Física de las mareas

Física de las mareas

Es esencial comprender los principios que producen el aumento de las mareas para explicar la energía de las mismas. Si bien es complejo alcanzar un conocimiento profundo de las interacciones que se encuentran en juego, el origen de las mareas puede ser explicado en términos generales investigando los efectos gravitacionales de la Luna y el Sol en el océano y el efecto de las fuerzas centrífugas.

Efectos gravitacionales y la fuerza centrífuga

La interacción de la Luna y la Tierra dan como resultado que los océanos del planeta crezcan hacia la Luna. En el lado opuesto de la Tierra a la Luna, el efecto gravitacional está parcialmente neutralizado por la Tierra, resultando en una menor interacción y los océanos ubicados en ese lugar se alejan de la Luna, debido a las fuerzas centrífugas. Esto es conocido como Marea Lunar. Esta situación se complica por la interacción gravitacional del Sol que resulta en un efecto idéntico, de los océanos del planeta creciendo y alejándose del Sol en los lados adyacentes y opuestos de la Tierra. Este fenómeno es conocido como Marea Solar.

Como el Sol y la Luna no están ubicados en posiciones fijas en la esfera celeste, sino que cambian de posición con respecto uno del otro, su influencia en el rango de mareas (la diferencia entre la marea alta y baja) también se ve afectada. Por ejemplo, cuando la Luna y el Sol están en línea con la Tierra, el rango de marea es la superposición del rango de las Mareas Lunar y Solar. Esto resulta en el rango de marea máximo (mareas de primavera). Por el contrario, cuando la Luna y el Sol están ubicados en ángulo recto a cada uno, se producen las diferencias de mareas más pequeñas (ver Figura 1), resultando en las Mareas Muertas.

Figura 1: Efecto gravitacional del Sol y la Luna en el rango de mareas

El rango de la marea de primavera es normalmente el doble de la de la marea muerta, mientras que los ciclos de períodos más largos señalan menores perturbaciones. En el océano abierto, la amplitud máxima de las mareas es de aproximadamente un metro. Las amplitudes aumentan sustancialmente hacia la costa, particularmente en los estuarios. En algunos casos el rango de mareas puede ampliarse por la reflexión de la ola de marea en la línea costera o por resonancia. Este es un efecto especial que ocurre en estuarios largos, con forma de trompeta, cuando el largo del estuario es cercano a un cuarto del largo de la ola de la marea. Estos efectos se combinan para generar un rango de marea de primavera de más de 11 metros en el Estuario Severn en el Reino Unido. Como resultado de estos diversos factores, el rango de la marea puede variar sustancialmente entre diferentes regiones costeras.

Mareas

En el océano las fuerzas de origen externo son producidas por el Sol y la Luna. El Sol, por calentamiento, da lugar al movimiento del aire, es decir, los vientos, y la Luna colabora en la generación de la marea, o sea que produce el ascenso y descenso periódico de la superficie del mar. Los movimientos del aire se originan con los cambios de temperatura. El Sol calienta la Tierra, las aguas y el aire que la rodean, pero este calentamiento no es uniforme. El aire se calienta más en ciertas partes del planeta que en otras. A mayor calor el aire se torna más liviano y se eleva, dando lugar a zonas de bajas presiones.

Los astros generadores de la marea son. en orden de importancia, la Luna y el Sol. Juntos dan lugar a la marea, pues ambos atraen las masas de agua de la Tierra en la misma forma que ésta atrae objetos próximos a su superficie.

Debido a la fuerza de atracción gravitacional y a! hecho que la Luna, el Sol y la Tierra se hallan en movimiento en relación uno con el otro, las aguas de las cuencas oceánicas también se ponen en movimiento. Una vez que esto ocurre, se manifiesta el fenómeno de la marea.

El movimiento de los grandes volúmenes de agua por efecto de la marea es una forma de movimiento ondulatorio.

Corrientes y tormentas

En el océano, las bahías y las lagunas adyacentes, las corrientes se producen cuando el agua de una zona se encuentra más alta que la de otra zona próxima. El agua de la zona más alta fluye hacia la más baja, creando así una corriente.

Algunas de las causas de estas diferencias de alturas en el mar se deben al viento, la marea, la rompiente y a las corrientes que retornan hacia el mar desde la zona costera.

El viento, al soplar sobre el agua superficial, crea una "tensión" sobre las partículas de agua e inicia el movimiento de ellas en la dirección en la cual está soplando, creándose de este modo una corriente superficial. Cuando una corriente de estas características se dirige hacia la costa, el agua tiende a apilarse contra ella, produciendo así una sobreelevación. Se ha comprobado que durante tormentas violentas el viento puede elevar el nivel del mar en varios metros.

Características de las playas

Una playa se caracteriza por las dimensiones medias de las partículas de arena que la componen, por el rango y la distribución de las dimensiones de dichas partículas, por la altura y ancho de la berma, por la pendiente de la anteplaya y por la pendiente general de la costa interior y la zona frontal de la playa.

Por lo general, cuanto mayor es el tamaño del grano que compone la arena, mayor será la pendiente de la playa, en cambio, cuanto más fina es la arena menor será la pendiente de la playa.

Las mareas para producir energía

La necesidad de la energía de las mareas en un sistema de energía sustentable

La energía de las mareas presenta un potencial muy grande para mejorar el transporte, debido al desarrollo de puentes para automóviles y ferroviarios sobre estuarios, y la reducción de las emisiones de gases que producen el efecto invernadero, gracias a la utilización de la energía de las mareas en reemplazo de los combustibles fósiles. Las mareas pueden proveer una base de generación de energía para desplazar a los combustibles fósiles y a las tecnologías contaminantes que dañan directamente el medio ambiente. Existen problemas con los sistemas de mareas que utilizan grandes represas para su generación, sin embargo existen otros métodos para generar energía de a partir de las mareas que no requieren este tipo de grandes construcciones.

El recurso

El World Offshore Renewable Energy Report 2002-2007 (Informe de la Energía Renovable Fuera de Costa Mundial 2002-2007), emitido por el DTI en el Reino Unido, señala que existía un estimado de 3000GW de energía de las mareas disponible (BWEA 2004). Sin embargo debido a la naturaleza de este recurso, la cantidad de energía que se puede obtener de las mareas varía según la ubicación y el momento. El cambios de rendimiento del flujo y el reflujo de cada día; también pueden variar en un factor de aproximadamente cuatro a lo largo de un ciclo de marea de primavera – marea muerta. De todas formas esta variabilidad es altamente predecible tanto en el volumen como en el momento, debido a la naturaleza de la física que subyace a las mareas.

El futuro de la energía de las mareas

El futuro de la energía de las mareas parece comenzar a brillar con el desarrollo de tecnologías de generación de mareas que tienen poco impacto en el medio ambiente, y que además tienen costos de capital más bajos y por lo tanto menores costos de producción. La energía de las mareas parece estar comenzando a ser una parte importante del futuro de la energía sustentable.