire que hay en el interior de la estructura cerrada. Exactamente igual que si presionamos una jeringuilla.
  • Las válvulas “obligan” a pasar el aire por la turbina de manera que esta se gira y mueve el generador produciendo energía eléctrica.
  • Cuando la ola baja produce depresión en el aire.
  • Las válvulas vuelven a “obligar” a pasar el aire por la turbina en el mismo sentido que en el caso anterior, con lo que la turbina reanuda su giro, mueve el generador y se sigue produciendo electricidad.

Este mismo principio se aplicó en el buque Kaimei accionado por turbina de aire comprimido, proyecto conjunto del gobierno japonés y del Organismo Internacional de Energía.

Los resultados de este proyecto fueron muy productivos, aunque no se ha generalizado su uso.

Recientemente se ha aplicado la misma tecnología, pero usando grandes bloques flotantes de hormigón, en un proyecto construido en Escocia.

Existen otros dispositivos que también convierten el movimiento ascendente y descendente de la ola para producir electricidad como son:

La balsa de Cockerell

Este dispositivo consiste en una balsa articulada que se dobla con el paso de las olas, aprovechándose así el movimiento para impulsar una bomba hidráulica.

balsa energía olas

El pato de Salter

Otro más conocido es el pato de Salter, que está formado por una serie continua de cuerpos de perfil ovalado que se mueven alternativamente hacia delante y hacia atrás, al ser “azotados” por las olas.

movimiento olas

La bolsa de aire de la Universidad de Lancaster

La bolsa de aire consta de un tubo de compartimento de caucho reforzado de 180 metros de longitud. A medida que suben y bajan las olas, se introduce aire en los compartimentos de la bolsa para impulsar una turbina.

El cilindro de la Universidad de Bristol

Este cilindro posee una configuración similar a la de un barril colocado de lado que flota inmediatamente debajo de la superficie. El barril gira con el movimiento de las olas, tirando de cadenas conectadas a bombas hidráulicas situadas sobre el fondo del mar.

Utilización directa del movimiento de las olas

Se han probado otros sistemas para utilizar directamente el movimiento ascendente y descendente de las olas.

Uno de ellos, basado en el movimiento de los delfines y las ballenas, lo puedes ver en este esquema.

simulación delfín

El principio de funcionamiento es muy simple y consiste en lo siguiente:

  • Cuando la ola sube y empuja una aleta, que se puede desplazar entre 10 y 15º.
  • A continuación, la aleta llega a su final de recorrido y la ola sigue subiendo, aquí se produce un empuje hacia arriba por parte de la ola que la aleta transforma en empuje hacia atrás.
  • Después, cuando la ola baja, mueve la aleta hacia abajo y se produce el mismo fenómeno que en el caso anterior.

Si el barco dispone de unos sistemas de este tipo se propulsa por efecto de las olas sin consumir la más mínima cantidad de energía.

Las pruebas experimentales de este sistema han resultado satisfactorias, aunque como en el caso anterior, tampoco se ha generalizado su uso.

Ventajas e inconvenientes de la energía undimotriz

La energía undimotriz tiene grandes ventajas como:

  • Es una fuente de energía renovable e inagotable a escala humana.
  • Su impacto ambiental es prácticamente nulo, si exceptuamos los sistemas de acumular energía de las olas en tierra.
  • Muchas instalaciones costeras pueden ser incorporadas a complejos portuarios o de otro tipo.

Frente a estas ventajas tiene algunas desventajas, algunas más importantes son:

  • Los sistemas de acumulación de la energía de las olas en tierra pueden tener un fuerte impacto ambiental.
  • Es casi exclusivamente utilizable en los países industrializados, debido a que raramente se encuentra en el Tercer Mundo un régimen de olas favorables; la energía undimotriz exigen inversiones elevadas de capital y una base tecnológica altamente desarrollada que no poseen los países pobres.
  • La energía undimotriz o de las olas no puede predecirse con exactitud, ya que las olas dependen de las condiciones meteorológicas.
  • Muchos de los dispositivos mencionados tienen todavía problemas de funcionamiento y se enfrentan con dilemas tecnológicos complejos.
  • Las instalaciones costeras tienen un gran impacto visual.
  • En las instalaciones situadas en alta mar es muy complejo transmitir la energía producida a tierra firme.
  • Las instalaciones tienen que soportar condiciones muy extremas durante largos periodos de tiempo.
  • Las olas tienen un alto par y baja velocidad angular, que debe ser transformado en un par bajo y alta velocidad angular, utilizados en la casi totalidad de las maquinas. Este proceso tiene un rendimiento muy bajo, utilizando tecnologías actuales.
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