ES1286106U9 - Sistema captador de energía hidráulica - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema captador de energía hidráulica

Sector de la técnica

En captadores de energía fluviales, que generan electricidad para viviendas, agricultura, desalación del agua del mar, elevación del agua, realimentación de la corriente a la red eléctrica, obtención de hidrógeno por electrolisis del agua, etc.

El objeto de la invención consiste en:

Obtener energía de las corrientes fluviales, las cuales a diferencia de la energía solar y la eólica suelen ser constantes y no tener grandes periodos de calma. El agua es unas 832 veces más densa que el aire. Siendo esta proporción mayor cuando se trata de lugares altos en donde el aire está más enrarecido.

Poder usar turbinas sencillas, de bajo coste, de gran potencia, gran rendimiento, mínimo coste del kW/h, mínimo número de piezas, monopieza, sin eje, sin cojinetes, ni sus soportes o apoyos, ancladas al suelo no necesitan mástiles, un clavo o lastre es suficiente, son limpias (no les afecta ni acumulan la suciedad), no necesitan cubierta o carcasa, admiten grandes y pequeñas dimensiones, gran longitud o varias en serie, pueden ser inflables y extensibles, funcionan alineadas con la corriente o inclinadas respecto a la misma, no matan los peces, protegen la capa de ozono y el medioambiente, se autodireccionan hacia la corriente sin el uso de mecanismos eléctricos y al utilizar corrientes constantes elimina la necesidad de tener que almacenar la energía. Las más útiles y simples son las que no tienen eje, vigas o pletinas torzonadas y las helicoidales de media caña sin eje. En todos los casos interesa que tengan forma cónica troncocónica con el extremo inferior hacia la procedencia de la corriente.

Realizar estrechamientos en los ríos a fin de incrementar la velocidad de su corriente y poder obtener más rendimiento. Los estrechamientos pueden ser parciales, no necesitando aplicarse a todo el río.

Antecedentes de la invención

Las presas actuales necesitan lugares especiales, grandes estructuras y altos costos para conseguir altos rendimientos. Las corrientes de agua se aprovechan con turbinas de paletas, las cuales no son útiles por dañar la fauna, adherirse a las mismas todos los elementos vegetales, algas, basura, redes, plásticos, etc., existentes en las mismas. Por otra parte, las de tipo helicoidal o tornillo sinfín se utilizan parcialmente y solo encerradas en el interior de conductos por lo cual no son eficientes. La invención utiliza unas turbinas sencillas, útiles y económicas, axiales y helicoidales, protegidas según las patentes P201600696 y P201700136, que permiten aprovechar la energía de que disponen los ríos y riachuelos desde su zona más elevada hasta su llegada al mar, lago u otro río. Aprovechando generalmente corrientes horizontales o con poco desnivel.

La energía renovable aún no es lo suficientemente productiva para usarla en grandes cantidades, no es constante, produce contaminación medioambiental, y por su discontinuidad necesita almacenarse. Por otra parte, las turbinas utilizadas en corrientes de agua utilizan palas o cuando son helicoidales solo aprovechan la mitad lateral de la turbina ya que siempre se utilizan encerradas en el interior de un conducto cilíndrico o semicilíndrico. Con el presente sistema se obtiene mucha y constante energía de los ríos, no siendo necesario su almacenamiento, pudiendo colocarse donde no perjudica ni contamina tanto eléctrica, audible como visualmente.

Explicación de la invención

La presente invención consiste en un sistema captador de la energía hidráulica, utilizando turbinas en los ríos, colocando unas turbinas helicoidales entre las dos orillas de un río, o en un estrechamiento del mismo, sujetas dichas turbinas de un extremo mediante unos elementos o medios de sujeción consistentes en un poste o una cadena, fijados al fondo, o a un cable o cadena colocada entre las dos orillas del río o de su estrechamiento, las turbinas accionan un generador y se añaden cables de conducción eléctrica y una instalación de seguridad y avisos. El generador se coloca entre el eje o extremo de la turbina y el elemento o medio de sujeción, o detrás del poste, al lado opuesto de la turbina, en este caso porta una rótula en el extremo superior del poste.

Las turbinas se sujetan del poste con una barra y/o unas anillas y un collarín alrededor del poste y el movimiento se trasmite al generador lateralmente mediante unos engranajes.

Las turbinas pueden carecer de eje, consistiendo solo en una o dos aletas helicoidales. Pueden tener un eje, que actúa de flotador.

Las turbinas adoptan forma exterior cónica, troncocónica o cilíndrica.

En las orillas de los ríos se realizan estrechamientos artificiales con rocas o bloques de hormigón y unos bolardos de enganche como elementos de sujeción.

El extremo superior de la cadena porta una boya y el otro se fija al fondo mediante un bloque de hormigón.

Se pueden colocar dos o más turbinas a la cadena o cable.

Las turbinas pueden tener densidad igual o próxima a la del agua, o pueden tener distintas densidades, con lo cual pueden adoptar cierta inclinación respecto a la corriente fluídica.

Las turbinas, sus ejes o aletas además de ser huecas y llenas de aire, pueden ser de espuma de polímeros plásticos como el PVC, poliuretano, polietileno, etc., con una cubierta resistente y protectora, y pueden actuar como veletas. Las huecas pueden ser de goma o plástico. Pueden ser inflables y flexibles. En general, por estar en contacto con el agua y con elementos que pueden resultar abrasivos, se deben utilizar materiales resistentes y de baja densidad, polímeros, fibras de carbono o vidrio con resinas. Y en caso de utilizar materiales metálicos, como el acero, deberán tener una capa protectora de cinc. El plástico puede reforzarse con grafeno y fibras sintéticas muy resistentes, de kevlar, vidrio, carbono, etc.

La turbina se puede fijar al collarín, unión cardan, rótula, etc. En este caso el eje del generador o dispositivo mecánico se conecta al extremo giratorio de la turbina mediante una pareja de engranajes.

Las turbinas cuando no tienen eje, consisten exclusivamente en unas aletas helicoidales, en unos muelles helicoidales de hilo preferentemente en media caña o plano, o en unas vigas o pletinas torsionadas helicoidalmente. Los muelles helicoidales de hilo plano son parecidos a las aletas helicoidales de las turbinas usadas sin eje.

Las turbinas, aletas, vigas o pletinas helicoidales tienen un rendimiento proporcional a su sección transversal o frontal, al ángulo que forma con el eje de giro en cada punto y a su longitud. Se pueden utilizar ángulos entre 25° y 55°. A diferencia de las turbinas de este género que se mueven en el interior de un conducto estas pueden incrementar mucho su potencia aumentando su longitud. Las aletas pueden presentar dos tipos de inclinación: a) Inclinación de un tramo de la aleta respecto al eje de giro y b) Inclinación de un tramo de la aleta respecto a un plano perpendicular al eje de giro. Los rendimientos máximos se producen aproximadamente con ángulos próximos a los 42° de inclinación.

Los generadores eléctricos pueden ser síncronos, y totalmente de imanes permanentes. En especial de tierras raras de samario-cobalto o de neodimio-hierro-boro.

Como elementos mecánicos se usan motobombas para elevar agua o accionar generadores eléctricos.

Las turbinas deben ser preferentemente axiales, recibiendo el flujo de agua paralelo a sus ejes y direccionándose automáticamente a modo de veletas, pero pueden tener una inclinación respecto a la horizontal, que depende de la diferencia entre el peso de las turbinas, incluyendo la instalación contigua, generador, y el peso del agua que desaloja. Cuando ambos factores son iguales se mantienen horizontales en la corriente fluídica. Puede utilizarse cualquier tipo de turbina, con o sin eje, en especial las que están prolongadas longitudinalmente y con las palas o alabes inclinados, torzonados o dispuestos helicoidalmente. Para incrementar la estabilidad de las mismas se hace que sus perfiles aerodinámicos tengan las dimensiones de las turbinas, sus ejes y/o sus aletas sean divergentes hacia el extremo libre.

Una variante de turbina axial utiliza, con o sin eje, dos (o más) aletas inclinadas que pueden ser simétricas entre sí, que crean igualmente un par de giro alrededor de dicho eje.

Con las turbinas inclinadas respecto a la corriente del fluido el rendimiento puede ser incluso mayor ya que la sección de la superficie afectada es mucho mayor que con la corriente frontal. No obstante, las turbinas cuando reciben la corriente paralela al eje, al no estar carenadas por un tubo el rendimiento es muy alto, la potencia se multiplica con la longitud de la misma. Ya que aguas abajo la turbina absorbe o capta lateralmente la energía de la corriente.

Las turbinas pueden tener el extremo libre unido a una boya o un flotador.

Las turbinas pueden actuar parcialmente como flotador. En todos los casos las turbinas, cables, cadenas, generadores o barras de sujeción pueden tener una densidad igual o similar a la del agua. Pueden tener una densidad entre el 70% y el 130% de la del agua, aunque no es limitativo.

Las turbinas, ejes, aletas o álabes huecos y flexibles pueden ser de lona, plástico o malla muy tupida, que actúan como bolsas y pueden mantenerse inflados con la corriente de agua en la que están inmersos. Para ello el extremo de la turbina, que está sujeto, porta una boca de entrada del fluido delimitada por un aro, el cual se sujeta al eje del rotor del generador mediante unos cordones.

Las turbinas se pueden colocar de forma ordenada, en hileras y columnas, de forma que puedan utilizar instalaciones eléctricas o de agua comunes y una gran superficie.

Las aletas, álabes o turbinas pueden ser rígidos o flexibles. Inclinándose las aletas flexibles y reduciendo su superficie de impacto con el aumento de la velocidad del agua.

Las turbinas de pequeñas dimensiones suelen ir muy revolucionadas y no necesitan multiplicadores. La energía mecánica obtenida se puede usar para elevar agua en tierra donde se almacena a gran altura, posteriormente se regula y acciona un motor o turbina que impulsa un generador eléctrico.

El generador se sujeta a un punto de soporte mediante una barra y una articulación y un collarín que le permite inclinarse ligeramente vertical y horizontalmente pero no girar alrededor de su eje. Esto se consigue igualmente con una pareja de eslabones. El generador también se puede colocar al otro lado del poste respecto a la turbina.

Unas aletas radiales ayudan a evitar oscilaciones debidas a turbulencias.

Un sistema de control, aviso y seguridad informa del estado de cada uno de los dispositivos. Para solventar la falta de agua habría que separar las sales del agua del mar con medios eléctricos o electrostáticos.

Para solucionar la falta de energía, esta se debería producir:

a) Usando un 20-40% de Centrales Nucleares utilizando uranio obtenido del mar donde hay mil veces más que en la tierra.

b) Usando un 20-40% de Centrales Hidráulicas aprovechando los desniveles infrautilizados, produciendo estrechamientos que incrementan la velocidad de la corriente y usando las turbinas helicoidales utilizados en las patentes P201600696 y P201700136.

c) Usando un 40-60% de la suma de los siguientes elementos: BIOCOMBUSTIBLES, (aumentando la vegetación para ello), COMBUSTIBLES SINTÉTICOS, HIDRÓGENO (Separando los átomos del agua por medios eléctricos y electrostáticos) y RENOVABLES Aportando nuevos sistemas eólicos y solares económicos y eficientes.

En ocasiones en los dibujos se muestran las turbinas superpuestas al agua para facilitar su explicación. No obstante, estas pueden estar sumergidas o semisumergidas.

En el caso de estar sujetas por un poste, el generador se puede colocar al lado opuesto al de la turbina.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una vista esquematizada, parcial y lateral de una turbina de tipo media caña helicoidal, sin eje, de forma troncocónica, un generador y un modo de sujeción de la invención.

La figura 2 muestra una vista esquematizada y lateral de una variante de turbina de tipo helicoidal, con eje, de forma troncocónica, un generador y un modo de sujeción.

La figura 3 muestra una vista esquematizada y en planta lateral de una variante de turbina de tipo helicoidal, de doble aleta, un generador y un modo de sujeción.

La figura 4 muestra una vista esquematizada y lateral de una variante de turbina de tipo helicoidal, con eje, de forma troncocónica, un generador y un modo de sujeción.

La figura 5 muestra una vista esquematizada, parcial y lateral de una turbina de tipo muelle helicoidal de hilo plano, sin eje, de forma troncocónica, un generador y un modo de sujeción. La figura 6 muestra una vista esquematizada, parcial y lateral de una turbina de tipo muelle helicoidal, sin eje, de forma troncocónica, un generador y una variante de sujeción.

La figura 7 muestra una vista esquematizada y en perspectiva de una forma de utilización de una turbina de tipo helicoidal en la corriente de un río.

La figura 8 muestra una vista esquematizada y en perspectiva de una forma de utilización de una turbina de tipo muelle helicoidal en la corriente de un río.

La figura 9 muestra una vista esquematizada y en perspectiva de una forma de utilización de varias turbinas de tipo muelle helicoidal en la corriente de un río.

La figura 10 muestra una vista esquematizada y en perspectiva de una forma de utilización de varias turbinas de tipo helicoidal en la corriente de un río.

Realización preferente de la invención

La figura 1 muestra una forma de realización de una turbina (1) de tipo media caña helicoidal, sin eje, de forma troncocónica, con su extremo inferior unida al generador eléctrico (4) y este a su vez al poste (7) mediante el collarín (6) y unas anillas. Permitiendo el giro de la turbina y el eje del generador y la orientación e inclinación de la turbina y el generador. El poste se fija al fondo del río.

La figura 2 muestra una turbina (1) de tipo helicoidal, con eje (3), de forma troncocónica, unida al eje del generador (4) y este a una cadena (5) fijada a un bloque de hormigón o muerto (8) en el fondo del río y en el extremo superior con una boya (10) que la mantiene elevada.

La figura 3 muestra una turbina (1) helicoidal de doble aleta, unido uno de sus extremos al eje del generador (4) y este a una cadena (5) fijada al fondo del río mediante un bloque de hormigón o muerto (8).

La figura 4 muestra una turbina (1) de tipo helicoidal, con eje (3), de forma troncocónica, unida al eje del generador (4) y este a una cadena (5) fijada al fondo del río mediante un bloque de hormigón o muerto (8).

La figura 5 muestra una turbina (1) de tipo muelle helicoidal de hilo plano, sin eje, de forma troncocónica, que tiene su extremo inferior unido al generador (4) y este fijado al poste

(7) mediante el collarín (6).

La figura 6 muestra una turbina (1) de tipo muelle helicoidal, sin eje, de forma troncocónica, sujeta al poste (7r) mediante el eje (18r) y el cojinete (19r) a la rótula (6r) en el extremo del poste (7r). El eje (18r) está unido y aplica su movimiento al eje del generador (4) mediante los engranajes (29r).

La figura 7 muestra una turbina (1) de tipo helicoidal, sujeta de su extremo al eje del generador eléctrico (4) y este a su vez sujeto con el cable o cadena (2) a dos pequeños espigones o sobresalientes de hormigón (9), estrechadores, deflectores e incrementadores de la velocidad del flujo del río en la zona.

La figura 8 muestra una turbina (1) de tipo muelle helicoidal, semisumergida, sujeta de su extremo al eje del generador eléctrico (4) y este a su vez sujeto al poste (7) fijado al fondo del río. Añade los dos pequeños espigones de hormigón (9), estrechadores, deflectores e incrementadores de la velocidad del flujo del río en la Zona.

La figura 9 muestra varias turbinas (1) de tipo muelle helicoidal, semisumergidas, sujetas de su extremo al eje de unos generadores eléctricos (4) y estos a su vez sujetos con el cable o cadena (2) a dos bolardos de amarre (9a) a ambo lados de un estrechamiento del río.

La figura 10 muestra varias turbinas (1) de tipo helicoidal, sujetas de su extremo al eje de unos generadores eléctricos (4) y estos a su vez sujetos con el cable o cadena (2) a dos bolardos de amarre (9a) a ambo lados de un estrechamiento del río.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Sistema captador de la energía hidráulica, utilizando turbinas en los ríos, que consiste en colocar unas turbinas helicoidales entre las dos orillas de un río, o en un estrechamiento del mismo, sujetadas dichas turbinas de un extremo mediante unos elementos o medios de sujeción consistentes en un poste o una cadena, fijados al fondo, o a un cable o cadena colocada entre las dos orillas del río o de su estrechamiento, las turbinas accionan un generador y se añaden cables de conducción eléctrica y una instalación de seguridad y avisos.

2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el generador se coloca entre el eje o extremo de la turbina y el elemento o medio de sujeción.

3. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el generador se coloca detrás del poste, al lado opuesto de la turbina, y el extremo del poste porta una rótula.

4. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el extremo de la turbina se sujeta del poste de una barra y un anillo y el movimiento se trasmite al generador lateralmente mediante unos engranajes.

5. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la turbina carece de eje, consiste solo en una o dos aletas helicoidales.

6. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la turbina tiene un eje, que actúa de flotador.

7. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la turbina adopta forma exterior cónica o troncocónica.

8. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la turbina adopta forma exterior cilíndrica.

9. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en las orillas de los ríos se realizan estrechamientos artificiales con espigones, rocas o bloques de hormigón.

10. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en las orillas de los ríos se colocan unos bolardos de enganche como elementos de sujeción.

11. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el extremo superior de la cadena porta una boya y el otro se fija al fondo mediante un bloque de hormigón.

12. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque se colocan y sujetan dos o más turbinas a la cadena o cable entre sendas orillas.

13. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las turbinas son unos muelles helicoidales de hilo de media caña o plano.

14. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las turbinas consisten en unas vigas o pletinas torzonadas helicoidalmente.