Potencial energético de las corrientes generadas por las mareas en las desembocaduras de los ríos y estuarios. Aplicación a la ría de Avilés

Abstract

La búsqueda de recursos energéticos alternativos a los combustibles fósiles, ha provocado un importante desarrollo de las energías renovables. Recientemente la energía oceánica ha comenzado a tener una gran repercusión a nivel mundial; en Europa ha recibido un importante impulso debido a las políticas energéticas dirigidas por la Comisión Europea. Aunque el potencial energético marino es relevante, éste se ve reducido por condicionantes medioambientales, económicos y técnicos. Por ello las empresas e inversores dirigen la financiación hacia este campo cuando se demuestra su viabilidad; convirtiéndose la simulación numérica en una herramienta previa para la predicción de la rentabilidad energética en un área marina. En la presente tesis se aborda el estudio de una de las fuentes de la energía oceánica: las corrientes marinas, siendo el ámbito de estudio las desembocaduras de los ríos y estuarios, particularizándose en la Ría de Avilés (Asturias). Un primer paso en la elaboración del trabajo, ha consistido en investigar los principales métodos numéricos, desde los unidimensionales a los tridimensionales, que en la actualidad realizan investigaciones en el medio marino. La mayoría destinan sus análisis a grandes masas oceánicas, con objetivos diferentes, abarcando desde el transporte de sedimentos a estudios de las corrientes. Para ello recurren a las ecuaciones de transporte de flujo de Navier-Stokes, aunque dada la complejidad de cálculo de las mismas realizan diferentes simplificaciones: consideran una sola fase, promedian la velocidad en la dimensión vertical o adoptan la simplificación de flujo hidrostático. En este trabajo se propone una metodología CFD, basada en las ecuaciones de Navier-Stokes con la aproximación de Reynolds, resueltas bajo la hipótesis de Boussinesq. El dominio bifásico se resuelve mediante el modelo VOF (Volume of Fluid), y se utiliza el modelo k  para la modelización turbulenta. Los resultados obtenidos, para las mareas vivas y muertas, son:  Altura de la lámina de agua  Ciclos de velocidad media  Perfiles de velocidades  Potencia y energía de las corrientes de marea Posteriormente los resultados fueron validados con los datos proporcionados por la Autoridad Portuaria de Avilés. The search for alternative energy resources to fossil fuels has led to a significant development of renewable energies. Recently, ocean energy has started to have a great impact in the world. In Europe it has received an important boost from the energy policies directed by the European Commission. This thesis addresses one of the sources of ocean energy: marine currents. The area of study are the mouths of the rivers and estuaries, particularized to the Ría de Avilés (Asturias). A first step in the elaboration of the work has been to investigate the main methods, from the unidimensional to the three-dimensional, which currently are used in the research of the marine environment. Most analysis are focus on large oceanic masses, with different objectives ranging from the transport of sediments to study of currents. To do this, they use the flow transport equations formulated by Navier-Stokes. As the analytical resolution of those equations is not possible, they are simplified either by averaging the velocity in the vertical dimension or adopting the hydrostatic simplification and working with a single phase. The methodology is based on the Navier-Stokes equations, with the Reynolds approximation for the turbulent flow. They were solved under the Boussinesq hypothesis and considering a biphasic domain analyzed by the VOF (Volume of Fluid) method. The results obtained, for neap and spring tides, are:  Elevation of water surface  Medium velocity cycles  Velocity profiles  Power and energy tide Results were validated using the data from the Port Authority of Avilés.