MORA PINO JOSE - PROGRAMA PARA DETERMINAR LOS PARAMETROS QUE CARACTERIZAN EL OLEAJE MARINO Y SIMULAR SU COMPORTAMIENTO

1. “PROGRAMA PARA DETERMINAR LOS PARAMETROS QUE CARACTERIZAN EL OLEAJE MARINO Y SIMULAR SU COMPORTAMIENTO” CURSO: TECNOLOGIAS LIMPIAS PRESENTADO POR: MORA PINO, JOSE JOAQUIN DOCENTE: BLGO. HEBERT HERNAN, SOTO GONZALES

3. PROGRAMA PARA DETERMINAR LOS PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN EL OLEAJE MARINO Y SIMULAR SU COMPORTAMIENTO MANIFESTACIONES DE LAS ENERGIAS EN EL MAR INTRODUCCION La energía del mar se manifiesta en cinco formas principales: oleaje, mareas, corrientes marinas, gradiente térmico y salino, siendo la energía undimotriz la de mayor potencial (80 000 TWh/año). Aunque el potencial energético de las olas es significativo (200-300 GW, con una densidad de 2-3 kW/m²), solo entre el 10-25% puede transformarse en electricidad debido a su limitado desarrollo tecnológico y comercial. Sin embargo, investigaciones recientes han identificado sitios clave para su implementación, como en España, donde se han probado prototipos innovadores como W1 y PENGUIN II. La energía undimotriz, basada en la energía que transportan las olas, es una alternativa prometedora a los combustibles fósiles para generar energía eléctrica, especialmente en regiones con características climáticas y marítimas favorables. Su constante disponibilidad en zonas densamente pobladas de Europa y América del Norte la convierte en una fuente renovable de energía (FRE) innovadora y atractiva, superando la intermitencia de la energía solar y eólica. En Cuba, aunque se han realizado estudios sobre las energías marinas, la energía undimotriz sigue siendo poco explorada. Este trabajo presenta un programa registrado en el Centro Nacional de Derecho de Autor (CENDA) que permite calcular parámetros del oleaje, como altura, período, celeridad y densidad lineal de energía, a partir de las velocidades y direcciones del viento. MANIFESTACIONES DE LAS ENERGIAS DEL MAR EN CUBA MODELO MATEMÁTICO ESTATICO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD LINEAL DE POTENCIA En los mares aledaños a Cuba, es posible aprovechar tres formas de energía marina: corrientes de marea, energía undimotriz (olas) y gradiente térmico oceánico (OTEC). La costa norte de la región oriental de Cuba presenta mayor potencial energético undimotriz entre noviembre y enero, con densidades lineales de potencia de 5-8 kW/m. Este indicador, definido como potencia por metro de frente de onda, se diferencia de la densidad de potencia (kW/m²), que mide intensidad por unidad de área. En el Caribe, el potencial oscila entre 5-7 kW/m en los meses de diciembre a abril, mientras que en regiones como España y Chile alcanza hasta 100 kW/m y 40 kW/m, respectivamente, evidenciando la influencia de las velocidades del viento en la generación undimotriz. Las dos componentes de energía de las olas son la potencial y la cinética. La energía potencial es asociada con la forma o elevación de la ola y la cinética está asociada al movimiento o velocidad de las partículas de agua que la constituyen. Para olas regulares se tiene la ecuación. Donde E es la energía total por unidad de área superficial de agua en kg/s2 , ρ es la densidad del agua de mar en kg/m3 , g es la aceleración de la gravedad, en m/s2 y H es la altura de la ola, en m.

4. DESCRIPCION DEL PROGRAMA La relación entre el período de la ola (T), en s, y la longitud de la ola (L), en m, está dada por: El programa "Niord", inspirado en la mitología nórdica y en el dios de la costa marina y la navegación Njörðr, simula el comportamiento de la superficie marina utilizando datos de dirección y velocidad del viento. Mediante una animación 3D, calcula parámetros como altura, período, longitud, celeridad y densidad lineal de potencia de las olas, que se utilizan para determinar la energía eléctrica generada por instalaciones undimotrices en la costa. Implementado en MatLab 2015, Niord fue desarrollado como una aplicación ejecutable para operar de manera independiente. La transferencia de energía de las olas es conocida como flujo de energía, lo que los autores proponen llamar densidad lineal de potencia, P, en W/m. Los autores de (Pérez 2017) y (Viloria 2020) reportan que las olas de pequeña amplitud en aguas profundas tienen una energía por unidad de onda dada por El programa Niord facilita la predicción y recreación del comportamiento oceánico, permitiendo a los investigadores calcular parámetros como altura, período, longitud, celeridad y densidad lineal de potencia del oleaje con solo introducir datos de dirección y velocidad del viento. Estos datos, fácilmente accesibles en sitios web como www.insmet.cu, www.meteoblue.com y www.windfinder.com, o estaciones meteorológicas como la ubicada en el Faro del Morro de Santiago de Cuba, se utilizan para generar cálculos precisos y animaciones en 3D del océano. A diferencia de otros programas como DEPTHWAVE, Niord ofrece un análisis completo y visualización dinámica sin requerir datos estadísticos adicionales del usuario.

5. RESULTADOS DE LA EJECUCIÓN DEL PROGRAMA Para verificar la precisión del programa, se compararon sus resultados con los datos registrados en la Estación Meteorológica del Faro del Morro de Santiago de Cuba en 2017, cuya información está disponible en la tabla. Es relevante señalar que los datos de densidad lineal de potencia en kW/m incluidos en la tabla no provienen de GEOCUBA, sino que fueron generados por los autores mediante el uso de un modelo matemático basado en las expresiones (1)-(7). En la tabla se observa que los resultados para los parámetros de altura (H) y período (T) son exactos, con un error relativo de cero. Para la longitud (L) y densidad lineal de potencia (P), los errores relativos son de 0,03 % y 0,49 % respectivamente, valores que no superan el 1 %, lo que indica que el Niord ofrece una exactitud adecuada para aplicaciones de ingeniería. El parámetro de mayor relevancia desde el punto de vista energético es la densidad lineal de potencia (kW/m), cuyos valores obtenidos con el Niord se presentan en la tabla para comparación. Los resultados de la simulación en la tabla muestran que los parámetros de altura (H) y período (T) presentan un error relativo nulo, mientras que para la longitud (L) y densidad lineal de potencia (P) los errores relativos son de 0 ,04 % y 0,65 % respectivamente, lo que indica que no superan el 1 % y, por lo tanto, se considera que el programa tiene la exactitud adecuada desde el punto de vista de ingeniería. Al realizar una nueva corrida del modelo Niord con un viento de 15 m/s desde dirección sur-este, los resultados obtenidos se comparan con los datos anteriores, mostrando errores relativos dentro de los límites aceptables. El programa "Niord", implementado en Matlab 2015, permite determinar los parámetros que caracterizan el comportamiento del oleaje a partir de las velocidades del viento y sus direcciones. Su exactitud fue verificada al comparar los resultados con datos registrados en la estación meteorológica de El Faro del Morro en Santiago de Cuba y cálculos realizados mediante expresiones de la literatura, obteniendo un error relativo inferior al 1%. Esto demuestra que Niord es una herramienta confiable para análisis, evaluación y toma de decisiones en estudios relacionados con el oleaje. Los valores del error relativo para las diferentes direcciones y velocidades del viento son menores al 1% del valor calculado, lo que evidencia que el modelo Niord tiene una alta precisión para aplicaciones de ingeniería. Al calcular la altura, período y longitud del viento a partir de un único dato de dirección y velocidad, los resultados obtenidos son cercanos a los datos de la estación meteorológica de El Faro del Morro en Santiago de Cuba, con diferencias en el orden de las décimas, lo que confirma la utilidad del Niord para análisis, evaluación y toma de decisiones. CONCLUSIONES