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CONVERSIÓN DE ENERGÍA Sesión 4: ENERGÍA MAREOMOTRÍZ
Docente: Ing. Boris D'Anglés Woolcott
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CONTENIDO
El fenómeno de las mareas.
Efectos que contribuyen a la intensificación de las
mareas.
Electricidad a partir del salto generado en presas
por las mareas
Tipos de turbinas y equipos para la generación de
electricidad en centrales Mareomotrices.
Centrales mareomotrices.
Consideraciones a tomar en la evaluación de
Proyectos.
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OBJETIVOS
Comprender los fundamentos de la energía mareomotriz.
Conocer los componentes y equipos con los que cuentan
este tipo de centrales.
Conocer los fundamentos para la evaluación de proyectos de
energía mareomotriz.
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ENERGÍA MAREOMOTRIZ
Definición: La energía mareomotriz es la que se
obtiene aprovechando las mareas, mediante su
empalme a un alternador se puede utilizar el
sistema para la generación de electricidad,
transformando así la energía mareomotriz
en energía eléctrica, una forma energética más
segura y aprovechable.
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RESEÑA HISTÓRICA
“Plinio, pensador latino nacido en el año 23 y muerto en la erupción volcánica que destruyó Pompeya, describe en su obra Historia Naturalis”
Sus observaciones sobre las mareas, señalando que la circunstancia más extraordinaria que se presenta en las aguas del mar es el flujo y reflujo alternado con las mareas, causado por la acción que ejercen el Sol y la Luna sobre el agua del mar
La marea fluye y refluye dos veces entre dos salidas de la Luna, siempre en un espacio de veinticuatro horas. Primero, la Luna hace crecer la marea y, cuando llega al cenit, declina y se pone, hace que la marea descienda, y al presentarse el Sol, la marea crece de nuevo; después de lo cual cede y vuelve a subir cuando aparece nuevamente la Luna.
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
INFLUENCIA GRAVITACIONAL DE LA LUNA Y EL SOL
Se le denomina MAREA, al ascenso y descenso periódico de todas las aguas oceánicas, incluyendo las de mar abierto, golfos y bahías mediante movimientos periódicos originados por la fuerza de atracción gravitatoria de la Luna y el Sol sobre el agua y la Tierra.
Fuerza que provoca una oscilación rítmica y/o cíclica debido a la órbita de la Tierra alrededor del Sol y de la Luna alrededor de la Tierra, lo que permite generar elevaciones máximas del agua del mar llamadas pleamar y descensos de la misma denominados bajamar.
Las fuerzas gravitacionales son las causantes de las mareas.
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
EFECTOS QUE CONTRIBUYEN A LA INTENSIFICACIÓN DE
LAS MAREAS
Mareas causadas por el Sol
Mareas causadas por la Luna
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
MAREAS VIVAS La atracción gravitacional que ejercen el Sol y la Luna sobre la tierra afectan
en gran medida el fenómeno de las mareas dando origen a mareas vivas que ocurren en el momento que el Sol, la Luna y la Tierra se e encuentran alineados, de esta manera la fuerza gravitacional del Sol y la Luna se suman y la altura de la marea se encontraría dominada por la Luna siendo más altas cuando la Luna se encuentre más cerca de la Tierra y más bajas cuando se encuentre más lejos de la Tierra.
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
MAREAS MUERTAS
En el caso de que el Sol y la Luna formen un ángulo recto de 90º con respecto a la Tierra se denomina marea muerta, esto debido a que las fuerzas de atracción se contrarrestan.
Este fenómeno ocurre más frecuentemente en las fases de cuarto creciente y cuarto menguante de la Luna.
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
Amplitud de una marea: Es la altitud máxima en metros que puede alcanzar el agua en un periodo.
El período de una marea: Es el tiempo entre dos pleamares o dos bajamares sucesivas.
La marea evoluciona, en general, por la superposición de ondas diurnas y semidiurnas que adquieren amplitudes máximas o mínimas a intervalos de 14,8 días, aproximadamente.
La amplitud de una marea es extremadamente variable de un litoral marítimo a otro, no siendo la misma en todos los lugares.
En algunos mares interiores, como en el Mar Negro, entre Rusia y sólo alcanza entre 20 y 40 centímetros.
En el océano pacífico pude alcanzar amplitudes máximas de 5 ó 6 metros.
Es en el océano Atlántico donde se registran las mareas mayores. Así en la costa meridional atlántica de Argentina, en la provincia de Santa Cruz, alcanza una amplitud de 14 m. Pero aún es mayor en otras zonas, como en las bahías del Fundy (amplitudes medias superiores a los 15 m en Minas Basin y 13,6 m en Frobisher, Canadá), y en algunos lugares de las costas europeas de la Gran Bretaña (estuario del Severn 13,6 m), y de Francia en las bahías de Mont-Saint-Michel (12,7 m) y el estuario del Rance (13,5 m).
La amplitud de las mareas en el litoral peruano es de unos 2.5m en promedio.
Páginas de interés
https://www.dhn.mil.pe/
http://www.hidromet.com.pa/mareas.php 11
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
CLASIFICACIÓN DE LAS MAREAS Las mareas semidiurnas
Están influenciadas por la componente lunar, que tiene un período de 12,42 horas y la solar de 12 horas.
Existe una diferencia de período de 25,25 minutos entre cada componente lo que implica un retraso entre ambas ondas de 50,5 minutos al día, o un retraso de 6,23 horas cada 7,4 días, lo que equivale al semiperíodo de la onda, es decir, cada 7,4 días las dos ondas están en concordancia de fase y sus acciones se suman, mientras que al cabo de otros 7,4 días se encuentran en oposición, deduciéndose de esto la evolución característica de la oscilación semidiurna que consta de grupos que se alternan con amplitudes variables entre un máximo y un mínimo cada 7,4 días.
La órbita elíptica de la luna origina una onda elíptica lunar, de forma que cada 13,75 días la Luna se encuentra más cerca o más lejos de la Tierra, provocando un exceso o un defecto de atracción que modifica la evolución prevista con la composición de las ondas anteriores. Se ha observado que las ondas semidiurnas son más pronunciadas cuando la Luna y el Sol están más próximos al Ecuador.
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
Las mareas diurnas características en las latitudes bajas, con una pleamar y una bajamar en el transcurso del día lunar. considerando que el día lunar es de 24 h 50 min se producirá una pleamar y una bajamar cada 12 h 25 min. Las ondas diurnas son máximas cuando la declinación lunar tiene un valor extremo y mínimas cuando la Luna está en el Ecuador; tienen amplitudes máximas en los solsticios y en los equinoccios.
La marea de onda total, superposición de las anteriores, confiere a las oscilaciones del nivel marino una evolución característica oscilante más o menos regular, compuesta frecuentemente por dos pleamares y dos bajamares al día, cuya amplitud varía con un período de 14,8 días aproximadamente; sin embargo existen lugares en los que las mareas varían en forma diferente, con períodos de hasta 24 horas, o con períodos de 5 horas.
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EL FENÓMENO DE LAS MAREAS
En las mareas mixtas, la onda semidiurna puede predominar en las sicigias, mientras que en las cuadraturas predomina la onda diurna. La amplitud máxima se produce poco después de la fase de Luna nueva o luna llena (sicigias), y la mínima poco después de los cuartos creciente y menguante(cuadraturas). En algunos mares predominan las ondas de carácter semidiurno (las dos mareas diarias tienen prácticamente la misma amplitud), presentándose las más importantes en las costas europeas y africanas del Atlántico, en América del Sur desde Venezuela a Brasil, en parte de América del Norte, golfo de Bengala, etc., mientras que las de carácter diurno (se da una sola pleamar y una sola bajamar al día), son más débiles (mar de Okhost, extremo sudoeste de Australia, golfo de México) con amplitudes máximas de 11,5 m. En casi todos los lugares restantes las mareas son mixtas.
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EFECTOS QUE CONTRIBUYEN A LA
INTENSIFICACIÓN
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EFECTOS QUE CONTRIBUYEN A LA INTENSIFICACIÓN
DE LAS MAREAS
Las mareas en las costas
La amplitud de las mareas en alta mar es menor que 1 metro. En cambio, cerca de las costas la amplitud es generalmente mayor y en algunos casos alcanza o sobrepasa los 10 metros. En la tabla siguiente figuran algunos de los lugares donde se producen grandes mareas. Se ha puesto un solo lugar por zona.
Grandes mareas
Localidad Amplitud
(m)
Granville, bahía del Monte Saint-Michel (Francia) 13,6
Burntcoat Head, Minas Basin, bahía de Fundy
(Nueva Escocia, Canadá) 11,7
Leaf Lake, bahía de Ungava (Quebec, Canadá) 9,8
Newport, canal de Bristol (Inglaterra) 9,2
Sunrise, Turnagain Arm, en el Cook Inlet (Alaska,
EE.UU.) 9,2
Río Gallegos (Reducción Beacon) (Argentina) 8,8
Entrada del río Koksoak, en la bahía de Hudson
(Canadá) 8,7
Banco Dirección, en el estrecho de Magallanes
(Chile) 8,5
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO
GENERADO EN PRESAS POR LAS
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
EN PRESAS POR LAS MAREAS
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
EN PRESAS POR LAS MAREAS
ENERGÍA POTENCIAL DE LAS MAREAS
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. La energía cedida por el embalse durante el vaciado en la bajamar, es:
y la cedida durante el llenado en la pleamar, es:
Siendo la energía potencial estimada para un ciclo de marea de 6,2 horas de la forma:
Donde: z es la altura del agua embalsada en metros (0 < z < a)
A es la superficie del embalse en km2
V es el volumen del embalse en m3.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
EN PRESAS POR LAS MAREAS
Para embalses que se llenan por acción de la pleamar y por bombeo tendremos:
Y al turbinar el agua almacenada se obtiene:
Donde: z* es la altura del agua embalsada con bombeo auxiliar, a < z* < a*
a* es la altura máxima del embalse
A(z*) es la superficie del embalse con bombeo
V* es el volumen del embalse con bombeo
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 estimada en 3.106 MW, que la disipación de energía por rozamiento es del orden de 1 W/m2 y que una central mareomotriz tiene un rendimiento máximo del 25%, implica que sólo se podrían aprovechar unos 75.000 MW
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN
PRESAS POR LAS MAREAS
La explotación de la energía de las
mareas depende de la disponibilidad de
estuarios y bahías que puedan ser
encerradas por una presa para formar un
embalse. Para tener una estimación de
la máxima energía y calcular la energía
promedio que puede ser producida con
un embalse sencillo, se considera un
embalse con un área A que debe ser
llenado con la pleamar; al realizar el
vaciado del embalse durante la bajamar
la parte de la cabeza de la turbina que se
utilizó en el proceso de generación será
igual al rango de marea en metros que
se tuvo durante el fenómeno.
CÁLCULO DEL POTENCIAL DE UN APROVECHAMIENTO MAREOMOTRIZ
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Si h es la cabeza, el diferencial de energía correspondiente a un diferencial de
volumen de flujo dV, ignorando las pérdidas es:
dE = ρ . g . h . Dv Donde:
ρ es la masa de la unidad de volumen del agua e igual a 1000 kg/m3
g es la aceleración de la gravedad e igual a 9.806 m/s2.
El diferencial de volumen se relaciona con el cambio en la cabeza hidráulica dh como
una cantidad negativa así:
dE = −ρ. g. h .A .dh dv = -A .dh Integrando sobre el rango entero de la cabeza hidráulica que va desde R hasta
0 se tiene la siguiente expresión para la energía total:
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
EN PRESAS POR LAS MAREAS
Si se considera un ciclo de doble efecto, suponiendo que tanto el llenado
como el vaciado se realizan en forma de láminas horizontales con el nivel del
mar constante, se obtiene una energía total teórica extraíble para cada
periodo de marea igual a:
La potencia promedio teórica es equivalente a la energía natural dividida por
el período de marea que es de 12 horas y 25 minutos (44700 segundos)
Para un esquema de embalse sencillo y efecto simple es:
Donde Pt se da en MW, cuando A esta dado en km2 y R en metros 23
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN
PRESAS POR LAS MAREAS
Para un esquema de embalse sencillo y doble efecto se tiene que:
Considerando el factor de carga promedio en un rango del 25% tendremos una
Potencia Media real:
Para un esquema de efecto simple será:
para un esquema de doble efecto es:
La energía media anual para un esquema de efecto simple se define como:
La energía media anual para un esquema de efecto doble se define como:
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN PRESAS
POR LAS MAREAS
CICLOS DE GENERACIÓN EN LAS CENTRALES MAREOMOTRICES
Ciclo de Simple Efecto: Se dispone de un embalse único, siendo los modos operativos los siguientes:
- Generación durante el reflujo de la marea, (bajamar): El llenado del embalse se efectúa con las compuertas abiertas y el vaciado con turbinación.
- Generación durante el flujo, (pleamar). El llenado del embalse se efectúa con turbinación y el vaciado con las compuertas abiertas. Es menos eficiente que el anterior; porque el embalse trabaja con niveles más bajos y la capacidad de almacenamiento es menor.
En consecuencia generan sólo durante la bajamar, vaciándose el embalse, o sólo durante la pleamar, llenándose el embalse; estas operaciones requieren de una turbina hélice de flujo axial y alta velocidad específica.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
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Ciclo de Simple Efecto Durante el vaciado del embalse se realiza lo siguiente:
a) Cuando sube la marea se abren las compuertas y el embalse se llena.
b) Cuando comienza a bajar la marea se cierran las compuertas y se espera un tiempo, del orden de 3 horas, para alcanzar una diferencia de nivel adecuada entre el mar y el embalse.
c) A continuación, durante 5 ó 6 horas, se hace pasar el agua por las turbinas generando energía eléctrica.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN
PRESAS POR LAS MAREAS
Central de simple efecto durante el vaciado
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN
PRESAS POR LAS MAREAS
Ciclo de doble efecto Ciclo de doble efecto con turbinas reversibles: La generación de
energía se efectúa con ambas mareas, lo que exige que las turbinas operen eficazmente con un determinado caudal de agua en cualquier dirección, funcionando tanto durante el llenado, como durante el vaciado del embalse. Se pueden utilizar dos tipos de turbinas: a) Reversibles
b) No reversibles, con un sistema de canales y compuertas; es un procedimiento complejo y caro
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN
PRESAS POR LAS MAREAS
CICLOS DE ACUMULACIÓN POR BOMBEO
Generan energía con ambas mareas y disponen de algún tipo de almacenamiento por bombeo, lo que obliga a utilizar turbinas que sean capaces de funcionar no sólo como tales, sino también como bombas, cuando sean accionadas por los alternadores.
Con este sistema se mejora el nivel de generación proporcionando mayor
eficiencia y mejor rentabilidad aumentando en al menos un 10% la energía generada.
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CICLOS MÚLTIPLES
Utilizarían varios embalses, con lo que se podría generar energía de una forma más continua a lo largo del día; serían más caros, pues exigirían una obra civil muy costosa, lo que les ha hecho prácticamente inviables.
El proyecto Cacquot en la bahía del Mt-St-Michel, con mareas de 15 m de amplitud, implicaba diques de 55 km con alturas de 30 a 40 m para almacenar en 2 estanques de 1100 km2, caudales que penetrarían por las compuertas a razón de 500.000 m3/seg, generando entre 30 y 40 TWh año, apoyándose en las islas Chausey. Se estimó en 10 años su construcción, pero fue abandonado.
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EQUIPOS Y OBRAS CIVILES
Unidades Turbogeneradoras
Las unidades desarrolladas para ser usadas en estos aprovechamientos tienen su origen en la turbina convencional de eje vertical o tipo Kaplan, ya que el hecho de tener sus álabes móviles permite dar el ángulo de ataque del chorro de agua más conveniente según sea la cabeza disponible.
Las turbinas más usadas son de tipo Bulbo y Kaplan.
Este tipo de unidades trabajan con turbinas de flujo axial que se utilizan en saltos de muy poca altura y presentan mayor eficiencia.
El flujo axial aporta una serie de ventajas, como: a) Mayor aumento del caudal específico, y de la potencia específica.
b) La disminución de pérdidas de carga a la entrada y salida lo que implica una mejora en el rendimiento.
c) Mejora el fenómeno de cavitación debido a las condiciones del flujo que aumenta la velocidad de rotación.
d) Reducción del volumen de la obra civil, así como el costo de las obras.
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Turbinas Kaplan
Son turbinas de admisión total y están clasificadas como turbinas de reacción.
Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m y menores alturas), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante).
Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
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Unidades tipo Bulbo
La búsqueda de turbomáquinas que funcionen como turbina y como bomba, en ambos sentidos, con conductos hidráulicos de formas simples y económicos, tendentes a mejorar la rentabilidad de las minicentrales hidráulicas y las centrales mareomotrices, condujo a la puesta a punto de los grupos Bulbo; para ello se han utilizado turbinas axiales, que requieren conductos hidráulicos de formas simples y dimensiones reducidas, que permiten un aumento de la potencia específica y una reducción del costo de la obra civil.
A partir de una serie de trabajos investigativos se desarrollaron los grupos tipo
Bulbo, creados para trabajar en lugares de grandes caudales, en 1993 se inauguraron los primeros dos grupos de flujo axial de Rostin en el río Persante.
El flujo axial aporta una serie de ventajas, como: a) Mayor aumento del caudal específico, y de la potencia específica.
b) La disminución de pérdidas de carga a la entrada y salida lo que implica una mejora en el rendimiento.
c) Mejora el fenómeno de cavitación debido a las condiciones del flujo que aumenta la velocidad de rotación.
d) Reducción del volumen de la obra civil, así como el costo de las obras.
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GRUPO TIPO BULBO CON ALTERNADOR
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Grupos con el alternador en la periferia
La idea proviene del ingeniero americano, Leroy Harza, y data de 1919, completada en 1924; las palas hélice juegan el papel de brazos del rotor lo cual hace que si estas se construyen orientables, los problemas mecánicos sean importantes. Los polos magnéticos inductores del alternador se encuentran unidos solidariamente a la periferia del rodete de la turbina y giran con él.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
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Grupos con el alternador en el exterior
Esta disposición da lugar a los grupos tubo; la idea, Neyrpic, data de la construcción de la primera presa de Asuán en 1927, pero nunca se han conseguido grandes resultados a causa de la aparición de vibraciones.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO EN
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Grupos con el alternador en el interior
Estos grupos inicialmente no fueron bien aceptados, pero
terminaron siendo los más empleados en las turbinas bulbo.
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3.4.5 Los pequeños y medios Bulbos
Los grupos Bulbo son muy utilizados en minicentrales hidráulicas aprovechando saltos pequeños con caudales relativamente pequeños; se pueden presentar tres tipos de disposiciones en función de las condiciones locales, como grupos en sifón, en cámara de agua y en conducto.
3.4.6 Los grupos en sifón
Se emplean para saltos de 1,5 a 3 m con caudales del orden de 15m³/s, estando
sus potencias entre 50 y 300 kW.
3.4.7 Los grupos en cámara abierta
Se utiliza en caudales de 10 a 15 m³/s, aunque ocasionalmente puede llegar a los 28 m³/s. El bulbo se encuentra inmerso en el agua de tal forma que ataca directamente al distribuidor y al rodete.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
EN PRESAS POR LAS MAREAS
CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE GRUPOS TIPO BULBO
Trazado hidráulico de los grupos Bulbo
La función de los grupos Bulbo es aumentar la potencia
específica mediante el aumento de la velocidad específica.
En pruebas realizadas se observa que las pérdidas de
carga más importantes se presentan a la entrada y la
salida del grupo.
Los conductos hidráulicos de los grupos Bulbo son menos
complicados que los de las turbinas Kaplan, y llegan a
tener pérdidas relativamente poco importantes, por lo que
se pueden conseguir con los grupos Bulbo mayores
potencias específicas, para un salto hidráulico dado.
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CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE GRUPOS
TIPO BULBO
Conductos hidráulicos a) conducto de turbina Kaplan b) Conducto de grupo bulbo 40
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El tubo de aspiración
La importancia del tubo de aspiración se fundamenta en que logra que la energía cinética a la salida de la rueda alcance un valor próximo a la energía total del salto.
En la figura podemos observar la comparación de pérdidas de un grupo Bulbo y un grupo Kaplan, observando que las pérdidas crecen más rápidamente para valores superiores al ángulo óptimo que para valores inferiores.
Para rendimientos iguales, los grupos Bulbo tienen un diámetro de rodete inferior al de las turbinas Kaplan de la misma potencia; para caídas más pequeñas que el salto de diseño, las potencias generadas por la turbina Bulbo son superiores a las desarrolladas por las turbinas Kaplan.
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Cavitación: Es un fenómeno típico de las bombas y las turbinas hidráulicas. Se puede definir como la formación y colapso de burbujas de gas en el seno de un líquido.
Los grupos Bulbo entran en la categoría de turbinas alimentadas por saltos fuertemente variables por lo que las condiciones que provocan la cavitación se tienen que analizar en profundidad, así como el diseño de las zonas que son propensas a su formación y desarrollo con la reducción de la tensión, estabilidad de los deslizamientos, vibraciones, etc; por razones económicas no se puede adoptar un diseño que cumpla con todas estas premisas y garantice la máquina contra todo efecto de cavitación.
Las observaciones sobre la aparición y desarrollo de la cavitación constituyen un conjunto de datos, sin los cuales no se podría realizar el trazado de las palas, pero sobre todo sirven para definir en las diferentes zonas de funcionamiento los márgenes que se pueden adoptar. Para la determinación del diseño de los grupos Bulbo se pueden considerar las mismas reglas y los mismos parámetros obtenidos a partir de los resultados de explotación de las turbinas Kaplan, con un margen de seguridad suficiente.
Potencias específicas de los grupos Bulbo.- El examen de datos estadísticos muestra que el caudal Q11 de una turbina unidad Bulbo alcanza los 4 m3/seg, mientras que el de una turbina Kaplan no llega a los 2,6 m3/seg; la velocidad en los grupos Bulbo llega a valores de n11= 250 rpm y la de una Kaplan a 200 rpm.
Para saltos equivalentes, la contrapresión sobre las palas de una turbina Bulbo es más elevada que sobre las de una Kaplan de la misma potencia nominal.
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Potencia del alternador.- La potencia nominal de un alternador Nalt en kW viene
dada por la expresión:
N alt = Ku.D. L. n
Donde:
D es el diámetro del estator en metros,
L es la longitud axial del circuito magnético del estator en metros
n es la velocidad de rotación en rpm
Ku es un coeficiente de utilización de la potencia.
El valor del diámetro D del estator viene impuesto por el diámetro De de la
turbina, según la relación (D ≤ 2 De).
Se observa que al disminuir el diámetro del estator D y mantener constante la
potencia, hay que aumentar la velocidad de giro, la longitud del alternador y el
valor del coeficiente Ku.
La posibilidad de aumentar en los grandes grupos el número n de rpm, es difícil
debido a complicaciones técnicas, alcanzándose como máximo velocidades del
orden de 140 rpm.
ELECTRICIDAD A PARTIR DEL SALTO GENERADO
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La modificación de L viene condicionada por la ventilación axial del alternador, no pudiéndose utilizar ventilación radial debido al bajo número de rpm del rotor.
El coeficiente Ku es: K u = K .Bd. A
Bd es la inducción en el entrehierro en vacío, en Teslas,
A es la corriente por centímetro periférico, en Amp/cm,
K es el factor de potencia.
Para aumentar A es preciso aumentar la permeabilidad del medio
Para aumentar Bd es preciso aumentar la corriente de excitación y la densidad de corriente en las bobinas del rotor.
La ventilación de los alternadores se realiza mediante refrigeración axial asistida por el efecto de refrigeración del fluido refrigerante (aire) con el medio exterior; para ello las carcasas exteriores del Bulbo se diseñan de forma que permitan evacuar el 30% del calor generado.
El fluido refrigerante suele ser aire comprimido entre dos y tres atmósferas, consiguiéndose de esta forma la refrigeración del grupo, al tiempo que permite una presión adecuada en su interior para contrarrestar el efecto de la presión exterior que el agua ejerce sobre el grupo.
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Construcción de Represas La construcción de una presa en un estuario
o cuenca hidrográfica es un trabajo muy complicado debido a la acción de la corriente de las olas y las mareas.
El desarrollo de un proyecto mareomotriz se debe llevar a cabo por comodidad y economía en un lugar donde la construcción de la presa sea lo más corta posible con el fin de disminuir los costos.
La parte de ingeniería civil para un proyecto de generación mareomotriz es un trabajo bastante complejo y requiere de un minucioso estudio de factibilidad para determinar los parámetros de construcción más adecuados.
Todos los equipos de control y maquinaria se deben localizar dentro de la estructura de la central y estar totalmente protegidos de la salinidad del agua del mar.
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Condiciones para la construcción de la represa
Para iniciar un proyecto de este tipo se deben tener en cuenta algunas condiciones naturales necesarias para la construcción de una planta de generación de energía mareomotriz, esas condiciones son:
Primera condición
Que exista un accidente hidrográfico denominado ESTUARIO ( desembocadura del río en el mar e influencia del mar en el río por marea alta).
Segunda condición
Amplitud ≥ 5m, cuando nos referirnos a la amplitud, hablamos de la diferencia entre la marea alta y la marea baja.
Tercera condición
Velocidad de marea: se requiere una velocidad mínima de cuatro metros por segundo (4m/s), para hacer girar las turbinas de los generadores.
Cuarta condición
Caudal: es necesario un caudal continuo y abundante para aprovechar a pleno e te tipo de generación.
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Parámetros Entre los parámetros característicos de los equipos empleados en una
central mareomotriz, destacan los siguientes:
a) La elección del diámetro del rodete y dimensiones de la obra civil de la instalación.
b) Las alturas netas tienen que ser iguales a la altura mínima necesaria para obtener la potencia nominal, teniendo que satisfacer incluso a las pequeñas mareas.
Como las amplitudes necesarias para este tipo de turbinas está entre 13 y 18m, con bajas alturas la carga influye notoriamente sobre la generación de energía; las posibles soluciones a este problema son:
a) La utilización de un multiplicador de velocidad colocado entre el rodete y el alternador, que le permita girar más deprisa.
b) El funcionamiento de los grupos a velocidad variable utilizando convertidores estáticos de frecuencia a potencia total o a potencia nominal, esto limitará la velocidad de embalamiento del alternador.
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Consideraciones Ambientales La alteración del régimen hidrodinámico implica una menor dispersión
de afluentes, lo que influye en el transporte de sedimentos.
La amplitud de la marea en el estuario influye en el medio ambiente; una central mareomotriz puede reducir la máxima marea viva en un 50% y tiene un efecto menor sobre la marea muerta. La prevención de cambios en el ecosistema no está bien definida, ya que éstos dependen de cada emplazamiento.
Para determinar los cambios físicos que se pueden ocasionar en un estuario debido al desarrollo de un proyecto de generación de energía mareomotriz, se deben tener en cuenta algunos parámetros específicos como son: - Distribuciones de la salinidad.
- Turbidez.
- Corrientes contaminantes.
- Nutrientes.
La obstaculización del paso de la luz solar a las aguas del estuario, afecta de manera negativa la vida natural en el estuario 48
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CENTRALES MAREOMOTRICES EN EL MUNDO
Central mareomotriz De Rance Una de las primeras y más grandes centrales de generación de energía mareomotriz es la de la central de La Rance,
ubicada en Francia donde la amplitud de la marea puede alcanzar los 13,5 metros de altura, una de las más altas del mundo.
Esta central fue terminada en 1967
Funciona con un ciclo de doble efecto con acumulación por bombeo
Tiene un dique de 700 metros de largo, 24 metros de ancho y 27 metros de alto
Cuenta con 6 compuertas de 15 metros de longitud y 10 metros de altura con una esclusa que comunica el mar con el estuario.
Presenta un embalse con una superficie de 20 km² y una capacidad de embalsamiento de 186 millones de m³ entre pleamar y bajamar, tiene 24 turbinas.
Bulbo axiales de 24 MW que funcionan en doble sentido y un alternador de 64 polos alojados en el interior del bulbo, se regula mediante un distribuidor de 24 álabes directrices que dirigen el agua hacia los álabes también orientables del rodete para mayor rendimiento.
Dique de la central mareomotriz de Rance
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Imágenes de central de Rance
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Imagen de Central de Rance
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Central de la Bahía De Fundy Ubicada en la frontera entre Canadá y USA en al río Anápolis, con amplitudes
de marea de 15 m
Posee un dique de 30.5 m d
e altura y 46.5 m de longitud,
Cuenta con una turbina Straflo axial de 18 MW con cuatro polos y un alternador periférico de 144 polos.
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BAHÍA DE FUNDY
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CENTRAL DE KISLAYA.
(KISLOGUBSKAYA)
Ubicada en el mar de Barentz, Rusia; empezó a funcionar como planta piloto en 1968, siendo la segunda del mundo de esta clase
Dispone de 1 turbina bulbo de 0,4 MW. Los módulos de la sala de máquinas y del dique fueron fabricados en tierra y llevados flotando al lugar elegido; fue concebida como banco de ensayos para la instalación mareomotriz de Penzhinsk, proyecto que en la actualidad ha sido olvidado.
La marea es semidiurna, con una velocidad de 3,6 m/seg.
Amplitud media de 2,4 m en el intervalo de 1,1 m y 4 m.
El embalse de 1,1 km2, tiene dos depresiones de una profundidad de 36 m separadas una de otra por una zona de 3 m de profundidad.
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CONSIDERACIONES A TOMAR EN LA
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CONSIDERACIONES A TOMAR EN LA EVALUACION DE
PROYECTOS
Evaluación de las corrientes marítimas.
Cálculo del potencial mareomotriz.
Selección de los emplazamientos de posible
utilización.
Evaluación del potencial mareomotriz de cada
uno de los sitios.
Estimación de los costos de construcción.
Cálculo del VAN y el TIR
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