ES2277957T3 - Instalacion para la obtencion de trabajo util a partir de movimientos de masas de agua tales como olas y/o corrientes. - Google Patents
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Abstract
Instalación para la obtención de trabajo útil a partir de fluctuaciones de energía desordenadas, especialmente movimientos difusos de masas de agua en olas (1-5) o corrientes, que comprende medios para captar fuerzas que actúan a partir de la masa por la velocidad de agua desplazada, así como medios para su transformación en trabajo dirigido, caracterizada porque un árbol (W1) articulado dispuesto entre las inclinaciones (A1, B1) de edificio con eje orientado hacia el frontal de la ola, al que está fijado por medio de largueros al menos a una placa (P1) de transmisión de la fuerza de las olas que puede oscilarse hacia delante y hacia atrás, que puede accionarse al ritmo del movimiento de las olas, que presenta medios para captar las fuerzas que actúan del agua desplazada a través de los vástagos (K1) de émbolo y los émbolos (K2) de trabajo así como por medio de cilindros (Z1, Z2) y con ayuda de un sistema de conductos tubulares con las válvulas (RV1, RV2) de retención así como las tuberías(SL1) de llenado por aspiración para (Z1) o (SL2) para (Z2), comprendiendo un almacenamiento (MWS) de agua marina con una tubería (DL1) a presión de alimentación así como una tubería (E1) de extracción con una turbina (T1) para la generación de corriente y/o un almacenamiento (FLS) de llenado con tuberías (SL1) de unión con los cilindros (Z1, Z2) con una válvula (RV1) de retención dispuesta conjuntamente y una válvula (BE1) de aireación o de desaireación.
Description
Instalación para la obtención de trabajo útil a
partir de movimientos de masas de agua tales como olas y/o
corrientes.
La invención se refiere a una instalación para
la obtención de trabajo útil a partir de fluctuaciones de energía
desordenadas, especialmente movimientos difusos de masas de agua
tales como olas y/o corrientes.
La invención sirve para el objetivo de aportar
una contribución a cubrir la demanda de energía que ha aumentado
enormemente a nivel mundial, y concretamente evitando de manera
estricta los efectos secundarios indeseados o desventajosos tales
como la contaminación ambiental por ejemplo mediante residuos de
combustibles nucleares u otro material combustible o de gases de
escape dañinos, así como del consumo derrochador de reservas de
energía irrecuperables tales como carbón o petróleo.
Los océanos contienen cantidades inimaginables
de energía que puede regenerarse continuamente y no aprovechada en
su mayor parte, que si se aprovechara al menos en una pequeña parte,
cubriría el presupuesto energético de toda la humanidad, así por
ejemplo mediante la obtención o la generación de agua de uso general
y/o potable, para la demanda de agua de la industria y la
agricultura, a modo de ejemplo con ayuda del tratamiento y la
desalinización de agua marina.
Para poder aprovechar las fuentes de energía
desordenadas de un mar se tienen en cuenta a este respecto:
- -
- los movimientos de las olas de la superficie del agua,
- -
- las corrientes por ejemplo mediante la compensación cuantitativa de masas de agua de diferentes zonas marinas, por ejemplo en el estrecho de Gibraltar o en el caso de las corrientes alrededor de los conti- nentes,
- -
- las oscilaciones del nivel de agua a consecuencia de las diferencias de las mareas.
Correspondientemente a las formas de
manifestación diferentes que han de considerarse son también muy
diferentes los medios que pueden utilizarse para su
aprovechamiento.
Especialmente han de tenerse en cuenta entre los
movimientos de las olas por un lado y las corrientes de compensación
por otro lado grandes diferencias con respecto a la amplitud y la
frecuencia, que son determinantes para la obtención pretendida de
trabajo útil.
El documento US 5.708.305 muestra cuerpos
flotantes o canoas en vástagos que pueden oscilar horizontalmente,
que sólo presentan una eficacia limitada al captar las fuerzas de
las olas y en general ponen en práctica un modo de construcción
relativamente inestable.
El documento US 5.009.568 da a conocer una
turbina abierta, que puede accionarse por el rebose de las olas con
un eje de rotación horizontal. El rebose del agua de accionamiento
funciona de manera satisfactoria sólo en el caso de un paso de las
olas relativamente elevado.
El documento US 4.939.662 muestra una báscula de
maderos horizontal con un cuerpo flotante en forma de plato
dispuesto en el extremo externo para la inducción de elevaciones de
trabajo para diferentes tipos de obtención de energía.
El documento US 4.313.711 muestra una turbina
con una disposición abierta de palas de rotor para el funcionamiento
y la obtención de potencia dentro de una corriente de agua. Un
registro directo de las fuerzas de las olas sólo es posible de
manera limitada con ello.
El documento 4.263.516 se refiere a una central
subterránea empotrada en una roca con turbina abierta en un canal
de salida de agua. Su modo de construcción requiere la presencia de
una costa acantilada con formaciones de
rocas.
rocas.
El documento US 1.823.190 usa un cuerpo flotante
en una viga galopante para la transformación de elevaciones de
trabajo a consecuencia de movimientos de las olas a través de un
engranaje puramente mecánico para el accionamiento por rotación de
un generador de corriente.
Y finalmente el documento US 1.385.738 muestra
una vía de rodadura guiada inclinada hacia abajo al océano movido
por las olas con un cilindro de bombeo dispuesto bajo el agua en el
extremo inferior y entre éste y una estructura de raíles fija en
posición una especie de vía de ruedas dentadas para un elemento para
el impacto de las olas que puede accionarse de manera trasladable
con un motor que se encuentra en su interior.
Partiendo del estado de la técnica mencionado
previamente, la invención se basa en el objetivo de proporcionar
medios seleccionados para la obtención de trabajo útil,
especialmente a partir de fluctuaciones desordenadas o movimientos
difusos de masas de agua para realizar técnicamente una
transformación al menos parcial de la energía latente contenida en
las mismas en trabajo útil, que pueden ponerse en práctica con una
relación costes/aprovechamiento económica.
El objetivo se soluciona mediante una
instalación para la obtención de trabajo útil a partir de
fluctuaciones de energía desordenadas, especialmente movimientos
difusos de masas de agua en olas o corrientes, especialmente
mediante medios seleccionados para captar fuerzas que actúan a
partir de la masa por la velocidad de las masas de agua desplazadas
así como mediante medios para su transformación en trabajo dirigido
según los rasgos característicos de la reivindicación 1.
Otros detalles, características y ventajas de la
invención deben tomarse de la explicación posterior de un ejemplo
de realización representado esquemáticamente en los dibujos.
Muestran:
la figura 1a, 1b la vista en planta desde
arriba y la vista lateral de un edificio dispuesto en el agua de la
orilla para la obtención de energía a partir de los movimientos del
agua marina
la figura 2 una bomba con un
depósito de agua marina situado más elevado y una turbina para la
generación de corriente
la figura 3 una bomba con un
depósito de agua marina situado más elevado y dispositivos para la
desalinización de agua marina y la generación de agua potable.
Las figuras muestran ejemplos concretos para
garantizar el suministro de energía, para la producción de agua
potable y especialmente en países calurosos para cubrir los costes
de riego para la agricultura conservando los recursos fósiles, para
aprovechar éstos para necesidades con más sentido.
En la playa o en la orilla se encuentra por
ejemplo un edificio "B1", que se prepara a partir de piezas
prefabricadas u hormigón in situ, u otro material adecuado,
o está fijado sobre el fondo "M1" del mar. La fijación y la
resistencia estática contra la fuerza máxima de las olas que ha de
esperarse se realizan mediante perforación, derrame, unión
machihembrada mediante la unión que se realiza con columnas
"S1" con el edificio "B1".
En el edificio planificado previamente en una
construcción que favorece la corriente, abierto en la dirección de
flujo del agua de entrada y de salida, se inserta una placa
"P1" de transmisión de la fuerza de las olas y se mantiene en
su posición con un seguro "S2".
A través de los topes "A1" y "A2", que
pueden regularse y están amortiguados y que limitan la elevación =
camino entre "A1" y "A2", se transmite y se limita una
cantidad determinada de agua marina y fuerza.
El agua "AW1" de entrada y el agua
"AW2" de salida mueven la placa "P1" de transmisión de la
fuerza de las olas en su dirección de flujo entre los topes
"A1" y "A2", constantemente de manera alternante.
A través de la ola "W1" con el rodamiento
fijo - rodamiento "L1" libre así como el seguro "S2" la
placa "P1" de transmisión de la fuerza de las olas se mantiene
en unión con el edificio "B1" en su sitio y en posición.
A la placa "P1" de transmisión de la fuerza
de las olas están conectados al menos un cilindro, o más de dos
cilindros, "Z1" - "Z2..." de manera desplazable, que se
alimentan a través de una tubería "SL1" de aspiración de una
reserva de agua marina interna o externa protegida de los materiales
de la playa.
Estos cilindros "Z1" y "Z2..." están
unidos a través de rodamiento libre - fijo "FL1" con el
edificio "B1". Por medio de un vástago "K1" de émbolo se
desplaza el agua marina mediante el movimiento del émbolo "K2"
en el cilindro en la tubería "DL1" a presión mediante el
movimiento de la placa "P1" de transmisión de la fuerza de las
olas. A este respecto se cierra la válvula "RV1" de retención
en el caso de agua entrante.
En el caso de agua entrante se cierra la válvula
"RV2" de retención mediante la resaca y la elevación de la
columna de agua de "DL1".
La válvula "RV1" de retención abre y llena
el volumen del cilindro "Z1" + "Z2..." con agua marina,
lleva la placa de transmisión de la fuerza de las olas hasta el
tope "A1". La siguiente ola entrante desplaza la placa de
transmisión de la fuerza de las olas en la dirección de la tierra
hasta el tope "A2", desplaza el agua marina a través de
"RV2" en la tubería "DL1" y alimenta un tanque de
almacenamiento situado elevado con agua marina. A este respecto se
cierra la válvula "RV1" de retención.
En la placa "P1" de transmisión de la
fuerza de las olas se disponen válvulas "F1" de marea para
minimizar la fuerza de retención y para proteger de daños los topes
"A1".
\newpage
El volumen "V1" se determina mediante la
elevación = camino de la placa de transmisión de la fuerza de las
olas en función del diámetro interno del/de los cilindros "Z1"
+ "Z2..." siendo el camino/la elevación del émbolo = elevación
- camino de la placa "P1" de transmisión de la fuerza de las
olas.
La velocidad "Ht1" de elevación depende de
las condiciones atmosféricas - mareas, así como del tiempo entre el
agua entrante y saliente, puede ajustarse en función del camino que
ha de recorrerse, que es igual con la elevación "H1".
Si se mueve tres veces la placa "P1" de
transmisión de la fuerza de las olas por minuto desde el tope
"A1" hasta el tope "A2", entonces tienen lugar 3
elevaciones por minuto y se obtiene una frecuencia de elevación de
la placa de transmisión de la fuerza de las olas de "Hf" = 3
^{elevaciones}/_{min} = 3/60 \cdot ^{elevaciones}/_{s} =
1/20 \cdot ^{elevación}/_{s}.
Si el cilindro "Z1" tiene un volumen V de
desplazamiento de 200 \cdot 10^{-3} m^{3}/elevación entonces
se obtiene según la fórmula:
Q = Hf *
V
una cantidad Q de transporte
de:
Q = ^{1}/_{20}
\cdot 200 \cdot 10^{-3} \ m^{3}/_{s} = 0,01 \
m^{3}/_{s}
Si están conectados 3 cilindros se produce según
la fórmula ampliada por edificio:
Q = Z * Hg *
V
Q = \frac{3
\cdot 3 \cdot 200 \cdot 10^{-3}}{60} = 0,03
\frac{m^{3}}{s}
Si se tienen en cuenta varios edificios, que
transportan en una tubería a presión común, la cantidad de caudal
depende de la fórmula:
Q = B * Z * Hg
*
V.
Partiendo de la suposición de tres edificios se
deduce:
Q = \frac{3
\cdot 3 \cdot 3 \cdot 200 \cdot 10^{-3}}{60} = 0,09
\frac{m^{3}}{s}
Q = 324 \
m^{3}/h.
Esto corresponde a una potencia "Z1" de
cilindro de:
= 36 \
m^{3}/h.
La placa de transmisión de la fuerza de las olas
se determina por su superficie en función del número y la
superficie de émbolos del o de los cilindros en el caso de agua
entrante y saliente de un mínimo a un máximo.
La estática del/de los edificios, así como de
todas las piezas se determina por el agua entrante y saliente
máxima (paso de las olas - paso del océano) más una seguridad
necesaria.
El agua "Q" desplazada a través de los
cilindros "Z" en las tuberías "DL" a presión, que mediante
las resistencias según el uso "VZ" previsto se opone al mismo
como grado de eficacia, se introduce como factor en el cálculo de
la potencia.
Usos previstos pueden ser:
filtraciones, obtención de energía a través de
ruedas hidráulicas, turbinas, generadores y sus accionamientos de
cualquier tipo, ósmosis inversa, destilaciones, eras de
infiltración, evaporación, vaporizadores, filtros de tierra,
instalaciones de desalinización, carga de minas cerradas, carga de
tanques de captación elevados,...
Ejemplo de uso
1
En una montaña cerca de la costa 250 m por
encima del nivel del mar existe un tanque de captación de agua
marina con un volumen de captación de 3600 m^{3}.
Se alimenta este tanque a través de una tubería
a presión tendida, escalón de presión PN 40 de una central
eléctrica de bombeo de olas de agua marina con tres cilindros tal
como se indica en el ejemplo 1:
Q = B * Z * Hg
*
V
Q = \frac{1
\text{*} 3 \text{*} 3 \text{*} 200}{60} \ \cdot \ 10^{-3} \ \cdot \
3600 \ m^{3}/h = 108 \
m^{3}/h.
De esto se deduce un tiempo de llenado del
tanque de 33,333 h.
Este tanque contiene un desagüe (GA1) de base,
un rebose (N1) de emergencia y una tubería (E1) de extracción.
A través de una de las tuberías conectadas se
dispone una tubería descendente, a la que está conectada una
turbina (T1), rueda hidráulica, que acciona un generador y genera
corriente. El agua saliente de la turbina se suministra a un
edificio con compuerta, que se encuentra por debajo, y se suministra
a destino, por ejemplo a una mina cerrada, lo que produce, mediante
la filtración con tierra, agua dulce a partir de agua marina, y por
consiguiente aumenta el nivel de agua subterránea (figura 3).
Esto tiene de nuevo ventajas para el riego del
suelo en la agricultura pero también desventajas por la salinización
de la tierra y la formación de salmuera.
Esta salmuera puede aprovecharse entonces de
nuevo para la obtención de sal en la industria alimentaria.
El agua marina sobrante se suministra a través
del rebose (N1) de emergencia, igual a la tubería de retención, a
la reserva de agua marina con rebose al mar.
Ejemplo de uso
2
Mediante la presión o la fuerza de
desplazamiento, que se calcula a partir de la superficie de la placa
"P1" de transmisión de la fuerza de las olas y la superficie
"K2" de émbolo del cilindro "Z1" + "Z2...", se
determina la altura de transporte o la presión en la tubería
"D2" a presión en el caso de un sistema cerrado.
Suponiendo que tal como en el ejemplo de uso 1
se proporciona una altura de transporte de 250 m, podría accionarse
una instalación desalinizadora dependiente de la presión u ósmosis
inversa. En el caso de una demanda de presión menor se llevaría de
vuelta el exceso al mar, o se suministraría a un silo de sal,
destilación u otro uso (figura 3).
Ejemplo de uso
3
Mediante el desplazamiento del agua marina del
cilindro "Z" se hace funcionar a través de una tubería a
presión una instalación de destilación (o un vaporizador) que se
templa o se calienta mediante la temperatura a través del calor de
la tierra (ejemplo las Montañas de fuego en Lanzarote) o energía
solar (espejo ustorio) y con ello se separa mediante evaporación la
sal del agua, aprovechándose el agua para el agua potable o el
aprovechamiento como agua de uso ge-
neral, aprovechándose la sal para el aprovechamiento alimentario o sal antiescarcha o en la industria de la construcción.
neral, aprovechándose la sal para el aprovechamiento alimentario o sal antiescarcha o en la industria de la construcción.
El agua marina sobrante se usa tal como en el
ejemplo 1 para la obtención de energía (transformación en
electricidad), dado que estos procesos tienen una dependencia de
tiempo diferente.
A este respecto la energía obtenida se aprovecha
en todos los procesos para la energía de proceso y los excedentes
se alimentan a la red centralizada o descentralizada.
La invención es adecuada para derivar con medios
económicos la fuente inagotable de energía o trabajo sin
desventajas reconocibles para el medio ambiente y soluciona de
manera óptima el objetivo mencionado al principio.
- A1 =
- Tope de agua saliente
- A2 =
- Tope de agua entrante
- AW1 =
- Agua entrante
- AW2 =
- Agua saliente
- B1 =
- Edificio (hormigón in situ/pieza prefabricada)
- FL1 =
- Rodamiento fijo/libre
- H1 =
- Elevación de la placa de transmisión de la fuerza de las olas = Elevación de émbolo
- K1 =
- Vástago de émbolo
- K2 =
- Émbolo
- L1 =
- Rodamiento, ola, placa de transmisión de la fuerza de las olas
- M1 =
- Fondo del mar - suelo de la tierra
- P1 =
- Placa de transmisión de la fuerza de las olas
- RV1 =
- Válvula de retención, tubería de llenado por aspiración
- RV2 =
- Válvula de retención, tubería a presión
- SL1 =
- Tubería de llenado por aspiración "Z1"
- SL2 =
- Tubería de llenado por aspiración "Z2"
- S1 =
- Columnas = Unión estática con "B1"
- DL1 =
- Tubería a presión
- W1 =
- Nivel del agua
- Z1 =
- Cilindro 1
- Z2 =
- Cilindro 2 y más
- V1 =
- Volumen por cilindro
- P1 =
- Placa de transmisión de la fuerza de las olas
- H1 =
- Elevación = camino de émbolo
- K1 =
- Vástago de émbolo
- K2 =
- Émbolo
- Z1 =
- Cilindro
- BE1 =
- Válvula de (des)aireación
- RV1 =
- Válvula 1 de retención de la tubería de aspiración
- SL1 =
- Tubería de llenado por aspiración del cilindro
- RV2 =
- Válvula 2 de retención de la tubería a presión
- DL1 =
- Tubería a presión del alimentador
- GA1 =
- Desagüe de base
- MWS =
- Almacenamiento de agua marina
- E1 =
- Tubería de extracción
- T1 =
- Turbina - Generación de corriente
- N1 =
- Tubería de rebose
- FLS =
- Almacenamiento de llenado.
Claims (3)
1. Instalación para la obtención de trabajo útil
a partir de fluctuaciones de energía desordenadas, especialmente
movimientos difusos de masas de agua en olas (1-5) o
corrientes, que comprende medios para captar fuerzas que actúan a
partir de la masa por la velocidad de agua desplazada, así como
medios para su transformación en trabajo dirigido,
caracterizada porque un árbol (W1) articulado dispuesto entre
las inclinaciones (A1, B1) de edificio con eje orientado hacia el
frontal de la ola, al que está fijado por medio de largueros al
menos a una placa (P1) de transmisión de la fuerza de las olas que
puede oscilarse hacia delante y hacia atrás, que puede accionarse
al ritmo del movimiento de las olas, que presenta medios para captar
las fuerzas que actúan del agua desplazada a través de los vástagos
(K1) de émbolo y los émbolos (K2) de trabajo así como por medio de
cilindros (Z1, Z2) y con ayuda de un sistema de conductos tubulares
con las válvulas (RV1, RV2) de retención así como las tuberías
(SL1) de llenado por aspiración para (Z1) o (SL2) para (Z2),
comprendiendo un almacenamiento (MWS) de agua marina con una
tubería (DL1) a presión de alimentación así como una tubería (E1)
de extracción con una turbina (T1) para la generación de corriente
y/o un almacenamiento (FLS) de llenado con tuberías (SL1) de unión
con los cilindros (Z1, Z2) con una válvula (RV1) de retención
dispuesta conjuntamente y una válvula (BE1) de aireación o de
desaireación.
2. Instalación según la reivindicación 1,
caracterizada porque la placa (P1) de transmisión de la
fuerza de las olas está dispuesta en una zona elevada de las aguas
entre el seno de la ola y la cresta de la ola oscilando hacia
delante y hacia detrás.
3. Instalación según la reivindicación 1,
caracterizada porque se usa para el funcionamiento de
instalaciones desalinizadoras de agua marina u ósmosis inversa.
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