Aprovechamiento de la Energía Undimotriz
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Aprovechamiento de la Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Ing. Mario Pelissero - Mg. Ing. Alejandro Haim Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Tipos de energías marinas Mareomotriz Corrientes Marinas Undimotriz Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Térmica Oceánica Osmótica Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica El origen es la energía que emite el sol Diferencia de presión de la masa de aire Viento Presión del viento sobre la superficie el mar Deformación de la superficie del mar (ondulación) Ondas marinas Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Formación de ondas marinas Atracción Luna y Sol Variaciones rápidas de presión atmosférica Sismos y erupciones volcánicas Acción del viento Movimientos oscilatorios Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Tipos de ondas y el período que las caracteriza Elaboración propia Fuente de datos: DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICAUNIVERSIDAD DE CANTABRIA, Pedro Fernández Díez Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Las ondas se trasladan, pero no las partículas de agua, que se mueven en trayectorias elípticas o circulares Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Tipo de energía que se quiere captar: hidráulica, potencial, cinética Energía Cinética: Velocidad de la onda B Energía Potencial: altura que posee la ola Energía Hidráulica A Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Diferencia de presión A-B Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Energía Undimotriz A pesar de ser una energía renovable dependiente de las condiciones climáticas, en el mundo científico existe el consenso de que el recurso undimotriz es: • Constante • Predecible • De alta concentración energética • Pueden aparecer ondas en lugares de escaso viento pues se originan en sitios lejanos y se trasladan casi sin perder energía Mg. Ing. Mg.Haim Ing. Haim – Ing.– Pelissero Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Datos comparativos de la densidad energética de los distintos tipos de energías renovables • • • • 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 ondas es una energía concentrada: • 5 veces mas que la energía eólica [2] • 10 a 30 veces mas que la energía solar [2] [1] Ing. Agr. M. Sc. Jorge A. Hilbert, Clase Biomasa, Maestría Energías Renovables 2010 – UTN [2] Pedro Ibáñez, Robotiker Tecnalia, España Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Cálculo de la potencia de las ondas ଵ ଶ m ଵ ଶ Siendo: ఒ ଶ ଶ ு ఒ ଶ ଶ b ଶ b= ு ఒ ଶ ଶ ఘுఒ௩ మ ଼ ఒ ଶగ ଶ b: ancho de frente de onda A: amplitud de onda H: altura de ola Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula b Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Cálculo de la potencia de las ondas మ ഊ మഏ = మ = Siendo : మ మ మ మ = = = 1,963 Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula [m] b: ancho de frente de onda [1m] A: amplitud de onda [m] H: altura de ola [m] T: periodo [seg] g: 9,81 m/s2 Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Cálculo de la potencia de las ondas Potencia por metro de frente de onda = 1,963 H² x T[*] Siendo: T = período en segundos y H = altura de onda Ejemplo: H = 2 m ; T =10 s Potencia= 1,963x10x4 = 78 kW/metro de frente de onda [*] Pedro Ibáñez, Robotiker Tecnalia, España Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Energía Undimotriz Panorama mundial Un boletín de la UNESCO del año 2009 informaba que la potencia disponible del recurso undimotriz en todo nuestro planeta era del orden de los 200 GW Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Equipos de Aprovechamiento de Energía Undimotriz • País: Brasil - Ceará • Estado: construcción • Transformación: Undimotriz – hidráulica - Eléctrica Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica MUTRIKU Sistema de columna de agua oscilante (OWS) Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica MUTRIKU Sistema de columna de agua oscilante OWS • Estado: Funcionando desde 08/07/2011 • País: España, región vasca • Potencia: 269 kW • Transformación: Undimotriz – aire a presión – turbina • Costo: € 6,7 MM • Abastecimiento: 600 personas • Evita: 600 ton CO2/año Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Pelamis • Ubicación: Portugal • Potencia: 750 kW • Transformación: Sistema hidráulico – turbina hidráulica Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica OPT (Ocean Power Technologies) • Ubicación: Escocia , España Santander • Potencia: 150 kW • Transformación: Sistema hidráulico – turbina hidráulica Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Recurso Nacional Potencial mundial: 200 a 500 GW • Costa Argentina: 29 a 97 kW/m de frente de ola. • Costa Argentina: 5.087 km • Plataforma marina de 200 millas de baja profundidad. • Zona de explotación exclusiva del Mar Argentino: son 2.809.237km², una de las más grandes del mundo Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Características de nuestra costa Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Sedimentos de la Plataforma Argentina Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Puerto de Quequén – Prov. de Bs As. Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Recurso Undimotriz en el Puerto de Quequén Disponibilidad del recurso undimotriz: f(hs) Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Dirección de potencia de ola Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Proyecto Aprovechamiento de la Energía Undimotriz Tiene como objetivo la investigación y el desarrollo de equipos y dispositivos innovadores capaces de transformar la energía undimotriz en energía eléctrica para su utilización en poblaciones dispersas de nuestra costa patagónica. Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Integrantes del proyecto • Dirección: Ing. Mario A. Pelissero (Esp. Química) • Coordinación: Ing. Pablo Alejandro Haim (Esp. Mecánica) • • • • • • • • • Sistemas Mecánicos: Ing. Pablo A. Haim, Ing. Germán Suppo, Ing. Mariano Montoneri, Prof. Roberto Tula, Emiliano Cireli (Esp. Mecánica), Construcciones Marinas: Ing. Diego Gagniere (Esp. Naval) Sistemas Eléctricos: Ing. Federico Muiño y Prof. G. de Vita (Esp. Eléctrica) Equipamientos electrónicos: Ing. Ernesto Boeiro (Esp. Electrónica) Materiales: Ing. Mario A. Pelissero (Esp. Química) Energías renovables y medio ambiente: Ing. Mario A. Pelissero (Esp. Química), Ing. Pablo A. Haim y Prof. Roberto Tula (Esp. Mecánica) Oceanografía: Lic. Francisco Galia, Lic. Ana Julio Lifchitz y Ing. Pablo A. Haim Gestión y administración: Ing. Guillermo Oliveto e Ing. Pablo A. Haim Sistemas de la Información: Ezequiel Heinke Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Estado del proyecto • Estudio del estado del arte • Estudio condiciones del Mar Argentino • Diseño de dispositivos mecanismos, estructuras, sistemas eléctricos y electrónicos • Cálculo y dimensionamiento • Construcción de dispositivo 1:20 • Construcción de dispositivo 1:10 (2013) • Construcción de equipo 1:1 (2015) Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Energía Undimotriz Departamento de Ingeniería Mecánica Render del equipo en el mar Datos Principales: • • • • Largo del cuerpo del equipo: 3 m Diámetro de las boyas: 3 m Peso de las boyas: 10 ton Largo del brazo: 6 m Maqueta Funcional 1:20 Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero – Prof. Roberto Tula Simulación del equipo Energías Renovables Departamento de Ingeniería Mecánica Cálculo de la potencia del equipo Datos Masa boya: 10 tn Diámetro boya: 3 m Altura ola: 2 m Período: 10 seg. Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero P= ࡱ ࢚ ࢍࢎ ࢚ ࢙ Ǥࢍ࢞ૢǡૡ ࢞ ࢙ࢋࢍǤ Energías Renovables Departamento de Ingeniería Mecánica Caso de un parque undimotriz • • • • Cantidad de boyas: 200 Pérdidas del 25% Potencia por boya: 30 kW Potencia total: 6.000 kW = 6 MW. Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero Energías Renovables Departamento de Ingeniería Mecánica La potencia de 6 MW serían suficientes para: Suministrar energía eléctrica a 5.000 hogares (20.000 personas). Evitar la generación de 15.000 toneladas de CO2 anuales, equivale al efecto depurativo de 2.000 hectáreas de bosque. Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero Energías Renovables Departamento de Ingeniería Mecánica Impacto Visual Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero Energías Renovables Departamento de Ingeniería Mecánica Conclusiones finales La energía undimotriz resulta de: • Elevada densidad energética • Consistencia en la disponibilidad energética durante todo el año • Gran potencial de nuestro mar • Tecnológicamente accesible Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero Energías Renovables Departamento de Ingeniería Mecánica Ing. Mario Pelissero – Mg. Ing. Alejandro Haim Prof. Roberto Tula [email protected] http://www.mecanica.frba.utn.edu.ar/energiaundimotriz Mg. Ing. Haim – Ing. Pelissero
