ES2299361B1 - Central acuatica rotativa generadora de electricidad. - Google Patents
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Abstract
Central acuática rotativa generadora de
electricidad, que comprende un eje vertical (1) fijado al lecho del
agua, sobre el que deslizándose verticalmente y girando en torno al
cual va una argolla (7) a la que se sujeta una barra en forma de
"Y" (3) mediante dos articulaciones tipo rótula (4), y el otro
extremo unido a una cápsula cónica (5), con escotilla (6),
albergando en su interior un generador eléctrico tipo dinamo (10)
cuyo rotor está unido al eje central (11) de un cilindro alargado
giratorio flotante (14) mayormente hueco, de base circular y
rematado en otro cono; dicho eje central (11) se une al cuerpo del
cilindro (14) mediante una radios (12), dicho cuerpo cuenta con
aspas (8) oblicuas que al ser impulsadas por las aguas hacen girar
el cilindro (14) sobre la cápsula (5) unidas ambas por un engranaje
(9), transmitiéndo dicho giro el eje central (11) al generador (10)
enviándose la electricidad generada mediante un cable extensible
(13) por dentro de la barra y del eje vertical (1) llegando hasta la
red eléctrica.
Description
Central acuática rotativa generadora de
electricidad.
La presente invención se refiere a una central
acuática rotativa generadora de energía eléctrica, perteneciente al
sector técnico de la generación eléctrica por aprovechamientos de
elementos naturales, en este caso de corrientes y oleajes de masas
de agua. Es un ingenio de funcionamiento sencillo que aprovecha la
fuerza motriz de las aguas en curso, para transformar su energía
dinámica en energía eléctrica. Su estructura, articulaciones,
movilidad, y tipos de giros, consiguen, acoplar el conjunto a los
cambios constantes de este elemento voluble por definición, sea en
mares y océanos o en ríos, mejorando la absorción del poder del
movimiento y optimizando así la transformación energética
mencionada.
Desde los molinos de agua hasta las centrales
hidroeléctricas hay un largo recorrido en el aprovechamiento de la
fuerza del agua. Así las centrales hidráulicas explotan la energía
potencial del agua embalsada mediante la construcción de pantanos y
presas. Los movimientos del mar, especialmente las mareas, son
también aprovechados, aunque en la actualidad existen muy pocas
instalaciones de este tipo, la más importante está ubicada en el
estuario del río Rance (Francia) desde 1966 con una potencia
instalada de 240 MW. La "mareomotricidad", se basa en la
diferencia de alturas entre las mareas, y aprovecha la energía
generada por el paso del agua. Belidor y otros ingenieros franceses
estudiaron y aplicaron sistemas mareomotrices en el estuario de
Arranches y cerca de Brest. También se usa para generar
electricidad la diferencia térmica entre las aguas superficiales y
profundas; esto se conoce desde 1930, y Estados Unidos estudia la
realización de varios proyectos de este tipo (existen uno en
funcionamiento, en Hawai, desde 1981).
Otras opciones para la generación de energía
eléctrica, son el aprovechamiento de las olas, o la creación de
dispositivos de "desborde de canal", es decir, crear saltos de
agua artificiales para producir electricidad mediante turbinas.
Específicamente el aprovechamiento de corrientes, ondas y olas
también se ha probado de distintos modos, hasta ahora sin demasiado
éxito. La invención que se presenta corresponde particularmente a
este sector de la técnica. La energía que desarrollan las corrientes
y ondas es enorme, en el último caso proporcional a las masas de
aguas que oscilan y a la amplitud de oscilación. En el caso de las
olas y ondas, la energía se descompone en dos partes, las cuales,
prácticamente, son iguales: una energía potencial, la cual provoca
la deformación de la superficie del mar, y una energía cinética o
de movimiento, debida al desplazamiento de las partículas; en suma,
de la masa de agua.
Se han probado dispositivos que se enfocan en
aprovechar las oscilaciones verticales a través de flotadores
unidos a vástagos que se desliza a lo largo de unas guías y cuyos
movimientos verticales se transmiten mediante el vástago a
generadores eléctricos.
En 1929 se llevó a la práctica el primer
proyecto para utilizar la fuerza horizontal de las olas,
empleándose para ello el rotor de Savonius, rueda formada por dos
semicilindros asimétricos montados sobre un mismo chasis. El aparato
funcionó por varios
meses en Mónaco.
meses en Mónaco.
Hasta el momento se han dado numerosos fracasos
en el intento de sacar provecho de la energía de las ondas, las
olas y las corrientes acuáticas, desaprovechándose esta energía
cinética y potencial, que de modo sostenido y gratuito ofrece la
Naturaleza.
Por ello este dispositivo se adapta con
elasticidad y maniobrabilidad al entorno acuático, facilitando la
transformación de estas energías en energía eléctrica, pudiéndose
emplear en un entorno marítimo, de oleaje moderado e incluso
extremo, o en el curso de un río.
La central acuática rotativa generadora de
energía eléctrica consta de un eje cilíndrico redondo vertical, a
modo de columna, fijado al lecho de las aguas, por ejemplo el
marino o el del río, que sobresale suficientemente en la superficie.
Dicho eje fijo, está fabricado con materiales consistentes para
poder soportar la tensión, fuerza de la corriente y el oleaje,
aplicadas sobre todo el ingenio. Está fabricado con materiales
resistentes a la corrosión, como lo son ciertas aleaciones metálicas
o fibras de carbono, nuevos materiales sintéticos, etc. Su diámetro
es variable en función de la fuerza de tensión que haya de
soportar, teniendo en cuenta la fuerza del oleaje, la intensidad de
las corrientes de la zona, así como las dimensiones del ingenio
sujeto a él.
Deslizándose verticalmente sobre dicho eje, y
también girando a su alrededor, a modo de abrazadera con holgura,
va una argolla fabricada con materiales fuertes y resistentes a la
corrosión, preferentemente de aleaciones metálicas, cuyo destino es
servir de pieza de sujeción que une el eje al resto del conjunto del
ingenio.
Dicha argolla cuenta con dos asideras, en su
perímetro al que se fija una barra en forma similar bien a la letra
"Y", o a la "T", o similar. Dicha barra es bien rígida o
bien semi rígida, o incluso elástica, tipo amortiguador, para
reducir el impacto excesivo de determinados oleajes o corrientes.
La unión de la barra en "Y" etc a las asideras está articulada
por dos bisagras cilíndricas, "de rótula" o "bola",
permitiendo a dicha barra, y al conjunto a ella unido, subir y bajar
en un ángulo máximo de hasta 180 grados. En el otro extremo de
dicha barra está sujeta una cápsula en forma cónica, estanca y
sellada, con una escotilla hermética de acceso, que alberga un
generador común tipo dinamo o equivalente, provisto de un rotor que
transforma la energía cinética en eléctrica. Desde la cápsula y por
el interior de la barra anteriormente descrita, va un cable
eléctrico emisario de la energía producida con destino bien a la
red eléctrica, a un acumulador o similar. Dicho cable es de una
longitud máxima equivalente al eje vertical y se recoge o se
despliega desde el interior de dicho eje al subir y bajar el
conjunto de la barra, cápsula y cilindro alargado giratorio,
estando siempre su entrada al eje vertical muy por debajo de la
superficie habitual del curso de las aguas, para evitar que
interfiera con la argolla. Por su parte, la cápsula cónica va unida
a un cilindro alargado giratorio, que es de base circular y está
rematado en su extremo en forma de cono. Van unidos mediante un
rodamiento o un engranaje que le permite al cilindro girar sobre la
cápsula, que se mantiene fija, sin girar, a la barra que le une a la
argolla. Ambos elementos van unidos entre sí de modo también
hermético impidiendo que el agua penetre.
El rotor del mencionado generador va unido al
eje central del cilindro giratorio alargado, y a su vez el eje
central va unido mediante una serie de radios al cuerpo del
cilindro. El cilindro puede ser mayormente hueco, para actuar a modo
de boya hermética flotante, o bien ser más denso, para que esté
sumergido completamente, si es que se destina a aprovechar las
corrientes subacuáticas. Su estructura es resistente como el casco
de un barco, y cuenta en su superficie exterior con numerosas aspas
en forma de hélices redondeadas, similar a las aspas de un
ventilador, o turbina, pero orientadas de modo oblicuo para que no
opongan una resistencia excesiva al paso del oleaje y la corriente.
Dichas aspas están dispuestas de modo que al recibir bien el empuje
de las olas, bien las ondulaciones y las corrientes de agua, hagan
girar todo el cilindro, y por tanto también su eje, sobre la
mencionada cápsula cónica, transmitiendo su fuerza al rotor del
generador. Tanto el cilindro alargado giratorio como las aspas o
hélices redondeadas, dispondrían de balizas luminosas que señalasen
claramente su posición.
Este ingenio produciría una determinada cantidad
de electricidad dependiendo de los diversos factores en juego,
léase la intensidad de la corriente del agua, la fuerza del oleaje,
tamaño y número de las aspas o hélices redondeadas, del cilindro
alargado giratorio, la potencia del generador, etc. Por ello sus
dimensiones son variables, y a modo de ejemplo podemos indicar unas
proporciones aproximadas que pueden ser, a modo de puro ejemplo:
cilindro alargado de tres metros de diámetro y de cincuenta metros
de longitud, aspas de metro y medio de longitud, cápsula de tres
metros de diámetro y seis de longitud, barra de cuatro metros de
longitud, eje vertical de un metro de diámetro y altura según
profundidad del curso de las aguas.
Para la mejor comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los
que, tan sólo a título de ejemplo, se representa un caso práctico
de realización de la central acuática rotativa generadora de energía
eléctrica.
En dichos dibujos la Figura 1 representa el
conjunto completo en su versión flotante, en la que se observa el
eje o columna vertical cilíndrica (1) rematado en una baliza o luz
de señalización (2) de posición y unida al lecho sobre el que
discurre la masa de agua. Igualmente, a través de la barra en forma
de letra "Y" (3) en este caso con forma de amortiguador,
conectada con la argolla (7) a través de dos articulaciones en
forma de rótula (4), se unen el eje vertical (1) con la cápsula
cónica (5) que cuenta con su escotilla de acceso al interior (6) y
que a su vez, mediante una unión (9) sellada y que permite el giro
del cilindro alargado giratorio (14) sobre dicha cápsula (5).
Distribuidas por la superficie del cilindro se encuentran un cierto
número de aspas o hélices redondeadas (8) oblicuas.
La Figura 2 representa el mismo ingenio si bien
la barra de unión (3), la cápsula (5) y el cilindro alargado
giratorio (14) se presentan seccionados transversalmente para
permitir la vista del interior. Allí se aprecia el cable emisario de
la electricidad producida (13), el generador eléctrico (10) unido
al eje (11) del cilindro alargado giratorio (14) que a su vez va
sujeto mediante radios (12) al cuerpo de dicho cilindro. El
cilindro (14) gira sobre la cápsula (5) gracias a un engranaje (9) o
mecanismo similar. El cable emisor (13) tiene una longitud máxima
equivalente a la altura máxima del eje vertical, está internamente
colgando en el interior del eje vertical y le permite subir o bajar
acompañando al conjunto de barra (3), cápsula (5) y cilindro
(14).
Las ondulaciones, corrientes y olas de las masas
de agua, se impulsan con una dirección y un sentido que en
ocasiones puede variar, por ello todo el ingenio aporta entre sus
soluciones técnicas el adaptarse a ellas. Así se mantiene unido a un
punto fijo que es el eje vertical o columna (1) sujeto al lecho
sobre el que discurren las aguas. Sobre dicho eje (1) se desliza
verticalmente y en forma de circular la argolla (7) a la que va
unida la barra (3) en forma de letra "Y" en este caso,
mediante dos articulaciones en forma de rótula (4). Dichas uniones
permiten que el resto del conjunto pueda orientarse según el
impulso de la corriente actuando a modo de veleta. De este modo el
conjunto flotante puede subir y bajar siguiendo las crecidas y el
descenso de las masas de agua y sus ondulaciones, deslizándose
sobre el eje vertical (1) la argolla (7), que, a su vez se une
mediante sendas rótulas (4) a la barra (3) permitiéndole realizar
también las oscilaciones de subida y bajada cual si fuese la muñeca
de una mano para facilitar los movimientos de adaptación al curso
de las aguas.
La fuerza de las olas, ondulaciones y corriente
al pasar en torno a la superficie del cilindro alargado giratorio
(14), ejerce presión sobre las aspas o hélices redondeadas (8), con
las que se encuentra, haciendo que gire dicho cilindro (14), sobre
la cápsula cónica (5).actuando el engranaje (9). El eje interno (11)
del cilindro, unido mediante sus radios (12) al cuerpo del
cilindro, transmite el movimiento al rotor del generador (10), que
transforma la energía cinética en corriente eléctrica que es
enviada mediante el cable emisario (13) a la red eléctrica a un
acumulador o a donde se precise. Dicho cable (13), con entrada al
interior del eje (1) muy por debajo de la superficie habitual del
curso de las aguas, para que no interfiera con la argolla (7) se
despliega y se recoge al subir o bajar el conjunto flotante de
barra (3), cápsula (5) y cilindro alargado giratorio (14).
La escotilla hermética (6) de la cápsula (5)
serviría de acceso para mantenimiento del generador (10).
Otra realización posible sería la de mantener el
cilindro alargado giratorio (14) sumergido totalmente bajo las
aguas, para aprovechar las corrientes submarinas, para lo cual el
conjunto se diseñaría con la suficiente densidad para que no flotase
pero se mantuviese en posición horizontal, girando las hélices
redondeadas o aspas (8) por efecto de dichas corrientes.
Otra realización posible seria la de usar dos
ejes verticales (1) y dos cápsulas (5) dotadas las dos con sus
respectivos generadores (10) sólo una de ellas, y sus barras (3), y
cuyas aspas o hélices redondeadas (8) estuvieran orientadas de modo
que pudieran recibir el empuje de las aguas de modo transversal en
vez de longitudinal, actuando como una especie de rodillo, para ser
usado, por ejemplo, en el curso de un río.
Caben otras posibles realizaciones, por ello no
deben entenderse como exhaustivas las propuestas.
Claims (4)
1. Central acuática rotativa generadora de
electricidad, que comprende un eje vertical o columna (1) fijada al
lecho de las aguas, sobre el que se desliza verticalmente y en
torno al que puede girar una argolla (7) a la que se sujeta una
barra en forma de letra "Y" o similar (3) mediante dos
articulaciones o bisagras en forma de rótula (4), y esta barra (3)
se une a su vez a una cápsula cónica flotante (5), provista de una
escotilla hermética (6), que alberga en su interior un generador
eléctrico tipo dinamo o similar (10) cuyo rotor está unido al eje
central (11) de un cilindro alargado giratorio flotante (14)
mayormente hueco, de base circular y rematado en otro cono en el
otro extremo; dicho eje central (11) se une al cuerpo del cilindro
alargado flotante (14) mediante una serie de radios (12), y sobre
dicho cuerpo se disponen una serie de aspas o hélices (8) oblicuas
que al ser impulsadas por las aguas hacen girar el repetido
cilindro alargado (14) sobre la cápsula cónica (5) unidas ambas
piezas por un engranaje (9) cubierto herméticamente,
transmitiéndose dicho giro mediante el eje central (11) al rotor
del generador eléctrico (10) siendo enviada la corriente eléctrica
generada mediante un cable extensible (13) por el interior de la
barra, cable que sale de la misma y luego se introduce en el
interior del eje vertical (1) muy por debajo de la superficie de
las aguas, estando colgante, llegando hasta la red eléctrica,
acumuladores o el lugar donde se vaya a usar.
2. Central acuática rotativa generadora de
electricidad, según la reivindicación 1, caracterizado porque
su barra de sujeción (3) en forma de letra "Y" es elástica
cual muelle o amortiguador.
3. Central acuática rotativa generadora de
electricidad, según la reivindicación 1, caracterizado porque
tanto la barra (3) como la cápsula cónica (5) y el cilindro
alargado giratorio no son flotantes, estando fabricados en
materiales que les hacen permanecer totalmente sumergidos para
aprovechar las corrientes subacuáticas.
4. Central acuática rotativa generadora de
electricidad según la reivindicación 1, caracterizado porque
cuenta con dos ejes verticales (1) dos argollas (7) dos barras con
forma de "Y" (3) y dos cápsulas cónicas (5), con uno o sendos
generadores (10) y cables emisores (13), colocados en ambos
extremos del cilindro alargado giratorio (14) que tiene sus aspas o
hélices (8) dispuestas de modo que el cilindro gire de modo
transversal cual rodillo en lugar de longitudinalmente.
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