ES2291134B1 - 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.
Objeto de la invención
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.
Antecedentes y sumario de la invención
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.
Breve descripción de los dibujos
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
Descripción de una forma de realización preferida
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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