ES1164584U - Generador eólico solar omnidireccional fluidomecánico. - Google Patents

Abstract

1. Dispositivo generador de electricidad que consta de un globo lleno de helio (1) que tiene un plano inclinado en su parte superior donde se instala la lámina fotovoltaica de capa fina (2), y otra lámina fotovoltaica vertical (2) puesta en una cara lateral del globo con forma de cubo (1), el globo se une por el centro de gravedad de sus bases superior e inferior a un tubo interior ultraligero (3) que es pasante por el interior del globo (1), el extremo inferior del tubo (3) está unido a una rótula de 3 grados de libertad (4), la rótula está suspendida en el aire gracias al brazo (5) de la estructura (6), en la posición de reposo el cable de tracción (7) traza una vertical desde la rótula (4) hasta el vástago del émbolo (13), previo paso por los rodamientos cóncavos (20) situados en la parte superior de la estructura (6), estando el émbolo en su punto muerto inferior. Se incorpora una bomba electrohidráulica (21) que succiona del depósito a presión atmosférica y lo vierte en el acumulador de presión (9), funciona con el excedente de energía fotovoltaica, alimentándose directamente de las láminas solares por medio del cable (22).

Description

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DESCRIPCION

Generador eolico solar omnidireccional fluidomecanico.

Sector de la tecnica

De ahora en adelante paso a referirme al Generador Eolico Solar Omnidireccional Fluidomecanico con la palabra formada por sus respectivas siglas GESOF.

Dentro del estado de la tecnica se pueden localizar diversos dispositivos que tengan en comun una o dos de las caracterlsticas principales del GESOF:

A) Dispositivos hlbridos de energla eolica y fotovoltaica.

B) Generadores de electricidad que utilicen globos de helio como parte fundamental del dispositivo.

C) Generadores de energla eolica que utilicen dispositivos hidraulicos para la conversion de energla eolica en electricidad.

D) Produccion de electricidad mediante vientos turbulentos o racheados.

E) Dispositivos omnidireccionales.

- Conversor Aerohidraulico P201000667

- Aerogenerador Globo U201500186

- Vortex Bladless P20 1001003

- Saphonian W0/2012/039688

- Mageen Air Rotor System

- BAT (Bouyant Airborne Turbine)

- Bluenergy solarwind

- Rotor Darrieus

- Rotor Savonius

- INVELOX

Antecedentes de la invencion

Dispositivos que sean aerohidroelectricos como pilar fundamental de su funcionamiento conozco el Conversor Aerohidraulico del cual soy inventor y cuyo numero de solicitud es P201000667, tambien se que con posterioridad patentaron un dispositivo de caracterlsticas similares denominado comercialmente como Saphonian. Estos dispositivos precisan de mecanismos de orientacion de la superficie de captacion de

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viento, el presente GESOF es omnidireccional (no precisa de mecanismos de orientacion para captar las 3 componentes del vector viento). GESOF es una evolucion tecnologica del Aerogenerador Globo U201500186 para ser utilizado con vientos turbulentos o racheados a niveles proximos al suelo (mini-eolica), como novedad presenta la incorporation de lamina fotovoltaica de capa fina y de alto rendimiento, lo que le convierte en un dispositivo hlbrido eolico-solar, ademas el dispositivo de union del globo al grupo hidraulico permite transferir la energla del viento para globos de mayor tamano correspondientes con el uso de una instalacion domestica. Quedando el modelo de utilidad llamado Aerogenerador Globo relegado para aplicaciones de micro-generation eolica.

Explication de la invention

Dispositivo generador de electricidad que admite vientos turbulentos omnidireccionales, consta de un globo con forma de cubo lleno de aire o helio (con helio el rendimiento es mayor pero tambien es mas caro), atravesado por un eje de material ultraligero (por ejemplo: tubo de fibra de kevlar) que se une al centro de la cara superior del globo desde el interior de este, y es pasante respecto a la cara inferior del globo, el tramo de tubo que esta en el interior del globo dispone de perforaciones para su llenado (Fig. 1), en la parte del eje que esta fuera del globo hay una esfera de material ligero, siendo pasante y solidaria al eje, nos servira como rotula para que el globo tenga movimiento omnidireccional, en el extremo inferior del eje se pone una varilla roscada que hace de tapon de llenado del globo en el extremo del tubo de kevlar, la varilla roscada por su parte exterior lleva dos agujeros pasantes que coinciden con otros dos agujeros pasantes que tiene el extremo de la manguera flexible (pero anti-torsion) que se acopla a la varilla roscada, la union se realiza por medio de los dos tornillos que atraviesan sendos orificios una vez queden alineados al acoplarse ambas piezas, la presion en el interior del globo (Pint) debe ser superior en al menos un 10% a la presion atmosferica (Patm), para que el globo mantenga la forma para la que fue disenado.

El GESOF monocillndrico basa su funcionamiento en el zarandeo que produce el viento turbulento (o racheado) al chocar contra un objeto, aunque el flujo de viento provenga de una direction determinada (flujo unidireccional), el efecto producido es un totum revolutum omnidireccional, es como cuando el viento choca contra las copas de los arboles y se produce este fenomeno, la copa del arbol no se queda tumbada en la direccion del viento si no que es zarandeada en todas las direcciones a pesar de que el viento sea unidireccional.

La (Fig. 2) muestra como se produce el zarandeo en un GESOF y este es transmitido al fluido hidraulico, en la parte izquierda se ve al GESOF en position de reposo (centrado respecto la vertical), debido a la fuerza con la que tira el resorte del cilindro hidraulico para abajo, a lo que hay que sumar la fuerza vertical ascendente con la que tira el helio del interior del globo, ambas fuerzas hacen que en ausencia de viento el globo siempre tienda a recuperar la verticalidad, en este momento se expande el resorte debido a la energla que se habla almacenado en el, creando vaclo en el cilindro y permitiendo que se abra la valvula anti-retorno de la izquierda que posibilita el llenado del cilindro, mientras la valvula anti-retorno de la derecha que comunica con el acumulador de presion permanece cerrada.

En el GESOF de la derecha de la (Fig. 2) esta sometido a una turbulencia que produce que el viento empuje al globo formando un angulo de x° respecto de la vertical, a su vez

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se produce un momento de giro en la rotula que esta unida a la estructura (detalle seccion C - C' (Fig. 3)), la parte inferior del eje que pasa por la rotula tira de la manguera flexible hacia arriba arrastrando al embolo, para que el tiro sea vertical la manguera flexible pasa por unos rodamientos concavos anclados a la estructura (detalle de la seccion B - B' (Fig. 2)), lo cual minimiza las perdidas por rozamiento, el embolo es de seccion ovalada para impedir que pueda girar sobre si mismo (detalle seccion A - A' (Fig. 2)), el globo podra bascular en todas las direcciones pero tendra impedido la rotacion sobre si mismo quedando orientado las laminas fotovoltaicas laterales del globo siempre en la misma direccion.

Cuando el embolo sube con una fuerza de por ejemplo 200 Newtons, se comprime el resorte con 30 Newtons, por ejemplo, quedando almacenada la fuerza en el resorte, la cual en el ciclo anterior (ausencia de viento) dicha fuerza es suficiente para alinear al globo respecto de la vertical y expandir el resorte para producir el ciclo de succion en el cilindro, los restantes 170 Newtons son los que vamos a transferir al fluido en la carrera ascendente del embolo, la valvula anti-retorno de la izquierda se cierra y la de la derecha se abre permitiendo la salida de fluido a presion hacia el acumulador de presion.

En el lado izquierdo de la (Fig. 3) el GESOF vuelve a su posicion vertical hasta que otra turbulencia lo vuelva a desplazar en cualquier direction (lado derecho (Fig. 3)), este ciclo se repite con una frecuencia de entre 1 y 4 veces por segundo dependiendo de la velocidad del viento y el tamano del GESOF.

Para entender el concepto, el croquis de la (Fig. 4) esta realizado fuera de escala, en el mundo real el globo (1) es 200 veces mayor que el grupo hidraulico. El globo tiene dos superficies de lamina fotovoltaica (2), una vertical y otra inclinada, la vertical tiene buen rendimiento en invierno y la inclinada durante todo el ano, la cara vertical grande (derecha) presenta una concavidad para aumenta el coeficiente de arrastre (CD) del globo cuando incide sobre ella la fuerza del viento.

El dispositivo generador de electricidad admite vientos turbulentos omnidireccionales, consta de un globo lleno de helio (1) que tiene un plano inclinado en su parte superior donde se instala la lamina fotovoltaica de capa fina (2), el globo se une a un tubo pasante de fibra de Kevlar (3), el cual esta unida a una rotula de 3 grados de libertad (4), la rotula esta suspendida en el aire gracias al brazo (5) de la estructura (6), en la posicion de reposo que se muestra en la imagen se ve como el cable de traction (7) traza una vertical desde la rotula (4) hasta el vastago del embolo (13), estando el embolo en su punto muerto inferior.

Cuando el viento sopla empuja al globo (1) en cualquiera de las direcciones, transmitiendo el movimiento a la rotula (4) por medio del tubo de kevlar (3), el enganche del cable de traccion (7) de la rotula (4) asciende de posicion al bascular el globo (1), tirando del cable de traccion (7), que apoya en los rodamientos concavos (20), transformando el tiro del cable omnidireccional en un desplazamiento vertical ascendente.

El cable de traccion arrastra al embolo en su carrera ascendente comprimiendo agua y al resorte (12), el cual acumula energla, al subir el embolo se cierran las valvulas de clapeta (14) alojadas en la periferia del embolo, impidiendo que salga el agua a la camara (10), cuando la presion del cilindro se iguale a la del acumulador de presion (9), se abrira la clapeta (15) y se producira el trasvase de fluido.

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El acumulador de presion (9) mantiene la presion constante que le llega a la turbina (18) gracias al resorte de resistencia variable (8), se dispone de un inyector (16) y una electrovalvula de paso (17) regulada por sensor de llenado del acumulador.

Cuando el viento disminuye o cambia de direction el globo con helio (1) tiende a recuperar su position de reposo (position de la imagen), la energla acumulada en el resorte (12) empuja al embolo hacia abajo abriendo las clapetas (14), produciendose el llenado de la camara (11), ahora la presion de la camara (11) es inferior a la del acumulador de presion (9), por lo tanto se cierra la clapeta (15) manteniendo lleno el acumulador (9). Se repite el ciclo una vez tras otra.

El acumulador de presion (9) puede tener la finalidad de almacenamiento de fluido a altas presiones durante la noche para dar suministro a la turbina durante el dla, la proportion cilindro hidraulico - acumulador de presion no es la manifestada en la (Fig. 4), el acumulador es mucho mayor que el cilindro y se puede montar incorporado al GESOF como es el ejemplo de la (Fig. 4) (funcionando como contrapeso para que el GESOF no vuelque por la action del viento), o se puede montar de manera independiente pero conectado con el GESOF por medio de tubos de alta presion, permitiendo su instalacion en zonas no proximas al GESOF.

Se incorpora una bomba electrohidraulica (21) que succiona del deposito a presion atmosferica y lo vierte en el acumulador de presion (9), funciona con el excedente de energla fotovoltaica, alimentandose directamente de las laminas solares por medio del cable (22).

Se dispone de prototipo conceptual que valida el fundamento mecanico explicado.

Breve descripcion de los dibujos

Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

- La Fig. 1 es la section de globo de forma cubica con un eje que lo atraviesa.

- La Fig. 2 es la primera parte del ciclo de zarandeo (funcionamiento) del GESOF.

- La Fig. 3 es la segunda parte del ciclo de zarandeo (funcionamiento) del GESOF.

- La Fig. 4 es un croquis fuera de escala de lo que serla un GESOF monocillndrico.

- La Fig. 5 es el ejemplo de aplicacion de un GESOF en emplazamiento con alto potencial.

- La Fig. 6 es la rosa de los vientos del ejemplo de la realization preferente.

Realizacion preferente de la invencion

Suponemos que la instalacion se ha efectuado en la cima de una montana, en la ladera hay una poblacion de 15000 habitantes (Fig. 5), y una empresa local se publicita en el

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GESOF en su cara Este, tiene una rosa de los vientos bidireccional (Fig. 6), el globo presenta concavidades en las caras del cubo NE y SO, ademas incorpora dos laminas fotovoltaicas la cara horizontal superior y la cara lateral con orientacion Oeste.

DATOS:

Precio medio de venta del kwh = 0.07 €

Tamano arista = 3 m --> Superficie = 9 m2 Coeficiente de arrastre medio = 1.23 Velocidad viento media anual = 5.5 m/s Rendimiento eolico GESOF (REG) = 55%

Latitud 41° --> Irradiacion 0° = 1800 kwh/ano Coeficiente de orientacion acimutal e inclination = 0.5 Rendimiento lamina fotovoltaica (RLF) = 16%

Ingresos por publicidad = 40 €/mes cAlculo DE INGRESOS

- Ingresos por publicidad= 40 x 12 = 480 €/ano

- Ingresos por eolica = (Energla producida ano*Precio venta kwh) / 3600000 = (REG*CDmedio*0.5*densidad aire* Superficie*(Vviento medio)A3*tiempo)*Precio venta kwh / 3600000 = 0.55*1.23*0.5*1.2 *9 * (5.5)A3* (60*60*24*365) * 0.07 / 3600000 = 372 €/ano

- Ingresos por fotovoltaica = Ingresos lamina 0° + Ingresos lamina 90°

- Ingresos lamina 0° = RLF * Irradiacion 0° anual * Superficie * Precio venta kwh = 0.16*1800*9*0.07 = 181 €/ano

- Ingresos lamina 90° =RLF * Irradiacion 0° anual * Coef.orientacion * Sup * Precio venta kwh = 0.16*1800*0.5*9*0.07 = 90€/ano

- Ingresos Totales = 480 + 372 + (181+90) = 1123 €/ano Conclusiones:

1) Si en lugar de vender la electricidad se usa para consumo propio (valorando en 0.2 € el kwh) seria una mejor option, nos ahorramos 1872 €/ano y generamos por publicidad 480 €/ano.

2) Aunque las laminas fotovoltaicas no tengan la orientacion optima se obtiene un beneficio extra con un bajo coste suplementario.

3) A pesar de no ser un emplazamiento con alto potencial publicitario, es la fuente de ingresos con mayor peso en el balance final, y no supone un gasto muy grande imprimir la publicidad en el globo desde fabrica.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo generador de electricidad que consta de un globo lleno de helio (1) que tiene un plano inclinado en su parte superior donde se instala la lamina fotovoltaica de 5 capa fina (2), y otra lamina fotovoltaica vertical (2) puesta en una cara lateral del globo con forma de cubo (1), el globo se une por el centro de gravedad de sus bases superior e inferior a un tubo interior ultraligero (3) que es pasante por el interior del globo (1), el extremo inferior del tubo (3) esta unido a una rotula de 3 grados de libertad (4), la rotula esta suspendida en el aire gracias al brazo (5) de la estructura (6), en la posicion de 10 reposo el cable de traccion (7) traza una vertical desde la rotula (4) hasta el vastago del embolo (13), previo paso por los rodamientos concavos (20) situados en la parte superior de la estructura (6), estando el embolo en su punto muerto inferior. Se incorpora una bomba electrohidraulica (21) que succiona del deposito a presion atmosferica y lo vierte en el acumulador de presion (9), funciona con el excedente de energla fotovoltaica, 15 alimentandose directamente de las laminas solares por medio del cable (22).