Energias Alternativas: Energia de las olas

BOYITA, diseño

La intención de la presente nota es conceptuar bases teóricas inéditas con el objeto de encontrar o no contradicciones para proseguir con la investigación y poder extrapolar esos conceptos a unidades que permitan aprovechar la energía disponible en desarrollos destinados a electricidad comunitaria.

Uno de los temas mas importantes a tener en cuenta en el diseño de los dispositivos de transformación de energías naturales renovables es la disparidad que existe entre ellas. Solo la solar, con su típico 1,3 kw por m2 tiene la moderación necesaria para evitarnos preocupaciones. Los vientos, expresión derivada de la propia energía del sol, desgraciadamente no presentan la misma característica . Son conocidos los famosos tornados del Caribe con energía inusitada, 1000 veces superior a un viento de 20 Km/ hora, que ya es envidia de los productores del centro de la Pcia de Bs AS. Semejante disparidad obliga a sobre dimensionar mecánicamente los molinos y como consecuencia de ello a aumentar desproporcionadamente el precio. La potencia especifica, (HP por Kg, vease Pág. 210 del CD4) es 0,002 HP / Kg. Para tener una idea comparativa un generador moderno con turbina a gas tiene 500 veces mas potencia especifica y si pensamos que de las 1100 ton de la turbina eolica solo son 52 ton las destinadas a generación y el resto significa prevención contra los inusitados vientos que esporádicamente se presentan, estaremos entendiendo las ventajas de la moderación de pasar del viento al oleaje.

Regulación de Velocidad.

Contrariamente a lo que ocurre en un aerogenerador, en donde la velocidad de las aspas y en consecuencia la del alternador , acoplado directamente o a través de un multiplicador a ellas, es proporcional a la velocidad del viento a menos que interpongamos mecanismos de reducción o limitación, en el mecanismo de transformación undimotriz el numero de rpm casi se mantiene constante merced a que , si bien la altura de la ola aumenta considerablemente su densidad energética como la longitud es proporcional a la altura( 20 veces) y el periodo de repetición aumenta, resulta ser que la velocidad lineal del ancla móvil, que en definitiva , a través de los mecanismos de trasmisión es la del alternador , varia solo un 17 % entre una ola de 1,8 a 7,20 mts . En efecto, la velocidad de desplazamiento para el primer caso es 0,72 m/seg. y 0,84 para el segundo. Véase el gráfico correspondiente .

La misma relación de energías en la parte eolica llevaría un viento de 10 Km./hora a 80 , cosa que cualquier experimentado en el tema sabe que las 512 veces mas energía de esos valores significan la destrucción lisa y llana de los dispositivos involucrados a menos que usemos mecanismos de control. Stall control, pitch control, puesta en bandera lateral u horizontal, alerones periféricos, freno “Windcharger”, “Aerowat”, ”Windy West”, etc. o la destrucción inmediata con vientos de 60/ 70 Km./hora.

Para interpretar conceptualmente el fenómeno digamos que si bien es cierto que la energía del oleaje aumenta, como hemos visto, exponencialmente con un exponente 1,5 ,es igualmente cierto que, al mismo tiempo aumenta también la longitud y el periodo de la ola de tal forma que, el efecto mecánico de elevación del contrapeso casi mantiene constante su velocidad, lo que significa potencia constante , ya que fuerza por velocidad es potencia. El grafico adjunto lo demuestra y los resultados experimentales lo confirman . Por otra parte, el aumento de altura trae aparejado un aumento de longitud de la onda y por ende disminuye el tamaño relativo de la boya, responsable del tiro del ancla, frente al total de la Superficie de acción.

No es tan difícil de entender cuando, manos a la obra, nos decidimos a calcular los elementos que integran el sistema .

Ejemplo:

Partimos de la energía pretendida. La afectamos de un coeficiente de utilización o intermitencia que depende de los días de calma del mar, cuyos datos no están todavía mensurados pero que sin duda son menores a los días de viento calmo.

Recordemos que de ellos depende la energía de las olas .No obstante, el oleaje reacciona casi de inmediato con el viento, pero la inversa no es cierta. Al cesar el viento continua el oleaje . Es un dicho popular y repetido por los amantes de la pesca, entre los cuales me incluyo, que para que el mar se calme después de una tempestad son necesarios dos o tres días sin viento . Supongamos que nuestra necesidad sea 2, 4 Khora por día y que el coeficiente de intermitencia sea 50 %. Necesitamos una energía de 4,8 Kwhora que significan 200 watios de potencia. El mecanismo propuesto para nuestra boyita se basa en el desplazamiento vertical originado en el ancla móvil como consecuencia del flotador que acompaña el movimiento ondulante de la ola.

Conociendo la potencia necesaria, será:

W (Kw) = Pa ( Kgr) .4 h (m) /102 .t (seg)

Donde Pa es el peso necesario del ancla desplazable h la altura de la ola y t el tiempo que tarda en producirse el ciclo completo de subida y bajada del ancla. Cuatro veces la altura de la ola es el espacio completo recorrido por el ancla durante el periodo . Por otro lado sabemos que el tiempo que dura una ola de altitud h es

t(seg.) = 7. h^½

con lo cual

W = 0,0056 Pa. h^½

y el peso del ancla, nuestra incógnita,

Pa = 204 W / h^½

Formula en la cual ya hemos tenido en cuenta que el material es hierro y que además sumergido en el agua pesa un Kg. menos por litro.

Hemos graficado el valor del peso en función de la potencia requerida tomando como parámetro la altura h.