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DISPOSITIVO PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA
DE LAS ONDAS ACUÁTICAS
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RESUMEN
En este proyecto se construyó un dispositivo que transforma la energía mecánica, propia de las ondas
acuáticas, en energía eléctrica. Para realizarlo, se montaron cinco bobinas de alambre magneto,
conectadas en serie a un conjunto de puentes rectificadores con capacitores. La energía mecánica de
las ondas acuáticas se convirtió a energía eléctrica por el movimiento vertical de un soporte con
imanes de 12000 Gauss, conectado a un flotador que hacía pasar dicho soporte por las bobinas,
generando una corriente eléctrica que era transportada a los puentes rectificadores, almacenándose
en los capacitores y pudiendo ser aprovechada. Se obtuvo un voltaje inmediato máximo de 0.181 volts
(V) y se logró almacenar 2.256 V en un lapso de 120 minutos. Con este dispositivo se demostró que
las ondas acuáticas poseen energía que puede ser transformada, almacenada y aprovechada para el
consumo humano como una fuente de energía renovable y limpia.
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I. INTRODUCCIÓN
Durante la última década, el consumo de energía en México ha aumentado a un ritmo acelerado. La
alta dependencia de nuestro país respecto a los combustibles fósiles (91% de la energía proviene del
petróleo, gas y carbón) está provocando un deterioro en la calidad del aire y contaminación de ríos,
mares y suelos, además de ser responsable de gran parte de la emisiones de gases de efecto
invernadero causantes del aceleramiento del cambio climático global.
Para lograr disminuir el consumo de energía proveniente de los hidrocarburos, es fundamental retomar
la idea sobre el aprovechamiento de las energías limpias o renovables en el consumo humano.
Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales inagotables, ya sea
por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios
naturales. Entre las energías renovables se encuentran la hidroeléctrica, eólica, solar, geotérmica,
mareomotriz, la biomasa y los biocombustibles.
A parte de la energía mareomotriz u oceánica, otras formas de extraer energía del mar son: de las olas
o energía undimotriz, del gradiente térmico oceánico, de las corrientes marinas o de la energía eólica
marina. Este proyecto trabajará con la energía cinética proveniente del mar, como lo son las mareas,
olas y ondas, centrándonos en las últimas por sus características.
La energía del mar es el resultado de la captación de la energía solar, así como del conjunto de
intensidad y dirección del viento mas otras variables (como la marea), junto con la combinación de las
olas y sus distintas características: dirección, longitud y amplitud de onda. La movilidad de las aguas
superficiales se produce por la acción de los vientos, que provocan movimientos ondulatorios como las
olas y ondas marinas y otros movimientos horizontales como las corrientes.
Las olas son movimientos ondulatorios que se forman en lugares con vientos fuertes, propagándose a
grandes distancias. Cuando cesa el viento, cesan las olas en mar abierto, pero se mantiene la
vibración de las aguas, produciéndose ondulaciones regulares llamadas ondas, que se propagan a
grandes distancias, manteniendo su continuidad hasta verse detenidas por fuerzas externas. Mientras
estas se van alejando del punto de origen, sus crestas se hacen más bajas y redondas, con una forma
más simétrica y se trasladan en periodo y altura similar, permitiendo que se propaguen miles de
kilómetros.
Energía undimotriz
La energía undimotriz, es aquella obtenida de las olas y ondas marítimas que consiste en el
aprovechamiento de la energía cinética y potencial del oleaje para la producción de electricidad.
Este tipo de energía renovable ha sido considerada la más prometedora para países con zonas
costeras o propicias para su uso, pues no causa ningún daño ambiental, es limpia e inagotable por su
capacidad de desplazarse a grandes distancias prácticamente sin pérdida de energía.
Para su funcionamiento, se aprovechan tres fenómenos:
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Este proyectó trabajó con la variación de la altura en la superficie, propiedad que producía el
movimiento del flotador, aprovechando la energía mecánica de las ondas.
Ondas
Una onda es una perturbación o alteración vibrátil mediante la cual se transmite la energía, esta
propagación implica el transporte de energía, pero no de materia. A esta propagación de energía de un
lugar a otro, a través de ondas mecánicas o electromagnéticas, sin transferencia de materia se le
conoce como movimiento ondulatorio.
Clasificación de las ondas
Las ondas se clasifican atendiendo principalmente a cuatro diferentes aspectos:
En función del medio en el que se propagan
- Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o
gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo
que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra
o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se
propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del
medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las
ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.
- Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin
necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las
ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en
relación con un campo magnético asociado. Las ondas electromagnéticas viajan
aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad
Imagen de los fenómenos utilizables de la energía undimotriz. Tomada de https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:hPo4ulsjPVIJ:profesores.fi-b.unam.mx
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puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro
Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas.
- Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría
misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío,
técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas
son alteraciones del espacio-tiempo.
En función de su propagación o frente de onda
- Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo
largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la
onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.
- Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones.
Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan
también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie
líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.
- Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las
ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de
ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en
todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas
sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.
En función de la dirección de la perturbación
- Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se
mueven o vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un
muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.
- Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran
perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
En función de su periodicidad
- Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por
ejemplo una onda senoidal.
- Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que
se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes.
Características de las ondas
Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar. Todas las
ondas poseen las siguientes características:
- Difracción. Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea
recta para rodearlo.
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- Efecto Doppler. Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el
receptor de las mismas.
- Interferencia. Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del
espacio.
- Reflexión. Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede
atravesar, cambia de dirección.
- Refracción. Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el
que viaja a distinta velocidad.
- Onda de choque. Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen
formando un cono.
Partes de una onda
- Longitud de onda (λ): Es la distancia entre dos valles o dos crestas consecutivas, se mide en
m/ciclo.
- Frecuencia (f): Es el número de ondas emitidas por el centro emisor en un segundo. Se mide
en ciclos/s, esto es, en hertz (Hz).
- Periodo (T): Es el tiempo que tarda en realizarse un ciclo de la onda.
- Nodo: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
- Elongación ( : Es la distancia entre cualquier punto de una onda y su posición de equilibrio.
- Amplitud (A): Es la máxima elongación o alejamiento de su posición de equilibrio que alcanzan
las partículas vibrantes.
- Rapidez de onda (v): Como las ondas se mueven tienen una rapidez de onda, donde al
establecer un punto de cualquier onda, esta recorre una distancia de una longitud de onda en
un tiempo.
Con base en esta serie de clasificaciones, podemos ubicar las ondas acuáticas que se emplearon en
este proyecto como mecánicas por propagarse en un medio físico, bidimensionales por su dirección de
propagación, transversales y no periódicas.
amplitud elongación
nodo
Imagen de las partes de una onda.
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Trasmisión de energía marina, como ejemplo de la energía undimotriz
Como ya se mencionó, una onda es la perturbación que transmite energía en este caso, por medio del
agua y en diferentes maneras (por olas, mareas, ondas o de manera térmica). Aunque esta energía se
obtiene de distintas maneras, todas son capaces de proporcionar una fuente completamente
inagotable de energía que puede llegar a ser explotada y utilizada para el consumo humano en un
futuro no muy lejano.
Para tener una idea de esta transmisión de energía mecánica la podemos ver en las olas u ondas
sísmicas. Este tipo de ondas pueden ser producidas por otro tipo de factores, como erupciones
submarinas, volcanes, deslizamientos de tierra, terremotos o incluso por consecuencia de explosiones
de tipo nuclear causadas por el hombre, que producen olas de fondo de devastadoras repercusiones
en las costas en forma de maremotos o tsunamis que son impredecibles y pueden alcanzar hasta 30
m de altura, teniendo un poder devastador.
ANTECEDENTES
GEO. Dispositivos utilizados en el mar
Los conocidos GEO (Generadores energéticos de
oleaje) son unos dispositivos que actúan como
transformadores de energía, en este caso la
proporcionada por las olas, en otro tipo de energía
que resulte útil. Existen tres tipos importantes de
generadores energéticos de oleaje:
Terminadores o totalizadores: Se encuentran situados de manera perpendicular a la
dirección de avance de la ola. Con ellos se busca captar toda la energía de una sola vez.
Atenuadores: Estructuras largas que extraen gradualmente energía, situados paralelamente a
la dirección de avance de la ola.
Puntuales: Pequeñas estructuras cilíndricas que absorben la energía de las olas incidentes.
Alrededor del mundo, se han desarrollado dispositivos construidos en la línea costera o fija al lecho
marino en aguas no tan profundas. Lamentablemente la cantidad de lugares apropiados para estos
dispositivos es limitada. Los cuatro dispositivos más representativos de este tipo, son los siguientes:
Formas de aprovechamiento de la energía undimotriz
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- Wave Dragon. Dispositivo flotante de 250 metros, compuesto por dos brazos de 126 metros.
Diseñado para la captura y concentrado de olas. En este dispositivo, las olas suben una rampa
a un depósito elevado mediante los brazos de la plataforma, en ese lugar el agua que es
recogida hará girar las turbinas del dispositivo generando electricidad.
- Pelamis. Uno de los dispositivos más eficientes en la generación de energía por medio de olas
marinas. Se trata de un dispositivo flotante flexible que al ser movido por las olas genera
electricidad. Estas miden 180 metros de largo y 4 metros de diámetro junto a módulos de
conversión de energía, produciendo 750 kW. Se calcula que la energía proporcionada por una
flota de 30 Pélamis puede lograr abastecer aproximadamente 20,000 hogares con un consumo
medio.
- Archimedes Wave Swing. Este dispositivo está constituido por una cámara grande de aire que
se encuentra instalada sobre el fondo del mar. En este dispositivo, la sección superior de la
cámara de aire se mueve continuamente hacia arriba y abajo, mientras que la sección inferior
del mismo permanece en una posición fija. En realidad este dispositivo al encontrarse bajo la
superficie del agua, no utiliza la ola superficial para la generación de la energía.
- OPT Powerbuoy. Sistema compuesto por una boya junto a un sistema similar a un pistón cuyo
movimiento se da a medida que la boya sube y baja con las olas. Se encuentra instalado en
alta mar para la captura y transformación de la energía proporcionada por la onda en una
fuerza mecánica, conducida a un generador eléctrico.
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Ventajas y desventajas del uso de la energía mareomotriz
Las ventajas del uso de la energía mareomotriz son varias, entre ellas entran:
- Es una energía renovable y limpia.
- No genera gases de efecto invernadero, por lo que no contamina el medio ambiente.
- Silenciosa.
- Bajo costo sobre la materia prima.
- Trabaja ante cualquier clima y temporada.
- Poco visible, es decir, con poco impacto tanto ambiental como visual.
- Las olas generan cerca de 2.700 gigavatios de energía utilizables.
Por otro lado, es bueno también señalar a su vez los desafíos que están presentes ante el
aprovechamiento de este tipo de energía:
- La cantidad de lugares apropiados para estos dispositivos es limitada. Depende en gran
medida de la amplitud de las mareas, ondas y olas.
- El traslado de energía es de alto costo.
- Los dispositivos pueden sufrir daños por tormentas y por acción de la corrosión del agua
salada.
- Puede producir el desplazamiento de trabajadores locales.
- Actualmente, sólo se pueden capturar alrededor de 500 gigavatios.
- Su elaboración es costosa.
- Dificultades para su mantenimiento.
Para la comprensión de la parte del aprovechamiento de la energía eléctrica generada,
transformada y almacenada por el dispositivo, se requieren conocer los siguientes conceptos:
Inducción electromagnética
La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza
electromotriz o voltaje en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético, o bien en un
medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un
conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael
Faraday quien lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la
variación del flujo magnético (Ley de Faraday).
Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la FEM. inducida se opone al
cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es
válido tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se
mueva respecto de él.
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Ley de Faraday
Faraday enunció la ley del electromagnetismo, la cual expresa que la intensidad de la corriente
inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo
magnético. En este caso, la intensidad de la corriente inducida, será dependiente de la
velocidad y número de veces que ascienda y descienda el flotador, es decir, por la cantidad de
ondas, pues éstas son las responsables del movimiento vertical de los imanes.
Voltaje
El voltaje, también denominado fuerza electromotríz (FEM) que ejerce una presión o carga en
un circuito eléctrico cerrado sobre los electrones, completando con esto un circuito eléctrico.
Esto da como resultado el flujo de corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la presión ejercida de
la fuerza electromotríz sobre los electrones o cargas eléctricas que circulan por el conductor, en
esa medida será el voltaje o tensión que existirá en el circuito.
Amperaje
El amperaje no es otra cosa que la fuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando
entre dos puntos, estos son el negativo y el positivo a través de un conductor o cable eléctrico.
La corriente eléctrica circula del negativo hacia el positivo. La forma de saber que amperaje
circula por una corriente eléctrica es conectando en serie un amperímetro, para esto debe de
haber una carga entre el negativo y el positivo.
Campo magnético y eléctrico.
Los campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje: entre más elevado sea el
voltaje, más fuerte será el campo que resulta; por otro lado, los campos magnéticos tienen su
origen en las corrientes eléctricas: un corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte. Un
campo eléctrico existe aun que no haya corriente. Cuando hay corriente, la magnitud del campo
magnético cambiará con el consumo de poder, pero la fuerza del campo eléctrico quedará
igual.
Electromagnetismo.
Electromagnetismo es la parte de la física que estudia los campos electromagnéticos, sus
interacciones con la materia y, en general, la electricidad y el magnetismo. Estudio de los
fenómenos producidos por la interrelación entre los campos eléctrico y magnético. Toda carga
eléctrica en movimiento crea a su alrededor un campo magnético, con propiedades similares a
las de un imán, y a su vez todo campo magnético ejerce una fuerza sobre los conductores por
los que circula una corriente eléctrica o la crea en éstos cuando varía el flujo de líneas
magnéticas que los atraviesa. De ello se deduce que la energía eléctrica puede ser
transformada en trabajo mecánico (motor eléctrico) y que la energía mecánica puede
convertirse en electricidad (fenómeno de inducción magnética).
Corriente alterna y directa
La corriente eléctrica puede ser directa o alterna. La corriente directa implica un flujo de carga
que circula siempre en una sola dirección, por ejemplo, una batería. Los electrones se mueven
siempre en el circuito en la misma dirección: del polo negativo que los repele al polo positivo
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que los atrae. Aún si la corriente se mueve en pulsaciones irregulares, en tanto lo haga en una
sola dirección es corriente directa.
La corriente alterna, se comporta como su nombre lo indica. Los electrones del circuito se
desplazan primero en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén
en torno a posiciones relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje
del generador o de otra fuente.
La popularidad de que goza la corriente alterna proviene del hecho de que la energía eléctrica
en esta forma se puede transmitir a grandes distancias por medio de fáciles elevaciones de
voltaje que reducen las pérdidas de energía en los cables. La aplicación principal de la
corriente eléctrica, ya sea directa o alterna, es la transmisión de energía en forma silenciosa,
flexible y conveniente de un lugar a otro.
Los componentes de nuestro sistema son:
- Bobina. Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al
fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Se fabrican
enrollando un cable conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire.
Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los
submúltiplos mH y mH.
- Puente rectificador. Es un dispositivo el cual permite el flujo de la corriente eléctrica en una
sola dirección. Se les suele llamar rectificadores debido a que son capaces de convertir una
corriente alterna en corriente continua o directa.
- Capacitor. Es un dispositivo que almacena energía eléctrica, está formado por dos
conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar
cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.
- Imanes. Es un tipo de material que cuenta con la capacidad de producir un campo magnético
en su exterior con el cual es capaz de atraer a los metales. Las fuerzas magnéticas son
producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que
indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.
Existen tres tipos de imanes:
Imanes naturales. La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las
sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por
óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.
Imanes artificiales permanentes. Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la
magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.
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Imanes artificiales temporales. Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula
por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.
Hasta hace poco, todos los imanes estaban hechos de elementos de metal o aleaciones. Estos
materiales producen imanes de diferente potencia. Algunos ejemplos son los imanes de cerámica,
como los usados en los refrigeradores. Muchos de estos imanes de cerámica, no son
particularmente fuertes. Los imanes de álnico están hechos de aluminio, níquel y cobalto. Son más
fuertes que los de cerámica, pero no tan potentes como aquellos que incorporan una clase de
elementos llamados metales terrestres. Los imanes de cobalto de samario combinan el cobalto con
algunos el metal terrestre samario.
Para este proyecto, se utilizaron imanes de neodimio, que están compuestos por Tierras Raras.
Son imanes con una gran tendencia a la corrosión por lo que necesitan un recubrimiento de
protección, Niquel-Plata o Zinc-Plata, habitualmente. Poseen gran potencia, aproximadamente 6
veces más que los otros. Fueron elegidos por estar especialmente diseñados para reducir
dimensiones y aumentar potencia.
II. OBJETIVOS
Elaborar un dispositivo capaz de aprovechar la energía mecánica proveniente de las ondas para transformarla en energía eléctrica utilizable.
Demostrar el potencial de las olas como fuente de energía limpia.
III. HIPÓTESIS
Las olas del mar contienen energía mecánica. Si construimos un dispositivo capaz de transformar esta
energía mecánica en energía eléctrica, entonces obtendremos una fuente de energía utilizable y
limpia.
IV. JUSTIFICACIÓN
Todas las civilizaciones necesitan energía para poder desarrollarse, sin embargo la sociedad en la que
vivimos realiza un consumo excesivo de ésta, mismo que crece en un ritmo, que es aún mayor que el
crecimiento de la población.
La principal fuente de energía en la actualidad, por su bajo costo y la cantidad de energía que
contienen, la representan los combustibles fósiles. Su uso indiscriminado, ha traído graves
consecuencias para la totalidad de los ecosistemas del planeta, por los elevados niveles de
contaminación de agua, aire y tierra, que conlleva su extracción, procesamiento y combustión. Un
claro ejemplo del daño ambiental ocasionado, es la aceleración del proceso conocido como
calentamiento global, provocado por la emisión de gases de efecto invernadero (CO2 principalmente)
generados por la combustión del petróleo y sus derivados, el carbón y el gas natural.
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Para disminuir el impacto ambiental que provoca nuestro requerimiento energético, se deben de
buscar y explotar, nuevas fuentes de energía que sean renovables y limpias. El dispositivo que se
propone en éste proyecto, transforma en energía eléctrica la energía que se encuentra en las ondas
acuáticas, mostrando a éstas últimas cómo otra fuente de energía limpia que se podría utilizar.
V. DISEÑO EXPERIMENTAL
Materiales
- Lámina de acrílico
- Cables
- 5 Cubos de bobina
- Alambre Magneto
- 10 Imanes de neodimio
- Thermofit
- Flotador de cisterna con barra de aluminio
- 5 Puentes de diodos
- 5 Capacitores (5 ampere)
- Voltímetro
- Caimanes
- Agua
- Pecera
Metodología
- Para ver un esquema del prototipo revisar el anexo 3.
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1. Utilizando un cubo de plástico especial para bobinas, se realizó a su alrededor un
aproximado de 1100 vueltas de alambre magneto. Se desarrollo lo mismo con cuatro
piezas más.
2. Se acondicionó una pecera de 76x30x61 cm para el sistema a escala, siendo tomadas
las medidas necesarias para la elaboración de la estructura acrílica que soportaría
nuestro sistema de inducción.
3. Se cortó una lámina de acrílico para la elaboración de la estructura y soporte.
4. Utilizando un puente de diodos, se soldó en sus salidas (positivo y negativo) un
capacitor. A su vez se le soldó un cable rojo para la salida positiva y cable negro para
la salida negativa; finalmente se utilizó cable gris en las entradas para las bobinas. Este
proceso se realizó cuatro veces más, obteniendo los puentes de diodos necesarios
para cada bobina formada.
5. La conexión se sujetó a una base de acrílico la cual quedó en la parte superior de la
pecera. Los diodos fueron colocados en los bordes de la base de acrílico. Se realizó en
la placa de acrílico, un corte para que los imanes pudiesen ascender y descender.
6. Se conectaron las bobinas a las entradas de corriente alterna de los diodos. Los
puentes de diodos fueron conectados en serie dejando las salidas de corriente directa
en los dos diodos finales.
7. Se diseñó una base especial con dos cilindros acrílicos y una pequeña lámina de
acrílico para el flotador a una altura indicada para la captación de las ondas.
8. El flotador se sujetó a la base, posteriormente se le conectó la barra de acrílico con los
5 pares imanes de neodimio colocados simétricamente a las alturas de las bobinas.
9. Se cortaron dos barras de acrílico en la pecera con la función de sostener toda la
estructura de las bobinas y la base de los diodos, éstas fueron ubicadas a los costados
de la pecera.
10. Se provocaron las ondas acuáticas (ir a anexo 2) y se realizó la medición de la
corriente eléctrica generada.
16
VI. ESULTADOS
TIEMPO
1 min
5 min
10 min
15 min
30 min
60 min
120 min
ENERGIA
PRODUCIDA
(Volts)
0.080
0.160
0.181
0.164
0.167
0.171
0.164
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
1 min. 5 min. 10 min. 30 min. 60 min. 120 min.
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo
Energía inmediata en relación al tiempo
Energía Inmediata
Tabla 1. Energía producida durante el movimiento de los imanes (volts).
Gráfica 1. Energía inmediata en relación al tiempo.
17
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 min. 5 min. 10 min. 15 min. 30 min. 60 min. 120 min.
Vo
ltaj
e (V
)
Tiempo
Energía almacenada por cada capacitor
Capacitor 5
Capacitor 4
Capacitor 3
Capacitor 2
Capacitor 1
TIEMPO
1 min
5 min
10 min
15 min
30 min
60 min
120 min
Capacitor 1
(V)
0.000
0.009
0.024
0.041
0.093
0.195
0.373
Capacitor 2
(V)
0.002
0.017
0.028
0.053
0.109
0.235
0.417
Capacitor 3
(V)
0.002
0.023
0.041
0.064
0.118
0.277
0.505
Capacitor 4
(V)
0.001
0.014
0.036
0.059
0.106
0.229
0.405
Capacitor 5
(V)
0.003
0.026
0.049
0.076
0.124
0.297
0.558
Tabla 2. Energía eléctrica almacenada por cada capacitor.
Gráfica 2. Energía almacenada por cada capacitor.
18
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 min. 5 min. 10 min. 15 min. 30 min. 60 min. 120 min.
Vo
ltaj
e (V
)
Tiempo
Almacenamiento de energía eléctrica
Almacenamiento de Energía Eléctrica
TIEMPO
1 min
5 min
10 min
15 min
30 min
60 min
120 min
ALMACENAMIENTO
DE ENERGÍA
ELÉCTRICA (V)
0.008
0.089
0.178
0.293
0.550
1.233
2.256
Tabla 3. Energía eléctrica almacenada por todo el dispositivo.
Gráfica 3. Almacenamiento de energía eléctrica.
19
VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS
La producción de corriente eléctrica se consiguió porque la energía mecánica de las ondas provocaba
el movimiento continuo del flotador, por el fenómeno de la variación de altura en la superficie, que es
característica propia de la energía de las ondas. Este movimiento a su vez, hizo que una lámina
utilizada como soporte para los imanes, tuviera un movimiento vertical de ascenso y descenso
continuo, produciendo la inducción electromagnética dentro de las bobinas. Esta energía de carácter
alterno, pasó al puente rectificador donde se convirtió en una corriente directa, que a su vez fue
almacenada en los capacitores. La gráfica 1 muestra la energía eléctrica leída por el voltímetro al
ascenso y descenso de los imanes. En el minuto 1 el voltaje es menor debido a que las ondas están
empezando a provocar el movimiento del flotador. El aumento del voltaje que se ve en el tiempo de 5
minutos, es porque a ese tiempo, se logró un movimiento estable de las ondas pero no constante, por
eso es que después se presentan las fluctuaciones de los tiempos siguientes, pero manteniéndose en
un rango que va de los 0.080 V a los 0.181 V.
Permitiendo que el dispositivo funcionara durante 120 minutos, se logró almacenar una carga que
incrementaba por la inducción electromagnética, producida por el ascenso y descenso de los imanes.
La gráfica 2, nos muestra que en el capacitor 5 hay un mayor almacenaje de energía, esto es debido a
que se encontraba en la posición más cercana a las salientes de energía. La cantidad de energía (V)
almacenada, disminuye conforme la ubicación de los capacitores respecto a la salida de energía,
siendo el capacitor 1 el que recibió la menor cantidad de energía. En la gráfica 3 podemos ver el
almacenamiento total de energía que tuvo el dispositivo, esto es, la energía que se almacenó en los 5
capacitores conforme fue avanzando el tiempo, llegando a un total de 2.256 V medidos a nuestro
tiempo máximo que fue de 120 minutos.
Aunque nuestra producción de energía fue poca en comparación con la que se obtiene de otros GEO,
sabemos que se puede incrementar con el uso de transformadores de corriente alterna (como los
utilizados en plantas hidroeléctricas) haciéndola más eficaz.
Una propuesta para continuar esta desarrollo tecnológico, sería realizar esté proyecto a mayor escala.
Sería interesante el conocer cuánta energía se obtendría al aumentar la potencia de los imanes y las
bobinas. Hasta la fecha el desarrollo tecnológico para el aprovechamiento de esta energía es escaso
por el costo económico de encontrar materiales livianos y óptimos para soportar la corrosión debido a
que estos sistemas están pensados para funcionar en el mar. Sin embargo, es una línea que debe ser
mejor explorada, porque necesitamos disminuir la dependencia que tenemos hacia la energía obtenida
de los combustibles fósiles.
VIII. CONCLUSIONES
El dispositivo que se construyó fue capaz de transformar la energía mecánica de las ondas acuáticas
en energía eléctrica, por lo tanto se demostró el potencial de las ondas cómo fuente de energía limpia.
20
IX. FUENTES DE CONSULTA
BIBLIOGRAFÍA
- WILSON, J., Física., 6ª ed. México:Pearson Educación, 2007, 439-459 pp.
- TIPPENS, P., Física Conceptos y aplicaciones., 6ª ed. México:McGraw-Hill, 2001, 782 pp.
- SERWAY, R., FAUGHN, J., Física., 6ª ed. México:Thomson, 2005, pp 388-462.
- PÉREZ, H., Física General., 2ª ed. México:Publicaciones Cultural, 2000, pp 298-301.
PÁGINAS ELECTRÓNICAS
- https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:eQnQX_9AFa0J:www.mineria.unam.mx/descarg
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- http://www.oei.es/divulgacioncientifica/reportajes012.htm Consultado el día 26 de febrero de
2012
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de enero del 2012
- http://xml.cie.unam.mx/xml/se/pe/NUEVAS_ENERG_RENOV.pdf Consultada el día 26
de enero del 2012
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ANEXO 1
Fotografías.
Torre de bobinas adaptada para el movimiento vertical de los imanes, conectadas a los puentes rectificadores.
Mecanismo de captación de ondas.
Vista superior del dispositivo.
Dispositivo montado en el sistema a escala. Medición de uno de los voltajes totales obtenidos.
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ANEXO 2
Automatización
Para la producción de ondas en nuestro medio a escala (pecera) se construyó un brazo automatizado
alimentado por celdas solares. Es importante considerar que en el mar, estas ondas siempre están
presentes de manera natural, el dispositivo que se construyó sólo fue para fines demostrativos y para
que el proyecto fuera autómata. La elaboración de la automatización fue la siguiente:
1. Se conectó una serie de celdas solares con un voltaje total de 12V que alimentaron un motor. 2. Se colocó una flecha de metal a un disco ranurado a forma de polea.
3. La polea, por acción del motor, produjo el movimiento de vaivén con las características
requeridas para la producción de ondas.
ANEXO 3
Esquemas del prototipo y la automatización.
Nota 1. La barra con imanes se encuentra introducida en la columna de bobinas, pero para la
presentación y mejor comprensión del esquema se dibujaron de manera separada.
Esquema 1. Diseño
general del dispositivo.
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Esquema 2. Diseño del dispositivo de automatización.
Nota 2. Recordar que este sistema sólo se utilizará para simular las ondas naturales observadas en
el mar.
