Luis Pedraza

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La central eléctrica de Neptuno

Los griegos lo conocían como Poseidón, los romanos prefirieron llamarle Neptuno, pero ni los refinados helenos ni los beligerantes latinos pudieron nunca imaginar el tremendo partido que podía sacarse a las colosales fuerzas que domina el más húmedo de los dioses. ¡Se puede obtener electricidad de las corrientes oceánicas! Y hoy veremos cómo es posible, empleando un novedoso método que comentan en este artículo de NewScientist.

Básicamente, la nueva tecnología propone un rediseño del motor magnetohidrodinámico (MHD) que, anclado al fondo oceánico y puesto a funcionar a la inversa, permite obtener energía eléctrica a partir de las fuertes corrientes marinas. La electricidad así obtenida puede ser transportada para su consumo o empleada in situ en la producción de hidrógeno.

Neptuno sacando corriente de las corrientes marinas

Neptuno sacando corriente de las corrientes marinas

La fuerza de las olas

Posiblemente, ni a los griegos ni a los romanos les importaría demasiado que a partir de la fuerza gratuita que proporciona el mar es posible obtener electricidad. A pesar de que Tales de Mileto ya observó 600 años antes del nacimiento de Cristo los efectos que los campos eléctricos ejercen sobre la materia, el interés se reducía a frotar una varilla de ámbar para ver cómo ésta atraía pequeños objetos (efecto triboeléctrico), y a presenciar la ocasional aparición de alguna que otra chispa.

Sin embargo, 2600 años después del tiempo de este sabio, la obtención de nuevas fuentes de energía, cada vez más baratas y limpias, se ha convertido en un objetivo de importancia crucial para la supervivencia de nuestra moderna civilización.

Lógicamente, el intento de extraer la energía almacenada en los mares no es algo nuevo. Dejando a un lado la energía termo-oceánica, que intenta aprovechar los gradientes térmicos entre diferentes puntos de un océano, dos son los tipos de energía aprovechables a partir de los movimientos que se producen en el seno de las grandes masas acuosas de nuestros océanos:

Para cada uno de estos tipos de energía existen múltiples maneras de diseñar las plantas. El método que hoy nos ocupa tiene la particularidad de que los generadores carecen de elementos móviles, lo cual es una ventaja desde el punto de vista del rendimiento mecánico (no se pierde energía por fricción entre los distintos componentes móviles), la seguridad de la fauna marina (puesto que no hay álabes que puedan despedazar a pececillos despistados), y el reducido nivel de contaminación acústica. Aquí podéis ver un gráfico que muestra algunas de las alternativas existentes más populares.

La fuerza de Lorentz

En el corazón de la teoría electromagnética, encontramos un fenómeno descrito por el físico Hendrick Lorentz ya en el siglo XIX, que afecta a las cargas eléctricas que se desplazan en el seno de un campo magnético:

Cuando se sitúa una varilla metálica horizontal en el interior de un campo magnético vertical B, y se hace pasar una corriente a través de ella, la varilla experimenta una fuerza de orientación perpendicular al plano definido por el campo magnético y el sentido de la corriente eléctrica.

Más formalmente, la fuerza de Lorentz aparece sobre cualquier carga Q que se desplace en el seno de un campo magnético B con velocidad v, y tiene la siguiente expresión:

que, para los no iniciados, quiere decir que la fuerza es proporcional a la magnitud de la carga de la partícula, y ejercida en dirección perpendicular al plano definido por la velocidad de la misma y la dirección del campo magnético en el que se desplaza. Para comprenderlo mejor, podéis jugar con estos dos applets Java que explican este fenómeno: [applet 1] y [applet 2].

Si has comprendido la fuerza de Lorentz, te gustará saber que este efecto físico es precisamente lo que permite la construcción de motores de corriente continua (aquí hay un pdf donde se explica cómo construir artesanalmente uno rudimentario) y que, cuando estos funcionan a la inversa (haciéndolos moverse mediante la aplicación de alguna fuente de energía mecánica externa) lo que obtenemos es, precisamente, un generador; en este caso una dinamo. Es decir, un motor eléctrico transforma energía eléctrica en energía mecánica, mientras que el generador transforma la energía mecánica en energía eléctrica.

El motor magnetohidrodinámico y el Yamato-1

Cuando no es un conductor eléctrico (tal como una varilla metálica) lo que conduce la corriente eléctrica en el seno de un campo magnético, sino un fluido conductor de la electricidad, sucede que la fuerza se ejerce precisamente sobre el líquido. Un fluido conductor puede ser un líquido en el que se ha disuelto un electrolito, tal y como sucede con el agua del mar. La presencia de sales disueltas en los océanos hace que la elevada concentración de iones permita que el agua conduzca la electricidad (razón de peso para evitar darse un chapuzón en la playa en un día de tormenta).

El comportamiento de los fluidos conductores en el seno de campos magnéticos es estudiado por la magnetohidrodinámica. Si has comprendido cómo la fuerza de Lorentz hace que una varilla conductora se mueva, no te costará comprender el fundamento del motor magnetohidrodinámico (no te pierdas este vídeo de un rudimentario experimento de propulsión MHD, cuya realización se explica detalladamente en este enlace), que he representado esquemáticamente en la siguiente figura. En este caso las cargas libres disueltas en el líquido (agua de mar) se desplazan en el sentido definido por el campo eléctrico E, que se genera disponiendo un ánodo y un cátodo en el interior del tubo transparente. Perpendicularmente al mismo existe un campo magnético B que se obtiene a partir de potentes electroimanes, y como consecuencia de la intersección de ambos, aparece una fuerza sobre el agua que la propulsa a lo largo del tubo. Voilà! ¡Tenemos un motor náutico!

Principio de funcionamiento del motor MHD.

Las cargas libres disueltas se mueven en el sentido definido por el campo eléctrico E (flecha amarilla). Al hacerlo en el seno del campo magnético B (flecha violeta), aparecen fuerzas sobre el líquido que tienen a desplazarlo longitudinalmente por el interior del cilindro hueco (flecha azul). El cilindro experimenta un empuje en sentido opuesto, y obtenemos un propulsor MHD

Este tipo de propulsor fue utilizado por primera vez en un barco (anteriormente ya había sido probado en un prototipo de submarino) con el Yamato-1, un catamarán japonés botado en junio de 1992 que alcanzaba la ridícula velocidad de 7 nudos (unos 13 km/h). El prototipo tenía el inconveniente de que los elevados campos magnéticos necesarios para el funcionamiento del barco precisaban de una enorme cantidad de electricidad que era obtenida a partir de dos enormes motores diesel. Como es lógico, su uso se descartó por poco práctico y anti económico, y este pionero aparato duerme ahora el sueño de los justos en el Museo Marítimo de Kobe.

Principio de funcionamiento del Yamato-1 (izquierda) y estado actual del ingenio, reposando en el Museo Marítimo de Kobe (derecha)

Un generador con goteras

Si has estado atent@, y eres chic@ list@, ya te habrás imaginado cómo haciendo funcionar el motor MHD a la inversa, es posible obtener electricidad haciendo pasar las corrientes marinas por el interior de tubos en los que existe un campo magnético perpendicular al sentido del flujo del líquido. Esto es lo que propone Minoru Takeda, un investigador de la Facultad de Ciencias Marítimas de la Universidad de Kobe. Así, la dinamo sería al motor de corriente continua lo que el generador que os he explicado al motor magnetohidrodinámico. Parece simple, ¿no?

A pesar del atractivo evidente de un generador sin elementos móviles (se trataría de un simple tubo hueco en su versión más sencilla, lo cual simplificaría su mantenimiento en un ambiente tan corrosivo y violento como es el mar), existen algunos inconvenientes que impiden su uso en la práctica: la generación de los elevados campos magnéticos requiere de la utilización de sofisticados materiales superconductores que han de ser refrigerados a temperaturas muy bajas para su funcionamiento eficiente (y la alternativa más económica parece ser el empleo de helio líquido comercial, que habría que conducir hasta el fondo oceánico), y el rendimiento de los prototipos actuales es aún muy reducido.

Sin embargo, me ha parecido una tecnología muy prometedora (o al menos interesante y original) que merecía la pena ser comentada en este blog. Si habéis llegado hasta aquí, espero que lo hayáis comprendido y os haya gustado 😉

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3 Comments

  1. Betsie Rincon

    soy de venezuela y estoy haciendo mi tesis sobre eso.. la propuesta es: la creacion de 2 prototipo de motores MHD para implementarlo en un submarino.. no nos inspiramos en la peli La caza del octubre rojo ni nada de eso. jeje solo en una revista que llego a mi facultad . estudio ing. Electrica..

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