Energía de las Olas

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Energía de las olas

Las olas generadas por el viento

El crecimiento de las olas del viento por la transferencia de energía del viento no se entiende completamente. A velocidades de viento inferiores a 1,1 m/s (2,5 mi/h), una superficie de agua plana no se ve afectada por las olas. En el caso de las olas que viajan más despacio que el viento, las corrientes de aire secundarias inducidas por las olas desplazan la perturbación de la presión inducida por las olas a favor del viento, de modo que la presión más baja está por delante de las crestas. Esto da lugar a la transferencia de energía del viento a la ola y, por tanto, al crecimiento de la misma.

Una vez generadas, las olas obtienen energía del viento mediante el acoplamiento de las fluctuaciones de presión en el aire justo por encima de las olas.

Debido a la viscosidad, las ondas superficiales pierden energía a medida que se propagan, y las ondas de periodo corto se amortiguan más rápidamente que las de periodo largo. Las olas con periodos largos (normalmente 10 s o más) pueden viajar miles de kilómetros con poca pérdida de energía. Estas olas, generadas por tormentas lejanas, se denominan oleaje. Varias ecuaciones en este ámbito suponen que las olas presentes han sido generadas por el viento local, sin que exista un oleaje significativo. Véase también: Viscosidad

Las olas de viento más altas son producidas por grandes e intensos sistemas de tormentas que duran un día o más. Tales sistemas de muy baja presión atmosférica se forman en el Golfo de Alaska, la región alrededor de Islandia y el Mar de Weddell (se puede repasar algunas de estas cuestiones en la presente plataforma online de ciencias sociales y humanidades). Frente a la costa occidental de Canadá, se han realizado varias mediciones de olas individuales con alturas cercanas a los 30 m (100 pies).

Teoría lineal

Por ejemplo, las olas en el mar profundo con una altura de 1,8 m (6 pies) y un período de 10 s transportan un flujo de energía de 30 kW/m (13 CV/pie). Los flujos de potencia disponibles de esta magnitud son representativos de muchas regiones costeras y representan un recurso energético renovable importante. Se han desarrollado varios dispositivos con una eficiencia del 50% o superior para convertir esta energía de las olas en energía eléctrica. Véase también: Generador hidroeléctrico.

Ondas capilares

Las ondas capilares, u ondulaciones, se producen en la interfaz entre dos fluidos cuando la principal fuerza restauradora es la tensión superficial. Las ondas generadas por el viento en el océano y los lagos son importantes para el inicio de las turbulencias en ambos medios, la transferencia de gases entre el aire y el agua y la dispersión de las ondas electromagnéticas y sonoras.

Las ondas capilares tienen longitudes de onda cortas. Tanto la velocidad de fase como la de grupo aumentan a medida que las longitudes de onda se acortan y la velocidad de grupo es mayor que la de fase. La disipación de las ondas por la viscosidad molecular es muy rápida. La forma característica de la superficie del agua, sinusoidal para pequeñas amplitudes, se distorsiona con valles más pronunciados que las crestas a medida que aumenta la amplitud de la onda. En todos estos aspectos, las ondulaciones contrastan fuertemente con las ondas gravitacionales.

En condiciones de poco viento, esta mayor amortiguación inhibe casi por completo el crecimiento de las ondas: la superficie parece lisa como el cristal y se denomina mancha. Se ha observado que incluso las ondas gravitacionales cortas crecen a un ritmo inapreciable en tales condiciones; la interpretación aquí es que la fina escala de rugosidad que presenta al viento una superficie ondulada está implicada en la formación y el crecimiento de las ondas gravitacionales. Sin embargo, se ha observado que las ondas se forman en aguas limpias en ausencia de viento mediante procesos no lineales que ocurren en las crestas agudas de las ondas gravitacionales cortas y empinadas; por consiguiente, la formación de las ondas gravitacionales y de las ondas es un proceso interconectado. Los trenes de ondas que se forman en condiciones de poco viento obtienen su energía a expensas de las ondas de gravedad y se denominan capilares parásitos. En este caso, el tren de ondas capilares se propaga en una corriente de agua en movimiento, la corriente orbital de la onda de gravedad subyacente. Las partes más largas del tren de ondas capilares tendrían una velocidad de fase más baja en aguas tranquilas que las partes de longitud de onda más corta del tren o de la onda gravitacional, pero mantienen su posición respecto a la cresta de la onda gravitacional porque viajan en una parte favorable de la corriente orbital de la onda gravitacional. Los capilares cortos, que tienen una alta velocidad de fase, no necesitan esta ayuda para mantenerse en fase y su mayor velocidad de grupo les permite dirigirse a una posición delantera en la que la velocidad orbital de la onda de gravedad desaparece o incluso se opone a su movimiento.

Ondas internas

Las ondas internas son movimientos ondulatorios de fluidos estratificados de forma estable en los que el máximo movimiento vertical tiene lugar por debajo de la superficie del fluido. La fuerza restauradora se debe principalmente a la gravedad; cuando el fluido ligero de las capas superiores se hunde en las capas inferiores pesadas, las fuerzas de flotación tienden a devolver las capas a sus posiciones de equilibrio. Las ondas internas se han encontrado en la atmósfera como ondas de sotavento (ondas en la corriente de viento a favor de una montaña) y como ondas propagadas a lo largo de una capa de inversión (una capa de aire muy estable). También se asocian a las cizalladuras del viento en el límite inferior de la corriente en chorro. En los océanos, se han observado oscilaciones internas allí donde se han realizado mediciones adecuadas. Las oscilaciones observadas pueden analizarse en un espectro con periodos que van de unos minutos a días. En varios lugares de los océanos, las mareas internas, u ondas internas que tienen la misma periodicidad que las mareas oceánicas, son prominentes.

Las olas internas son importantes para la economía del mar porque proporcionan uno de los pocos procesos que pueden redistribuir la energía cinética desde cerca de la superficie hasta las profundidades abisales. Cuando rompen, pueden provocar una mezcla turbulenta a pesar del gradiente de densidad normalmente estable en el océano. Se sabe que las ondas internas provocan una refracción variable en el tiempo de las ondas acústicas porque el perfil de velocidad del sonido en el océano está distorsionado por los movimientos verticales de las ondas internas. El resultado es que la propagación casi horizontal del sonido muestra incoherencia de fase y grandes cambios de intensidad con el tiempo en los rangos en los que la refracción ha provocado la divergencia o convergencia de los rayos.

En un fluido continuamente estratificado como el océano por debajo de la termoclina, las ondas internas se propagan diagonalmente hacia arriba y hacia abajo, distribuyendo así la energía en las profundidades del océano. Las trayectorias de sus rayos se distorsionan fácilmente porque la velocidad de grupo de las ondas internas es comparable a las diferencias de velocidad en la vertical de las corrientes oceánicas y los movimientos inerciales. Como consecuencia, los haces de rayos de las ondas internas sufren una fuerte refracción, a veces hasta el punto de formar cáusticas conocidas como capas críticas, donde la energía de las olas es absorbida por la rotura. Cuando el lecho marino está nivelado, las ondas internas pueden ser reflejadas por la superficie y el fondo marino para formar modos normales dentro del cuerpo del océano. En un fondo marino inclinado, la reflexión en el fondo provoca un cambio de longitud de onda.

Las ondas internas en la atmósfera han sido detectadas por diversos instrumentos: microbarógrafos y registradores de viento a nivel del suelo y grabaciones a largo plazo de la dispersión de los haces de radar o sonar por los fuertes gradientes de densidad en la alta atmósfera. En el océano, las ondas internas se han detectado mediante el registro de las fluctuaciones de las corrientes en la profundidad media por medio de correntímetros amarrados, por métodos Doppler de retrodispersión acústica y por estudios de las fluctuaciones de las profundidades de las isotermas registradas por instrumentos bajados repetidamente desde el barco o por instrumentos autónomos que flotan en la profundidad del agua.

Se cree que las ondas internas se generan en el mar por las variaciones de la presión y la tensión del viento en la superficie del mar, por la interacción de las ondas superficiales entre sí y por la interacción de los movimientos de las mareas con el fondo marino rugoso. Su importancia radica en que pueden transmitir la energía y el impulso a través del océano, no sólo lateralmente sino también verticalmente. Por lo tanto, pueden transmitir energía desde la superficie a todas las profundidades. De este modo, el agua, que de otro modo se movería con lentitud, puede agitarse a grandes profundidades.

Ondas de Rossby topográficas

Un tipo de onda oceánica de largo período es la onda topográfica de Rossby, cuyo mecanismo depende de las variaciones de la topografía del fondo y, por tanto, de la profundidad del agua. Un ejemplo es la onda de plataforma continental en la que la profundidad del agua varía fuertemente perpendicular a la línea de costa a través de la plataforma continental y el talud. Las ondas de plataforma continental se propagan con la costa a su derecha en el hemisferio norte y con la costa a su izquierda en el hemisferio sur.

Al igual que las ondas de Rossby, las ondas de la plataforma continental también existen cuando el agua está estratificada. Entonces se conocen como ondas atrapadas en la costa. Se propagan a lo largo de la costa en la misma dirección que las ondas de plataforma. Las olas de la plataforma continental y las olas atrapadas en la costa desempeñan un papel importante en la dinámica de las fluctuaciones del nivel del mar y de las corrientes en la plataforma continental. Gran parte de la energía oceánica forzada por el viento en la plataforma continental está asociada a las olas de Rossby.

Tecnologías

La energía de las olas es una fuente de energía irregular y oscilante de baja frecuencia que puede convertirse en una frecuencia de 60 hertzios y añadirse a la red eléctrica. La energía de las olas procede del movimiento del océano y de los cambios de altura y velocidad del oleaje. La energía cinética, la energía del movimiento, en las olas es tremenda. Una ola media de 4 pies y 10 segundos que golpea una costa genera más de 35.000 caballos de fuerza por cada milla de costa.

Las olas obtienen su energía del viento. El viento proviene de la energía solar. Las olas recogen, almacenan y transmiten esta energía a miles de kilómetros sin apenas pérdidas. Mientras el sol brille, la energía de las olas nunca se agotará. Su intensidad varía, pero está disponible las veinticuatro horas del día, los 365 días del año.

Las tecnologías de energía de las olas del océano se basan en el movimiento ascendente y descendente de las olas para generar electricidad. La primera patente de energía de las olas fue una propuesta de 1799 de un parisino llamado Monsieur Girard y su hijo para utilizar la acción mecánica directa para impulsar bombas, sierras, molinos u otra maquinaria pesada. Se han construido o se están construyendo instalaciones en varios países, como Escocia, Portugal, Noruega, Estados Unidos, China, Japón, Australia e India.

Datos verificados por: Mix
[rtbs name=”ciencias-de-la-tierra”] [rtbs name=”oceanografia”] [rtbs name=”energia”] A continuación se examinará el significado.

¿Cómo se define? Concepto de Energía de las olas

Véase la definición de Energía de las olas en el diccionario. Las olas del océano son oscilaciones que se propagan y que transportan energía e impulso de una región a otra.

Características de Energía de las olas

A diferencia de las presas, las estructuras de energía de las olas, que son igualmente duraderas, prometen efectos ambientales comparativamente benignos. La energía de las olas es renovable, verde, libre de contaminación y ambientalmente invisible, si no beneficiosa, sobre todo en alta mar. Su potencial neto (recurso menos “costes”) es igual o mejor que la energía eólica, solar, las pequeñas centrales hidroeléctricas o la biomasa.

Aunque va a la zaga de la energía eólica y la solar en su desarrollo comercial, la energía de las olas es un recurso más prometedor que cualquiera de ellas:

• Dado que las olas se originan en tormentas en alta mar y pueden recorrer largas distancias sin pérdidas significativas de energía, la energía producida a partir de ellas es mucho más estable y predecible, tanto día a día como temporada a temporada. Esto reduce el riesgo del proyecto;
• La energía de las olas contiene aproximadamente 1000 veces la energía cinética del viento, lo que permite que dispositivos mucho más pequeños y menos llamativos produzcan la misma cantidad de energía en una fracción del espacio;
• A diferencia de la energía eólica y la solar, la energía de las olas del océano sigue produciéndose las 24 horas del día, mientras que la velocidad del viento tiende a morir por la mañana y por la noche, y la solar sólo está disponible durante el día en zonas con relativamente poca nubosidad;
• La producción de energía de las olas es mucho más suave y consistente que la eólica o la solar, lo que da lugar a factores de capacidad globales más elevados;
• La energía de las olas varía como el cuadrado de la altura de las olas, mientras que la energía del viento varía con el cubo de la velocidad del aire. Al ser el agua 850 veces más densa que el aire, la producción de energía de las olas es mucho mayor si se promedia en el tiempo;
• La estimación del recurso potencial es mucho más fácil que en el caso del viento, un factor importante para atraer a los prestamistas de proyectos;
• Como la energía de las olas sólo necesita 1/200 de la superficie de tierra que la eólica y no requiere carreteras de acceso, los costes de infraestructura son menores;
• Los dispositivos de energía de las olas son más silenciosos y mucho menos molestos a la vista que los dispositivos eólicos, que suelen tener entre 40 y 60 metros de altura y suelen requerir un emplazamiento remoto con los consiguientes costes de transmisión elevados. En cambio, los dispositivos de energía de las olas de 10 metros de altura pueden integrarse en los rompeolas de zonas portuarias muy concurridas, produciendo energía exactamente donde se necesita;
• Cuando se construyen con materiales desarrollados para su uso en plataformas petrolíferas marinas, los dispositivos de energía de las olas del océano (que contienen pocas piezas móviles) deberían costar menos de mantener que los alimentados por el viento.

Datos verificados por: Andrews
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Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Recursos

Traducción de Energía de las olas

Inglés: Wave energy
Francés: énergie des vagues
Alemán: Wellenenergie
Italiano: Energia delle onde
Portugués: Energia das ondas
Polaco: Energia fal

Tesauro de Energía de las olas

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Véase También

• Recurso marino
• Oceanografía

Energía marina
Energía de las olas
Energía de las olas en Europa
Conversión de energía térmica oceánica
Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables (OEERE)
Consumo mundial de energía
Ecologismo, Conversión de energía, Tecnología, Centrales eléctricas, Tecnologías sostenibles

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