II.2 MARES

El término mar se utiliza mayormente para designar, por un lado, a aquella masa de agua salada que posee un tamaño inferior al del océano, pero también con la misma palabra se denomina al conjunto de la masa de agua salada que recubre la mayor parte del planeta tierra, incluyéndose en ella a los mares menores y océanos.

La marea es el cambio periódico del nivel del mar, producido principalmente por las fuerzas gravitacionales que ejercen la Luna y el Sol.

 
MAR

II.2.1 ORIGEN Y CLASIFICACIÓN

Tradicionalmente se ha explicado la presencia del agua en los océanos de la Tierra con dos teorías que tienen en común la hipótesis de que el agua procede del mismo planeta Tierra.


Una de ellas sostiene que el agua se formó en el centro de La Tierra. La Tierra recién formada no tenía atmósfera y mucho menos océanos.
Por el contrario, sí había agua, pero ésta estaba combinada con las sustancias de las rocas que formaban la parte sólida de nuestro planeta. Debido a la acción de la gravedad, la porción sólida se fue empaquetando y compactando, lo que provocó un aumento de la temperatura en su interior. Esto ocasionó que el agua y ciertos gases abandonaran de forma violenta la roca madre, provocando enormes cataclismos. Durante millones de años, no cayó una sola gota de agua del cielo. Los océanos empezaron a formarse a partir del vapor de agua que salía a borbotones de la corteza terrestre, y que luego se condensaba. Podría decirse entonces que los océanos no nos llovieron del cielo, sino que manaron de la corteza terrestre.
Otra teoría es la sostenida a mediados del siglo XX cuando se  pensaba que la Tierra y los demás planetas estaban formados de  materia arrancada del Sol. La Tierra sufría un gradual proceso de  enfriamiento desde la incandescencia, para pasar luego a un calor  moderado y finalmente al punto de ebullición del agua. Una vez  enfriada lo bastante para que el agua se condensase, el vapor de  agua de la atmósfera caliente de la Tierra pasó a estado líquido y  empezó a llover. Al cabo de muchos años de esta increíble lluvia de  agua hirviendo, las cuencas de la accidentada superficie del planeta  acabaron por enfriarse lo bastante como para retener el agua, llenarse  y constituir así los océanos. Es la teoría más convencional estudiada  en colegios según la cual el agua líquida tuvo su origen en la violenta  desgasificación del manto terrestre por alta temperatura durante el  periodo de formación de la Tierra, hace unos 4.600 millones de años  y cuyas emanaciones gaseosas aportaron a la primitiva hidrosfera el  85 % en vapor de agua que, más tarde, se condensaría en los océanos  con el enfriamiento de la corteza terrestre.


Pero recientemente dos acontecimientos han venido a modificar esta  situación. Uno de ellos, nos lo ha proporcionado la aparición del  cometa Linear. El 27 de septiembre de 1999, el programa Lincoln  de Investigaciones de Asteroides Cercanos a la Tierra descubrió  este cometa C/1999 S4 (más conocido como “Cometa Linear”).  Sorprendió a los astrónomos al romperse en pedazos cuando pasaba  cerca del Sol. Ahora el fenecido cometa los ha vuelto a sorprender: Nuevas investigaciones basadas en datos obtenidos en esa ocasión,  muestran que lo más probable es que el agua contenida en el cometa  Linear tuviese la misma composición isotópica que el agua que  encontramos en la Tierra. Esto es con una relación D/H de 1,5 x 10-4


CLASIFICACION

•    Marea alta o pleamar: momento en que el agua del mar alcanza su máxima altura dentro del ciclo de las mareas.

•    Marea baja o bajamar: momento opuesto, en que el mar alcanza su menor altura.

ORIGEN DE LOS MARES

II.2.2 Descripción del método de predicción. Uso de tablas de predicción de marea.

Tablas de marea: son las publicaciones anuales con la predicción diaria de las alturas de marea. Suministran, entre otros datos, fecha, hora y altura de marea para diferentes puntos a lo largo del litoral marítimo.

II.1.4 Predicción de oleaje.

Cuando el viento sopla sobre una superficie de agua se generan dentro de la masa de agua unos movimientos oscilatorios cuya magnitud depende de la velocidad , dirección y tiempo durante el cual sopla, del área sobre la cual sopla el viento y de la profundidad del agua en dicha zona. Estos movimientos oscilatorios se visualizan en la superficie produciendo cambios en el nivel del agua y constituyen las olas generadas por el viento.

Estas olas se propagan a lo largo de líneas cuyas direcciones dependen de la geometría del área sobre la cual sopla el viento, de la dirección del viento y de la conformación del fondo. La propagación de las olas no se produce en forma individual sino que ellas forman trenes de olas de  diferentes amplitudes y períodos.

En los estudios de ingeniería que se realizan en el mar y en la costa es necesario predecir cual será el comportamiento del oleaje durante las etapas de construcción y de operación de las obras. La predicción de las olas consiste en el pronóstico de los valores medios y extremos de Amplitud, Período, Longitud y Celeridad de las olas que pueden llegar a los sitios de influencia de los proyectos.

Para realizar los pronósticos existen dos metodologías , en la primera se realizan los análisis estadísticos de las olas históricas que llegan  al sitio del proyecto; la segunda utiliza métodos empíricos que tienen como referencia los estudios de investigadores de diferentes partes del mundo.

II.1.5 Fenómenos del oleaje. Rompiente, refracción, difracción y reflexión.

Cuando las olas, propagándose hacia la costa, ingresan en áreas de agua poco profundas se dice que las olas sienten el fondo y es allí donde las olas sufren la mayor cantidad de transformaciones, disminuyen su velocidad y aumenta su altura, modificando su trayectoria y haciéndose cada vez más inestables.  Los tres fenómenos principales en aguas poco profundas son:

  a) Refracción, b) Difracción,   c) Reflexión y d) Rompiente

Refracción

Cuando las olas se acercan a la costa aumentan su altura y entonces interfieren con el fondo. Allí el tren de olas cambia de dirección, acomodándose a la topografía submarina la que generalmente coincide con la topografía costera emergida. La topografía sumergida se representa por líneas imaginarias que unen puntos de igual profundidad. Estas líneas se denominan Isobatas. Por ende, si la costa presenta una serie de entrantes y salientes (cabos y bahías) las isobatas seguirán ese patrón morfológico.  Si asemejamos las crestas de las olas a una recta y vemos de que forma interfiere con la topografía sumergida de entrantes y salientes, es factible ver que las olas primero interferirán con las salientes (cabos) produciéndose el retardo en el avance de las olas en dicho sector. En contraposición, el sector de las cresta de la ola que coincida en su avance con una entrante (bahía) se adelantará respecto del sector de ola aledaño ya que no interferirá con el fondo hasta unos metros después que en las salientes. Es así que se produce la deformación de la cresta recta, la cual se acomoda a la topografía del fondo y copia esta topografía hasta ponerse paralela a las isobatas.  En este caso se dice que las olas se refractan. Así, en los cabos las olas convergen y se produce una acumulación de la masa de agua generándose concentración de energía. En cambio, en las entrantes (bahías) se produce divergencia de olas, hay menor volumen de agua y por la tanto hay disipación de energía.  Esto produce una distribución irregular de alturas de olas a lo largo de la costa. La mayor altura de olas se produce en los cabos y la menor en la bahías. El resultado será una corriente paralela a la costa desde los cabos hacia las bahías.

Difracción

Asociado con el fenómeno de refracción las olas sufren fenómenos de difracción. La difracción es un fenómeno por el cual un tren de olas cambia de orientación y se propaga dentro de un sector protegido cuando el tren de olas encuentra un obstáculo (muelle, espigón, barrera costera, etc.) a su libre propagación.  Para que ocurra este fenómeno la energía de la ola debe transmitirse por la creta de la ola desde el sector donde primero interfiere con el obstáculo hacia el sector del tren de olas que se propaga libre por el cuerpo de agua.  Mientras el primer sector se frena, transmite la energía lateralmente al segundo que sigue avanzando hacia sectores protegidos por el obstáculo. Generalmente refracción y difracción ocurren asociados.

Reflexión

Esto ocurre en costas con perfil muy abrupto de modo tal que las olas no interfieren con el fondo, inciden  directamente contra las costas y se reflejan nuevamente hacia el mar aumentando su altura. Esto particularmente importante en la construcción de paredones y rompeolas ya que estos constituyen superficies perfectamente reflectivas.  Por lo cual luego de la reflexión, aumenta la altura de la ola, se erosiona el fondo frente al rompeolas y este finalmente pierde sustento y cae.

Rompiente

En determinado momento de avance de las olas por aguas poco profundas, se produce un incremento de altura tal acompañada de una notoria disminución de la longitud de onda que las olas se hacen muy inestables y se produce la rompiente de las mismas.  Luego de producida la rompiente la masa de agua es dominada por la turbulencia mientras se produce un movimiento efectivo y derrame de la masa de agua hacia la costa. Ello genera una celda de circulación costera caracterizada por distinto tipo de corrientes litorales que no sólo transportan agua sino también material sedimentario a lo largo y ancho de la costa.

II.1.6 Medición en campo. Oleaje y batimetría.

La batimetría es la ciencia que mide las profundidades marinas para determinar la topografía del fondo del mar, lacustre o fluvial actualmente las mediciones son realizadas por GPS diferencial para una posición exacta, y con sondadores hidrográficos mono o multihaz para determinar la profundidad exacta, todo ello se va procesando en un ordenador de abordo para confeccionar la carta batimétrica. 

El conocimiento de las profundidades de un área tiene gran importancia para la seguridad de la navegación. La información batimétrica puede utilizarse para diversos fines, como la ingeniería costera (instalación de estructuras, construcción de muelles, dragados, etc.) y para estudios científicos.

Una Carta batimétrica es un mapa que representa la forma del fondo de un cuerpo de agua, normalmente por medio de líneas de profundidad, llamadas isobatas, que son las líneas que unen una misma profundidad, las líneas isibáticas son los veriles que nos indican la profundidad en las cartas de navegación.

TEMA II OLEAJE Y MAREAS
OBJETIVO: Interpretar la teoría general de los principales fenómenos oceanográficos y la interacción mar-costa.
 

II.1 Oleaje.

Puntos principales

Las olas del mar son ondas sísmicas (es decir, movimientos de un medio material) de las llamadas 'superficiales', que son aquellas que se propagan por la interfaz, entre dos medios materiales. En este caso se trata del límite entre la atmósfera y el océano.

Cuanto mayor es la altura de las olas, mayor es la cantidad de energía que pueden extraer del viento, de forma que se produce una realimentación positiva. La altura de las olas viene a depender de tres parámetros del viento, que son su velocidad, su persistencia en el tiempo y, por último, la estabilidad de su dirección.

 


CARACTERÍSTICAS DE LAS OLAS

 

• Altura o tamaño: La altura es la distancia entre la cresta y la base o valle de la ola. Es quizá el parámetro más importante para describir las olas.

• Periodo o intervalo: Periodo es el tiempo en segundos que las crestas de dos olas consecutivas pasan por un punto fijo. Un intervalo alto puede significar dos cosas, ambas positivas, un tamaño de olas grande ya que a mayor altura la distancia entre la cresta de dos olas consecutivas es mayor, o, independientemente del tamaño de las olas, un mar de fondo con olas ordenadas. Se considera un periodo alto al que supera los 9-10 segundos, aunque esto dependerá también del tamaño de las olas.

• Longitud de onda: Es la distancia entre las crestas de dos olas consecutivas. Al igual que con el periodo, a mayor distancia mejor.

• Dirección: La dirección es el sentido en el que se propagan las olas en el mar y está relacionado con la dirección del viento que las originó.

• Fuerza: La fuerza es la violencia con la que rompe la ola al llegar a la costa. Una ola con fuerza es la que rompe de manera hueca, formando tubo. La fuerza depende del tamaño de la ola, la energía que lleve consigo y en buena parte del fondo sobre el que rompe la ola.

1. Las olas son formadas por la acción del viento.
2. El agua oscila con la ola, pero no se mueve con la ola.
3. Las olas en la costa son diferentes al mar abierto.
4. Las olas producen erosión o depósito.
5. Las olas transportan energía, NO agua.

• La trayectoria de dos partículas al pasar una ola superficial.
• Eso resulta del balance entre la perturbación y fuerzas restauradoras (la gravedad).

Parámetros de una ola

• La longitud de onda, si el eje horizontal es distancia.
• El período si el eje horizontal es tiempo.
• La altura (H) es dos veces la amplitud (A).

• El diámetro de la órbita de las partículas disminuye con la profundidad.
• Esto solo vales para olas cuya longitud de onda es pequeña respecto a la profundidad del medio.
• Debajo del nivel base de oleaje el movimiento de las partículas es insignificante.

• Velocidad del viento.
• Duración del viento soplando.
• Distancia en la que sopla el viento.

• Las olas se suman o restan (interferencia).
• A la costa llegan olas separadas en “trenes” por el fenómeno de dispersión.

•Las olas reducen su longitud de onda.
• Las olas aumentan su altura.
• La ola va más despacio.
• La ola es tan alta, que rompe.

II.1.1 Clasificación de las ondas.

Ondas

Una gota de agua al caer en un estanque genera una perturbación que se propaga a través de la superficie en forma de un pulso.

Onda: Propagación de una perturbación a través de un medio material o del vacío, las ondas al propagarse no transportan materia solo transportan energía.

Pulso: Energía propagada por una única perturbación, un conjunto de pulsos sucesivos generan una onda.

Clasificación:

Las ondas al igual que cualquier fenómeno se pueden clasificar a partir de distintos criterios, las ondas en particular se clasifican a partir de 3 criterios, estos son:

I. Según su Naturaleza

a)  Ondas Mecánicas: Son todas aquellas ondas que necesitan de un   medio material para propagarse y existir.

b)  Ondas Electromagnéticas: Son todas aquellas ondas que no necesitan de un medio material para propagarse y existir, pueden hacerlo incluso en el vacío.

II. Según su Oscilación.

a)  Ondas Transversales: Son todas aquellas ondas en las que la dirección del movimiento oscilatorio, de las partículas del medio por el cual se propaga la onda, es perpendicular (forma un ángulo de 90º) a la dirección de propagación de la onda.

b)  Ondas Longitudinales: Son todas aquellas ondas en las que la dirección del movimiento oscilatorio, de las partículas del medio por el cual se propaga la onda, es igual a la dirección de propagación de la onda.

III. Según su propagación.

a)  Ondas Viajeras: Son todas aquellas ondas que tienen la capacidad de propagarse libremente a través de un punto a otro del espacio.

b)  Ondas Estacionarias: Son ondas que parecen no avanzar, estas ondas se generan cuando dos ondas viajeras se superponen (están en el mismo lugar al mismo tiempo) al propagarse en sentidos contrarios.


II.1.2 Teoría del oleaje. Primera aproximación de Stokes.

Las olas son producidas por diferentes causas. Existen olas que son generadas por el viento, por las mareas, por tormentas, por oscilaciones o por terremotos. Estas últimas se conocen como Tsunamis; son olas que alcanzan alturas considerables cuando rompen contra las costas.

Para que se genere una ola se requiere que exista una fuente de energía que, al transmitir al agua en reposo una cantidad determinada de energía, produce un movimiento oscilatorio de las partículas del líquido sin que haya un transporte importante de masa. Este movimiento oscilatorio es similar al que se induce por vibración a una cuerda que esté fija por sus dos extremos. Como se verá más adelante, la propagación de la energía dentro de la masa de agua está relacionada estrechamente con la propagación de las olas que se generan con esa energía.

El desarrollo de la Teoría de las olas se basa en la aplicación de las ecuaciones de Navier-Stokes en el flujo de fluídos viscosos en régimen no permanente.

La teoría que se trata en el texto se conoce como Teoría de Stokes . Algunos autores, como Iribarren por ejemplo, prefieren la Teoría Trocoidal la cual tiene un tratamiento matemático más complicado.

Para su estudio las olas se clasifican en Olas de pequeña amplitud y Olas de amplitud finita. Las primeras representan alteraciones pequeñas en la superficie del agua y no ocasionan problemas notables a las estructuras que están localizadas en alta mar o en la costa. Las olas de amplitud finita son las olas que interesan en los diseños de puertos, estructuras marinas y obras de protección de playas.

El estudio de las olas de pequeña amplitud se basa en la Teoría Lineal en la forma como fue desarrollada por Stokes. Es una aplicación simplificada de la ecuación general del flujo no permanente.

                                           

Supone que el flujo es irrotacional y utiliza solamente el primer término de la ecuación de Navier-Stokes. El resultado es una Ola Sinusoidal que tiene las siguientes características:

Los tres valores que caracterizan una ola son:

H=Altura
L=Longitud
T = Período.

El período T es una característica constante de la Ola durante su existencia. La longitud L y la altura H se modifican a medida que la Ola se desplaza desde el mar hacia la costa.

Se define como Mar Profundo aquel en el cual la relación entre la Longitud de la Ola y la Profundidad del agua es mayor que 2. Cuando la Ola está en mar profundo la rugosidad del fondo no afecta su comportamiento, pero a medida que entra al mar poco profundo la Longitud de la Ola tiende a disminuír y la Altura a aumentar por efecto de la fricción de la masa de agua con el fondo.

Las siguientes son las características de una Ola individual en mar profundo:

d= Profundidaddelagua.

d / Lo > 1/

Ho= Altura de la ola

Lo= Longitud de la Ola.

T= período.

Co = Celeridad o Velocidad de Fase = Lo / T

Co = 1.56 T m/s (sistema métrico)

El mar es Medianamente profundo cuando la relación d/L está comprendida entre 1/2 y 1/10. En este caso se tienen las siguientes relaciones:

L=  Lo tgh Kd

C = Co tgh Kd

tgh Kd = tangente hiperbólica de Kd, donde K es el Número de la Ola ( K = 2 Pi / L)

Cuando d/L es menor que 1/10 la profundidad del agua es muy pequeña y se aceptan las siguientes aproximaciones:

L= T(gd)1/2

C = ( gd )1/2

g = 9.81 m/s2.

II.1.3 Geometría estadística del oleaje. Distribución de Raleigh.

Para que se pueda realizar el análisis estadístico de las olas es necesario tener un registro de olas en el sector de interés. Desafortunadamente estos registros existen en muy pocos lugares del mundo debido a los altos costos de los equipos de registro y procesamiento de datos.

Cuando se tienen los datos históricos se seleccionan los trenes de olas que han ocurrido a lo largo de varios años, se determinan amplitudes y períodos de las olas y se aplican los métodos estadísticos que se describen en la literatura especializada ( Longuett-Higgins, Ippen, Wiegel) para determinar la magnitud y el período de la Ola Significativa y de las Olas Máximas esperadas.

En una serie de olas, ordenadas de mayor a menor según su amplitud, la Ola significativa se define como el promedio de las amplitudes de las olas que están en el tercio superior de la serie.

I.3 Monografía de la infraestructura marítima.

Infraestructura.

La infraestructura es de vital importancia en el entorno de un país, es sinónimo de desarrollo social y humano ya que la competitividad, el crecimiento económico y las oportunidades de bienestar de las naciones dependen en gran medida de la solidez y modernidad de su infraestructura.

El desarrollo de la infraestructura es un requisito imprescindible para todos los países ya que fomenta la comunicación entre regiones al reducir los costos y tiempos de transporte para facilitar el acceso a mercados distantes y así impulsar la generación de empleos. El fortalecimiento de dicho sector en la región México, Centroamérica y Cuba, será un gran detonador de las economías ya que la construcción es la industria que más empleos genera por dólar invertido y es la que mas ramas industriales activa.

Obras que se consideran infraestructura.
 

Las obras de infraestructura son grandes proyectos que facilitan los servicios sociales a una comunidad como avenidas, autopistas, calles, puentes, puertos, aeropuertos, ferrocarriles, redes de telecomunicaciones, entre otras. Este tipo de obras son las más complejas de coordinar y construir, debido a sus extensiones y magnitudes, ya que algunas llegan a ser monumentales.

Los proyectos de éste tipo involucran un gran número de recursos humanos, maquinaria además del tiempo de realización, que suele ser extenso, y pueden ser contratados por sectores públicos y privados. Son generalmente diseñadas por un ingeniero debido a sus características de alto tráfico y funciones específicas.

Las obras de infraestructura de la actualidad, se construyen con materiales que cada día son más sofisticados y especializados. Dentro de los costos de una construcción de grandes proporciones los materiales ocupan con frecuencia el renglón de mayor incidencia por encima de equipos y la misma ingeniería.

En los últimos años, la infraestructura para la navegación marítima se ha incrementado considerablemente, por lo que cada vez el número de ciudades que se unen por los océanos es mayor, lo que debe traer como consecuencia un intercambio más intenso entre las diferentes culturas de la humanidad, esperando que esto sea en beneficio de todas ellas.

Infraestructura para la navegación marítima.
 

Para poder realizar una navegación segura a través de las aguas oceánicas, es necesario contar con una serie de características, tanto de la embarcación como de las condiciones del medio. Por esto, es indispensable disponer de equipo especializado a bordo, en el propio mar y en tierra, que permita alcanzar el máximo de esta seguridad.

Dentro de la infraestructura marítima encontramos que existen diversas obras que se consideran dentro de este rubro tales como son:

 Puertos.
 

El puerto es, por extensión, aquel espacio destinado y orientado especialmente al flujo de mercancías, personas, información o a dar abrigo y seguridad a aquellas embarcaciones o naves encargadas de llevar a cabo dichas tareas. Dentro de los puertos marítimos se pueden distinguir aquellos orientados a la carga y descarga de contenedores; de mercancías de distinto tipo, especialmente los pesqueros; al depósito de embarcaciones de recreo u otros. Los puertos, asimismo, pueden clasificarse dentro de otras categorías, como según el uso civil o militar, etc.

Muelle.

Un muelle es una construcción de piedra, ladrillo o madera realizada en el agua, ya sea en el mar, en un lago o en un río, afianzada en el lecho acuático por medio de bases que lo sostienen firmemente, y que permite a barcos y embarcaciones atracar a efectos de realizar las tareas de carga y descarga de pasajeros o mercancías.

En los puertos marítimos y fluviales acostumbran a existir varios muelles, a fin de dar cabida a un número determinado de barcos. En los puertos grandes, los muelles están generalmente especializados en un tipo de actividad, ya sea el transporte de pasajeros, la carga y descarga de vehículos, de contenedores y otras muchas.

Puentes móviles.
 

Es un puente que tiene la característica de moverse para permitir, normalmente, el paso de tráfico marítimo. El puente móvil puede construirse en una parte más baja, evitando así el alto costo de muelles y largos enfoques, reduciendo así el costo total del puente. Algunos pequeños puentes móviles pueden ser habilitados sin la necesidad de un motor. Algunos puentes son operados por los usuarios, especialmente aquellos con un barco, otros por un encargado del puente o a veces de forma remota, utilizando cámaras de vídeo y altavoces. En general, los puentes son impulsados por motores eléctricos, ya sea de funcionamiento con tornos, engranajes, pistones o hidráulicos.

Plataformas petrolíferas.
 

Una plataforma petrolífera es el conjunto de instalaciones ubicadas en los mares u océanos para extraer petróleo o gas natural del subsuelo marítimo. Una de las principales tareas que se realizan en estas instalaciones, es taladrar el subsuelo hasta alcanzar la zona donde se encuentra el petróleo o gas, lo cual puede ser a cientos de metros debajo del foso marino.

Estas plataformas son instalaciones sumamente complejas y requieren ser lo suficientemente resistentes para combatir el oleaje marino y soportar la enorme maquinaria que se utiliza para extraer el petróleo o gas natural del subsuelo.

Faro
 

Un faro es una torre de señalización luminosa situada cerca de la costa o junto a ella, aunque en algunas ocasiones se encuentra situado dentro del mar a cierta distancia de la costa. Los faros se ubican en los lugares donde transcurren las rutas de navegación de los barcos, y disponen en su parte superior de una lámpara potente, cuya luz se utiliza como guía.

Rompeolas
 

Rompeolas es una estructura costera que tiene por finalidad principal proteger la costa o un puerto de la acción de las olas del mar o del clima. Son calculados, normalmente, para una determinada altura de ola con un periodo de retorno especificado. El cálculo y diseño de una estructura marítima de este porte, así como de diques, molles o muelles, y otras estructuras marítimas, es diseñado por especialistas en ingeniería hidráulica.

I.2 OBRAS MARÍTIMAS Y FLUVIALES VINCULADAS A LOS APROVECHAMIENTOS.

TECNOLOGÍA DE LA ENERGÍA DEL MAR

En el aprovechamiento de este tipo de energía o fuente energética actualmente no se ha impuesto una tecnología concreta, ya que las características intrínsecas del mar hacen que los dispositivos para generar dicha energía sean muy diversos. Veamos que tecnologías se han desarrollado hasta el momento.

ENERGÍA DE LAS MAREAS
 

La única que ha alcanzado un cierto grado de implementación es la energía de las mareas, ya que existen centrales en funcionamiento desde hace décadas. El precedente a las centrales mareomotrices está en los molinos de marea, abundantes en las costas europeas a partir del siglo XI, en especial, en Gran Bretaña, aunque hoy día son muy pocos los que se encuentran funcionando. La idea de aprovechar centrales mareomotrices data de la segunda década del siglo XX. La primera gran central mareomotriz para la producción de energía eléctrica comercial no se construyo hasta 1967 en el Estuario de Rance (Francia); es la central más importante del mundo con una potencia instalada de 240 MW, un salto de agua de 8 metros y un dique de más de 700 m. Siendo la superficie de agua embalsamada de 17 Km2.

Las mareas son el movimiento periódico de las aguas del mar debido a los movimientos de la Luna alrededor de la tierra. Para generar energía eléctrica a partir de las mareas se procede a construir un dique que almacena agua convirtiendo la energía potencial de ésta en electricidad igual que en el caso de centrales hidráulicas, por medio de una turbina. La energía producida es proporcional a la cantidad del agua desalojada y a la diferencia de altura existente.

Debe tenerse en cuenta, dos condiciones físicas indispensables para que se pueda captar la energía de las mareas:

• Que la amplitud física de las mareas sea como mínimo de varios metros.
• Que la configuración de las costas permita el embalse de una importante cantidad de agua, sin que requieran obras civiles de gran costo.

Las ventajas de esta fuente de energía son claras, es una fuente muy abundante y renovable, que las mareas se repiten de forma periódica y fácilmente predecible, que se trata de una energía limpia que no genera gases que incrementen el efecto invernadero. Entre los inconvenientes cabe destacar que no es una tecnología desarrollada y que las labores de instalación y mantenimiento son complejas.

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ENERGÍA DE LAS OLAS

 Los primeros experimentos de explotación de la energía de las olas datan de 1874, en la que se emplea una embarcación dotadas de aletas por Henning. En Mónaco, en 1929, se presentó el "Rotor de Savonius" donde se aprovechaba la fuerza horizontal de las olas. En la actualidad, podemos nombrar el Convertidor de Kvaener de Noruega, basado en la Columna de Agua Oscilante, con una potencia instalada de 500 kW que abastece de energía eléctica a unas cincuenta viviendas. También, se debe hacer mención de la planta japonesa de Sakata, con una generación de 60 kW y de la planta india de Wizhinja con una generación de 150 kW.

 Las olas concentran una gran cantidad de energía cinética, pero el número de ciclos por minuto es muy bajo, entre 3 y 30 ciclos por minuto; para obtener energía eléctrica a partir de este movimiento hay que utilizar convertidores que conviertan estas bajas frecuencias en otras mucho más altas necesarias para producir energía eléctrica, con las grandes pérdidas de energía que estas conversiones conllevan.

 El sistema más maduro es el de Columna de Agua Oscilante; que es un tubo hueco que contiene aire que se comprime y expande por efecto de las olas, éstas penetran por la parte inferior y desplazan hacia arriba una columna de aire aumentando la presión, una turbina situada en el extremo superior del tubo aprovecha la energía de aire.

http://www.barcopiratavallarta.com/BLOG/investigacion/energia-del-mar.jpg

GRADIENTE TÉRMICO DEL MAR

 La energía mareomotérmica está basada en la diferencia de temperaturas entre la superficie y las profundidades del mar, el gradiente térmico. Las variaciones de temperatura en las zonas tropicales superan los 20 grados centígrados para una distancia inferior a 100 metros; en las zonas alejadas del Ecuador las explotación es más difícil

 El pionero de la energía mareomotérmica fue en 1881 D´Arsonval, aunque la primera central de este tipo no se construyó hasta 1930 en Cuba, central que tuvo una corta vida. En 1979 se montó una planta de producción de energía eléctrica de potencia 15 kW usando energía mareomotriz en la costa de Hawai; esta planta fue un prototipo de ensayo de la central OTEC-1 en funcionamiento en la actualidad y de potencia instalada 1 MW, ambas funcionan con un ciclo cerrado. También funciona en Japón otra central con la misma potencia que la OTEC-1.

http://193.88.185.141/Graphics/Publikationer/Havvindmoeller/images/s042.jpg

GRADIENTE SALINO

Que aprovecha la diferencia de concentración de sal entre las aguas del mar y la de los ríos.
De entre todas ellas, la energía del oleaje y la de las mareas son quizás en las mas aprovechadas
Todas estas formas de obtención de energía marina tienen la cualidad de ser renovables, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido hasta el momento una proliferación notable de este tipo de energías.
 

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http://www.guidaacquisti.net/_immagini/guida/Energia-a-gradiente-salino.jpg


PRESA DE MAREA

Las presas de marea hacen uso de la energía potencial que existe en la diferencia de altura (o pérdida de carga) entre las mareas altas y bajas. Las presas son esencialmente los diques en todo el ancho de un estuario, y sufren los altos costes de la infraestructura civil, la escasez mundial de sitios viables y las cuestiones ambientales.

http://us.123rf.com/400wm/400/400/ekipaj/ekipaj1103/ekipaj110300007/9107406-construccion-de-la-presa-vista-desde-la-parte-superior-mar-caspio-aktau.jpg

PLACAS OSCILANTES

El método empleado se basa en grandes placas hidráulicas sumergidas que, a través de un pistón, aprovechan las olas profundas para generar la presión hidráulica necesaria para alimentar a una turbina eléctrica. Estas placas están instaladas a una profundidad en torno a los 10 ó 12 metros.

http://www.ison21.es/wp-content/uploads/2008/05/waveroller2_270x1801.jpg

BOYAS

Un aparato anclado al fondo y con una boya unida a él con un cable flotando en la superfice del agua. El movimiento ascendente y descendente de la boya con el paso de las olas mueve un pistón a través de un potente imán, produciéndose la electricidad.
 

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I.1. Clasificación de los aprovechamientos marítimos y fluviales.

La energía marítima es la concentración de energía más grande que podemos considerar, más grande que cualquier otro tipo de energía.

El mar siempre está en movimiento y es por eso que a comparación de la energía eólica, por ejemplo, toda el agua marina siempre está en movimiento con influencia de la luna, las olas y las subidas y bajadas de marea, etc.

Dos tipos de energías destacan, las cuales son:

•    MAREAS
•    OLEAJE

La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas. Las mareas son  es el cambio periódico del nivel del mar, producido principalmente por las fuerzas gravitacionales que ejercen la Luna y el Sol.

La diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica.

Las centrales mareomotrices funcionan como un embalse tradicional de río. Cuando la marea sube, las compuertas del dique se abren y el agua ingresa en el embalse. Al llegar el nivel del agua del embalse a su punto máximo se cierran las compuertas. Durante la bajamar el nivel del mar desciende por debajo del nivel del embalse. Cuando la diferencia entre el nivel del embalse y del mar alcanza su máxima amplitud, se abren las compuertas dejando pasar el agua a través de una red de conductos estrechos, que aumentan la presión. El agua, al pasar por el canal de carga hacia el mar, acciona la hélice de la turbina y ésta, al girar, mueve un generador que produce electricidad. Se puede ver el concepto en los esquemas siguientes.
 

Las olas

La energía undimotriz es la energía producida por el movimiento de las olas. Veamos algunos sistemas de captación de este tipo de energía.

     Boyas

Un aparato anclado al fondo y con una boya unida a él con un cable flotando en la superfice del agua. El movimiento ascendente y descendente de la boya con el paso de las olas mueve un pistón a través de un potente imán, produciéndose la electricidad. Otra variante sería tener la maquinaria en tierra y las boyas metidas en un pozo comunicado con el mar.

     Flotantes

Un aparato flotante de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre sus partes. Se trata de grandes cilindros articulados parcialmente sumergidos y unidos por juntas de bisagra. La ola induce un movimiento relativo entre dichas secciones, activando un sistema hidráulico interior que bombea aceite a alta presión a través de un sistema de motores hidráulicos, equilibrándose con el contenido de unos acumuladores. Los motores hidráulicos están acoplados a un generador eléctrico para producir electricidad. Los fundamentos del sistema se basan en convertir energía cinética en eléctrica. El transporte de la energía se hace conectando el sistema hidráulico a una base situada en el lecho oceánico que se conecta con la costa.

     Pozos

Un pozo con la parte superior hermética y la inferior comunicada con el mar. En la parte superior hay una pequeña abertura por la que sale el aire expulsado por las olas. Este aire mueve una turbina que es la que genera la electricidad.

     Placas oscilantes

El método empleado se basa en grandes placas hidráulicas sumergidas que, a través de un pistón, aprovechan las olas profundas para generar la presión hidráulica necesaria para alimentar a una turbina eléctrica. Estas placas están instaladas a una profundidad en torno a los 10 ó 12 metros.

     Infografía de tecnologías

En esta infografía se puede ver un resumen del funcionamiento de varias tecnologías para recuperar la energía del mar.