Ola

Para otros usos de este término, véase Ola (desambiguación).
Olas
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Concepto:Las olas son ondulaciones del agua del mar o de un río producidas por el viento que sopla sobre su superficie.

Las olas son ondulaciones del agua del mar o de un río producidas por el viento que sopla sobre su superficie.

El oleaje es el movimiento de la superficie del agua con formación de una sucesión continua de olas; movimiento grande de las aguas del mar.

Origen del oleaje

El viento es responsable de la generación del oleaje que se desplaza sobre la superficie del agua y que juega un rol muy importante en la modificación de la línea costera. Si observamos el mar durante una tormenta, su superficie parece estar en un estado de confusión y es difícil apreciar que entre el desorden es posible detectar los diferentes trenes de olas que allí se generan.

Las olas son movimientos ondulatorios, oscilaciones periódicas de la superficie del mar, formadas por crestas y depresiones que se desplazan horizontalmente.

Para el estudio de las olas, estas se dividen en: olas de agua profunda (que no están influenciadas por el fondo y se mueven independientemente de él) y olas costeras (en que por disminución de la profundidad del agua, su forma y movimiento están afectados por el fondo).

Pueden ser producidas por una variedad de fuerzas, incluyendo los fenómenos meteorológicos (como el viento y la presión atmosférica), fuerzas astronómicas (como los efectos gravitacionales de la Luna y el Sol), y fuerzas geológicas (como los terremotos subacuáticos, que pueden producir tsunamis) y ―de manera momentánea― por el movimiento de una gran nave motorizada sobre la superficie del agua.

La cantidad de energía de una sola ola es considerable, este potencial puede ser aprovechado como fuente de energía renovable.

Cuando existen vientos superiores a 3 km/h, se generan pequeñas olas. En las olas no hay traslado de agua, sino solo un movimiento oscilatorio.

Características de las olas

En una zona donde el viento sopla a través de la superficie del océano generando olas, estas poseen diferentes largos y se mueven en forma aleatoria en la dirección del viento. El tamaño que las olas pueden alcanzar depende de 3 factores.

  • La fuerza del viento.
  • El período de tiempo durante el que el tiempo sopla.
  • La distancia sobre la que el viento sopla en una línea recta sobre el océano.

Características

Dinámica de las partículas dentro de una ola.

Las olas se caracterizan por su: longitud de onda, período, pendiente, altura, amplitud y velocidad de propagación, variables físicas y geométricas que se definen a continuación:

Longitud de onda (L): es la distancia horizontal entre dos crestas o dos depresiones sucesivas.

Período (T): es el tiempo, contado en segundos, entre el paso de dos crestas sucesivas por un mismo punto.

Altura (H): es la distancia entre la cresta de la ola y el nivel medio del mar.

Pendiente: relación entre la altura y la longitud de onda (H/L).

Amplitud (A): distancia entre la cresta y el valle de la ola.

Velocidad de propagación (V): es la longitud de onda en relación con el período (L/T).

Como las olas son muy variables para analizarlas y describirlas se usan métodos estadísticos. Así, para la altura, normalmente se refiere a la “altura significativa”, esto es el promedio de 1/3 de las olas más altas observadas en una serie en un período de tiempo determinado. En el océano Atlántico la altura significativa de las olas es de dos metros.

Olas en agua profunda: Producen un movimiento más o menos regular en la superficie del océano, denominado oleaje, en el cual la altura de la ola es relativamente débil en relación con el largo de la onda. El oleaje se propaga en el océano por lo general muy lejos del lugar donde se origina. Este oleaje es teórico y se explica por soluciones matemáticas.

Ola teórica: Un hecho de observación común es que los objetos que flotan en la superficie del mar simplemente suben y bajan cuando la ola pasa por ellos. Esto ocurre porque las partículas de agua responden al paso de la onda y se mueven en órbitas circulares cuyo diámetro disminuye con la profundidad.

Ola teórica

En la superficie del mar, cada partícula describe un círculo

Las partículas de la superficie del mar describen círculos cuyo radio depende de la profundidad.

El diámetro de las trayectorias disminuye con la profundidad y es prácticamente nulo en profundidad.

El perfil del oleaje corresponde a un trocoide, que es la curva descrita por un punto de un disco que rueda sobre una recta.

La ola en agua profunda corresponde a una onda de superficie. Al llegar a la costa se transforma en ola costera, ola de masa.

Trocoide

A una profundidad igual a la mitad de la longitud de onda, el diámetro de las órbitas de las partículas de agua es 1/25 veces del diámetro de la superficie y para propósitos prácticos, se considera este nivel como la máxima profundidad del movimiento del oleaje.

En aguas más profundas que la mitad de la longitud de onda, las partículas orbitantes no entran en contacto con el fondo oceánico, mientras que a profundidades menores que la mitad de la longitud de onda, las órbitas son achatadas por la resistencia debida a la fricción, pierden energía y se dice que la ola siente el fondo. Se reconoce esta profundidad como el máximo nivel en que las olas pueden mover partículas y erodar los sedimentos finos del suelo oceánico, se le llama nivel del oleaje.

Olas reales: Las olas reales se alejan bastante de las olas teóricas, en las áreas donde sopla el viento que las genera. En las áreas de generación del oleaje hay una agitación aparentemente anárquica de la superficie. Con vientos sobre 9º Beaufort se observan montañas desordenadas de agua de alturas muy variables, sobre estas grandes olas se forman otras más pequeñas.

Así, la estructura superficial del océano es el resultado de la superposición de varios trenes de olas que se interfieren resultando depresiones y cumbres. La interferencia puede dar anulación o un reforzamiento.

Si la velocidad del viento es mayor a 5 m/seg la altura de la ola crece más rápido que la longitud de onda, la pendiente aumenta y si sobrepasa el límite, las olas revientan independientemente de toda influencia del fondo generándose cabritos o corderitos (olas forzadas).

Las áreas de generación poseen espectros de olas muy variadas, de diferente longitud de onda. Como la velocidad aumenta con la longitud de onda, las olas que salen de esta zona de generación no progresan a la misma velocidad. A medida que el oleaje sale de esta área se va clasificando, simplificando, tomando el aspecto de ondulaciones paralelas y disminuyendo la pendiente.

Si seguimos las olas desde que el viento las produce en el mar, viajan miles de kilómetros y rompen finalmente contra la costa.

El desarrollo de las olas se atribuye a tres factores principales:

  • La velocidad media del viento.
  • La duración del tiempo en que actúa.
  • La distancia sobre la que ha soplado (fetch).

Principales áreas mundiales de generación del oleaje

Son aquellas donde soplan los vientos del oeste en las zonas templadas de los dos hemisferios. Las tormentas dan origen a olas del noroeste y del sudoeste, a partir de los 40° de latitud.

Fuera de estas regiones hay sólo un área importante en la generación de olas: el mar de Arabia, en los meses de junio, julio y agosto, durante el monzón de verano, que es muy violento.

Los vientos alisios rara vez generan grandes olas. Los ciclones tropicales generan olas enormes pero en forma muy irregular. Así, la mayor parte de las olas observadas en las regiones intertropicales son originarias de las regiones de latitudes más elevadas y son propagadas libremente sobre miles de kilómetros.

Las regiones que tienen alta frecuencia de ocurrencia de vientos fuertes son en consecuencia, las regiones principales de generación de olas y corresponden a las zonas de actividad frontal en las más altas latitudes de ambos hemisferios. El cinturón de tormentas del sur es el área generadora de olas más clara y definida del mundo porque allí se registran gran cantidad de vientos fuertes (8-9º Beaufort), son relativamente persistentes en cuanto a ubicación y soplan sobre largas distancias en el mar.

Con relación al tipo de olas se distinguen los siguientes ambientes de oleaje

Trayectoria de las partículas dentro de una ola en una playa.

Ambientes de ola de tormenta: que ocurren en las altas latitudes donde soplan vientos fuerte frecuentes creando olas altas y de fuerte pendiente. La dirección dominante de los vientos en estos cinturones templados es Oeste. La costa oeste de Patagonia es probablemente la más atacada por las olas de tormenta durante todo el año y contrasta con la costa este donde el ataque es menor.

Las costas en estos lugares poseen acantilados rocosos y plataformas de abrasión. Estas costas rocosas tienen importancia ecológica y humana porque proveen hábitats adecuados para algunas algas que están siendo explotadas y para algunas especies de fauna.

Ambiente de olas de costas oeste: olas largas y bajas que se han generado en los cinturones de tormenta y que posteriormente han disminuido su energía al alejarse de sus áreas de formación. Su nivel energía es mayor en las latitudes más altas y moderado en los trópicos. Son costas relativamente homogéneas del punto de vista del oleaje, exceptuando parte de las costas de México que pueden estar afectadas por ciclones tropicales; o las costas de la India en que el oleaje puede ser reforzado por olas generadas por el monzón estacional. El oleaje del SW ocurre a lo largo de la costa oeste de América desde California a Chile; costa oeste de África.

Ambiente de costas este: niveles de energía bajos a moderados, con la excepción de sectores de costas tropicales afectados por ciclones.

Ambientes protegidos: se trata de costas en las que el oleaje oceánico no penetra porque se encuentran protegidas por cubiertas de hielo o porque se encuentran localizadas fuera de los cinturones de tormenta. Generalmente son ambientes de olas de baja energía las costas polares y los mares cerrados donde hay poco fetch que restringe el desarrollo de la ola.

Cuando la profundidad es inferior a la mitad de la longitud de onda, la ola empieza a ser influenciada por el fondo que la hace sufrir deformaciones, que son independientes de la dirección de propagación y ocurre la rompiente. Otras deformaciones consisten en la modificación de la dirección de propagación, las cuales generan fenómenos de refracción, reflexión y difracción.

El oleaje en la costa también genera corrientes que influyen considerablemente en el movimiento de los materiales sedimentarios a lo largo del litoral y es una causa fundamental de la erosión o progradación de la costa.

La corriente de deriva litoral: se produce cuando las olas llegan oblicuas a una costa rectilínea, generalmente en ángulo inferior a 10º (el ángulo nunca puede ser mayor debido a la refracción), esto da nacimiento a una corriente paralela al litoral, entre la zona de rompiente y la orilla. La velocidad de la deriva es mínima fuera de la zona de rompiente, lo que demuestra claramente que es inducida por el oleaje y no puede ser atribuida a corrientes oceánicas o corrientes de marea.

La velocidad de la deriva depende de: la altura de la rompiente, el período y ángulo de incidencia de las olas, la pendiente y rugosidad de la playa.

Dinámica de las olas en una playa.

Las corrientes perpendiculares a la costa (rip-current o corrientes de retorno), consisten en que el agua que ha sido llevada hacia la playa por la rompiente se devuelve como una corriente de retorno muy localizada, desgarrando la zona de rompiente en sectores de hasta 30 metros de ancho, y que se dispersa más allá de la rompiente. Ocurren frecuentemente en lugares de encuentro de dos derivas litorales que se devuelven hacia el mar por una corriente perpendicular. Dichas corrientes son angostas (15-30 metros), perpendiculares a la orilla y comprometen la columna de agua; su velocidad es uno a dos nudos (8 km/h) y se caracterizan por sus aguas turbulentas cargadas en materiales finos en suspensión, siendo muy peligrosas para los bañistas.

El sistema de circulación costera produce un intercambio continuo de agua entre la zona de rompiente y la de aguas libres, actuando como un mecanismo de distribución de nutrientes y de dispersión para el escurrimiento terrestre.

Energía de las olas

La energía potencial de un grupo de olas es proporcional a la altura de las olas al cuadrado del período de las olas (el tiempo entre las crestas de las olas). Las olas de períodos más largos tienen largos de olas relativamente más largos y se mueven más rápido. Esta energía potencial es igual a la energía cinética que puede ser emplead).

La energía de las olas se expresa en kilowatts por hora en una región, por ejemplo una línea costera. Sin tener en cuenta las olas creadas por grandes tormentas, las olas más grandes miden aproximadamente 15 metros de alto y tienen períodos de aproximadamente 15 segundos. Este tipo de olas tienen una energía potencial de 1700 kilowatts a través de cada metro de frente de olas. Una región de mucha energía de olas podría tener un flujo potencial mucho menor a este: alrededor de 50 kW/m.

Potencial energético

Oleaje.

El Consejo Mundial de Energía ha estimado el potencial de la energía de las olas en 2000 GW.[1] El recurso mundial de energía de las olas se estima en 2 TW, con el potencial de una generación de más de 2000 TWh anuales.[2]

Los recursos de las olas en un sistema de suministro de energía

En el contexto de un desarrollo sustentable, hay muchos factores que se toman en cuenta al momento de realizar decisiones relacionadas con la producción de energía: impacto ambiental, manejo apropiado de los residuos, mayor seguridad, cuestiones intergeneracionales, e igualdad internacional.

Existe una preocupación creciente sobre la obligación de utilizar recursos de energía sustentables teniendo en cuenta el interés sobre los cambios climáticos producidos por el hombre. La energía de las olas es uno de esos recursos sustentables.

Historia del aprovechamiento de las olas

El aprovechamiento de las olas data de finales del siglo XVI; uno de los primeros dispositivos empleados para el aprovechamiento de las olas fue ideado por los hermanos Gerard, de origen francés, que consistió en recuperar y almacenar el agua de mar a determinada altura y este se utilizó posteriormente en numerosas villas de Inglaterra. En las primeras décadas del siglo XIX, el ingeniero M. Fursenot puso en práctica en las costas de Argelia un dispositivo que transformaba las oscilaciones de las olas empleando un juego de levas y engranajes.

En 1899, en la localidad de Ocean Grove, a 110 km al sur de Nueva York, se construyó una instalación que utilizaba la energía de las olas por medio de una placa receptora, que al estar unida a los vástagos de unas bombas elevaba el agua a un grupo de tanques elevados.

En 1931, se aprovecharon las olas para bombear agua al acuario del Museo Oceanográfico de Mónaco, con un aparato que trabajó durante diez años, y resultó destruido por el propio efecto de las olas. En las costas de Mónaco también se utilizó en 1934 un proyecto que empleaba un rotor savonious para el bombeo de agua.

La energía de las olas en la actualidad

Se enumeran hasta 81 prototipos diferentes, algunos de los cuales ya se utilizan en distintas partes del mundo. Portugal es uno de los países a la delantera, con el parque undimotriz, Okeanós, que surte su electricidad a la red, con tres máquinas Pelamis con capacidad de 2,25 MW. También cuenta con una planta experimental que utiliza una columna de agua oscilante en la isla de Pico, en las Azores.

Se considera a Escocia (Reino Unido) y Noruega pioneras de la tecnología undimotriz. El país escandinavo instaló en 1985 una planta en la costa cercana a Bergen, en el que se combinaba una columna de agua oscilante con un sistema propio, denominado “canal rematado en punta". Escocia lleva también años experimentado con estos sistemas en la isla de Islay, así como el denominado “Pato de Salter”. Países como Estados Unidos, Australia, España, India, China, Suecia o Japón también están probando distintos sistemas.

El futuro de la energía de las olas

La energía de las olas tiene un gran potencial, ya que lograría mayores rendimientos que la energía de las mareas. La energía potencial de las olas es vasta y puede ser explotada en muchas regiones. Los países con largas líneas costeras y fuertes vientos persistentes pueden producir cinco por ciento, o más de su electricidad a través de la energía de las olas.

Generación de energía de las olas

Los dispositivos de generación de energía a través de las olas se pueden clasificar en fijos o flotantes.

Dispositivos de generación fijos

Estos dispositivos son los que están construidos en la línea costera, en la rompiente de las olas o fijados al lecho marino en aguas poco profundas. Los sistemas fijos tienen algunas ventajas importantes sobre los sistemas flotantes, sobre todo con respecto al mantenimiento.

Sin embargo, la cantidad de lugares apropiados para este tipo de dispositivos es limitada. Entre estos dispositivos se hallan la “oscillating water column” (columna oscilante de agua), así como el sistema Tapchan, que son dos ejemplos de dispositivos fijos de generación de energía a través de las olas.

Dispositivos de generación flotantes

Los dispositivos de generación de energía de las olas flotantes son sistemas que se encuentran flotando en el océano ya sea cerca de la costa u offshore.

Entre los dispositivos de generación flotantes están el Pelamosv Salter Duckv Wave Dragon (‘dragón de las olas’), el columpio de olas Archimedes Mighty Whale y Jamstec PowerBuoy™ (‘boya de energía’)

Veáse también

Fuentes

  1. ↑ Según algún artículo en la revista New Scientist de 2003.
  2. ↑ Según un artículo publicado por el World Energy Council (1993), Thorpe (1998) y Mei (2005).
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