Unidad 8

 Energía Undimotriz

Las corrientes de los océanos, que son la causa que el mar fluya, se generan principalmente por la subida y bajada de las mareas, las cuales son consecuencia de la interacción gravitacional entre la Tierra, la Luna y el Sol. Sin embargo, existen otros efectos, tales como diferencias de temperaturas locales (la más destacadas son las corrientes del Golfo, que mueven alrededor de 80 millones de metros cúbicos de agua cada segundo), diferencias de salinidad y efectos de las fuerzas de Coriolis, causadas por la rotación de la Tierra, que también influyen de manera importante.

Existen dos métodos diferentes de extraer energía de las mareas.

Uno de ellos consiste en la utilización de la energía potencial del agua que se almacena

en un estuario (el cual se separa del mar abierto mediante un dique con el propósito de constituir un depósito de almacenamiento) durante la pleamar.

En este caso, de similar manera que en las centrales hidroeléctricas, el agua se hace pasar

a través de unas turbinas para generar electricidad. Sin embargo, estas centrales pueden operar de diversas maneras, dependiendo del número de embalses o depósitos utilizados (único embalse o múltiples embalses) y de los sentidos del movimiento del agua que se aprovechen (del estuario al mar; del estuario al mar y del mar al estuario). Además, este tipo de instalaciones pueden completarse mediante la utilización de sistemas de almacenamiento con bombeo de agua de mar.

Las turbinas hidráulicas utilizadas en estas instalaciones pueden ser de diversos tipos,

pero han de cumplir ciertos requisitos debido a los pequeños saltos hidráulicos que utilizan

las centrales mareomotrices.

El otro método de aprovechamiento de la energía de las mareas consiste en la utilización

de la energía cinética de las corrientes marinas, de la misma forma que una turbina eólica

extrae la energía del viento. En este caso, se utilizan turbinas sumergidas en el mar, que

convierten la energía cinética del agua en energía mecánica de rotación en un eje, que conectado a un generador eléctrico produce electricidad.

Origen de la energía mareomotriz

Los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede

extraer energía de orígenes diversos.

• La radiación solar incidente sobre los océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1.000 metros.

• La alteración de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas.

• La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas oceánicas provoca mareas.

Las mareas son movimientos oscilatorios del nivel del mar, debido a las fuerzas de atracción gravitacional que la Luna y el Sol ejercen sobre las partículas líquidas de los océanos

El comportamiento de las mareas y el desnivel de las mismas dependen de la posición

relativa de la Tierra, el Sol y la Luna, que cambia cada día, y de la proporción mares-tierra

(3:1), de su distribución geográfica, de la topografía local, de la profundidad de las cuencas

oceánicas, de los fenómenos meteorológicos y otros factores.

Debido a los movimientos de rotación de la Tierra alrededor de su eje y de la Luna

alrededor de la Tierra, existen mareas causadas tanto por el Sol como por la Luna.

En la Figura 12.1 se muestra un primer esquema básico, donde se representa únicamente el efecto de la atracción gravitacional entre la Luna y la Tierra y el efecto de las

fuerzas centrífugas. Ya que la atracción gravitatoria depende de las masas de los cuerpos

y de la distancia que los separa, la Luna, por estar mucho más cerca de la Tierra que el

Sol, influye mucho más en la generación de las mareas que éste.

Las masas de agua están expuestas, además, a la fuerza centrífuga como resultado del

movimiento de rotación de la Tierra. El nivel de marea que se produce es, por tanto, el

resultado de la combinación de las fuerzas centrífuga y gravitatoria.

Cuando la Luna está justamente encima de un determinado punto de la Tierra, la combinación de estas dos fuerzas hace que el agua se eleve sobre su nivel normal (protuberancias en la Figura 12.1). Esto se conoce como marea alta o pleamar. Lo mismo ocurre con las regiones situadas en el lado opuesto de la Tierra. A la primera se le conoce como marea directa, mientras que a la segunda se le conoce como marea opuesta.

El primer proceso, el efecto centrífugo, se debe al hecho que la Tierra y la Luna giran

una respecto de la otra en el espacio, aunque debido a que la masa de la Tierra es casi 100

veces mayor que la masa de la Luna, el movimiento de la Luna es más aparente. Sin

embargo, el eje de rotación relativa entre la Tierra y la Luna no se encuentra en el punto

medio de la distancia que existe entre ambos cuerpos.

Debido a que la Tierra es mucho mayor que la Luna, su centro común de rotación se

encuentra más próximo a la Tierra que a la Luna; de hecho el eje pasa debajo de la superficie de la Tierra (Figura 12.1). La rotación mutua alrededor de este eje produce una fuerza centrífuga relativamente mayor en los mares situados en el lado de la Tierra más alejado de la Luna, agrupándolos para producir una protuberancia (pleamar). También existe

una fuerza centrífuga más pequeña, dirigida hacia la Luna, que actúa en los mares que se

se encuentran enfrente de la Luna. Evidentemente, esta fuerza es más pequeña ya que la

distancia desde la superficie de la Tierra al eje común de rotación, situado justo dentro de

la superficie de la Tierra, es más pequeña.

El segundo proceso, el efecto gravitacional de atracción de la Luna, produce en los

mares de la cara de la Tierra más cercana a la Luna una protuberancia (pleamar), mientras

que los mares más alejados de la Luna experimentan una atracción lunar menor que la

media. 

En resumen, existen una pequeña fuerza centrífuga y una atracción lunar grande que

actúan en los mares situados enfrente de la Luna, y una mayor fuerza centrífuga y una

menor atracción lunar actuando en los mares situados en la otra cara de la Tierra. El resultado final, según este análisis, es que existe una simetría de fuerzas, pequeña y grande, en cada cara de la Tierra, que produce protuberancias de (en teoría) el mismo tamaño en cada cara de la Tierra. En la práctica, las protuberancias pueden diferir, debido, por ejemplo, a la inclinación del eje de la Tierra en relación a la órbita de la Luna y a los

efectos topográficos locales.

Asimismo, en los mares situados en las zonas perpendiculares al eje de las mareas

directa y opuesta se producen fases de marea baja o bajamar.

En la Figura 12.2 se muestra cómo las fuerzas de atracción del Sol modifican el esquema básico representado en la Figura 12.1.

Igualmente, el Sol provoca el ascenso de dos crestas de onda opuestas. Sin embargo,

de acuerdo con la ley de la gravitación de Newton, la fuerza de atracción es proporcional

a la masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los objetos, por

tanto, aunque la masa del Sol sea mayor (alrededor de 27 millones de veces la de la Luna), debido a que está unas 400.000 veces más lejos, su fuerza para crear mareas es un

46% menor que la Luna.

El resultado de la suma de las fuerzas ejercidas por la Luna y el Sol es una onda compuesta por dos crestas, cuya posición depende de las posiciones relativas del Sol y de la

Luna en un instante dado.

De este modo, durante las fases de Luna nueva y llena, donde el Sol, la Luna y la Tierra están alineados, las ondas solar y lunar coinciden creando un estado conocido como mareas de primavera, mareas vivas o mareas de sicigias (Figura 12.3). En este caso los efectos se suman, provocando pleamares más altas y bajamares más bajas que las mareas promedio.

Sin embargo, cuando la Luna está en el primer o tercer cuadrante, el Sol forma un

ángulo recto con respecto a la Tierra que hace que las ondas queden sometidas a fuerzas

opuestas del Sol y de la Luna (Figura 12.2), con lo cual la amplitud de las mareas es

menor que el promedio. Este estado se conoce como el de marea muerta o marea de

cuadratura, donde las mareas altas son más bajas y las mareas bajas son más altas que lo

normal.

Las mareas de primavera y muerta se producen 60 horas después de las fases correspondientes de la Luna, este período se llama edad de la marea o de la fase de desigualdad.

La marea denominada de perigeo se produce cuando la distancia entre la Luna y la

Tierra es mínima. La amplitud de la marea aumenta.

La marea llamada de apogeo se presenta cuando la distancia entre la Luna y la Tierra

es máxima. La amplitud de la marea disminuye.

Las mareas extraordinarias se producen cuando coinciden las mareas de perigeo con

las mareas de sicigias, originando las mareas extra altas. En caso contrario cuando coinciden las mareas de apogeo con las mareas de cuadratura se producen las mareas extra bajas. Este tipo de mareas se presenta una vez al año.