ES2202820T3 - Generador de energia, accionado por cadena, por utilizacion de la fuerza de las olas del mar. - Google Patents

Abstract

LAS OLAS DEL MAR HACEN SUBIR Y BAJAR VERTICALMENTE UN FLOTADOR. ESTE MOVIMIENTO SE TRANSFIERE Y CONVIERTE EN ENERGIA ROTATIVA A LO LARGO DE UN EJE HORIZONTAL. EL FLOTADOR (1/1), UNA ESFERA DE PLASTICO VACIA LLENA DE BALASTO, FLOTA MEDIO SUMERGIDO, ACCIONA EL MONTANTE METALICO VERTICAL (1/2) CUYA LONGITUD PUEDE AUMENTARSE O DISMINUIRSE PARA ADAPTARSE A LAS VARIACIONES DE LAS MAREAS. EL MONTANTE, FIJADO EN LAS EXTREMIDADES DE UNA PALANCA METALICA BIPARALELA (1/3), TRANSFIERE EL MOVIMIENTO VERTICAL AL OTRO EXTREMO, LA SIERRA (1/5) ESTA PROVISTA DE DOS CADENAS (1/6 Y 3/6) CON MOVIMIENTO VERTICAL (DEBIDO A LA PALANCA BIPARALELA), LAS CUALES HACEN GIRAR DOS PIÑONES (1/7 Y 3/20), CADA UNO EN SU LADO OPUESTO DIAMETRALMENTE, DE FORMA QUE CON CADA MOVIMIENTO UN PIÑON PRODUCE UNA ACCION MIENTRAS QUE EL OTRO TIENE UN MOVIMIENTO LIBRE. LOS PIÑONES HACEN GIRAR EL ARBOL HORIZONTAL MONTADO EN ELLOS (3/8) Y EL ARBOL HORIZONTAL TRANSMITE UN MOVIMIENTO AL GENERADOR. DE ESTE MODO, CADA MOVIMIENTO DEL FLOTADOR,SEA MONTANTE O DESCENDIENTE, PEQUEÑO O GRANDE, HACE GIRAR EL ARBOL. ESTE DISPOSITIVO, DEL FLOTADOR AL GENERADOR, CONSTITUYE UNA UNIDAD. NUMEROSAS UNIDADES PARALELAS ACTUAN SOBRE EL MISMO ARBOL, LO QUE ACTIVA EL GENERADOR. LOS FLOTADORES ESTAN CONTENIDOS DENTRO DE UNAS JAULAS METALICAS (2/21) O DENTRO DE VACIADOS DISPUESTOS EN UNOS MUELLES (2/24).

Description

Generador de energía, accionado por cadena, por utilización de la fuerza de las olas del mar.

La presente invención se refiere a un método para la producción de energía eléctrica con utilización de la fuerza de las olas del mar. Aunque las olas del mar son una fuente de energía inagotable, hasta el momento no se ha dado a conocer método alguno que se pueda poner en utilización industrial, tanto desde el punto de vista económico como práctico. Se han hecho esfuerzos, pero las prácticas que se han aplicado han demostrado ser demasiado complejas, muy onerosas y difíciles de utilizar. La Patente U.S.A. Nº. 4.598.547 da a conocer un ejemplo de un convertidor de potencia por acción de las olas perteneciente al estado de la técnica. El estudio sistemático de los principios y de los problemas involucrados ha llevado a la invención de un nuevo método.

El nuevo método, objeto de esta invención, ofrece muchas ventajas. Es simple en su construcción. No requiere ninguna configuración y/o preparación del lecho marino. Es simple y económico en su funcionamiento. No requiere grandes olas para funcionar. La transferencia y conversión del movimiento vertical de la superficie del mar, hacia arriba y hacia abajo a un movimiento de rotación, se basa en un sistema mecánico simple. La salida de la corriente eléctrica es directa, sin necesidad de almacenamiento intermedio de energía de tipo alguno. Es posible y fácil de colocar una serie de unidades generadoras de energía, en serie, a efectos de formar más y más grupos de unidades. Esto permite una producción económica en masa.

Las olas del mar desplazan un flotador verticalmente, hacia arriba y hacia abajo. De este modo, el flotador sube hasta la cresta y desciende hasta el valle de la ola, en un movimiento repetido vertical ascendente-descendente. Si la ola del mar choca contra un muelle o rompeolas, entonces la reflexión aumenta proporcionalmente el potencial de la ola, es decir, la cantidad de trabajo que puede realizar una determinada fuerza. Con el dispositivo de transferencia y conversión objeto de la invención, este movimiento vertical es transferido y convertido en un movimiento de rotación, a lo largo de un eje horizontal, que
finalmente activa el generador.

El dispositivo de transferencia y conversión de la invención consiste en los siguientes componentes
(figuras 1-2)

1. Flotador (1), 2. El travesaño vertical metálico que se incorpora en el flotador (2). 3. La palanca metálica biparalela que transfiere el movimiento vertical ascendente-descendente del flotador al otro extremo de la palanca (3). 4. El soporte de la palanca, que actúa como fulcro (4). 5. La sierra, travesaño metálico vertical, que gira en dos puntos a 90 grados (5). 6. Las dos cadenas para engranajes, tales como se utilizan en una bicicleta, que están fijadas a los extremos del travesaño anteriormente mencionado, que se denomina sierra en esta descripción, y que están tensadas con ayuda de tensores especiales y que dan la impresión de una sierra desplazable en movimiento vertical, ocupando las cadenas el lugar de cuchillas metálicas (6). 7. Los dos engranajes sobre los que actúan las cadenas, convirtiendo el movimiento lineal vertical (7).

Las ruedas dentadas, igual que las ruedas dentadas o piñones de una bicicleta, pueden desplazarse produciendo acción hacia una dirección y quedando libres hacia la otra. 8. El eje (8) sobre el que están montados los piñones mencionados, dos para sistema de transferencia. Bases especiales (cojinetes) de soporte de este eje (9). Todos estos componentes forman una unidad. Más de una unidad, según una colocación en paralelo y lado a lado, forman grupos de unidades (figura 9) que actúan sobre el mismo eje igual que lo haría el pistón de un motor de gasolina. Este dispositivo ofrece muchas ventajas con respecto a un motor de gasolina. Las más significativas son las siguientes. En primer lugar, la longitud de la carrera vertical del flotador no tiene importancia. En segundo lugar, no es importante si los flotadores se desplazan simultáneamente o no. En tercer lugar, si bien en el caso de los motores de cuatro tiempos el pistón es activo solamente en uno de cuatro desplazamientos, permaneciendo pasivo durante los otros tres, en este caso, todos los movimientos son activos y utilizan la fuerza transferida por los flotadores en su desplazamiento ascendente-descendente de manera completa.

La construcción y funcionamiento de cada uno de los componentes de la unidad son los siguientes: el flotador (1) consiste en una esfera de material plástico hueca, realizada en un material tal como el utilizado para la construcción de boyas. La forma esférica proporciona la menor resistencia al movimiento del agua, pero otras formas podrían ser también utilizadas. El diámetro del flotador esférico depende del potencial deseable de la unidad. El flotador tiene una abertura en uno de sus polos (10), que es utilizada para la inyección de una determinada cantidad de hormigón que permite que el flotador permanezca a flote, medio sumergido en el agua. El travesaño vertical de metal (2) pasa también por esta abertura, cuya parte más baja con los extremos metálicos (12) está acoplada en el fondo del flotador. El flotador tiene extremos de plástico similares en el fondo (13) que permiten que el travesaño, el hormigón y el flotador constituyan un solo cuerpo. Así pues, por ejemplo, si el flotador esférico tiene un diámetro de 1,25 m con un lastre que le sumerge por la mitad, efectuará su movimiento de ascenso y descenso siguiendo las olas con una fuerza de impulsión aproximadamente de 500 kilos, es decir, el peso del agua desplazada. El resto del intersticio en el interior del flotador está llenado de material impermeable ligero en granos tal como felisol (14). Este material, empapado en un fluido adhesivo especial, es comprimido a efectos de resultar un cuerpo compacto. De esta manera, no hay espacio para el agua, que podría entrar dentro del flotador a través de alguna grieta. La abertura queda cerrada con una caperuza de plástico adicional para conseguir su completa estanqueidad al agua. El lastre ayuda también a mantener la posición vertical del travesaño.

El travesaño vertical metálico forma parte de una palanca biparalela, que con sus uniones articuladas, montada en el sistema de transferencia, transfiere el movimiento ascendente-descendente vertical del flotador al otro extremo, la sierra, y después la sierra lo transporta a las cadenas. La longitud del travesaño vertical es adaptable, de manera que la distancia del flotador con respecto a la palanca se puede modificar para adaptarla a los cambios de mareas o al nivel de la superficie marina. La palanca se ha realizado biparalela, porque esta es la única forma en la que el travesaño metálico del flotador en un extremo y la sierra en el otro pueden desplazarse de manera vertical y en paralelo. Además, la palanca biparalela puede ser reforzada y se puede hacer más resistente, según las condiciones existentes, con tres travesaños paralelos (triparalelo). Las dos cadenas están montadas en los dos extremos de la sierra y, con utilización de cuatro tensores (16), la presión ejercida sobre los piñones se regula de manera que estos piñones ni quedan libres para perder su posición, ni se encuentran en peligro de rotura. Los resortes interpuestos absorben cualesquiera vibraciones procedentes de los cambios bruscos de dirección del flotador, particularmente en caso de olas fuertes. Cuando los resortes se encuentran comprimidos a mitad de su capacidad, ello es una indicación de que las cadenas están bien tensadas. Para mayor seguridad, se colocan unas pantallas (18) sobre los piñones en paralelo con respecto al eje, para impedir que las cadenas puedan salir de su posición, sin impedir su movimiento libre. Además, si hubiera problemas en una de las unidades, el sistema mecánico queda inmovilizado con un travesaño accionado hidráulicamente (19) que detiene la palanca biparalela y conduce a la inmovilización en la posición del extremo superior del flotador. Cuando una unidad ha quedado inmovilizada, las otras unidades pueden continuar funcionando. El sistema es utilizado también cuando una unidad tiene que ser inmovilizada para su mantenimiento programado, sin interrupción del funcionamiento de las otras unidades en línea.

Las cadenas se acoplan con los piñones (8), cada uno en un lado diametralmente opuesto. Con la presente invención, se tiene siempre energía dinámica para la totalidad de los movimientos verticales. Cuando el flotador asciende, la sierra con las cadenas en el otro extremo de la palanca desciende y la cadena desplaza un piñón (20A) hacia una dirección (a) con energía dinámica, mientras que la otra cadena desplaza el otro piñón (B) en la dirección opuesta (b), desplazándose libremente (sin producir trabajo). Cuando el flotador desciende, la sierra con las cadenas asciende. Entonces, una cadena desplaza el piñón (B) hacia la dirección (c) con energía dinámica, mientras que la otra cadena desplaza libremente el piñón (A) en dirección opuesta (d). De este modo, todos los movimientos del flotador, tanto grandes como reducidos, hacia arriba o hacia abajo, provocan el giro del eje. Se debe observar que, entre el eje y el generador, existen dispositivos para la amplificación y estabilización de las revoluciones al nivel deseado. Para un mejor rendimiento del sistema, los flotadores quedan incorporados dentro de jaulas metálicas (21). Estas jaulas mantienen los flotadores en un espacio limitado, de manera que no son arrastrados por las olas, y tampoco impiden su movimiento vertical o el libre paso de las olas. Estas jaulas están realizadas en tubos metálicos de especificaciones determinadas, mientras que su diámetro externo depende del diámetro del flotador y de las condiciones de oleaje que prevalecen en la zona. La planta de la jaula tiene forma elíptica, determinada en su parte interna por dos círculos, cuyo radio es igual al radio del flotador esférico, más (+) la longitud del diámetro externo del tubo utilizado, más (+) 2 cm facilitando su movimiento vertical, mientras que sus centros quedan situados en un espacio igual a la distancia vertical entre las dos posiciones adoptadas por el centro del flotador, es decir, la posición del flotador cuando la palanca se encuentra en posición horizontal, y la posición del flotador cuando la palanca se encuentra en cualquiera de sus posiciones extremas, hacia arriba o hacia abajo. Esto es necesario porque el flotador, en su movimiento vertical, sigue una trayectoria en forma de arco con un radio igual a la longitud del brazo de palanca (brazo de palanca que lleva el flotador). Una trayectoria similar es la que sigue el otro brazo de palanca, el que lleva la sierra, que se ha designado brazo de palanca de resistencia. Esta es la razón por la que el centro del eje debe encontrarse a igual distancia con respecto a las posiciones verticales de las cadenas, una cadena cuando la palanca se encuentra horizontal y la otra cadena cuando la palanca adopta una de sus posiciones extremas.

Ocho tubos colocados verticalmente según pares y cruzados son soldados en las paredes interiores de construcciones metálicas superpuestas, tal como se han descrito anteriormente, en planos horizontales paralelos y en espacios iguales entre sí, cada 30 a 50 cm, y estos tubos forman la jaula de cada flotador. Las jaulas son fijadas al introducir los ocho extremos inferiores en el lecho marino, si la formación del lecho marino lo permite, y por fijación firme de los mismos sobre las paredes verticales y la parte superior de la escollera de hormigón (23) o en cualquier construcción costera que se pueda utilizar para la unidad de generación eléctrica.

Los muelles o rompeolas de hormigón son preferentes por muchas razones:

1.

Refuerzan las olas, cuando chocan sobre los mismos y producen un retorno.

2.

Ofrecen un soporte continuado para el posicionado de las unidades en línea, el montaje de los soportes de las palancas, del eje, de los generadores, componentes, dispositivos, estabilizadores de revoluciones de giro y todas las demás piezas involucradas en la generación de energía eléctrica.

Los estudios a largo plazo realizados por los inventores y otros tipos de mediciones demuestran que para conseguir el mejor rendimiento del sistema, los rompeolas deben elevarse, siempre que ello sea posible, desde el nivel promedio de la superficie del mar en 1,5 hasta 2 metros alcanzando una profundidad aproximadamente igual. Cada una de las unidades, aunque desde el punto de vista activo son independientes, deben coordinar su acción a la de las otras unidades, a efectos de que todas ellas actúen acumulativamente sobre el mismo eje del grupo de unidades (8). Esta acción incrementadora no es aplicada a la velocidad sino que es aplicada a la fuerza de rotación, que puede ser convertida fácilmente en la velocidad deseada. La longitud necesaria de costa para un grupo de unidades depende del número de unidades del grupo y del diámetro de sus flotadores. Los flotadores, en muelles específicamente construidos para este objetivo, pueden ser situados en rebajes, que ofrecen una mejor protección y resistencia contra olas altas (24). En estos casos, solamente los ocho tubos verticales que forman la jaula están montados en las paredes del rompeolas y en la primera cara abierta a las olas del mar, requiriendo solamente tubos horizontales. La figura 9 presenta un diagrama de la vista en planta de un grupo de unidades, apreciándose su disposición con quince unidades en un rompeolas con rebajes. Unos amortiguadores quedan situados en el piso en los dos extremos de los brazos de palanca, con el objeto de limitar el recorrido de la palanca a sus dos posiciones extremas predeterminadas (26).

Los montajes de soporte de la palanca (fulcros) de un grupo de unidades no están necesariamente situados en línea recta. Sus posiciones pueden variar. También pueden ser ajustables. No obstante, es necesario que los elementos de sierra queden alineados porque, tal como se ha indicado anteriormente, actúan sobre el mismo eje. Es esencial que la palanca, con el sistema de transferencia mecánica completo, quede equilibrada en posición horizontal cuando el flotador está semisumergido en el agua. Las variaciones pequeñas pueden ser reguladas con utilización de contrapesos que se desplazan a lo largo de la palanca, igual que en una báscula. Todas las partes metálicas pueden ser construidas a base de aluminio resistente de acuerdo con especificaciones especiales, que ofrecen un peso global menor y asimismo protección contra la

\hbox{corrosión.}

El travesaño vertical metálico del flotador y la sección vertical de la sierra pueden quedar soportados, cuando ello se hace necesario por las condiciones específicas del oleaje de la zona, por travesaños de soporte paralelos adicionales, que no dificultarán su funcionamiento, ofreciendo por otra parte una elevada resistencia contra cualesquiera acciones de presión y de impacto, especialmente contra el impacto del agua sobre el flotador (1). No obstante, en cualquier caso, los soportes verticales metálicos que conectan los travesaños paralelos de la palanca (3) son necesarios.

En la figura 10, se puede apreciar el diseño general de un grupo de unidades dentro de su cuerpo envolvente (sección transversal). Se llama la atención sobre la cubeta o pequeño pozo (30) a lo largo y por debajo del eje que permite que la sierra se pueda desplazar libremente hasta alcanzar su posición más baja posible, los amortiguadores (26), los topes hidráulicos de movimiento (19) y las ventanas verticales (31) por las que pasan las palancas, y que tienen una abertura tal que permite el movimiento libre del brazo de palanca. Las aberturas para las palancas a efectos de la protección del interior del cuerpo envolvente contra el impacto del aire, lluvia y agua de las olas quedan protegidas exteriormente por tiras verticales de plástico, que se cierran después de cada paso de los brazos de palanca.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista lateral de una unidad de potencia por las olas instalada en una línea de playa, mostrando el flotador semiemergido (1), ver página 2, línea 24 de la descripción, el travesaño vertical metálico (2), ver página 2, línea 24, la palanca biparalela (3) en posición horizontal sobre el muelle, ver página 3, líneas 4 y 9, el fulcro (4), ver página 1, línea 34, la sierra (5), ver página 1, línea 34, las cadenas (6), ver página 1, línea 35, las ruedas dentadas (7), ver página 2, línea 5, y el eje (8), ver página 2, línea 6.

La figura 2 es una vista lateral de la unidad de potencia por las olas, con dicho flotador (1) y travesaño metálico vertical (2) en posiciones extremas superior e inferior, habiéndose mostrado la posición superior en líneas continuas y la posición inferior en líneas de trazos. Ver página 2, línea 24.

La figura 3 muestra una sección transversal del flotador de plástico que muestra el lastre (11), ver página 2, línea 23, los extremos del travesaño metálico (12), ver página 2, línea 25, los extremos de plástico del flotador (13), ver página 2, línea 26, y el material ligero impermeable (14), ver página 2, línea 31.

La figura 4 es una vista en perspectiva de una jaula (21), ver página 4, línea 5, que tiene en el interior el flotador que se desplaza verticalmente y un travesaño metálico.

La figura 5 es una vista superior en planta de tres flotadores (1) dentro de tres jaulas (21) fijadas en el borde del muelle o rompeolas con soportes de jaulas (23). Ver página 4, línea 30.

La figura 6 es una vista lateral que muestra en detalle las pantallas (18), ver página 3, línea 19, utilizadas para impedir que las cadenas puedan desconectarse de las ruedas dentadas.

La figura 7 es una vista en perspectiva que muestra en detalle la forma en la que dos cadenas (6) en desplazamiento vertical se conectan en el lado diametralmente opuesto de las dos ruedas dentadas (7), ver página 3, línea 28.

La figura 8 es una vista en perspectiva de los rebajes (24) realizados en un rompeolas o muelle, ver página 5, línea 13.

La figura 9 es una vista en planta de un grupo de 15 unidades, una al lado de la otra, algunas dentro de rebajes (24) y otras en el exterior de ellos, pero todas ellas funcionando sobre el mismo eje (8), ver página 5, línea 8. Los fulcros (4) y los cojinetes de base (9), ver página 2, línea 7, también se pueden observar.

La figura 10 se una vista lateral del convertidor de potencia de olas en una línea de playa, mostrando un grupo de unidades, protegidas dentro de un edificio, igual que en la página 6, línea 4, de la descripción.

Lista de componentes

(1).

Flotador

(2).

Travesaño metálico

(3).

Palanca biparalela

(4).

Soporte de palanca (fulcro)

(5).

Sierra

(6).

Cadenas

(7).

Ruedas dentadas

(8).

Eje

(9).

Cojinetes de base

(10).

Caperuza del flotador

(11).

Lastre

(12).

Extremos metálicos

(13).

Extremos de plástico

(14).

Material impermeable ligero

(15).

Palanca triparalela

(16).

Tensores

(17).

Resortes

(18).

Protecciones

(19).

Tope hidráulico

(20).

Ruedas dentadas (detalle)

(21).

Jaulas metálicas

(22).

Soportes de las jaulas

(23).

Soportes de las jaulas (sobre rompeolas)

(24).

Rebajes en rompeolas o muelle

(25).

Tubos verticales

(26).

Amortiguadores

(27)

y (28) Travesaños metálicos

(29).

Edificio de un grupo de unidades

(30).

Pozo o rebaje para la sierra.

Claims (5)

1. Planta generadora de potencia por la acción de las olas para generar energía eléctrica a partir de las olas del mar, que comprende un flotador esférico de material plástico (1) dotado de lastre (11), un travesaño metálico vertical (2) que tiene extremos metálicos (12) dotado de extremos de material plástico (13) en el fondo de dicho flotador, desplazándose verticalmente dicho travesaño metálico y dicho flotador como un solo cuerpo, y estando protegido dicho cuerpo dentro de una jaula metálica (21) o en un rebaje de un rompeolas o muelle (24), estando fijado dicho travesaño vertical con juntas de articulación en los dos extremos hacia el lado del mar de una palanca biparalela (3) cuyo soporte actúa como fulcro (4) y que está basada sobre el rompeolas, quedando fijados los otros dos extremos de dicha palanca biparalela del otro lado hacia la playa con juntas de articulación a una sierra (5), estando fijados los extremos doblados de dicha sierra a unos tensores incluyendo dos cadenas (6) en una posición vertical, alineadas y estiradas, a efectos de transferir los movimientos verticales de dicho flotador y travesaño vertical, provocando dichas cadenas la rotación de un par de engranajes (7) cada uno de ellos situado en un lado diametralmente opuesto, cuyas ruedas dentadas se desplazan dinámicamente hacia una dirección de rotación y libremente hacia la otra dirección de rotación para convertir el movimiento vertical de las olas del mar en un movimiento de rotación sobre un eje (8), activando dicho eje un generador, manteniendo dicha palanca biparalela (3) el flotador y travesaño metálico en dirección vertical en un extremo de la palanca, y asimismo la sierra con las cadenas se encuentra en dirección vertical en el otro lado de la palanca, disponiéndose pantallas (18) para la protección de dichas cadenas a efectos de impedir que pierdan su posición de engranaje con las ruedas dentadas (7).

2. Planta generadora de energía eléctrica por la acción de las olas para generar energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho travesaño metálico vertical puede ser aumentado o disminuido en longitud, de manera que la distancia del flotador desde la palanca cuando se encuentra en posición horizontal se puede modificar para tener en cuenta los cambios de marea del nivel de la superficie del mar.

3. Planta generadora de energía eléctrica por la acción de las olas para generar energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho flotador y travesaño metálico vertical, debido a un lastre de hormigón (11), constituye un cuerpo capaz de permanecer en posición vertical en todo momento.

4. Planta generadora de energía eléctrica por la acción de las olas para generar energía eléctrica, según la reivindicación 1, que comprende travesaños metálicos de soporte vertical adicionales (28), que conectan los dos travesaños metálicos horizontales de la palanca biparalela (3), y dicha palanca biparalela se detiene en las posiciones extremas superior/inferior mediante topes hidráulicos (19) para las necesidades de mantenimiento y comprendiendo asimismo dos amortiguadores situados uno a cada lado del extremo de dicha palanca biparalela (26).

5. Planta generadora de energía eléctrica por la acción de las olas para generar energía eléctrica, según la reivindicación 1, que comprende un edificio en cuyo interior puede quedar protegida la planta generadora, colocando múltiples unidades, en paralelo una al lado de la otra, y pudiendo dichas unidades actuar independientemente una de otra pero acumulativamente sobre el mismo eje (8).