ES1298871U - Sistema concentrador y captador de energía eólica - Google Patents
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Abstract
Sistema concentrador y captador de energía eólica, que utiliza turbinas y deflectores del viento, y se caracteriza porque comprende: a) Unas turbinas de eje vertical u horizontal que aprovechan la energía del viento concentrado, b) Unas paredes o superficies vélicas verticales que deflectan y concentran el viento incidente sobre las mismas, c) Unos generadores eléctricos accionados por las turbinas eólicas que generan corriente continua o alterna, d) Unos dispositivos mecánicos o motobombas accionados por las turbinas, e) Como dispositivos mecánicos unos compresores o bombas que impulsan o comprimen aire o líquido hidráulico, f) Unas rampas sobre el terreno, deflectoras incrementadoras del flujo del viento sobre las turbinas, g) Unos sistemas de control, aviso y seguridad de los sistemas o dispositivos, h) Un sistema de protección de fuertes vientos, i) Un sistema de regulación de las rpm de las turbinas y/o generadores para proporcionar 50 o 60 cps, j) Unas instalaciones distribuidoras de la corriente, k) Utilización como material para las velas o superficies deflectoras: planchas, lonas, mallas, telas de fibras o de alambre de acero inoxidables, l) Utilización como material para los álabes: planchas, lonas, mallas, telas de fibras o de alambre de acero inoxidable y m) Un sistema descargador de corriente estática.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema concentrador y captador de energía eólica
Sector de la técnica
En la obtención de energía eléctrica por medios renovables aprovechando el viento. Generando energía eléctrica para viviendas, agricultura, desalación del agua del mar, elevación del agua a estanques para su almacenamiento, realimentación de la corriente a la red eléctrica, obtención de hidrógeno por electrolisis del agua, etc.
El objeto de la invención consiste en:
Proporcionar un sistema sencillo, económico y práctico de aprovechar la energia cinética del viento.
Realizar deflexiones y concentraciones para aumentar la velocidad del viento de su corriente y poder obtener más rendimiento. El viento al incidir sobre una pared o superficie vertical de forma inclinada no se comprime, pero aumenta su velocidad y por lo tanto su energía.
Utilizar turbinas de eje vertical que permiten aprovechar el viento de todos los sentidos y también de turbinas de eje horizontal. Las turbinas verticales son muy simples, monopiezas y utilizan el apoyo de su mástil solamente en su extremo inferior.
Utilizar turbinas que aprovechan el flujo del aire tangencialmente, generando un par de giro constante.
Generar un flujo de aire mediante múltiples turbinas, el cual se concentra y acciona una turbina que acciona al generador eléctrico.
Poder utilizarse hileras de turbinas separadas entre sí, mediante superficies vélicas, las cuales concentran la energía del viento.
Utilizar un sistema que no daña la fauna.
Utilizar para su sujeción cables y anclajes.
Utilizar materiales ligeros o ultraligeros, resistentes y anti-corrosión.
Usar un sistema de control y de seguridad. Utilizando destellos luminosos mediante diodos LED para aviso de su situación.
Puede usarse acero inoxidable o galvanizado, también pueden usarse fibras sintéticas muy resistentes, no afectadas por la corrosión, y tener un peso 8 o 9 veces inferior. Las fibras sintéticas se pueden mezclar con grafeno u óxido de grafeno.
Ventajas: favorece al medioambiente, evita el calentamiento global, el cambio climatico y permite su recuperación, no mata las aves, se orienta automaticamente hacia el viento, es muy sencillo, económico y práctico.
Antecedentes de la invención
Los vientos se aprovechan utilizando lugares especiales, grandes estructuras y altos costos para conseguir altos rendimientos. Las turbinas utilizan grandes palas, las cuales no son útiles por dañar la fauna y estar expuestas a las grandes descargas eléctricas. La invención permite aprovechar la energía de que dispone el viento tanto en el campo como en las viviendas aisladas, cuando disponen de una terraza o azotea en las poblaciones.
Explicación de la invención
La energía renovable aún no es lo suficientemente productiva para usarla en grandes cantidades, no es constante, produce cierta contaminación medioambiental, y por su discontinuidad necesita almacenarse. Con el presente sistema se obtiene mucha energía, pudiendo colocarse donde no perjudica ni contamina tanto eléctrica, audible como visualmente.
El sistema concentrador y captador de la energía del viento, utiliza turbinas y deflectores del viento, y se caracteriza porque comprende:
a) Unas turbinas de eje vertical u horizontal que aprovechan la energía del viento concentrado, b) Unas paredes o superficies vélicas verticales que deflectan y concentran el viento incidente sobre las turbinas,
c) Unas rampas sobre el terreno incrementadoras del flujo del viento sobre las turbinas, d) Unos generadores eléctricos accionados por las turbinas eólicas que generan corriente contínua o alterna,
e) Unos dispositivos mecánicos accionadas por las turbinas,
f) Como dispositivos mecánicos unos compresores o bombas que impulsan o comprimen aire o líquido hidráulico,
g) Unos sistemas de control, aviso y seguridad de los sistemas,
h) Un sistema de protección de fuertes vientos,
i) Un sistema de regulación del rpm de las turbinas y/o generadores para proporcionar 50 o 60 cps.
j) Unas instalaciones distribuidoras de la corriente,
k) Utilización para las velas o superficies deflectoras: planchas, lonas, mallas, telas de fibras o de alambre de acero inoxidable,
l) Utilización para los álabes, planchas, lonas, mallas, telas de fibras o de alambre de acero inoxidable y
m) Añade un descargador de corriente estática.
Las turbinas pueden ser de eje vertical u horizontal.
Las turbinas están formadas por un eje que puede ser hueco o compacto con unas placas o lonas radiales o curvas, rígidas o flexibles que con el viento crean un par de giro.
Las turbinas pueden tener sus álabes rectos o curvos y ser flexibles. Para ello pueden estar sujetas de una o dos aristas mediante unos flejes o brazos flexibles.
Para las velas interesa el Poliéster (Dacron). Vela laminada, Aramidas (o poliamidas aromáticas), Kevlar, Ultra PE (o polietileno de peso molecular ultra alto), PEN (o naftolato de polietileno), LCP ( polímeros de cristal líquido y el Mylar (película sintética de poliéster / lavsan) y la fibra de carbono. Tambien propileno-poliéster, polipropileno y fibras de alta resistencia. Todas pueden mezclarse con grafeno u óxido de grafeno. Y velas antiestáticas.
Interesa la resistencia a los rayos UV, resistencia a la tracción, El costo, el Coeficiente de pérdida de resistencia y la Elasticidad. Y en caso de utilizar materiales metálicos, como el acero, deberán tener una capa protectora de cinc, estar galvanizados o recubiertos con una capa de fibra de vidrio.
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 se pueden colocar de forma ordenada, en hileras de forma que puedan utilizar instalaciones eléctricas o de agua comunes y una gran superficie.
Las aletas flexibles se inclinan reduciendo su superficie de impacto con el aumento de la velocidad del viento. Una variante utiliza unos cables fusibles que se rompen con vientos excesivamente fuertes.
Las superficies deflectoras se pueden retraer automáticamente con vientos de una determinada velocidad. También se pueden soltar algunas de sus aristas.
Las rampas deflectoras sobre el terreno formadas por el mismo terreno o por una lona deflectan el viento hacia arriba contra la turbina
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 en estanques a gran altura, posteriormente se descarga, regula y acciona un motor o turbina que impulsa un generador eléctrico.
Las turbinas discurren paralelas a las superficies vélicas deflectantes o se colocan en oquedades realizadas en las mismas cuando las turbinas discurren por la línea de las superficies velicas deflectantes.
Un sistema de control, aviso y seguridad informa del estado de cada uno de los dispositivos.Se utilizan señales luminosas para avisar de su situación a las posibles aeronaves que los sobrevuelan. Y se pueden añadir descargadores de estática.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 muestra una vista esquematizada y en planta de una turbina y sus deflectores del captador de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquematizada y en planta de una variante de turbina y sus deflectores.
La figura 3 muestra una vista esquematizada en alzado o lateral de una variante del sistema de la invención.
La figura 4 muestra una vista esquematizada en alzado o lateral de una variante del sistema de la invención.
La figura 5 muestra una vista esquematizada en alzado o lateral de una variante del sistema de la invención.
La figura 6 muestra una vista esquematizada en alzado o lateral de una variante del sistema de la invención.
La figura 7 muestra una vista esquematizada en alzado o lateral de una variante del sistema de la invención.
Las figuras 8 a la 16 muestran vistas esquematizadas y en planta de modos de utilización de hileras de turbinas.
La figura 17 a la 20, 22 y 25 muestran vistas esquematizadas y en alzado o lateral de variantes del sistema de la invención.
Las figuras 21, 23 y 24 muestran vistas esquematizadas y en planta de variantes de turbinas. Las figuras 26 y 27 muestran vistas en planta del sistema de la invención utilizando turbinas de eje horizontal.
Realización preferente de la invención
La figura 1 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies deflectoras concentradoras curvas (2) del viento.
La figura 2 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies deflectoras concentradoras rectas (2) del viento.
La figura 3 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies vélicas (2) deflectoras concentradoras del viento, el mástil de soporte (3) del eje cilíndrico de la turbina (4) que lo circunda. El eje de la turbina acciona la pareja de engranajes (5), accionando el generador eléctrico (6). Las superficies vélicas concentradoras están sujetas y determinadas por los cables (7), las cuales están fijadas al suelo mediante los clavos de anclaje (8). Porta una luz LED de destellos (9) en el extremo superior del mástil (3). Todas las superficies vélicas y las turbinas tienen forma triangular.
La figura 4 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies vélicas (2) deflectoras concentradoras del viento, el mástil de soporte (3) del eje cilíndrico de la turbina (4) que lo circunda. El eje de la turbina acciona la pareja de engranajes (5), accionando el generador eléctrico (6). Las superficies vélicas concentradoras están sujetas y determinadas por los cables (7). Las cuales están fijadas al suelo mediante los clavos de anclaje (8). Porta una luz LED de destellos (9) en el extremo superior del mástil (3). Todas las velas tienen forma triangular y las palas de la turbina son trapeciales.
La figura 5 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies vélicas (2) deflectoras concentradoras del viento, el mástil de soporte (3) del eje cilíndrico de la turbina (4) que lo circunda. El eje de la turbina (4) acciona la pareja de engranajes (5), y al generador eléctrico (6).
Las superficies vélicas deflectoras concentradoras están sujetas y determinadas por los cables (7) y por los postes (12) de su arista más externa. Las palas de la turbina son trapeciales.
La figura 6 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies vélicas (2) concentradoras del viento. El eje de la turbina (4) acciona la pareja de engranajes (5), accionando el generador eléctrico (6).
Las superficies vélicas deflectoras concentradoras están sujetas y determinadas por los cables (7) y por las barras (10) de su arista superior. Las palas de la turbina y las superficies deflectoras concentradoras son trapeciales. Los vértices más externos de estas últimas están sujetas al suelo mediante los clavos de anclaje (8).
La figura 7 muestra la turbina (1) rodeada de las superficies vélicas (2) concentradoras del viento. El eje de la turbina (4) acciona la pareja de engranajes (5), accionando el multiplicador de rpm (13) y este al generador eléctrico (6). La superficie vélica (2r) se encuentra retraída parcialmente para ello utiliza el cable (7r) entre dos poleas (11). Las superficies vélicas concentradoras están sujetas y determinadas por los cables (7). Los vértices más externos de las superficies vélicas están sujetas al suelo mediante los clavos de anclaje (8).
La figura 8 muestra la hilera de turbinas (1) interrelacionadas mediante las superficies bélicas (2). Las flechas de trazo grueso muestran dos tipos de vientos dominantes de la zona. La hilera de turbinas estaría dispuesta para estos vientos dominantes.
La figura 9 muestra la hilera de turbinas (1) interrelacionadas con las superficies vélicas (2). Las flechas muestran dos tipos de vientos dominantes de la zona, representados por las flechas de trazo grueso. La hilera de turbinas estaría dispuesta para estos vientos dominantes.
La figura 10 muestra la hilera de turbinas (1) interrelacionadas mediante las superficies vélicas (2). Las flechas muestran su colocación relativa para dos tipos de vientos dominantes de la zona, representados por las flechas de trazo grueso. La hilera de turbinas estaría dispuesta para estos vientos dominantes.
La figura 11 muestra la turbina (1) y las superficies vélicas concentradoras (2) de forma similar al de la figura 2, pero cuatro de dichas superficies vélicas son de tamaño reducido.
La figura 12 muestra la turbina (1) y las superficies vélicas concentradoras (2) de forma similar al de la figura 2, pero dos de dichas superficies vélicas son de tamaño reducido.
La figura 13 muestra las turbinas (1) y las dos superficies vélicas concentradoras (2) de una disposición típica.
La figura 14 muestra las turbinas (1) y las superficies vélicas concentradoras (2) de forma similar al de la figura 2, Dos mayores inclinadas entre sí y las otras cuatro de dichas superficies vélicas son de tamaño reducido.
La figura 15 muestra las turbinas (1) y las superficies vélicas concentradoras (2), inclinadas y paralelas entre sí.
La figura 16 muestra las turbinas (1) y las superficies vélicas concentradoras (2) dispuestas de forma circular. El cable (7) une las aristas superiores de las superficies vélicas con los extremos superiores de los mástiles de soporte (3).
La figura 17 muestra las turbinas (1), sus ejes (4) y las superficies vélicas deflectoras concentradoras (2) de forma similar a la figura 2. El cable (7) soporta las aristas o vértices superiores de las velas (2) mediante los mástiles (3), Las aristas o vértices inferiores de las velas se sujetan con los clavos de anclaje (8). Las velas podrían adoptar forma triangular.
La figura 18 muestra la turbina (1), su eje (4), constituida la turbina por los álabes (20f) formados por telas o lonas con dos canutillos (22) que en su arista superior se inserta en el brazo radial (21u) y que en el inferior se inserta en el brazo radial inferior (21d). Ambos son flexibles, en especial el superior. Pueden ser flejes. Las telas o lonas se pueden reforzar colocándolas entre dos mallas metálicas de acero inoxidable.
La figura 19 muestra la turbina (1), su eje (4), constituida la turbina por los álabes (20h) formados por telas de hilos de acero con dos canutillos (22). El superior se inserta en el brazo superior (21 u) y el inferior que se inserta en el brazo inferior (21 d). Pueden ser flejes.
La figura 20 muestra la turbina (1), su eje (4), constituida por los álabes (20h) triangulares formados por telas o mallas de hilos de acero con un canutillo en la arista inferior, que se inserta en el brazo inferior (21d). Que consiste en un fleje que flexiona lateralmente y su extremo externo está soportado por el cable (24). Se usará preferentemente el color verde que imita a los árboles.
La figura 21 muestra la turbina de la figura 20 pero con flejes o brazos radiales flexibles inferiores curvos (21d) en su zona inferior. Añade los brazos radiales de tope (21s), que evitan o restringen el giro de los brazos radiales flexibles en el sentido de avance.
La figura 22 muestra la turbina (1) de la figura 20 o 21 deformada por el viento. Su mástil (3), el eje (4), velas (20h) los brazos radiales inferiores (21d), que consisten en unos flejes que flexionan lateralmente y su extremo externo está soportado por el cable (24).
La figura 23 y 24 muestran la turbina (1) de la figura 22 con brazos radiales flexibles inferiores (21d) deformados por el viento en su zona inferior. Añade los brazos radiales de tope (21s), que evitan o restringen el giro de los brazos radiales flexibles en el sentido de avance. La figura 24 utiliza brazos radiales (21d) curvos.
La figura 25 muestra la turbina (1) que puede ser color verde, que no usa mástil de soporte. Su eje (34) está sujeto con cojinetes por el elemento cilíndrico o soporte de eje (35). Los álabes (20h) son soportados en su zona inferior por lo brazos (21d), que son flejes que flexionan lateralmente y su extremo externo está soportado por el cable (24). El eje de la turbina acciona el generador (6) mediante una pareja de engranajes (5) y el multiplicador de rpm (13).
La figura 26 muestra las turbinas de eje horizontal (1 hh) soportadas de sus extremos por lo soportes (23). Las turbinas discurren adjuntas a la superficie vélica deflectora (2).
La figura 27 muestra las turbinas de eje horizontal (1 hr) soportada de sus extremos por lo soportes (23). Las turbinas discurren adjuntas a la superficie vélica deflectora (2).
Claims (16)
1. Sistema concentrador y captador de energía eólica, que utiliza turbinas y deflectores del viento, y se caracteriza porque comprende:
a) Unas turbinas de eje vertical u horizontal que aprovechan la energía del viento concentrado, b) Unas paredes o superficies vélicas verticales que deflectan y concentran el viento incidente sobre las mismas,
c) Unos generadores eléctricos accionados por las turbinas eólicas que generan corriente contínua o alterna,
d) Unos dispositivos mecánicos o motobombas accionados por las turbinas,
e) Como dispositivos mecánicos unos compresores o bombas que impulsan o comprimen aire o líquido hidráulico,
f) Unas rampas sobre el terreno, deflectoras incrementadoras del flujo del viento sobre las turbinas,
g) Unos sistemas de control, aviso y seguridad de los sistemas o dispositivos,
h) Un sistema de protección de fuertes vientos,
i) Un sistema de regulación de las rpm de las turbinas y/o generadores para proporcionar 50 o 60 cps,
j) Unas instalaciones distribuidoras de la corriente,
k) Utilización como material para las velas o superficies deflectoras: planchas, lonas, mallas, telas de fibras o de alambre de acero inoxidables,
l) Utilización como material para los álabes: planchas, lonas, mallas, telas de fibras o de alambre de acero inoxidable y
m) Un sistema descargador de corriente estática.
2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las turbinas están formadas por un eje hueco o compacto con unas placas o lonas radiales o curvas, rígidas o flexibles que por la acción del viento generan un par de giro.
3. Sistema según reivindicación 2, caracterizado porque el eje de la turbina hueco rodea el mástil de soporte en el que se apoya mediante cojinetes.
4. Sistema según reivindicación 2, caracterizado porque el eje de la turbina es compacto y su extremo inferior es soportados por un elemento cilíndrico o soporte de eje, que lo circunda apoyado en dos cojinetes
5. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los álabes de las turbinas son rectos o curvos y flexibles, estando para ello sujetas de una o dos aristas mediante unos flejes o brazos flexibles.
6. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en las turbinas y superficies deflectantes se utiliza Poliéster (Dacron), Vela laminada, Aramidas (o poliamidas aromáticas), Kevlar, Ultra PE (o polietileno de peso molecular ultra alto), PEN (o naftolato de polietileno), LCP ( polímeros de cristal líquido) y el Mylar (película sintética de poliéster / lavsan) y la fibra de carbono, propileno-poliéster, polipropileno y fibras de alta resistencia, todas se mezclan con grafeno u óxido de grafeno, y se usan velas antiestáticas.
7. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los mástiles y los ejes de las turbinas y sus soportes son de acero inoxidable con una capa protectora de cinc, o estar galvanizados.
8. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los generadores eléctricos son síncronos, y totalmente de imanes permanentes, en especial de tierras raras de samario-cobalto o de neodimio-hierro-boro.
9. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las turbinas se colocan de forma ordenada en hileras.
10. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los álabes flexibles se inclinan reduciendo su superficie de impacto con el aumento de la velocidad del viento.
11. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las superficies velicas deflectoras se retraen automáticamente con vientos fuertes o se sueltan algunas de sus vértices.
12. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque unos cables fusibles se rompen con vientos excesivamente fuertes.
13. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las turbinas discurren paralelas a las superfieces vélicas deflectantes.
14. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las turbinas discurren por la línea de las superficies vélicas deflectantes, realizando oquedades en dicha zona.
15. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las rampas deflectoras son de lona o del propio terreno.
16. Sistema según reivindicación 5, caracterizado porque las turbinas portan unos brazos radiales de tope (21s), que evitan o restringen el giro de los brazos radiales flexibles en el sentido de avance.
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