ES2291134A1 - Turbina movida por las olas marinas. - Google Patents
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Abstract
Se describe una turbina destinada a aprovechar la energía cinética de las olas del mar, para su transformación en movimiento de giro mediante elementos de turbina dispuestos sobre la superficie de una plataforma, que encierra en su interior uno o más generadores de energía eléctrica, anclada en la posición operativa y cuya estabilidad está en función de un compartimiento a su vez subdividido en otros llenos de agua o aire. La plataforma presenta un faldón frontal de superficie inclinada, sobre el que se sitúa un par de rampas articuladas respectivamente al borde superior frontal del cuerpo flotante y entre sí, estando la posición relativa de estas rampas controlada por medio de elementos posicionadores regulados electrónica e informáticamente. Las turbinas consisten en ejes helicoidales que están dispuestos en relación de oblicuidad respecto al eje longitudinal del cuerpo, apoyados sobre soportes, y protegidos superiormente por conformadores.
Description
Turbina movida por las olas marinas.
La presente invención se refiere a una turbina
impulsada por las olas marinas, que aporta esenciales
características de novedad y notables ventajas con respecto a los
medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado
actual de la técnica.
Más en particular, la invención propone el
desarrollo de una turbina especialmente diseñada para su
instalación en determinadas posiciones marinas, con vistas al
aprovechamiento de la energía cinética asociada al movimiento de
las olas marinas, y su transformación en movimiento rotatorio
susceptible de ser aprovechado para mover uno o más generadores
eléctricos y lograr así la producción de energía eléctrica. La
turbina puede adoptar configuraciones de dimensiones y diseño
variables, o incluso ser concebida a modo de módulo independiente
susceptible de acoplamiento con otros de iguales características
para la formación de una instalación de tamaño y potencia
predeterminados.
El campo de aplicación de la invención se
encuentra comprendido dentro del sector de las energías
alternativas, en particular al de fabricación e instalación de
dispositivos y sistemas para el aprovechamiento de la energía
cinética de las olas marinas.
Es conocido por todos el creciente incremento
del consumo de energía a nivel mundial. Desde hace ya un buen
número de años se está concediendo una enorme importancia al uso de
las energías alternativas con vistas a una sustitución paulatina de
la utilización de los recursos naturales cada día más reducidos
como consecuencia del consumo que se hace de los mismos, tanto por
parte de los países industrializados como por aquellos otros en vías
de desarrollo, pero que día a día van incrementando su capacidad
productiva. Las reservas de petróleo y de otros recursos
energéticos tradicionales ven cada vez más reducidas sus
existencias previéndose, para algunos de ellos, una posibilidad de
agotamiento que según algunas estimaciones puede llegar a
producirse en sólo una cincuentena de años o incluso menos. Es por
ello que se hace necesario desarrollar otras fuentes alternativas
de energía, más duraderas y menos contaminantes, que ayuden a
paliar al menos en parte las necesidades de consumo, que sean menos
contaminantes y cuyo desarrollo progresivo permita prever una
sustitución completa o casi completa de las fuentes naturales tras
un número de años. En este sentido, se conoce en la actualidad un
buen número de instalaciones para aprovechamiento de la energía
solar o de la energía eólica, mediante las que se generan unas
cantidades de energía que ahora son importantes, con un
aprovechamiento directo a través de la red eléctrica o de otras
redes de distribución alternativas.
Sin embargo, aunque la evolución ha sido
continua e importante en los sectores eólico y solar, no ha
ocurrido lo mismo en el aprovechamiento de la energía generada por
las olas marinas, la cual, al igual que el sol o el viento,
constituye una fuente inagotable digna de ser tomada en
consideración.
A pesar de este menor desarrollo de la energía
marina, se conocen ya desde hace años algunas instalaciones
mediante las que se ha conseguido aprovechar la energía cinética de
las olas para su transformación en energía mecánica que pueda ser
finalmente aprovechada para la generación de energía eléctrica. En
ese sentido, cabe señalar la existencia del documento de Patente
Española núm. 437.598 de doce de mayo 1975, de la que es titular el
mismo solicitante, en el que se proponía ya una instalación que
constituye la base de diseño de la turbina que va a ser objeto de
descripción en lo que sigue. La turbina del documento anterior, fue
construida a partir de un cuerpo constitutivo de una plataforma
flotante, de forma general paralelepipédica, desde cuya base
superior emergen un par de soportes verticales entre los que se
extiende un eje portador de paletas que en conjunto constituyen una
turbina susceptible de ser accionada por las olas que inciden sobre
la misma. El cuerpo o plataforma flotante se encuentra anclado en
su posición, y presenta por la parte delantera medios de rotura de
la ola incidente, estando estos medios constituidos por una doble
rampa, de las que una primera rampa, de posicionamiento inferior, se
ha fijado al borde superior delantero del mencionado cuerpo o
plataforma, con una inclinación descendente predeterminada, y una
segunda rampa se ha articulado al borde delantero de la primera,
siendo esta segunda rampa de posicionamiento variable mediante un
elemento del tipo de un gato o un husillo, extendido entre ambas
rampas.
De acuerdo con esta exposición de la turbina
descrita en el documento anterior, la presente invención se ha
propuesto como objetivo principal la construcción de una nueva
turbina para aprovechamiento y transformación de la energía
cinética de las olas marinas, construida a partir de los
experimentos y ensayos llevados a cabo sobre la turbina anterior, a
efectos de alcanzar un modelo sustancialmente mejorado respecto a
la realización anterior, que permita un aprovechamiento más
racional de la energía asociada a las olas incidentes. Este
objetivo ha sido plenamente alcanzado mediante la turbina que se va
a describir en lo que sigue, cuyas características principales
aparecen recogidas en la porción caracterizadora de la
reivindicación 1 anexa.
En esencia, la turbina propuesta por la
invención toma como punto de partida la construcción de un cuerpo o
cajón paralelepípedo constitutivo de la plataforma flotante. La
plataforma consta de dos cuerpos: en el superior estarían situados
los generadores eléctricos preparados para producir energía
eléctrica cuando son accionados convenientemente por las turbinas y
un cuerpo inferior de dimensiones variables, que estaría conformado
por compartimentos ocupados por aire o agua, accionados por émbolos
gigantes que permitirían la entrada de aire o de agua según la
necesidad de mantener constante la estabilidad y la línea de
flotación idónea de la plataforma, que estaría situada
aproximadamente entre medio metro y un metro.
Esta caja o plataforma flotante presenta por la
parte enfrentada a la ola, un faldón de posicionamiento inclinado
hacia delante con respecto a la vertical de la plataforma, mientras
que los otros tres lados que lo componen son una continuación de la
verticalidad de la misma.
Esta plataforma presenta también en su parte
frontal o delantera una doble rampa articulada entre sí por su
borde delantero.
La primera rampa, que ocupa la posición inferior
y está apoyada sobre el faldón en su borde inferior mediante
husillos o pivotes, mientras que en su borde superior se une al
borde superior frontal de la plataforma, siendo su posición fija.
Su plano es una rejilla que permite el paso de la ola.
La segunda rampa, situada sobre la primera y
articulada al borde delantero de ésta, constituye un plano variable
para su enfrentamiento a la ola incidente, a efectos de rompimiento
de la misma. La variación de la posición de la segunda rampa con
respecto a la primera fija, se realiza con ayuda de elementos de
tipo hidráulico, situados en el extremo de la plataforma próxima a
la rampa, que permitan la oscilación de apertura o cierre
controlándola por medios informáticos.
En la parte superior de la plataforma, están
colocadas las instalaciones de las turbinas con sus ejes de
configuración helicoidal, apoyados mediante elementos
sustentadores. El movimiento rotatorio de las turbinas provocado por
el movimiento cinético de las olas es transmitido al cuerpo superior
de la plataforma donde están situados los generadores.
Cada eje o turbina está protegido en su parte
superior por medio de un elemento conformador, de forma general
semicilíndrica, que proporciona una cobertura individualizada a
cada turbina evitando el impacto directo de la parte de la ola que
pudiera caer, tras ascender por la segunda rampa, sobre las
turbinas. De esta forma, sin frenar el impulso de la ola, ésta
continuaría su trayecto atravesando la plataforma y haciendo girar
las turbinas.
De acuerdo con una forma de realización
preferida, el posicionamiento de los ejes de turbina es oblicuo con
relación a la dirección de ola incidente, obligando a esta última a
avanzar progresivamente a lo largo de cada turbina, favoreciendo
con ello el aprovechamiento progresivo de la ola en su trayectoria
sobre la plataforma. Este movimiento de giro es transmitido a los
generadores eléctricos encerrados en el interior del espacio de la
caja o plataforma, de manera que la generación de electricidad se
realiza in situ, siendo transportada hacia el exterior con
la ayuda de cables u otro tipo de conductores.
También, de acuerdo con la invención, el
conjunto de turbina puede estar diseñado de modo que constituya un
módulo individual con tamaños muy variables, o incluso con la
particularidad de que varios módulos independientes puedan ser
agrupados entre sí para constituir una instalación de mayores
dimensiones o pudiendo también ser agrupados de forma escalonada
para un mayor aprovechamiento.
Como se comprenderá, los materiales de
fabricación de los diversos componentes serán de una naturaleza tal
que no estén sometidos a la acción de la oxidación, y que a la vez
sean suficientemente resistentes como para aguantar los importantes
esfuerzos a los que van a estar sometidos durante la vida operativa
útil de la instalación.
Estas y otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una forma preferida de
realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La Figura 1 muestra una vista general de la
plataforma donde:
- A
- Plataforma flotante
- 1
- compartimiento superior o de generadores eléctricos
- 2
- compartimiento inferior o regulador posicional
- 3.
- faldón
- 4.
- conformador
- 5.
- turbina
- 6.
- soporte turbina
- 7.
- rampa inferior de rejilla
- 8.
- rampa superior articulada
- 9.
- pivotes o soportes verticales de la rampa inferior
- 15.
- tercer compartimiento o sótano
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 2 es una vista en perspectiva de la
turbina, en donde
- 10.
- eje helicoidal de la turbina
- 11.
- lengüeta o filete de la turbina
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 3 es una representación esquemática de
un módulo de cámaras de aire y agua. En donde
- 12.
- émbolo
- 13.
- ranura del émbolo
- 14.
- cámara de aire y agua
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 4 es una representación de varias
plataformas independientes agrupadas escalonadamente.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 5 es una representación esquemática de
una plataforma gigante escalonada.
\vskip1.000000\baselineskip
Tal y como se ha mencionado en lo que antecede,
la descripción detallada de la forma de realización preferida de la
invención va a ser llevada a cabo en lo que sigue con la ayuda de
los dibujos anexos, a través de los cuales se utilizarán las mismas
referencias numéricas para designar las partes iguales o semejantes.
Así, atendiendo en primer lugar a la Figura 1 de los dibujos, se
puede apreciar una representación esquematizada, en perspectiva, de
un módulo de turbina construido de acuerdo con la invención,
construido en torno a un cuerpo flotante A con la configuración
general de una caja cuyo interior se compone de diversos
compartimentos. En el compartimiento superior 1, se alojan
generadores eléctricos convencionales (no visibles en la figura). El
compartimiento medio 2 es una cámara de agua y aire compuesto, a su
vez, de diversos compartimentos. En los extremos de cada
compartimiento hay un émbolo 12 bidireccional en cuyo extremo
superior se incorpora una ranura 13 por la que se comunican ambos
espacios de agua y aire. En caso de desplazamiento del émbolo, bien
de un lado o del otro, el aire que está encima del agua se desplaza
en una dirección u otra, acumulándose más o menos aire o agua en
cada espacio. Estos émbolos 12 serían movilizados electromagnética e
informáticamente parra poder mantener la línea de flotación de la
plataforma A en su punto idóneo. En casos especiales de gran peso a
soportar por la plataforma a, el agua de los compartimentos podría
ser sustituida parcial o totalmente por el aire mediante potentes
inyectores.
Esta plataforma flotante A presenta por su parte
enfrentada a la ola un faldón 3, de posicionamiento inclinado hacia
delante con respecto a la vertical de la plataforma, mientras que
los otros tres lados que lo componen son una continuación de la
verticalidad de la plataforma, siendo la longitud del faldón
variable en profundidad en función del movimiento submarino que
acompaña a la ola, para evitar así corrientes submarinas que
pudieran desestabilizar en mayor o menor grado la plataforma. La
parte frontal que constituye un plano inclinado puede ascender la
ola incidente cuando es de un tamaño poco importante o bien la
porción inferior de una ola cuando es de una magnitud más
importante. Sobre dicho faldón se sitúan dos rampas, 7 y 8, de las
que una primera rampa de posicionamiento inferior, 7, constituida
por una rejilla, está fijada al borde delantero superior de la
plataforma A apoyándose en el faldón 3 en su parte inferior, de
forma que no presenta oposición al paso de la ola, y su posición es
fija.
Por otro lado, la plataforma 1 se prolonga en
profundidad con un tercer compartimiento 15 considerado como sótano
de la plataforma y que estaría situado por debajo del segundo
compartimiento 2. La finalidad de este compartimiento 15, de
dimensiones variables, es la de ser una gran cámara de aire
potencial ante la posible circunstancia de la existencia de olas
gigantes o mar enarbolada. Su misión fundamental es la de mantener
en todo momento, y en constante relación con el segundo
compartimiento, la estabilidad y la línea de flotación de la
plataforma. Su funcionamiento sería similar o parecido a los
mecanismos del segundo compartimiento.
De acuerdo con la realización preferida de la
invención, una importante particularidad de la misma reside en la
provisión de las dos rampas, 7 y 8, que se han mencionado en lo que
antecede en posición relacionada con la parte delantera del cuerpo
flotante o plataforma A, es decir, posicionadas por encima de la
zona del faldón 3, tal y como aparece representado en la Figura 1
que se está describiendo. Ambas rampas que han sido señaladas con
las referencias numéricas 7 y 8, son regulables con relación a dicho
faldón 3. La primera rampa 7, es decir, la que ocupa posición
inferior, está apoyada sobre el faldón 3, en su parte inferior
mediante gatos o pivotes, mientras que el borde superior frontal de
dicha rampa 7, se une con el borde superior frontal del cuerpo A,
siendo su posición fija. La segunda rampa 8, es decir, la que ocupa
posición superior, está relacionada articuladamente con la inferior
7 por los bordes delanteros adyacentes de ambas. La posición en
apertura de la rampa superior 8, está regulada por sistemas
hidráulicos informatizados situados en la parte frontal de la
plataforma A.
Además, la invención presenta la particularidad
de que la rampa 7 ha sido construida con una configuración de
rejilla. De este modo, cuando el módulo se encuentra situado en
posición operativa, una ola que incida sobre la parte frontal del
módulo, subirá por el plano inclinado del faldón 3 y pasará a
través de la rejilla de la rampa 7, sin apenas oposición de ésta,
para alcanzar las posiciones de los elementos de turbina 5 situados
en la parte superior de la plataforma A. Cuando la ola sea de gran
magnitud o envergadura, al incidir sobre las rampas 7 y 8, se
dividirá en dos partes. La parte inferior de la ola seguirá la
trayectoria ya comentada ascendiendo por el plano inclinado del
faldón 3 y pasando a través de la rejilla de la rampa inferior, 7,
mientras que la parte superior de la ola ascenderá por la rampa 8 y
caerá por gravedad en forma de cascada hacia la plataforma A, sobre
los protectores o conformadores 4, evitándose de ese modo un
impacto directo sobre los elementos de turbina 5, pero siendo
aprovechada su cinética en virtud de su recorrido posterior sobre la
superficie de la plataforma. De este modo se produce el rompimiento
o división de la ola, pero la energía que transporta es aprovechada
prácticamente en su totalidad.
Desde posiciones enfrentadas a ambos lados de la
superficie superior de la plataforma A, aparecen soportes
verticales 6 alineados transversalmente, que constituyen montantes
para cada uno de los ejes helicoidales 10 que, extendidos según la
dirección general diagonal u oblicua transversal, constituyen los
elementos de turbina 5. Las lengüetas o filetes 11, de estos ejes
helicoidales 10, apreciablemente sobresalientes por debajo del
conformador 4, presentan una altura y superficie apropiados para la
acción de la ola que atraviesa la plataforma A. De esta manera
existe una cantidad de superficie apropiada para la transformación
de la energía derivada del impacto de la ola incidente, en un
movimiento de giro de cada uno de los elementos de turbina 5.
La capacidad de giro de dichos ejes 10, está
facilitada por la incorporación de rodamientos adecuados (no
representados), vinculados a estos soportes 6, cuyo movimiento
rotatorio es transmitido a los generadores eléctricos situados en
el compartimiento superior 1. Según se aprecia en la figura 1, cada
uno de los ejes helicoidales 10 está cubierto en su parte superior
por medio de un conformador 4, con forma semicilíndrica. La función
de los conformadores 4, como ya ha quedado dicho, es la de proteger
las turbinas 5 del impacto de las olas. En la figura 2 se puede
apreciar una turbina 5 con su eje 10, soportes 6 y lengüetas o
filetes 11.
A través de las Figuras comentadas, se ha podido
apreciar la disposición de varios elementos de turbina 5
posicionados a lo largo de la superficie del cuerpo flotante A.
Según se ha dicho, el posicionamiento de los elementos de turbina 5
será oblicuo con respecto al eje geométrico del módulo, de modo que
se realice un mejor aprovechamiento del paso de la ola y por tanto
un rendimiento incrementado al obligar a la ola a seguir un
recorrido que incluye a la totalidad de la longitud de cada una de
las turbinas.
La disposición de las turbinas puede ser
apreciada más claramente en la representación esquemática de las
Figuras 4 y 5, incluidas únicamente a efectos de ilustración del
posicionamiento de una multiplicidad de módulos individuales A
acoplados lateralmente, y formando un frente común, escalonado, al
paso de las olas.
En la Figura 5 se representa una única
plataforma A gigante en forma escalonada. La ilustración de los
elementos de turbina 4 aparece posicionada guardando una cierta
inclinación con respecto a eje geométrico de la plataforma A.
Por último, en la Figura 5 se representa en
forma esquematizada una instalación de múltiples módulos o
plataformas A, agrupadas entre sí escalonadamente en cuyas
superficies se aprecian múltiples turbinas 5 siguiendo direcciones
oblicuas con respecto a la aproximación de la ola y al eje
geométrico de las plataformas.
Por otro lado la plataforma flotante A se
prolonga en profundidad con otro compartimiento 2, que es en
realidad una gran cámara de aire. Su misión es mantener en todo
momento la estabilidad y la línea de flotación de la plataforma A.
El compartimiento 2 está a su vez dividido en otros compartimientos
que están llenos de aire y agua aproximadamente en igual
proporción. En el extremo de cada compartimiento 2 hay un émbolo
bidireccional 12, en cuyo extremo superior existe una ranura 13 por
la que se comunican ambos espacios. En caso de desplazamiento del
émbolo 12 bien de un lado o de otro, el aire que está situado
encima del agua se desplazaría en una dirección u otra acumulando
más o menos aire o agua en cada espacio. Estos émbolos 12 serían
movilizados electromagnética e informáticamente para poder mantener
la línea de flotación idónea de la plataforma. En casos especiales
de gran peso a soportar por la plataforma, el agua de los
compartimentos podría ser sustituida parcial o totalmente por el
aire mediante potentes inyectores.
Por otro lado la plataforma flotante se prolonga
en profundidad con un tercer compartimiento considerado como sótano
de la plataforma y que estaría situado debajo del segundo
compartimiento. La finalidad de este compartimiento, de dimensiones
variables, es la de ser una gran cámara de aire potencial ante la
posible circunstancia de la existencia de olas gigantes o mar
enarbolada. Su misión fundamental es la de mantener en todo momento,
y en constante relación con el segundo repartimiento, la
estabilidad y la línea de flotación de la plataforma. Su
funcionamiento sería similar o parecido al segundo
compartimiento.
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención ha
sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo
que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga
alteración alguna del fundamento de dicha invención, pudiendo
afectar tales modificaciones, en especial, a la forma, al tamaño
y/o a los materiales de fabricación del conjunto o de sus
partes.
Claims (10)
1. Turbina movida por las olas marinas
caracterizada por una plataforma flotante (A) que adopta la
forma general de un cajón paralelepípedo, que consta de una planta
de superficie donde están ubicadas las turbinas (5) con sus
conformadores (4) y soportes (6) y por tres compartimientos
inferiores (1), (2) y (15) y que lleva acoplados a sus extremos un
faldón (3) que se introduce en profundidad en posición vertical por
su lado posterior y ambos laterales, y en su parte frontal en forma
de rampa y lleva también acoplado en su parte frontal doble rampa
articulada sobre sí misma (7) y (8) y que está anclada al fondo
marino de forma convencional.
2. Turbina movida por las olas marinas según
la reivindicación anterior, caracterizada por la existencia
en su superficie de unas turbinas (5) con hélices en forma
helicoidal (2) y situadas en posición diagonal a la plataforma (A) y
a la dirección de las olas.
3. Turbina movida por las olas marinas según
la reivindicación primera caracterizada por la existencia de
un compartimiento superior (1) donde van instalados los generadores
eléctricos que transforman el movimiento rotatorio de las turbinas
(5) en energía eléctrica.
4. Turbina movida por las olas marinas, según
la reivindicación primera caracterizada por la existencia de
un segundo compartimiento (2) conformado a su vez por
compartimientos más pequeños (14), en número variable, siendo
ocupado su interior por agua y aire en proporciones similares y
accionados por émbolos bidireccionales (12), dichos compartimientos
disponen en su parte superior de una ranura (13) por la que se
realiza el trasvase de agua o aire al se movilizados por el émbolo
(12).
5. Turbina movida por las olas marinas según
la reivindicación primera, caracterizada por la existencia
de un tercer compartimiento (15) de dimensiones variables y de
características similares al compartimiento (2) destinado a ser una
gran cámara de aire potencial que entra en acción para mantener la
estabilidad y línea de flotación de la plataforma (A) ante la
posible existencia de olas gigantes o mar enarbolada.
6. Turbina movida por las olas marinas según
la reivindicación primera caracterizada por la existencia de
una doble rampa articulada sobre sí misma (7) y (8) en la parte
frontal de la plataforma, en dirección frontal a las olas, siendo la
primera rampa fija y en rejilla, la segunda rampa articulada sobre
la primeras es móvil.
7. Turbina movida por las olas marinas según
la reivindicación primera caracterizada por la existencia de
unos conformadores (4) semicilíndricos situados encima de las
turbinas (5) y apoyados sobre unos soportes (6).
8. Turbina movida por las olas marinas según
la reivindicación primera caracterizada por la existencia de
unos soportes (6) de apoyo a los ejes de las turbinas (5) y de los
conformadores (6), sirven también de soporte y protección de los
engranajes de transmisión mecánica del movimiento rotatorio de las
turbinas (5) al compartimiento inferior (2) de los generadores
eléctricos.
9. Turbina movida por las olas marinas según
las reivindicaciones anteriores y caracterizada por el
tamaño gigante de su plataforma (A) cuya parte frontal es
escalonada.
10. Turbina movida por las olas marinas según
las reivindicaciones anteriores y caracterizada por estar
constituida por varias plataformas (A) independientes, de menor
tamaño, que se acoplan entre sí de forma escalonada.
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