ES2216571T3 - Aparato flotante y procedimiento para extraer energia de las olas marinas. - Google Patents
Aparato flotante y procedimiento para extraer energia de las olas marinas.Info
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Abstract
Aparato para la extracción de energía de las olas, que comprende una pluralidad de elementos estructurales flotantes (2, 3, 4) conectados entre sí para formar una estructura articulada en el que cada par de elementos estructurales adyacentes están conectados entre sí mediante un elemento de acoplamiento (5a, 5b) de forma que permita un movimiento rotacional relativo de dichos elementos estructurales (2, 3, 4), en virtud de lo cual cada elemento de acoplamiento (5a, 5b) incluye un elemento adaptado para extraer energía del movimiento rotacional relativo de dichos elementos estructurales (2, 3, 4), y en el que el aparato comprende además medios para aplicar un ángulo de inclinación de balanceo (psi) al eje de rotación relativa (40) de cada elemento de acoplamiento (5a, 5b) alejado de la horizontal y/o la vertical; caracterizado porque el aparato también comprende: medios de restricción variables suministrados en cada elemento de acoplamiento (5a, 5b) adaptados para aplicar periódicamente unarestricción variable a la rotación relativa de cada par de elementos estructurales adyacentes (2, 3, 4) como respuesta al estado del mar dominante.
Description
Aparato flotante y procedimiento para extraer
energía de las olas marinas.
La presente invención se refiere a un aparato y
un procedimiento para extraer energía de las olas acuáticas, en
particular de las olas oceánicas.
Las olas oceánicas representan una importante
fuente de energía; se conoce el uso de un Convertidor de Energía
de las Olas para extraer energía de dichas olas. Los Convertidores
de Energía de las Olas conocidos suelen ser caros, y tienen
perspectivas limitadas de supervivencia en condiciones
extremas.
El documento
US-A-4086084 desvela un aparato para
extraer energía de las olas en el que se usan solamente
movimientos verticales para extraer energía. Además, el aparato
descrito en este documento no está adaptado a condiciones
meteorológicas y amplitudes de ola variables y puede resultar
destruido en situaciones de tormenta.
El documento FR-2437507 describe
otro tipo de Convertidor de Energía de las Olas que se suministra
con elementos dorsales conectados por juntas que tienen diferente
elasticidad relativa, con lo que se permite que los elementos
dorsales se doblen en torno al eje horizontal de manera que puedan
seguir la superficie del mar. No está adaptado para resistir y
extraer energía del movimiento rotacional relativo del elemento
estructural.
Por consiguiente, uno de los objetos de la
invención consiste en proporcionar un Convertidor de Energía de las
Olas que obvie o mitigue los problemas antes explicados al
proporcionar un Convertidor de Energía de las Olas con un coste de
inversión bajo, y mejores perspectivas de supervivencia en
condiciones extremas, para una producción de energía dada.
De acuerdo con la presente invención se
proporciona un aparato para la extracción de energía de las olas
que comprende una pluralidad de elementos estructurales flotantes
conectados entre sí para formar una estructura articulada, en el que
cada par de elementos estructurales adyacentes está conectado entre
sí mediante un elemento de acoplamiento de manera que permita un
movimiento rotacional relativo de dichos elementos estructurales en
virtud de lo cual cada elemento de acoplamiento comprende un
elemento adaptado para extraer energía del movimiento rotacional
relativo de dichos elementos estructurales y en el que el aparato
contiene además un medio para aplicar un ángulo de inclinación de
balanceo (\Psi) con respecto al eje de rotación relativa en cada
elemento de acoplamiento alejado de la horizontal y/o la vertical,
caracterizado porque el aparato incluye además:
medios de restricción variables provistos en cada
elemento de acoplamiento adaptados para aplicar periódicamente una
restricción variable a la rotación relativa de cada par de
elementos estructurales adyacentes como respuesta al estado del mar
dominante.
Preferentemente, el aparato comprende una
pluralidad de elementos estructurales y elementos de acoplamiento
asociados, en el que dichos elementos de acoplamiento están
adaptados para conectar extremos adyacentes de elementos
estructurales colindantes para formar una estructura articulada.
Dicha estructura es típicamente una cadena.
Preferentemente, dicha cadena es sustancialmente
recta. Esta cadena puede ser curva. Esta cadena puede ser en
zigzag.
Preferentemente, el aparato se adapta para ser
ubicado en las olas. Típicamente, el aparato se adapta para
reaccionar frente a las olas que llegan para absorber energía.
La cadena es preferentemente de una longitud
comparable a la longitud de onda máxima frente a la que el aparato
reacciona para absorber energía. La cadena es, con preferencia,
significativamente más corta que las longitudes de onda en tiempo de
tormenta.
El aparato es preferentemente autorreferenciable.
Para este propósito, se puede configurar el aparato para que, en
situación de uso, la cadena se coloque de forma que abarque al
menos dos crestas de ola. Preferentemente, el aparato se configura
para que, en situación de uso, la cadena esté amarrada sin tensión
y flotando libremente y que se referencie con respecto a sí
mismo.
El aparato puede incluir además un sistema de
amarre. El sistema de amarre puede colocar la cadena en un lugar
preferente del océano. Típicamente, el sistema de amarre se adapta
para orientar la cadena en una orientación preferente en relación
con las olas que llegan.
Preferentemente, el sistema de amarre se adapta
para orientar la cadena de manera que abarque al menos dos crestas
de ola. Típicamente, el ángulo de orientación de la cadena con
respecto a la dirección de la ola media (el ángulo de guiñada)
puede variarse para aumentar al máximo la extracción de energía. El
sistema de amarre puede adaptarse para proporcionar retención o
estimulación al aparato con el fin de modificar su respuesta
global.
Los elementos estructurales pueden ser de
cualquier tamaño. Los elementos estructurales pueden ser de
cualquier forma. Preferentemente, los elementos estructurales son
sustancialmente cilíndricos. Típicamente, para limitar la carga,
los elementos estructurales tienen una profundidad y una altura
libre suficientemente reducidas para experimentar inmersión y
emergencia completas en olas grandes. Es decir, la cadena se puede
configurar para estimular el recorte hidrostático en condiciones
extremas.
La sección transversal de dichos elementos
estructurales puede ser sustancialmente elíptica u ovalada con la
dimensión más grande orientada sustancialmente en horizontal para
permitir una mayor superficie del plano de flotación, al mismo
tiempo que se sigue manteniendo la profundidad y la altura libre de
dicho elemento suficientemente pequeñas como para permitir el
recorte hidrostático.
Alternativamente, los elementos estructurales
pueden tener una sección transversal arbitraria para dotar de
otras características a la respuesta global del dispositivo. En un
modo de realización preferente, dicha sección transversal tiene
forma de cuña con el fin de causar un desplazamiento lateral
(perpendicular con respecto al eje de cadena) del centro de
flotación de dicho elemento a medida que varía su grado de
inmersión para alterar la respuesta de balanceo del sistema al
objeto de proporcionar una mejor extracción de energía o
supervivencia.
Los elementos estructurales de cualquier sección
transversal pueden estar provistos de aletas, quillas u otras
protuberancias para añadir amortiguación hidrodinámica en cualquier
dirección de movimiento deseada. Pueden añadirse quillas para
influir en la amortiguación del movimiento a lo largo del eje de la
cadena al objeto de influir en la respuesta de amarre.
Los extremos de los elementos estructurales
frontales y traseros pueden moldearse para influir en las
características hidrodinámicas.
Preferentemente, la unidad frontal puede estar
provista de un extremo frontal cónico para reducir al mínimo el
arrastre en mares extremos, al mismo tiempo que la unidad trasera
tiene un extremo trasero plano para aumentar la amortiguación a lo
largo del eje de la estructura de cadena al objeto de añadir
amortiguación a la respuesta de amarre.
Preferentemente, dichos elementos estructurales
incorporan áreas de estructura de protección que permitirán ángulos
de junta muy grandes antes de que se comprometa la integridad
estructural global o la flotación del elemento. Dichas áreas de
estructura de protección se comportan de una manera similar a la
zona de contracción de un coche.
Preferentemente, los elementos de acoplamiento
son juntas de un solo grado de libertad. Alternativamente, los
elementos de acoplamiento pueden ser juntas universales.
Preferentemente, las juntas están orientadas en
diversas direcciones. Más preferentemente, cada una de las juntas
está orientada sustancialmente en dirección ortogonal a una junta
adyacente y sustancialmente en perpendicular al eje longitudinal
principal de la estructura de cadena.
El aparato está configurado preferentemente de
manera que el ángulo de inclinación de balanceo pueda ser diferente
para cada par de juntas. Dicho ángulo de inclinación de balanceo
puede hacerse variar para aumentar al máximo la extracción de
energía. El propósito del ángulo de inclinación de balanceo
consiste en asegurar que el aparato está orientado según un ángulo
tal que su modo de movimiento en la orientación en ese ángulo sea
resonante con las olas que llegan.
El aparato incluye elementos adaptados para
resistir el movimiento relativo de dichos elementos estructurales.
Dichos elementos pueden adaptarse para extraer energía de dicho
movimiento relativo. Dichos elementos pueden ser muelles.
Adicionalmente o alternativamente, dichos elementos pueden ser
sistemas de extracción de energía. Se pueden aplicar diferentes
magnitudes de restricción a los pares de juntas sustancialmente
perpendiculares con el fin de inducir una respuesta de acoplamiento
transversal. La relación de las magnitudes de restricción se puede
utilizar para aumentar la captación de energía en olas pequeñas.
Típicamente, el aparato está configurado para que
su capacidad de absorber energía quede controlada por la
orientación de las juntas y la retención diferencial de las
mismas.
La cadena se puede adaptar para que flote. Más
preferentemente, se adapta la cadena para que esencialmente tenga
flotación libre.
El aparato puede estar provisto de un sistema de
lastre. Dicho sistema puede ser variable. Dicho sistema puede ser
activa o pasivamente variable. Típicamente, dicho sistema de lastre
variable comprende tanques de lastre que incluyen medios de entrada
y medios de salida, siendo dichos medios de entrada mayores que
dichos medios de salida.
Dicho sistema de lastre variable puede estar
confinado a una unidad o unidades frontales de la cadena de manera
que, en situación de uso, se favorezca la inmersión de la parte
frontal de la cadena debajo las crestas de ola grandes. Dicho
sistema de lastre variable puede actuar para variar el ángulo de
inclinación de balanceo de la cadena, por ejemplo, proporcionando
un lastre asimétrico.
Preferentemente, la disposición de los elementos
estructurales y las juntas que componen la cadena se adapta para
adecuarse a un lugar específico. Preferentemente, la longitud de la
cadena se determina en función de la longitud de onda esperada en
un lugar específico. Más preferentemente, la longitud de un
elemento estructural individual que compone la cadena se determina
según la longitud de onda esperada en un lugar específico.
Típicamente, el aparato está configurado para
aumentar al máximo su capacidad para extraer energía de un estado
del mar determinado, pero también para asegurar la supervivencia en
condiciones extremas. Más preferentemente, el aparato está
configurado para ser eficaz al reaccionar únicamente frente a olas
de longitud de onda inferior a una longitud designada.
Preferentemente, el aparato se adapta
directamente para convertir en electricidad la energía absorbida
del movimiento de segmentos adyacentes. Alternativamente, el
aparato puede adaptarse para almacenar la energía absorbida para su
uso futuro.
Por otra parte, de acuerdo con la presente
invención, se proporciona un procedimiento de extracción de energía
de las olas que comprende las etapas siguientes:
desplegar un aparato que consiste en una cadena
que incluye una pluralidad de elementos estructurales acoplados
con juntas orientadas en diferentes direcciones de manera que
permiten un movimiento relativo de dichos elementos estructurales
en olas; orientar la cadena para que abarque al menos dos crestas
de ola;
aplicar un ángulo de inclinación de balanceo a
dichas juntas;
aplicar diferentes restricciones a cada dirección
para inducir una respuesta de acoplamiento transversal;
ajustar dicha respuesta para controlar la
absorción de energía; y
extraer la energía absorbida.
A continuación se describirán los modos de
realización de la invención a través de ejemplos, únicamente
haciendo referencia a los gráficos adjuntos en los que:
La figura 1 muestra una vista general del aparato
de la presente invención desplegado en olas;
La figura 2 muestra el aparato de la figura
1;
La figura 3 muestra un detalle de una junta del
aparato de la figura 1;
La figura 4a muestra un detalle del aparato que
ilustra la orientación relativa de juntas colindantes;
La figura 4b ilustra el ángulo de inclinación de
balanceo (\Psi) en referencia a una junta de oscilación
transversal;
La figura 4c ilustra el ángulo de inclinación de
balanceo (\Psi) en referencia a la junta de movimiento
vertical;
La figura 5a es un diagrama esquemático que
muestra el funcionamiento del sistema de lastre variable pasivo
del aparato en olas de pequeña amplitud;
La figura 5b es un diagrama esquemático que
muestra el funcionamiento del sistema de lastre variable pasivo
del aparato en olas de amplitud grande;
La figura 6a es una vista en planta del aparato
in situ que muestra la configuración del sistema de amarre
en ondas pequeñas de baja energía;
La figura 6b es una vista en planta del aparato
in situ que muestra la configuración del sistema de amarre
en ondas grandes extremas;
La figura 6c es una vista en perspectiva de un
modo de realización del aparato que incluye juntas in situ
con dos grados de libertad;
La figura 7 es un diagrama esquemático del
sistema hidráulico de la unidad de alimentación;
La figura 8a es una vista externa en perspectiva
de un modo de realización del aparato que incluye arietes
transversales;
La figura 8b es una vista en corte transversal
del modo de realización de la figura 8a;
La figura 9a es una vista externa en perspectiva
de un modo de realización del aparato que incluye arietes internos
en línea;
La figura 9b es una vista en corte transversal
del modo de realización de la figura 9a;
La figura 10 es un diagrama esquemático que
muestra el funcionamiento autorreferenciable del aparato en olas de
longitud de onda pequeña y grande;
La figura 11 es un diagrama esquemático que
muestra el funcionamiento del recorte hidrostático del aparato en
olas de amplitud creciente.
En referencia a los gráficos, un aparato 1 para
extraer energía de olas incluye un convertidor de energía de las
olas que tiene dos o más elementos estructurales 2, 3, 4. La
configuración de un convertidor determinado 1, que es el número, el
tamaño y la forma de los elementos estructurales 2, 3, 4 de los que
está compuesto, está determinada por el clima anual de olas de la
localidad para la que está destinado, y por tanto por las
condiciones con las que probablemente se encontrará. Es decir, cada
convertidor está diseñado de manera que es específico de cada
lugar.
Los elementos estructurales 2, 3, 4 están
conectados por bisagras o juntas universales 5 para formar una
cadena articulada. La cadena se asemeja a una estructura dorsal.
Los movimientos relativos de los elementos estructurales 2, 3, 4
son resistidos por elementos que extraen energía de este movimiento
relativo. El convertidor flota y, esencialmente, flota libremente.
En situación de uso, el convertidor está típicamente semisumergido,
aunque pueden usarse diferentes profundidades de inmersión para
optimizar la captación de energía y/o la supervivencia.
El convertidor se referencia predominantemente
con respecto a sí mismo, en vez de con respecto a la costa o al
lecho marino. Esta autorreferencia se consigue haciendo que el
convertidor tenga una longitud comparable a la longitud de onda
incidente, y que el convertidor esté orientado con respecto a las
olas incidentes en una dirección tal que el convertidor abarque al
menos dos crestas de las olas incidentes.
La configuración y la orientación de las juntas
individuales y el tipo y el valor nominal de los elementos de
extracción de energía individuales que contiene un aparato
determinado se eligen de forma que se aumente al máximo la energía
extraída de un estado del mar determinado, pero que garanticen la
supervivencia en condiciones extremas. En particular, se aplica un
ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) a los ejes de la junta
alejados de la horizontal y la vertical para generar acoplamiento
transversal de los movimientos vertical y transversal del
convertidor como respuesta a las fuerzas de las olas.
Los mismos criterios de selección determinan la
orientación preferida con respecto a las olas incidentes del
aparato completo, una vez desplegado.
Así, la absorción máxima de energía y, de este
modo, la producción máxima de energía obtenida del aparato, se
consigue acoplando sus elementos estructurales mediante el uso de
juntas orientadas en direcciones diferentes, aplicando un ángulo de
inclinación de balanceo (\Psi) a las juntas, aplicando diferentes
restricciones a cada dirección para inducir una respuesta de
acoplamiento transversal de magnitud y forma variables que pueda
ajustarse para adaptarse a las condiciones de las olas, y usando un
sistema de amarres para presentar el convertidor en una orientación
preferida con respecto a las olas que llegan.
El sistema de amarre puede proporcionar también
una importante retención o estimulación física al convertidor de
forma que modifique la respuesta global. La energía puede extraerse
por medios directos o indirectos convirtiendo en electricidad el
movimiento de segmentos adyacentes, o usando la energía absorbida
para producir un subproducto útil.
Las figuras 1 y 2 muestran un modo de realización
particular del aparato según la invención. En este modo de
realización, el convertidor incluye una serie de elementos
estructurales en forma de segmentos cilíndricos 2 unidos para
formar una estructura de cadena 1.
Todos los segmentos 2, 3, 4 tienen el mismo
diámetro. Con la excepción de los segmentos terminales 3, 4, los
segmentos 2 tienen la misma longitud. Cada uno de los segmentos
terminales 3, 4 tiene una longitud aproximadamente doble que los
segmentos intermedios 2.
Aunque los segmentos mostrados en las figuras 1 y
2 tienen una sección transversal circular, debe entenderse que la
sección transversal de los elementos estructurales puede ser
sustancialmente elíptica u ovalada, con la dimensión más grande
orientada sustancialmente en horizontal para permitir una mayor
superficie del plano de flotación, al mismo tiempo que se sigue
manteniendo la profundidad y la altura libre de dicho elemento
suficientemente pequeñas como para permitir el recorte
hidrostático.
Alternativamente, los elementos estructurales
pueden tener una sección transversal arbitraria para dotar de
otras características a la respuesta global del aparato. En uno de
los modos de realización, la sección transversal tiene forma de
cuña con el propósito de causar un desplazamiento lateral
(perpendicular al eje de la cadena) del centro de flotación del
elemento estructural conforme cambia su grado de inmersión para
alterar la respuesta de balanceo del aparato con el fin de
suministrar una mejor extracción de energía o supervivencia.
Los elementos estructurales de cualquier sección
transversal pueden estar provistos opcionalmente de aletas, quillas
u otras protuberancias para añadir amortiguación hidrodinámica en
cualquier dirección de movimiento deseada, con el fin de influir en
el dispositivo y/o en la respuesta de amarre.
Los extremos de los elementos estructurales
frontales 3 y traseros 4 pueden moldearse para influir en las
características hidrodinámicas. El segmento frontal está provisto
opcionalmente de un extremo frontal cónico 10 para reducir al
mínimo el arrastre en mares extremos, al mismo tiempo que el
segmento trasero 4 tiene un extremo trasero plano 11 para aumentar
la amortiguación a lo largo del eje de la estructura de cadena al
objeto de añadir amortiguación a la respuesta de amarre.
La estructura 1 está diseñada para resistir en
condiciones extremas. Un factor que influye en la supervivencia es
el tamaño de los segmentos individuales 2, 3, 4. El tamaño de los
segmentos 2, 3, 4 se elige pequeño con respecto a la altura máxima
esperada de la ola en una zona en la que se vaya a desplegar la
estructura 1. En la situación en que los segmentos 2, 3, 4 sean
pequeños con respecto a la altura de las olas, como por ejemplo en
condiciones de tormenta, existe así una inmersión o emergencia
completa de este convertidor, una situación que se conoce como
"recorte hidrostático". Este recorte limita la magnitud de las
fuerzas y los momentos de flexión a que está sometida la estructura
del convertidor en dichas condiciones meteorológicas adversas, y
aumenta las posibilidades de supervivencia de la estructura 1. El
recorte hidrostático se muestra en la figura 11, que muestra
segmentos 2 del aparato de la invención en tres estados del mar en
comparación con el nivel medio horizontal de las aguas 24. En olas
de amplitud pequeña 27, como en la figura 11(a), los
segmentos 2 adoptan la forma del perfil de ola 28, y el segmento
2'' próximo al valle de la ola está sumergido a la misma
profundidad que el segmento 2' próximo al pico de la ola. En olas
de amplitud media creciente 27, como en la figura 11(b), los
segmentos 2 adoptan un perfil aplanado en comparación con el perfil
de ola 28, y el segmento 2'' próximo al valle de la ola está
sumergido sólo ligeramente, mientras que el segmento 2' próximo al
pico de la ola está casi totalmente sumergido. En olas de amplitud
grande 27, como en la figura 11(c), los segmentos 2 adoptan
un perfil significativamente aplanado en comparación con el perfil
de ola 28, y el segmento 2'' próximo al valle de la ola está
elevado sobre el agua, mientras que el segmento 2' próximo al pico
de la ola se encuentra totalmente sumergido.
En tiempo calmo, en el que las longitudes de onda
son relativamente cortas y las amplitudes de onda son pequeñas,
existe una exigencia de elevar al máximo la absorción de energía
por el convertidor.
En condiciones meteorológicas extremas, cuando
las longitudes de onda son más largas y las amplitudes de las olas
son mayores, la supervivencia del convertidor es de mayor
importancia que la eficacia de absorción de energía.
La longitud total de la estructura ensamblada 1
se elige, por tanto, de forma que sea suficientemente larga para
proporcionar una autorreferencia adecuada de la estructura 1 en
longitudes de onda cortas en las que no existe demasiada energía
disponible y cuando existe la exigencia de elevar al máximo la
absorción de energía, y suficientemente corta para
"esconderse" en longitudes de onda larga asociadas a olas de
tormenta para poder sobrevivir. Si la longitud de onda es mucho
mayor que la longitud de la estructura, la estructura no podrá
extenderse de pico a pico, y el movimiento máximo de cualquier
parte de la estructura con respecto a cualquier otra parte será
menor que la amplitud de la ola, con lo que la estructura se
"esconde" en la longitud de onda larga. En otras palabras, la
estructura pierde la capacidad de autorreferencia frente a la
longitud de onda. Este efecto se ilustra en la figura 10, que
muestra segmentos 2 de una estructura de la invención en dos
perfiles de onda 28 de diferente longitud de onda comparados con el
nivel medio horizontal de agua 24. La longitud de onda \lambda,
es la distancia entre crestas de olas adyacentes. La línea 29 une
el extremo de la estructura y de este modo el movimiento de
cualquier segmento 2 de la estructura con respecto a la posición
media instantánea de la estructura está representado por la
distancia del centro del segmento desde la línea 29. En la figura
10(a), la longitud de onda es pequeña y la semilongitud de
onda \lambda/2 es la distancia entre la cresta 100 y el valle
101. El movimiento máximo de cualquier segmento 2 de la estructura
con respecto a la posición media instantánea de la estructura se
muestra mediante la flecha 104. Tanto el movimiento máximo 104 como
el movimiento medio de la figura 10(a) son mayores que el
movimiento máximo 105 y el movimiento medio de la figura
10(b), en el que la amplitud de la ola es la misma, la
longitud de onda es grande y la semilongitud de onda \lambda/2 es
la distancia entre la cresta 102 y el valle 103.
La durabilidad y el coste de los segmentos 2, 3,
4 y de la estructura 1 en conjunto son consideraciones de diseño
importantes. Por este motivo, el material preferido para el
convertidor es hormigón armado. Otros materiales, como acero, son
alternativas preferentes. Sin embargo, puede usarse cualquier
material o materiales de construcción adecuados.
Las juntas (bisagras) de un solo grado de
libertad 5 unen segmentos adyacentes 2, 3, 4 de la estructura 1 que
comprende la estructura 1. Las juntas 5 son de sentido alternativo.
Es decir, las juntas de movimiento vertical 5a se alternan con
juntas de movimiento transversal 5b en toda la longitud de la
estructura. Alternativamente, una o todas las juntas pueden formar
una junta de movimiento vertical y transversal combinada. En este
modo de realización, las juntas que unen los segmentos terminales
3, 4 son juntas de movimiento vertical 5a. En reposo, la estructura
1 es recta. Como se muestra en la figura 2 y 4a, cada junta 5 está
unida a un segmento 2 con su eje aproximadamente ortogonal con
respecto a los restantes. Así, las juntas adyacentes 5a, 5b se
orientan aproximadamente en dirección ortogonal unas con respecto
a otras. Las juntas pueden colocarse alternativamente con ángulos
relativos diferentes de 90° si la situación en concreto así lo
recomienda.
El paso de olas hace que la estructura se
flexione en torno a cada una de las juntas 5.
En un modo de realización preferente, la
estructura 1 está lastrada para que flote con su línea central en
el plano de flotación (aproximadamente un desplazamiento del 50%).
Es decir, en situación de uso, la estructura 1 está
semisumergida.
La estructura 1 está lastrada o amarrada de forma
que se pueda aplicar un ángulo de inclinación de balanceo (\Psi)
a los ejes de las juntas 40 alejados de la horizontal 41 y la
vertical 42, según se muestra en las figuras 4b y 4c. Este ángulo
(\Psi) puede ser común a todas las juntas 5 en la estructura 1 o
puede variar a lo largo de su longitud. El ángulo de inclinación de
balanceo (\Psi) se utiliza para generar un acoplamiento
transversal de los movimientos transversal y vertical
experimentados por la estructura 1 como respuesta a las fuerzas de
las olas.
El convertidor está equipado opcionalmente con un
sistema de lastre activo o pasivo que varía el nivel al que flotan
los segmentos individuales o la estructura completa. Si se
incorpora, el sistema de lastre puede dejarse deshabilitado.
Alternativamente, el sistema de lastre es extraíble y reemplazable.
Este sistema de lastre acelera la instauración del recorte
hidrostático en mares extremos, ayudando así a reducir al mínimo
las cargas máximas y los movimientos de flexión a los que está
sometida la estructura en condiciones meteorológicas adversas.
En las figuras 5a y 5b se muestra este sistema de
lastre variable, que comprende tanques de lastre 20 confinados por
barreras internas 23 y provistos de grandes tomas de entrada 21. La
amplitud de las olas 27a, 27b se mide entre el nivel de ola máximo
26a, 27b y el nivel de ola mínimo 25a, 25b. Las grandes tomas de
entrada 21 permiten un llenado rápido de los tanques 20 a medida
que la amplitud aumenta desde una amplitud pequeña 27a, tal como se
muestra en la figura 5a, hasta una amplitud grande 27b, tal como se
muestra en la figura 5b. Por encima de determinada amplitud el
nivel de ola superior 26a, 26b cubre la toma de entrada grande 21 y
llena el tanque de lastre 20. Los tanques de lastre 20 están
provistos además de drenajes 22 en el fondo de los tanques. Estos
drenajes 22 son pequeños en relación con las tomas de entradas 21
para permitir un vaciado lento de los tanques.
La inclusión de otro sistema de lastre variable
proporciona una ventaja en olas grandes. En olas grandes, el rápido
llenado de los tanques 20 aumenta el desplazamiento de la
estructura 1. El mayor desplazamiento hace que la estructura 1
flote más baja en el agua en relación con el nivel de agua medio
24, tal como se ilustra en las figuras 5a y 5b. Este sistema de
lastre contribuye así a acelerar la inmersión local de la estructura
1 en amplitudes de ola grandes y, por tanto, limita la carga en
tales condiciones.
El sistema de lastre variable puede situarse en
todos los segmentos 2, 3, 4 o en segmentos seleccionados. En uno de
los modos de realización, se incorpora el sistema en el segmento
principal (el "frontal" o "de ola ascendente") 3 del
convertidor 2.
Esto favorece la inmersión de la parte frontal de
la estructura 1 en olas grandes, permitiendo que las crestas de
olas grandes pasen por encima de todo el convertidor, de manera
análoga a los surfistas que se sumergen por debajo de las crestas
de las olas rompientes cuando nadan alejándose la playa.
Los tanques de lastre 20 del sistema de lastre
están colocados opcionalmente de manera asimétrica (no se muestra)
en la estructura 1. Esta disposición asimétrica actúa para afectar
a la magnitud del ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) tal
como se ha definido anteriormente. La variación del ángulo de
inclinación de balanceo (\Psi) influye en la magnitud de la
respuesta autoestimulada acoplada. El sistema de lastre se puede
utilizar, por lo tanto, en conjunción con el sistema de amarre para
variar el ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) global. El
ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) se selecciona para
conseguir el máximo de respuesta acoplada del convertidor en torno
a la frecuencia de interés. Los criterios que influyen en la
selección del ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) se
incluyen las dimensiones del convertidor, en concreto su longitud y
su diámetro; el período de ola medio en el lugar en el que se va a
desplegar el convertidor; y la naturaleza de los elementos de
extracción de energía aplicados en las juntas. El ángulo de
inclinación de balanceo (\Psi) óptimo para un conjunto de
criterios dados se determina mediante un programa informático hecho
a medida para este fin. El ángulo de inclinación de balanceo
(\Psi) se reduce a medida que se alarga el período de la ola. El
ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) aplicado aumenta con el
tamaño del convertidor. Por ejemplo, para un convertidor de 3,5 m
de diámetro y 132 m de longitud desplegado en mares con un período
de olas de 10 s, el ángulo de inclinación de balanceo óptimo
(\Psi) es de 25° aproximadamente.
Adicionalmente o alternativamente, el convertidor
incluye un sistema activo para controlar el ángulo de inclinación
de balanceo (\Psi). De este modo, el sistema de control activo
también controla la respuesta del convertidor en olas.
Cada una de las caras de los extremos 9 de los
segmentos intermedios 2, y las caras interiores de los extremos 9
de los segmentos terminales 3, 4 están achaflanadas para dejar
espacio para el movimiento extremo de la junta. Las porciones
achaflanadas descansan sobre planos que intersecan al eje de junta
con el fin de que las caras opuestas 9 se encuentren para formar
una película de presión de amortiguamiento. En el caso de que se
alcancen los topes de recorrido, esto tiene como efecto reducir el
impacto de carga.
El extremo frontal 10 de la estructura 1 es
cónico. Esto tiene el efecto de reducir las cargas por impacto en
olas extremas. El extremo trasero 11 puede ser cónico o plano.
El convertidor se adapta para permitir la
variación de las características de las juntas individuales 5 según
se requiera. Para este fin, se aplican elementos como muelles y/o
sistemas de extracción de energía a algunas o todas las juntas 5.
Estos elementos retienen o estimulan el movimiento de la junta
5.
Si los elementos aplican una retención o
estimulación idéntica a cada junta 6, la respuesta global del
convertidor no queda afectada en gran medida por el ángulo de
inclinación de balanceo (\Psi).
Si los elementos aplican diferentes retenciones o
estimulaciones a cada junta, se puede utilizar en olas pequeñas
para generar una respuesta autoestimulada acoplada que aumenta
enormemente la energía absorbida. Alternativamente se puede usar en
condiciones extremas para reducir al mínimo las cargas y los
movimientos, así como para contribuir a la supervivencia en dichas
condiciones.
Uno de los modos de realización de la invención
presenta juntas alternas con un solo grado de libertad 5 que
permiten que los elementos de retención/estimulación controlen los
movimientos en varias direcciones. Un modo de realización
alternativo emplea juntas de todos los grados de libertad (juntas
universales) con los elementos de retención/estimulación dispuestos
en torno suyo.
Una junta 5 típica de un solo grado de libertad
es la que se ilustra en la figura 3. En la figura 4a se muestran
dos juntas 5 adyacentes de un solo grado de libertad. En este modo
de realización, cada junta 5 tiene un sistema hidráulico
independiente que permite la variación de las características de
junta individuales según se requiera. Para este fin, cada una de
las juntas queda controlada a través de tres arietes hidráulicos de
doble acción 33, 34, 35. Cada una de las caras de extremo de las
unidades adyacentes está provista de un par de bloques de soporte
30, a través de los cuales hay un pasador (no se muestra) que forma
una unión de bisagra. Existe una almohadilla de montaje de ariete
reforzada 31 asegurada en cada segmento sobre un eje radial
perpendicular al eje 40 del pasador. En cada almohadilla de montaje
se aseguran tres bloques de montaje de ariete 32. Los arietes 33,
34, 35 están montados entre bloques de montaje opuestos 32.
Los arietes 33, 34, 35 están todos ubicados de
manera que se asienten por encima de la línea de mar en calma
cuando la estructura está desplegada, para facilitar el acceso y el
mantenimiento. Los arietes 33, 34, 35 pueden colocarse en uno o en
ambos lados de la línea de bisagra. En el modo de realización de la
figura 3, los segmentos 2 están conectados por arietes externos en
línea.
Los arietes hidráulicos 33, 34, 35 proporcionan
momentos de reacción de elasticidad y amortiguación entre los
segmentos 2, 3, 4. Un primer ariete 34 está acoplado a acumuladores
de gas para formar un sistema de muelle hidráulico, y puede
accionarse de manera que aplique una fuerza elástica a una junta 5.
Otro par de arietes 33, 35 se configura como bombas de doble acción
provistas de válvulas de entrada y de salida. Este par de arietes
33, 35 puede accionarse de manera que aplique una fuerza de
amortiguación a una junta 5.
Las válvulas de entrada de los dos arietes de
amortiguación 33, 35 pueden hacerse funcionar selectivamente. Esto
significa que es posible habilitar y deshabilitar uno o los dos
arietes de amortiguación 33, 25, lo que permite modificar la
retención en respuesta al estado del mar dominante. Es posible
obtener un amplio intervalo de niveles de amortiguación
seleccionando o deseleccionando un ariete 33, 25, y alterando el
nivel de presión del sistema.
Los arietes de amortiguación 33, 35 están
dispuestos en oposición uno con respecto al otro. Esta disposición
evita la asimetría en las cargas aplicadas por los arietes 33, 35
debida a la diferencia en la zona de pistón eficaz causada por el
vástago del pistón.
Los diámetros de los arietes, y el brazo del
momento a través del cual actúan sobre una junta 5, se seleccionan
para una estructura determinada 1 de modo que apliquen la retención
deseada en la junta 5 para las condiciones particulares para las
que se ha previsto el diseño de la estructura 1. Además, se calcula
el momento máximo de junta a que se espera que se enfrente el
convertidor 1, y se selecciona el recorrido de los arietes 33, 34,
35 para que sea mayor que este ángulo.
Cuando se supera el ángulo de junta máximo
esperado que se ha calculado, el convertidor incluye una
característica de seguridad integrada según la cual todos los
arietes 33, 34, 35 están diseñados para poder separarse de su unión
al extremo del vástago 36 a la vez que permanecen unidos a la
conexión del extremo del cilindro 37. Así se evita la ruptura de
las mangueras hidráulicas (no mostradas) conectadas a los cilindros
de los arietes y se impide por tanto el vertido del fluido
hidráulico al medio ambiente. El hecho de que los arietes 33, 34,
35 tengan diferentes topes de recorrido y se separen sucesivamente
y no simultáneamente evita que el convertidor se vea sometido a
momentos de carga extremos, y previene daños en los segmentos 2, 3,
4.
Cada final del segmento 2 se suministra con un
extremo achaflanado 9, para permitir un movimiento relativo máximo
de los segmentos 2 alrededor del eje del pasador 40.
Las figuras 8a y 8b muestran una configuración de
juntas alternativa 50 que emplea arietes transversales 51. La
figura 8b es una vista en corte de la junta mostrada en la figura
8a. En esta configuración se combinan pares adyacentes de juntas
sustancialmente ortogonales en dos grados de libertad o junta
universal 50 que tiene ejes A y B.
Esta junta 50 incluye una cruceta 52, que se
extiende en un plano generalmente vertical, y dos brazos de palanca
triangulados 53, 54 que se extienden cada uno en un plano
sustancialmente perpendicular al plano de la cruceta 52 y cada uno
rígidamente conectado a la cruceta 52. La cruceta está apoyada en
el eje A con respecto al primer segmento 2a mediante soportes de
bisagra 57a y en el eje B con respecto al segundo segmento 2b
mediante soportes de bisagra 57b. Un primer conjunto de arietes
hidráulicos o arietes de movimiento vertical 51a actúa para
impartir momentos de retención a la junta a través de un brazo de
palanca 53 alrededor del eje A. Un segundo conjunto de arietes
hidráulicos o arietes de movimiento transversal 50b actúa para
impartir momentos de retención a la junta a través de un brazo de
palanca 54 alrededor del eje B. Los arietes 50a, 50b actúan
tangencialmente a los brazos de palanca 53, 54.
En uno de los modos de realización, los arietes
50 son externos. En un modo de realización alternativo, los
arietes 50 están incluidos en compartimentos sellados. Los
compartimentos se sellan con cierres flexibles (no se muestran) en
puntos de entrada/salida 56 de los brazos de palanca 53, 54.
Los brazos de palanca 53, 54 están en la forma de
un par ortogonal de marcos triangulados unidos por
arriostramientos diagonales 55 para formar una cruceta de
junta.
En una variación posible, no ilustrada, los dos
brazos de palanca 53, 54 entran en el extremo de un segmento. Esto
permite que todos los arietes hidráulicos 51 y los componentes
estén situados en el mismo espacio.
Otra configuración de juntas alternativa emplea
juntas de un solo grado de libertad en combinación con una
configuración de arietes con brazos de palanca internos o externos
del modo de realización descrito anteriormente.
Otra configuración de juntas alternativa emplea
arietes internos en línea. En este modo de realización, pares
adyacentes de juntas sustancialmente ortogonales se combinan para
formar una junta universal 61 o de 2 grados de libertad que tiene
ejes C y D. Este modo de realización, mostrado en las figuras 9a y
9b, comprende arietes hidráulicos 61 que actúan en línea para
impartir momentos de retención a la junta 60, como en el modo de
realización de las figuras 8a y 8b, con la salvedad de que la junta
60 incluye además espigas 63 que sobresalen de la cruceta de junta
62 a través de cierres flexibles de tipo fuelle 64 en un
compartimento sellado en el extremo de cada segmento, y que
accionan los arietes 61. La cruceta 62 incluye dos ejes pivotantes
52a soportados por cuatro puntales 52b. La cruceta 52 está apoyada
en el eje C con respecto al primer segmento 2a mediante soportes
de bisagra 65a y en el eje D con respecto al segundo segmento 2b
mediante soportes de bisagra 65b. Un modo de realización
alternativo emplea la misma configuración sin cierres. En un modo
de realización alternativo (no ilustrado), todos los vástagos de
montaje de los arietes 63 entran en el extremo de un segmento.
Esto permite que todos los arietes hidráulicos 61 y componentes
estén situados en el mismo espacio.
En esta configuración pueden desplegarse
alternativamente juntas de un solo grado de libertad. En un modo de
realización, los arietes internos en línea 61 se despliegan
solamente en un lado del eje de las juntas.
En uno de los modos de realización del aparato,
los elementos estructurales incluyen áreas de estructura de
protección que permiten ángulos de junta muy grandes antes de que
se comprometa la integridad estructural global o la flotación del
elemento. Estas zonas de estructura de protección se comportan de
manera similar a la zona de contracción de un coche.
Otros componentes de la estructura y los
elementos de retención pueden diseñarse de modo similar para
comportarse de una manera benigna que no comprometa la integridad
del sistema completo cuando sea necesario.
Se incluye un intercambiador de calor aceite/agua
para liberar el exceso de energía absorbida de nuevo al mar. Esto
permite que el convertidor siga generando a plena capacidad en
condiciones extremas. En el caso de un fallo de la red eléctrica,
esto proporciona la carga térmica necesaria.
El aceite hidráulico usado por el convertidor es
específico para que sea biodegradable, y no tóxico para los
organismos acuáticos.
La figura 7 muestra un diagrama esquemático de
una posible unidad de alimentación que da servicio a un par de
juntas adyacentes 5. Para una recogida óptima de energía, el
aparato incluye acumuladores hidráulicos 71 dimensionados de manera
que proporcionen una suavización adecuada de la entrada de energía
de ola a ola a partir de cada junta 5. Los arietes de amortiguación
33, 35 bombean aceite a alta presión directamente a los
acumuladores hidráulicos, a través de válvulas de salida pilotadas
72. El aceite a alta presión fluye entonces a través de válvulas
piloto 73 hasta motores hidráulicos de desplazamiento variable 74.
Los motores accionan un generador eléctrico 75.
Se entiende que el circuito hidráulico mostrado
es sólo uno de los circuitos posibles. Otros elementos del
circuito hidráulico son válvulas de entrada 82 pilotadas por
conmutadores hidráulicos 83 para proporcionar restricción cuando
sea necesario, válvulas de liberación de presión 84,
intercambiadores de calor 85 y tanques de sistema presurizados 86,
todos los cuales están conectados hidráulicamente de manera que
resulte claro para la persona experta en la materia.
En situación de uso, la presión en los
acumuladores hidráulicos 71 está acoplada al estado del mar
incidente controlando la velocidad a la que el aceite fluye por los
motores. Cada par de motores está acoplado directamente a un
generador independiente 75. Los generadores 75 están conectados
directamente a la red. Este sistema permite compartir energía entre
juntas, según se requiera en virtud del estado del mar, y ofrece un
alto grado de redundancia en caso de fallo parcial del sistema.
De esta forma, la energía se extrae directamente
convirtiendo el movimiento relativo de secciones adyacentes 2 en
electricidad. Alternativamente, se usa la energía absorbida
directamente o indirectamente para producir un subproducto útil.
Entre los ejemplos de subproductos útiles se incluyen hidrógeno a
través de electrolisis; y agua desalinizada.
El pleno control de la naturaleza y la magnitud
de la retención de amortiguación aplicada a cada una de las juntas
5 se consigue de esta forma habilitando y/o deshabilitando
selectivamente las arietes, y controlando la presión del
acumulador.
Así se puede ver que la amortiguación relativa
aplicada sobre juntas adyacentes, en conjunción con la selección
del ángulo de inclinación de balanceo (\Psi), estimula una
respuesta seudorresonante ajustable que permite una absorción de
energía máxima a partir de un estado del mar determinado. El
control de la magnitud de retención diferencial proporciona un
control de ganancia que se puede establecer en olas pequeñas para
aumentar al máximo la eficacia de la energía extraída por el
convertidor, y en olas grandes, para limitar la respuesta y mejorar
así la supervivencia del convertidor.
En las figuras 6a, 6b y 6c se muestra un posible
sistema de amarre para el convertidor. El sistema de amarre está
diseñado para sujetar la estructura en la orientación correcta
según el estado del mar, con una conformidad apropiada para
acomodarse a condiciones extremas. Hay cuatro cables de amarre
independientes 41, 42, 43, 44, unidos a la estructura, dos 41, 42
cerca de la parte frontal y dos 43, 44, hacia la parte trasera.
Cada uno de los cables de amarre 41, 42, 43, 44, tiene flotadores
45 y pesas de profundidad 46 para dar lugar a un sistema con una
rigidez definida. Los amarres de flotación y profundidad están
pretensados entre sí. Los extremos de los cables están unidos a
anclas 47 en el lecho marino 48.
El sistema de amarre se puede diseñar para que
aplique de forma activa o pasiva un empuje descendente variable
sobre el convertidor o segmentos individuales del mismo en función
de la energía absorbida, o la magnitud de la fuerza de deriva
constante causada por las olas incidentes. Esto puede conducir a
una variación local o global del nivel de flotación del convertidor
o segmentos individuales del mismo y a un inicio más temprano del
"recorte" hidrostático, tal como se ha descrito
anteriormente.
En mares pequeños, la captación de energía se
puede aumentar al máximo orientando el convertidor en un ángulo
con respecto a las olas incidentes. En mares extremos es preferible
que el dispositivo esté orientado en el extremo con respecto a las
olas incidentes.
Esto se puede conseguir utilizando un sistema de
amarre activo o pasivo para presentar el convertidor en un ángulo
con respecto a las olas apropiado para una captación máxima de
energía, o apropiado para la supervivencia, según se requiera. Para
que el convertidor pueda ser capaz de autorreferenciarse, el
convertidor deberá presentarse en un ángulo con respecto al frente
de la ola media adecuado de manera que abarque dos crestas del
frente.
En este modo de realización, se ajusta la rigidez
relativa de los cables de amarre 41, 42, 43, 44 de forma que
permita la guiñada pasiva de la estructura 1 como respuesta a las
olas incidentes. El ángulo de guiñada se determina en función de la
energía absorbida por el convertidor. Adicionalmente o
alternativamente, el ángulo de guiñada se determina según el
período de la ola y/o la amplitud de la ola.
Según esto, tal como se ilustra en las figuras 6a
y 6b, en olas pequeñas cuando no se absorbe mucha energía, el
convertidor presenta un frente amplio con respecto a las olas
incidentes. Por el contrario, en olas grandes, en las que el
convertidor funciona a toda potencia, produce la guiñada hacia la
cabeza en la posición más adecuada para la supervivencia en dichas
olas.
En modos de realización alternativos, tales como
los que se muestran en el ejemplo de la figura 6c, la estructura
puede estar curvada o en zigzag en reposo, y puede incluir juntas
de dos grados de libertad 50, 60. Un amarre de catenaria trasero 49
puede sustituir a los cables de amarre traseros 43, 44.
Así pues, en suma, el convertidor consiste en una
serie de segmentos unidos sucesivamente para formar una cadena.
Cuando se despliega en las olas, la respuesta acoplada de esta
cadena está fuertemente influida por:
i. el tamaño, forma y orientación de los
segmentos individuales de la cadena;
ii. el tamaño, forma y orientación relativos de
cada uno de los segmentos de la cadena;
iii. la configuración global de la cadena
ensamblada, es decir, lineal, curvada, en zigzag o de otra
forma;
iv. el tamaño relativo de cada uno de los
segmentos y la cadena completa con respecto a la longitud de onda
incidente y a la amplitud de la ola;
v. la orientación relativa de la cadena completa
con respecto a las olas incidentes;
vi. los ángulos relativos de las juntas,
segmentos colindantes de acoplamientos, ortogonales o de otra
forma;
vii. el ángulo de inclinación de balanceo
(\Psi);
viii. el nivel al que los segmentos individuales
y la cadena completa flotan en el agua;
ix. el tipo de retención establecido en cada
junta;
x. la magnitud de la fuerza de resistencia o
estimulación aplicada por elementos que controlan el movimiento de
cada junta, y
x. la magnitud relativa de fuerzas de resistencia
o estimulación aplicadas por los elementos que controlan el
movimiento de cada junta con respecto a la aplicada sobre otras
juntas de la estructura.
El control de la respuesta acoplada puede
llevarse a cabo ajustando uno o más de los sistemas mencionados. En
la práctica, en el procedimiento preferente, se selecciona el
ángulo de inclinación de balanceo (\Psi) óptimo para el lugar en
el que ha de funcionar la estructura, y se instala la estructura
con dicho ángulo de inclinación de balanceo determinado
previamente, por medio de lastre diferencial y/o amarre
diferencial. La respuesta de la estructura se hace variar entonces
periódicamente para adaptarse a las condiciones de las olas en un
período de tiempo en concreto. Si las olas son pequeñas, se pueden
proporcionar restricciones mayores frente a una rotación de
movimiento vertical relativa que las provistas contra la rotación de
movimiento transversal. Esto favorece una respuesta resonante con
acoplamiento en la dirección transversal a lo largo de la
trayectoria inclinada, es decir, al eje inclinado en un ángulo de
inclinación de balanceo con respecto a la horizontal. De esta
forma, se aumenta al máximo la captación de energía. Si las olas
son más grandes, se pueden proporcionar restricciones similares
frente a una rotación de movimiento vertical y una rotación de
movimiento transversal relativas, para prevenir un movimiento
resonante y conseguir una compartición más benigna de la respuesta
entre las dos direcciones, de movimiento transversal y movimiento
vertical. De esta forma, se evitan fuerzas y ángulos grandes en
condiciones de mar gruesa.
Se pueden introducir mejoras y modificaciones a
todo lo anterior sin por ello alejarse del marco de la
invención.
Claims (28)
1. Aparato para la extracción de energía de las
olas, que comprende una pluralidad de elementos estructurales
flotantes (2, 3, 4) conectados entre sí para formar una estructura
articulada en el que cada par de elementos estructurales adyacentes
están conectados entre sí mediante un elemento de acoplamiento (5a,
5b) de forma que permita un movimiento rotacional relativo de
dichos elementos estructurales (2, 3, 4), en virtud de lo cual
cada elemento de acoplamiento (5a, 5b) incluye un elemento adaptado
para extraer energía del movimiento rotacional relativo de dichos
elementos estructurales (2, 3, 4), y en el que el aparato comprende
además medios para aplicar un ángulo de inclinación de balanceo
(\Psi) al eje de rotación relativa (40) de cada elemento de
acoplamiento (5a, 5b) alejado de la horizontal y/o la vertical;
caracterizado porque el aparato también comprende:
medios de restricción variables suministrados en
cada elemento de acoplamiento (5a, 5b) adaptados para aplicar
periódicamente una restricción variable a la rotación relativa de
cada par de elementos estructurales adyacentes (2, 3, 4) como
respuesta al estado del mar dominante.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los elementos estructurales (2, 3, 4) son sustancialmente
alargados y conectados entre sí por sus extremos para formar una
estructura de tipo cadena (1).
3. Aparato según la reivindicación 2, en el que
la estructura de tipo cadena (1) tiene una longitud del mismo
orden de magnitud que la longitud de onda más larga de las olas de
las que extrae la energía.
4. Aparato según la reivindicación 3, que incluye
además un sistema de amarre sin tensión.
5. Aparato según la reivindicación 4, en el que
el sistema de amarre incluye medios para orientar el aparato de
manera que en condiciones normales de funcionamiento abarque al
menos dos crestas de ola.
6. Aparato según la reivindicación 4 ó 5, en el
que el sistema de amarre incluye medios para variar el ángulo de
orientación de la cadena (1) a la dirección media de las olas para
aumentar al máximo la extracción de energía.
7. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los elementos estructurales
(2, 3, 4) son sustancialmente cilíndricos.
8. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los elementos estructurales
(2, 3, 4) incluyen un elemento estructural frontal (3), un
elemento estructural trasero (4) y una pluralidad de elementos
estructurales intermedios (2) conectados entre sí entre los
elementos estructurales frontal y trasero (3, 4), y en el que el
elemento estructural frontal (3) está provisto de un extremo
frontal sustancialmente cónico o troncocónico para reducir al
mínimo el arrastre en mares extremos.
9. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que cada elemento de
acoplamiento (5a, 5b) incluye una junta de un solo grado de
libertad y en el que el eje de rotación relativa (40) de cada junta
está orientado sustancialmente en dirección ortogonal al de la
junta adyacente.
10. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que cada elemento de acoplamiento
(5a, 5b) incluye una junta universal que permite la rotación
relativa de elementos estructurales adyacentes en torno a dos ejes
de rotación mutuamente
ortogonales.
ortogonales.
11. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el elemento adaptado para
resistir el movimiento rotacional relativo de dichos elementos
estructurales (2, 3, 4) es un muelle y/o un elemento
amortiguador.
12. Aparato según la reivindicación 11, en el que
se suministra una pluralidad de elementos y se aplican magnitudes
diferentes de restricción a los pares de juntas sustancialmente
perpendiculares con el fin de inducir una respuesta de acoplamiento
transversal.
13. Aparato según la reivindicación 11 ó 12, en
el que el aparato está provisto de medios de control adaptados
para controlar la capacidad del aparato de absorber energía por
medio de la orientación de las juntas y la retención diferencial de
las mismas.
14. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el aparato está provisto de
un sistema de lastre.
15. Aparato según la reivindicación 14, en el que
el sistema de lastre incluye tanques de lastre (20) que contienen
medios de entrada (21) y medios de salida (22), en el que dichos
medios de entrada son mayores que dichos medios de salida.
16. Aparato según las reivindicaciones 14 ó 15,
en el que el sistema de lastre actúa para variar el ángulo de
inclinación de balanceo (\Psi) de la cadena mediante la provisión
de un lastre asimétrico.
17. Procedimiento de extracción de energía de las
olas que comprende las etapas siguientes:
desplegar un aparato que consiste en una
pluralidad de elementos estructurales flotantes (2, 3, 4)
conectados entre sí para formar una estructura articulada, con cada
par de elementos estructurales adyacentes (2, 3, 4) conectados
entre sí a través de un elemento de acoplamiento (5a, 5b) de manera
que se permite un movimiento rotacional relativo de dichos
elementos estructurales (2, 3, 4) bajo la acción de las olas, en
virtud de lo cual cada elemento de acoplamiento (5a, 5b) incluye un
elemento adaptado para resistir y extraer energía a partir del
movimiento rotacional relativo de dichos elementos estructurales
(2, 3, 4),
orientar la estructura para que el extremo
frontal de la estructura quede enfrentado a las olas que se
aproximan; y
extraer la energía absorbida,
caracterizado porque dicho procedimiento
comprende además las etapas siguientes:
aplicar un ángulo de inclinación de balanceo
(\Psi) a al menos algunos de los elementos de acoplamiento (5a,
5b) en la estructura articulada, de manera que el eje de rotación
relativa (40) de al menos algunos de los elementos de acoplamiento
(5a, 5b) quede oblicuo en el ángulo de inclinación de balanceo
(\Psi) con respecto a la horizontal; y
aplicar una restricción variable a la rotación
relativa de cada par de elementos estructurales adyacentes (2, 3,
4) con el fin de controlar la respuesta dinámica de la estructura
a la acción de las olas, en el que la restricción se hace variar
periódicamente con arreglo a la magnitud de las olas.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, que
comprende la etapa adicional consistente en:
seleccionar la longitud de la estructura
articulada de tal manera que la estructura tenga una longitud
comparable a la longitud de onda más larga en condiciones de olas
normales, pero más corta que las longitudes de onda en tiempo de
tormenta.
19. Procedimiento según la reivindicación 16, en
el que la longitud de la estructura articulada se selecciona de
manera que en condiciones de olas normales la estructura abarque al
menos dos crestas de ola.
20. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 19, que comprende la etapa adicional
consistente en:
variar el ángulo de guiñada de orientación de la
estructura articulada con respecto a la dirección de la ola media
para aumentar al máximo la extracción de energía.
21. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 20, en el que una parte de los elementos de
acoplamiento (5a, 5b) permite una rotación relativa alrededor de un
primer eje transversal sustancialmente perpendicular a la longitud
de la estructura y una parte de los elementos de acoplamiento (5a,
5b) permite una rotación relativa en torno a un segundo eje
transversal orientado sustancialmente en dirección ortogonal con
respecto al primer eje transversal.
22. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 21, que comprende la etapa adicional
consistente en:
seleccionar el ángulo de inclinación de balanceo
(\Psi) para asegurar que el aparato está orientado en un ángulo
tal que su modo de movimiento en la orientación en dicho ángulo sea
resonante con las olas que llegan.
23. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 22, en el que el ángulo de inclinación de
balanceo (\Psi) se hace variar mediante un lastre asimétrico.
24. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 22, en el que el ángulo de inclinación de
balanceo (\Psi) se hace variar mediante el amarre de los
elementos estructurales (2, 3, 4).
25. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 24, en el que cada uno de los elementos de
acoplamiento (5a, 5b) incluye muelles adaptados para aplicar
diferentes restricciones a la rotación relativa de los elementos
estructurales adyacentes (2, 3, 4).
26. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 24, en el que cada elemento de acoplamiento
(5a, 5b) incluye amortiguadores adaptados para aplicar diferentes
restricciones a la rotación relativa de los elementos estructurales
adyacentes (2, 3, 4).
27. Procedimiento según las reivindicaciones 25 ó
26, que comprende la etapa adicional consistente en:
aplicar diferentes restricciones a la rotación
relativa en torno a un primer y un segundo eje transversal con el
fin de inducir una respuesta de acoplamiento transversal.
28. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 27, en el que las restricciones aplicadas
para una rotación de movimiento vertical relativa en torno al
primer eje transversal son mayores que las restricciones aplicadas
sobre la rotación de movimiento transversal relativa en torno a un
segundo eje transversal cuando la amplitud de las olas que llegan
es pequeña, y
en el que las restricciones aplicadas sobre la
rotación de movimiento vertical relativa en torno al primer eje
transversal son del mismo orden que las restricciones aplicadas
sobre la rotación de movimiento transversal relativa en torno al
segundo eje transversal cuando la amplitud de las olas que llegan
es grande.
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