informe energia undimotriz

5/10/2018 informe energia undimotriz - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARÍA

INGENIERIA EJECUCIÓN EN MECÁNICA DE PROCESOS Y MANTENIMIENTOINDUSTRIAL

MANEJO DE RECURSOS ENERGÉTICOS

USO DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ

Alumno: Xian Castillo Lay

Profesor: Claudio Olguín



INTRODUCCIÓN

El siguiente informe explica de manera general y sencilla los posibles usos y aplicaciones de laenergía undimotriz o energía producida por el oleaje, abordaremos los distintos dispositivos queutilizan diversos principios de funcionamiento para aprovechar de mejor manera la energía extraídade las olas para su posterior conversión en energía eléctrica.

ENERGÍA UNDIMOTRIZ

La energía undimotriz también conocida como energía de las olas consiste en el aprovechamientode la energía hidráulica, cinética y potencial del oleaje para ser transformada en energía eléctrica.

El primer convertidor de energía undimotriz se patentó en Francia en 1799. Sin embargo, elverdadero desarrollo de esta tecnología no comienza hasta el último cuarto del siglo XX. Noruega yEscocia son pioneras y líderes en la tecnología undimotriz en la actualidad.

Las olas son el resultado del efecto del viento soplando a lo largo de cientos o miles de kilómetrosen mar abierto, lo que origina una transferencia de energía hacia la superficie del océano. Son, por tanto, una forma de energía cinética a la que se puede acceder usando diversos mecanismosarmónicos que responden al movimiento de las olas, captando parte de su energía. En definitiva, laenergía undimotriz consiste en el aprovechamiento de la energía cinética y potencial del oleaje parala producción de electricidad.

Los océanos ofrecen un enorme potencial energético que, mediante diferentes tecnologías, puedeser transformado en electricidad y contribuir a satisfacer las necesidades energéticas actuales. La potencialidad de la energía del mar está en su abundancia, tres cuartas partes de la superficie de laTierra están cubiertas por el mar, por lo que es una fuente con elevados recursos; incluso algunos

informes expresan que en el mar se hallan los sustitutos de las energías convencionales.La explotación de está energía se lleva a cabo desde hace siglos aunque la producción deelectricidad no se encuentra desarrollada, más allá de casos puntuales. En el antiguo Egipto ya seutilizaban molinos que aprovechaban la diferencia entre mareas.

Los océanos pueden proveernos de energía mediante tres formas: el movimiento de las olas, lasmareas y la diferencia de temperatura entre las capas del océano. La energía cinética de las olas y delas mareas puede ser utilizada para mover una turbina y generar electricidad.

El oleaje se entiende desde un punto de vista de la ingeniería como un derivado terciario de laenergía solar. El calentamiento desigual de la atmósfera terrestre genera viento, y el viento generaolas. Únicamente el 0,01 % del flujo de la energía solar se transforma en energía de las olas. Una delas propiedades características de las olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sinapenas pérdida de energía. Por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental, de esta manera, su energía se concentra en las costas.



La energía contenida en las olas varía de un sitio a otro, pero, en general, cuanto más alejadas delecuador estén, más energía contendrán. Aunque condiciones locales, tales como, tipo de costa, lugar donde se generen y profundidad del océano, tienen una gran importancia en la definición de lacantidad de energía. Según estimaciones, se puede asumir que el flujo de energía de las olas enEuropa podría equivaler a 1.000 TWh anuales, cantidades a tener muy en cuenta de cara a unafutura expansión en el aprovechamiento de este tipo de energía.

Las partículas de agua se mueven describiendo círculos, por lo que la ola transporta energía tanto enla superficie como en capas más profundas.

Japón, Francia, Israel y Gran Bretaña son quienes más han avanzado en el estudio de la energíaoceánica, diseñando estaciones experimentales.



Principio de funcionamiento de los diversos equipos y tecnologías

Existen un gran número de dispositivos pensados para el aprovechamiento de este tipo de energía,en claro contraste con cualquier otro tipo de aprovechamiento de energía renovable. A pesar de quehay unas 1.000 patentes mundiales de generadores energéticos de olas (GEO), los conceptos en losque se basan se pueden clasificar en unos pocos tipos básicos:

Columna oscilante de agua: consiste en la oscilación del agua dentro de una cámara semisumergida y abierta por debajo del nivel del mar. Se produce un cambio de presión del aire por encima del agua.

Sistemas totalizadores: pueden ser flotantes o fijos a la orilla. Atrapan la ola incidente,almacenando el agua en una presa elevada. Esta agua se hace pasar por unas turbinas al liberarla.

Sistemas basculantes: pueden ser tanto flotantes como sumergidos. El movimiento de balanceo se

convierte a través de un sistema hidráulico o mecánico en movimiento lineal o rotacional para elgenerador eléctrico.

Sistemas hidráulicos: son sistemas de flotadores conectados entre sí. El movimiento relativo de losflotadores entre sí se emplea para bombear aceites a alta presión a través de motores hidráulicos,que mueven unos generadores eléctricos.

Sistemas de bombeo: aprovechan el movimiento vertical de las partículas del agua. Genera unsistema de bombeo mediante un flotador en una manguera elástica.

Diferentes tipos de sistemas, clasificación según tamaño y orientación

Absorbedor puntual simple o simultáneo: Boyas aisladas en un punto del mar, trabajando ensuperficie o sumergidas, o de forma simultánea con estructuras semi sumergidas, perpendiculares alas olas, de forma que capturan hasta tres tipos de energía potencial y cinética del oleaje, mediantesistemas trivolumétricos situados a diferentes niveles.

Atenuadores: colocadas en paralelo a la dirección de avance de las olas, son estructuras alargadasque extraen energía de modo progresivo; están menos expuestos a daños y aunque ocupan mucho espacio, requieren menores

esfuerzos de anclaje que los sistemas terminadores.

Totalizadores o terminadores: situados en superficie o bajo el agua, perpendicularmente a ladirección de avance de las olas (paralelos al frente de onda), pretenden captar la energía de una solavez cada ola.



Clasificación de los dispositivos en función de su distancia a costa



Clasificación de los dispositivos en función de su principio de captación

Sistemas de rebosamiento: El oleaje sobrepasa el borde de la estructura. El agua esalmacenada y en su liberación acciona unas turbinas.

Efecto Arquímedes: Aprovecha la fluctuación de la presión estática originada por laoscilación del nivel del agua al paso de la ola. Se utiliza una cámara de aire cerrada que puede variar su volumen en función de la presión a la que es sometida. La parte inferior sefija al fondo, mientras que la superior puede desplazarse verticalmente.Absorbedor puntual simple: cuerpo flotante que es movido por las olas.Atenuador: estructuras flotantes unidas que siguen el movimiento de las olas del mar.Absorbedor puntual complementado = Absorbedor simple + ¡efecto Arquímedes!



Algunos dispositivos y tecnologías actuales en funcionamiento

Pelamis

El sistema Pelamis está diseñado más desde el punto de vista de resistencia a lascondiciones marinas que para obtener la más eficiente conversión de energía posible. Por tanto, en vez de intentar absorber toda la energía disponible en cada ola, convierte solo una porción. El objetivo es que el sistema pueda sobrevivir casi sin mantenimiento encondiciones meteorológicas marinas muy adversas, la mantención implicaría ser un sistema

menos eficiente.

Es un conjunto de cilindros semi-sumergidos, unidos por bisagras de acero de150 m de largo, 3.5m de ancho y 700 toneladas. Anclada al lecho marino y conectada a la red por un cablemarino. Diseñado para aguas de 50 a 70 metros de profundidad. Consta de tres unidadesindependientes de generación de 250 kW c/u. La ola induce un movimiento relativo entre dichassecciones, activando un sistema hidráulico interior que bombea aceite a alta presión a través de unsistema de motores hidráulicos, los motores hidráulicos están acoplados a un

generador eléctrico para producir electricidad.

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Maquinaria_hidr%C3%A1ulica&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Maquinaria_hidr%C3%A1ulica&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad



Wave dragon

No tiene piezas móviles, obtiene energía al convertir energía potencial. Los brazos concentran lasolas el oleaje sobrepasa el borde de la estructura el agua es almacenada se libera hacia el mar

haciéndolas pasar por turbinas para la generación eléctrica.

POWERBUOY



Consiste en una boya exterior que se mueve verticalmente siguiendo las ondas de las olas. Se usa enaguas en profundidades de alrededor de 14 m. todo el dispositivo se fija al fondo mediante un anclade 100 toneladas.

La energía obtenida es llevada a tierra por un cable submarino.

Un cilindrofluido que,

AWS Principio de movimiento de las olas de Arquímedes

Este sistema consta de un sistema de dos cilindros con forma de boya,uno al interior del otro, anclado al fondo marino. El movimiento de las

olas provoca que la configuración de estos cilindros se contraiga yexpanda verticalmente, gracias al aire contenido al interior, el cualpermite que el sistema vuelva siempre a su configuración inicial. Estemovimiento unidireccional es aprovechado por un generador lineal



Limpet Oscilación de columna de agua

Consiste en una cámara por la cual entra agua de mar impulsada por la fuerza de la ola, cuyaoscilación tiene como efecto comprimir el aire contenido al interior.Las olas al chocar con el muro frontal ingresan a la cámara de aire.Al subir el nivel del agua, ejerce presión sobre el aire que está encerrado en la cámara. El aire a

presión empuja las aspas de una hélice que está conectada a una turbina y genera la electricidad.Al retirase la ola nuevamente la cámara vuelve a llenarse de aire.

Este sistema pertenece a la empresa Wavegen en Escocia y existe un modelo en funcionamiento enla isla de Islay en el mismo país. El desempeño de esta unidad está determinado por la intensidad delas olas y oscila entre los 15 a 25 Kw/m. Cuenta con dos generadores de 250 Kw cada uno

SDE Energía de las olas

El sistema SDE consiste en el aprovechamiento del movimiento de lasolas para generar presión hidráulica, con la cual, a través de una turbina, se genera electricidad.El sistema es optimizado según la velocidad, envergadura, profundidad, altura y caída de la ola,además del flujo de retorno que se produce una vez que ésta rompe (ver Figura 85).Existe un modelo operativo en Israel, el cual genera a un promedio 40kW. La empresa propietariaes S.D.E Energy Ltda.



Perspectiva de la energía maremotriz

En 1993 el Consejo Mundial de la Energía calculó que el potencial de las olas duplicaba elconsumo eléctrico mundial actual y la Comisión Europea cree que hay más de 100emplazamientos en el continente europeo con un potencial fácilmente aprovechable.

Densidad energética

Datos comparativos

Biomasa: 0,6 W/m² [1]

Solar: 200 W/m² [2]

Eólica: 400 a 600 W/m² [2]

Undimotriz: 2.000 a 3.000 W/m² [2]

La energía de las olas es una energía concentrada

5 veces más concentrada que la energía eólica [2]

10 a 30 veces más concentrada que la energía solar [2]

[1] Ing.Agr. M.Sc. Jorge A. Hilbert, Clase Biomasa, Maestría Energías Renovables 2010 – UTN

[2] Pedro Ibañez,Robotiker Tecnalia, España

Energia disponible y aprovechable mundial

750 TWh/año [*][*] Revista Clean Energy, Año 2, Numero 3



Situación Chilena

Consumo de Energías Primarias / Total País / Año 2006

Fuente: Balance de Energía 2006. Comisión Nacional de Energía

La energía undimotriz, al ser chile el país más largo del mundo limitando directamente con elocéano pacifico, debiera ser potencialmente uno de nuestros mayores recursos a aprovechar teniendo longitudinalmente 4.200 km. de longitud, pero que siguiendo el contorno es decir de costaalcanza los 55.000 km efectivos siguiendo la línea de litoral. Somos, según expresa el académico de

la escuela de Arquitectura de la Universidad técnica Federico Santa María el señor Pedro SerranoRodríguez, el país con el mayor potencial oceánico del mundo, mundo que por cierto el 70% esagua.

Según un estudio realizado, Chile posee el mayor potencial para producir electricidad a partir deloleaje. Según el jefe del Departamento de Oceanografía de la Armada, Andrés Enríquez, “Chile se

encuentra a nivel mundial en este aspecto. La implementación de esta tecnología generaría

grandes cantidades de energía, con un bajo impacto ambiental en la costa”.

Patricio Monández, uno de los encargados del estudio de Baird & Associates, señala que“Solamente instalándolas (las máquinas para producir electricidad oceánica) frente a las costas de

Valparaíso podríamos satisfacer toda esta necesidad de energía”.

Con la energía undimotriz, se cumpliría de forma teórica con la demanda energética que presenta el país, pero creemos que si juntamos varios tipos de energías renovables no convencionales, selograría un total cumplimiento de la energía requerida para Chile.

El Gobierno de Chile debe utilizar este tipo de tecnología siempre y cuando se cuente con el apoyofinanciero de grandes empresas a nivel mundial, ya que Chile no cuenta con los fondos necesarios para invertir en un proyecto de esta envergadura.



Ventajas

Las principales ventajas de obtener energía eléctrica del mar es que es renovable, la abundancia delagua salada en el planeta y que ninguna de ellas emite contaminantes o residuos durante laexplotación y son poco agresivas con el medio natural.

También debe señalarse que nos permiten utilizar energía eléctrica en puntos de difícil accesocomo barcos o plataformas y pueden utilizarse para procesos como la extracción de plancton,cultivos marinos o desalación de agua.

No genera gases de efecto invernadero.

Energía limpia, renovable, silenciosa y poco visible.

Impacto ambiental muy leve.

Inconvenientes y desventajas

Uno de los principales problemas técnicos consiste en cómo absorber la energía mecánica, que se presenta con un campo de velocidades aleatorio, en energía eléctrica apta para su conexión a la redeléctrica.

El alto costo económico de la inversión inicial da lugar a que estas centrales tengan un periodo deamortización largo. Por otra parte, su utilización se circunscribe a zonas costeras o próximas a lacosta, por el coste económico que supone transportar la energía obtenida a lugares del interior.

Otro inconveniente es el impacto ambiental de las instalaciones, que requieren la modificación del paisaje para su construcción. Se ha de disponer de mucho espacio para albergar las enormesturbinas, dando lugar a un impacto ecológico sobre los ecosistemas, habitualmente costeros.

Variabilidad originada en los distintos tipos de frecuencias, amplitud, contenido energéticoy dirección de ondas.

Exposición de los dispositivos al embate de las ondas, las bajas temperaturas y la salinidadmarina lo que genera una erosión considerable en los materiales tanto de las construccionescomo de los equipos que las componen.

Contaminación durante las fases de construcción y desmantelamiento, visualización desde la costa

alterando el paisaje, interrupción de rutas marítimas, alteración de la flora y fauna

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_vectorial

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_el%C3%A9ctrica


http://es.wikipedia.org/wiki/Econom%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Amortizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Impacto_ambiental

http://es.wikipedia.org/wiki/Ecosistema

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http://es.wikipedia.org/wiki/Impacto_ambiental

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CONCLUSION

Aunque pareciera que es una solución muy cara o con diversos inconvenientes, sus desventajas sonaltamente controlables y solucionables, dejando en claro que son una alternativa muy novedosa,limpia y con gran proyección a futuro, actualmente están en perfecto funcionamiento los equiposcomentados en este informe y además hay cientos de equipos en desarrollo, diseño e incluso ya probados en pequeña escala.

Para nuestro país presentarían una gran ventaja en su implementación por el territorio marítimo conque contamos, considero es una muy buena opción al desarrollo regional energético para solventar la dependencia del casi 80% de la población del sistema interconectado central.

Además que al ser una energía renovable y en consideración al oleaje prácticamente autosustentablesu alto costo inicial de inversión sería minimizado si comparamos el creciente aumento en loscostos que implican la obtención de energía a partir de combustibles convencionales como losderivados del carbón o el petróleo.



BIBLIOGRAFÍA

Estudio de la Técnica y Aplicación del Método Triz a Proyecto de Energía Undimotriz NanakuWave Energy. Álvaro Vera Martínez Universidad Técnica Federico Santa María

MEDIO AMBIENTE Y CALIDAD DE VIDA Volumen 3, Nº 21 Mirella Poblete Sotomayor

Revista Clean Energy, Año 2, Numero 3

MEMORIA SISTEMA DE CONVERSIÓN MECÁNICA ELÉCTRICA PARA UN GENERADOR UNDIMOTRIZ NICOLÁS ALBERTO BRAVO MOYA. UNIVERSIDAD DE CHILE.

/11/2007. http://weblogs.madrimasd.org/ciencia_marina/archive/2009/10/29/72161.aspx

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_undimotriz

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_11.html

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2009/02/01/183097.php

http://www.wavedragon.net/index.php?option=com_content&task=view&id=6&Itemid=5

http://www.pelamiswave.com/media/pelamisbrochure.pdf

http://www.fierasdelaingenieria.com/energia-undimotriz-el-aprovechamiento-de-la-fuerza-de-las-olas/

http://www.piposystems.com/energiaOlas.php#clasificacion-de-los-dispositivos-en-funcion

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http://www.valparaisotimes.cl/content/view/319/1/ Matt Malinowski .- “Chile has highest waveenergy potential in the world”.- 07 /04/ 2008.

http://www.utfsm.cl/eventos/destacado.html?subaction=showfull&id=1194277084&archive=&start_from=&ucat=3& “Equipo USM obtiene 3er.Lugar en Concurso de Innovación I2R “.-05

http://weblogs.madrimasd.org/ciencia_marina/archive/2009/10/29/72161.aspx









http://weblogs.madrimasd.org/ciencia_marina/archive/2009/10/29/72161.aspx









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