ES2300350T3 - Sistema concentrador de la energia solar. - Google Patents
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Abstract
Sistema concentrador de energía solar que comprende un reflector (10) realizado en forma de espejo parabólico con seguimiento conducido en dos ejes, con un lado interior reflector, soportado por un bastidor (14) dispuesto en un plano portante y con un receptor (62) que cuando está en funcionamiento se sitúa en el punto focal (110) del espejo parabólico o bien delante o detrás de dicho punto focal, en el que, además, el espejo parabólico puede girar alrededor de un eje (32) dispuesto, como mínimo, de modo esencialmente perpendicular al plano portante, donde el espejo parabólico (10) se puede hacer pivotar hacia arriba y hacia abajo alrededor de un eje inferior de pivotamiento (36) dispuesto en la zona del plano portante o bien a una cierta distancia por encima o por debajo del mismo, y en el que el movimiento de pivotamiento del espejo parabólico es asistido, como mínimo, por un brazo conductor (42) articuladamente unido en un extremo a la zona central del espejo parabólico y en el otro extremo al bastidor (14), caracterizado porque el eje de pivotamiento (36) está dispuesto de forma desplazable en un plano paralelo al plano portante o bien en el plano portante, y el desplazamiento del eje de pivotamiento (36) conduce o contribuye al correspondiente movimiento de pivotamiento del espejo parabólico (10).
Description
Sistema concentrador de la energía solar.
La presente invención se refiere a un sistema
concentrador de energía solar que presenta un reflector realizado
en forma de espejo parabólico con seguimiento en dos ejes, dotado de
un lado interior reflector y soportado por un bastidor dispuesto en
un plano portante y un receptor que durante el funcionamiento está
situado en el punto focal del espejo parabólico o bien antes o
después del mismo, en el que, además, el espejo parabólico puede
girar alrededor de un eje dispuesto, como mínimo, de modo
esencialmente perpendicular al plano portante.
Las instalaciones de energía solar realizadas
hasta ahora se pueden clasificar básicamente en tres grupos: las
instalaciones fotovoltaicas, que generan electricidad directamente
de la luz solar, los colectores solares que extraen en una
superficie el calor de la luz solar, y los sistemas concentradores
de energía solar que pueden concentrar considerablemente la luz
solar y obtener en un receptor energía de alta temperatura.
Desde el punto de vista físico, los sistemas
concentradores de energía solar se caracterizan porque la energía
se puede aprovechar en varias etapas. Se puede obtener de esta
manera una eficiencia superior al 70%. Por ejemplo, si se genera
calor a 600ºC, el intervalo entre 600ºC y 100ºC se puede emplear
para generar energía eléctrica. El calor residual se puede
aprovechar luego para obtener agua caliente a 90ºC
aproximadamente.
Tales sistemas concentradores tienen el
inconveniente de que deben ser orientados siguiendo al sol, lo que
puede ser muy costoso cuando se trata de superficies grandes. Se
pueden diferenciar tres clases distintas de instalaciones
concentradoras de energía solar: las centrales eléctricas solares,
en las que el seguimiento del sol se realiza con heliostatos; las
instalaciones de canales parabólicos, en las que el seguimiento del
sol sólo se debe hacer verticalmente; y los reflectores parabólicos
de seguimiento biaxial.
En el libro "Stirlingmaschinen - Grundlagen -
Technik - Anwendung" (Máquinas Stirling - Fundamentos - Técnica
- Aplicaciones), de Martin Werdich, ISBN 3 -
922964.35-4, se describen los conceptos para
realizar instalaciones solares y para permitir la utilización de
motores Stirling que también se pueden emplear, entre otras cosas,
como accionador de generadores de electricidad, así como
posibilidades de almacenamiento de la energía. En la figura 53 de
dicho libro se muestra un reflector parabólico de seguimiento
biaxial que, visto desde arriba, es circular y está soportado por
un costoso bastidor y un armazón montado sobre el mismo. El espejo
parabólico se apoya orientado hacia el espacio del sol y se puede
girar alrededor de un eje horizontal paralelo a un diámetro del
espejo parabólico que visto desde arriba es circular, situado
delante de la superficie reflectora, para permitir el
correspondiente seguimiento vertical en función de la altura del
sol. Este seguimiento vertical se denomina técnicamente seguimiento
de elevación o de altura. Además, es posible pivotar el espejo
parabólico alrededor de un eje vertical perpendicular al bastidor.
Esta rotación produce el seguimiento horizontal del sol.
La descripción del Modelo de Utilidad alemán G
8427130.2 da a conocer un sistema similar. En este caso, en vez de
un paraboloide total se utiliza como reflector un paraboloide
parcial que se extiende en aproximadamente 240º alrededor del eje
de simetría del paraboloide. También en este caso, el seguimiento
vertical se realiza alrededor de un eje de pivotamiento dispuesto
de modo fijo sobre el bastidor, concretamente a una altura
considerable por encima del bastidor.
En este diseño conocido, el principal problema
es la disposición del eje horizontal que sirve para el seguimiento
vertical del sol.
Esta disposición tiene el inconveniente de que
el reflector parabólico se debe colocar a gran altura sobre el
suelo a fin de tener suficiente espacio sobre el suelo para realizar
el seguimiento vertical. Así pues, el centro de gravedad del
sistema está situado a gran altura.
En los sistemas grandes, en los que el diámetro
del reflector parabólico es de 10 a 20 metros, esto conduce a
realizaciones voluminosas que pesan varias toneladas, dado que la
instalación también debe poder resistir las tormentas.
En tales instalaciones, la sensible superficie
del reflector no se puede proteger de modo sencillo contra la
intemperie, por ejemplo, las precipitaciones. Esto obliga a una
costosa labor de limpieza, lo que también conduce a un mayor
desgaste de la superficie del reflector. Para la superficie del
reflector no se pueden emplear materiales blandos baratos, tales
como las películas de plástico reflectoras. El espejo quedaría
"ciego" antes de lo previsto.
Por otra parte, sería impensable colocar un
sistema de este tipo sobre la cubierta plana de un edificio normal,
ya que es demasiado pesado y sobresaldría mucho por encima del
edificio. No obstante, las cubiertas de las casas son los lugares
más adecuados para montar instalaciones de energía solar, ya que
allí hay poca sombra y se puede aprovechar una superficie no
utilizada. Además, la distancia de transporte de la energía es muy
reducida, es decir, el sistema es adecuado para un suministro
descentralizado de la energía.
El subsiguiente estado de la técnica está
reflejado, en especial, en el documento WO 82/00719.
\newpage
Partiendo de este estado de la técnica, el
objeto de la presente invención es construir un sistema concentrador
de energía solar de manera que se consiga una mayor estabilidad de
la instalación con un coste considerablemente menor que hasta
ahora, y que cuando no hay radiación solar el espejo parabólico se
pueda llevar a una posición de reposo en la que la instalación sólo
presente, frente a la acción del viento, superficies reducidas, sea
totalmente a prueba de tormentas y la superficie reflectora esté
protegida de las precipitaciones. Además, el sistema se debe poder
instalar sobre la cubierta plana de un edificio o incluso sustituir
a la cubierta, es decir, asumir las funciones de una cubierta.
Para conseguir este objetivo se prevé, según un
primer enfoque de la invención, que los ejes de pivotamiento del
espejo parabólico estén dispuestos de forma desplazable en un plano
paralelo al plano portante o bien en el plano portante, y que el
desplazamiento del eje de pivotamiento genere el correspondiente
movimiento de oscilación del espejo parabólico o contribuya al
mismo. Preferentemente, el espejo parabólico está configurado de
modo que en la posición de funcionamiento comprende un borde
inferior situado básicamente próximo al plano portante y, visto
desde arriba, es recto o levemente curvado, de modo que el espejo
parabólico se pueda pivotar hacia arriba y hacia abajo alrededor de
un eje situado en la zona de su borde inferior, básicamente paralelo
al eje portante y linealmente desplazable sobre el bastidor.
Gracias a que el espejo parabólico en su
posición de funcionamiento tiene un borde inferior que, visto desde
arriba, es recto o levemente curvado, se puede disponer el eje de
pivotamiento en la zona de dicho borde inferior y, con ello, muy
cerca del plano portante y del bastidor, de forma que el eje de
pivotamiento sólo necesita estar situado, por ejemplo, muy poco por
encima del suelo, de modo que el centro de gravedad del espejo
parabólico siempre está a la altura mínima sobre el suelo necesaria
en cada momento. Gracias a ello, los requisitos mecánicos para
soportar el espejo parabólico son mucho menores que en la
configuración tradicional, por lo que toda la estructura se puede
realizar de modo más sencillo y con un peso menor. El bastidor se
puede emplear para apoyar directamente el eje de pivotamiento, y ya
no es necesario realizar un enorme marco tridimensional para
soportar el espejo parabólico de seguimiento biaxial. Aunque el
espejo parabólico se presenta ahora casi como una mitad de un
espejo parabólico, es decir, como un semiparaboloide, que se
extiende en aproximadamente 180º alrededor del eje de simetría,
esto no significa una pérdida de superficie efectiva del espejo
parabólico, dado que la longitud del borde inferior del espejo
parabólico y, consecuentemente, la superficie efectiva, se puede
aumentar fácilmente sin que ello aumente considerablemente el peso
de la instalación. De este modo, con la misma superficie que el
espejo parabólico conocido, la invención presenta considerables
ventajas.
En relación con el seguimiento vertical del
espejo parabólico, según la invención, el eje de pivotamiento del
espejo parabólico se desplaza sobre el bastidor mediante un
accionador lineal (mecanismo posicionador), para generar de este
modo el movimiento de pivotamiento hacia arriba y hacia abajo del
espejo parabólico.
De esta manera se consiguen, entre otras, las
siguientes ventajas:
- Gracias al movimiento de pivotamiento del
espejo parabólico que se obtiene con el desplazamiento lineal del
eje de pivotamiento, el centro de gravedad del espejo parabólico se
mantiene en todo momento aproximadamente sobre el centro del
bastidor, de manera que se consigue una elevada estabilidad frente a
las fuerzas exteriores.
- La estabilidad de la construcción aumenta aún
más gracias a la disposición del borde inferior del espejo
parabólico, esencialmente contigua al plano portante, junto con el
movimiento de pivotamiento que se consigue mediante el
desplazamiento del eje de pivotamiento sobre el bastidor próximo al
plano portante.
- Para el seguimiento vertical del sol mediante
la modificación de la posición del espejo parabólico combinada con
el movimiento de pivotamiento, el espejo parabólico se eleva
respecto al bastidor sólo en la medida necesaria para este fin, lo
que también aumenta la estabilidad, es decir, que el centro de
gravedad siempre está en una posición baja.
- Gracias a que el eje de pivotamiento se puede
desplazar sobre el bastidor, es posible "cerrar" el paraboloide
de forma que la superficie reflectora esté orientada hacia abajo y
de esta manera quede protegida de los efectos medioambientales
perjudiciales.
Dado que el citado eje de pivotamiento está
dispuesto cerca del bastidor, el espejo parabólico se puede orientar
hacia abajo en tal medida que se puede utilizar como tejado,
estando la superficie receptora orientada hacia abajo y, de esta
manera, protegida de los efectos ambientales, por ejemplo, las
precipitaciones. En esta posición orientada hacia abajo, el espejo
parabólico y el propio sistema de energía solar presentan
superficies de ataque reducidas frente al viento, y el sistema es
totalmente a prueba de tormentas.
De esta manera, el espejo parabólico puede
pivotar hacia abajo con respecto al bastidor lo suficiente como
para que quede muy próximo o adyacente a una base portante, o bien
sobre una solera, un suelo o un muro adaptado al contorno del
espejo parabólico. El espejo parabólico se puede fijar entonces a la
base portante con medios sencillos, de forma que quede sujeto a
prueba de tormentas.
Se hace referencia brevemente al documento
japonés 58019655. Este documento muestra una matriz de lentes
configurada para captar la energía solar. La matriz cuadrada se
apoya en un soporte alrededor de un eje de pivotamiento horizontal,
de modo que el ángulo de giro de la matriz de lentes se puede
modificar mediante un brazo conductor que en uno de sus extremos,
en la zona inferior, está articulado con dicho brazo y que en su
otro extremo está articulado con un bloque de empuje, el cual se
puede desplazar en un plano horizontal mediante una varilla
roscada. Toda la disposición está montada sobre un bastidor que
puede girar alrededor de un eje vertical. De este modo, la matriz
de lentes siempre se puede posicionar de manera que esté orientada
hacia el sol. Sin embargo, esta construcción plantea el problema de
que en la práctica requiere una realización muy pesada para tener
la estabilidad necesaria frente a fuertes rachas de viento. Este
sistema no permite girar hacia abajo la matriz de lentes lo
suficiente para que las lentes estén orientadas hacia abajo y el
centro de gravedad esté en una posición baja, y esto tampoco se
puede realizar dado que el soporte del eje de pivotamiento impide
un movimiento de giro de este tipo.
Preferentemente, en el espejo parabólico según
la invención existe una estructura portante longitudinal que se
extiende a lo largo del borde inferior del espejo parabólico, la
cual fortalece el espejo parabólico y también soporta el eje de
pivotamiento.
De esta forma se consigue una ingeniosa unión
mecánica del eje de pivotamiento con el espejo parabólico, y el
espejo parabólico se puede construir con menor peso aún, ya que la
estructura portante contribuye a darle rigidez.
Para realizar el movimiento de giro alrededor
del eje vertical, el bastidor se puede hacer girar por una
trayectoria circular mediante rodillos o ruedas. Para ello, los
rodillos o las ruedas están dispuestos sobre el bastidor. Dicha
trayectoria puede estar configurada sobre el suelo o bien sobre una
base o sobre muros. Alternativamente, se pueden disponer rodillos o
ruedas en puntos discretos a lo largo de la trayectoria circular,
apoyados sobre el suelo o sobre una base. En este ejemplo, el
bastidor comporta un anillo circular que puede girar sobre los
rodillos o ruedas. Cuando las ruedas o rodillos están fijados al
bastidor y se dispone de una base plana sólida, por ejemplo, una
cubierta de hormigón sobre la última planta de un edificio o bien
una cubierta plana, dicha base constituye la trayectoria circular.
Las ruedas se pueden apoyar directamente sobre dicha base. Tales
construcciones se pueden realizar económicamente, y la resistencia
propia del piso o de la solera o muros permite apoyar sólidamente
el espejo parabólico. Se debe indicar que, aunque generalmente el
bastidor y la trayectoria se disponen horizontalmente, también es
posible situar el bastidor o la trayectoria paralelamente a un
terreno en pendiente o bien apoyados sobre una pared realizada con
la correspondiente inclinación, por ejemplo, en caso de que por
algún motivo se desee que la cubierta tenga una mayor inclinación
con la instalación pivotada hacia abajo. Cuando el bastidor se
coloca inclinado, se deben adoptar las medidas necesarias para
evitar que el mismo resbale.
Es especialmente conveniente que el bastidor
esté inclinado respecto a un plano horizontal de tal forma que, en
la posición de pivotamiento hacia arriba del espejo parabólico, en
la zona del eje de pivotamiento, es decir, delante, el bastidor
esté más a mayor altura que más hacia atrás, es decir, en la zona
del eje de pivotamiento en la posición de pivotamiento inferior.
Esto se puede conseguir, entre otras cosas, haciendo que en la
posición de pivotamiento hacia arriba del espejo parabólico las
ruedas dispuestas en la zona del eje de pivotamiento, es decir, en
la posición delantera en el bastidor, tengan un diámetro mayor que
las ruedas que en la posición de pivotamiento inferior del espejo
parabólico están dispuestas en la zona del eje de pivotamiento, es
decir, atrás en el bastidor.
Con ello se consigue que en la posición solar
más alta, especialmente en el ecuador, en su posición de
pivotamiento hacia arriba el paraboloide alcance una posición
horizontal o casi horizontal. Mediante la inclinación hacia
adelante del bastidor se puede limitar el recorrido necesario del
movimiento de pivotamiento, lo que en general influye positivamente
en la geometría.
Según un segundo enfoque de realización, la
presente invención se caracteriza porque el espejo parabólico se
puede hacer girar hacia arriba y hacia abajo alrededor de un eje de
pivotamiento inferior dispuesto en la zona del plano portante o
bien a una cierta distancia por encima o por debajo de dicho plano,
de manera que el eje de pivotamiento está dispuesto de forma
desplazable en un plano paralelo al plano portante o bien en el
plano portante, y el desplazamiento del eje de pivotamiento
contribuye o conduce al movimiento de giro del espejo parabólico.
Dicho de otra manera, el espejo parabólico se puede hacer girar
hacia arriba y hacia abajo alrededor de un eje de pivotamiento que
está apoyado en el bastidor y, para realizar el correspondiente
movimiento de giro, el eje de pivotamiento está dispuesto de modo
desplazable en un plano paralelo al plano portante.
El desplazamiento del eje de pivotamiento
realizado para hacer girar el espejo parabólico hacia arriba y hacia
abajo tiene la ventaja decisiva de que el centro de gravedad del
espejo parabólico siempre se puede situar por encima del bastidor
y, preferentemente, siempre en la zona del eje de giro vertical, de
forma que se obtiene una disposición muy estable y no es necesario
configurar el bastidor de modo excesivamente pesado para tener en
cuenta una posición cambiante del centro de gravedad, ya que el
centro de gravedad permanece en una posición constante o casi
constante.
Para realizar el movimiento de giro del espejo
parabólico, éste se acopla al bastidor mediante un conjunto de
varillas, y el eje de pivotamiento está configurado de forma
desplazable sobre el bastidor. En una primera variante de la
invención, el conjunto de varillas puede constar de, como mínimo, un
brazo conductor articulado que pivota, en uno de sus extremos, en
la zona central de la parte posterior del espejo parabólico y, en el
otro extremo, en un punto de apoyo soportado por el bastidor y
dispuesto detrás del espejo parabólico. El punto de apoyo puede
estar claramente por encima del bastidor, por ejemplo a una altura
algo superior a la altura de construcción máxima del espejo
parabólico en su posición de pivotamiento hacia abajo. Gracias a
ello, el brazo conductor puede ser recto, por lo que se puede
realizar de modo económico y con un peso reducido. Sin embargo,
esto no es absolutamente necesario, y puede ser ventajoso disponer
el punto de apoyo a menor altura, o incluso por debajo del
bastidor, tal como se explicará más adelante.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Preferentemente, se prevén dos o más brazos
conductores articulados giratoriamente con sus correspondientes
puntos de apoyo en los lugares correspondientes de la parte
posterior del espejo parabólico. La utilización de, como mínimo,
dos brazos conductores hace que la construcción sea más estable y
contrarreste la tendencia a la deformación del espejo parabólico,
con lo que también contribuye a una reducción del peso total de la
instalación.
Preferentemente, en la zona del punto de apoyo
de cada brazo conductor sobre el bastidor se prevé en el espejo
parabólico un entrante que se extiende desde el punto de
intersección de la curvatura del espejo parabólico con la
estructura portante hasta una línea virtual situada entre el eje de
pivotamiento del espejo parabólico y el eje de articulación del
correspondiente brazo conductor del espejo parabólico o bien hasta
una línea paralela a la misma. Con ello se aumenta la solidez y la
rigidez del espejo parabólico. Además, el entrante o entrantes
permiten situar más abajo el punto de apoyo de cada brazo conductor,
dado que el entrante puede alojar el brazo conductor, con lo que el
espejo parabólico se puede pivotar hacia arriba hasta que llega a
la posición horizontal.
Por otra parte, es ventajoso que en la posición
de funcionamiento el borde inferior del espejo parabólico tenga
entrantes en la zona del bastidor. Esto evita que, cuando está
pivotado hacia arriba, el espejo parabólico choque con el bastidor,
y permite un movimiento de oscilación más amplio del espejo
parabólico.
En vez de fijar el brazo conductor o los brazos
conductores en la parte posterior del espejo parabólico, se pueden
fijar con una articulación pivotante, en un extremo, en la zona
central del espejo parabólico, y en el otro extremo en un punto de
apoyo soportado por el bastidor que en la posición pivotada hacia
abajo del espejo parabólico está próximo a la posición que adopta
el borde superior del espejo parabólico en la posición pivotada
hacia arriba. También en esta configuración se prevén,
preferentemente, dos o más brazos conductores, fijados mediante
articulaciones oscilantes en los puntos correspondientes de la parte
interior del espejo parabólico y en los respectivos puntos de apoyo
del bastidor. Esta disposición del brazo conductor o de los brazos
conductores en la parte interior del espejo parabólico tiene la
ventaja de que, en la posición pivotada hacia abajo, todos los
elementos mecánicos están situados debajo del espejo parabólico, por
lo que se encuentran protegidos en esta posición de reposo. Es
razonable disponer de una posición de reposo especial, ya que el
sistema sólo debe estar activo cuando hace buen tiempo, es decir,
cuando luce el sol. En caso de precipitaciones o tormentas no luce
el sol, por lo que el sistema también puede servir de cubierta, ya
que, en relación con el tiempo atmosférico, solamente se necesita
una cubierta sólida cuando no hay radiación solar.
Preferentemente, para el desplazamiento del eje
de pivotamiento sobre el bastidor se prevé un mecanismo posicionador
accionado por un motor. Para realizar el mecanismo posicionador
existen varias posibilidades. Por una parte, el mecanismo
posicionador puede ser un husillo roscado con apoyos en el bastidor,
situado dentro de una rosca correspondiente o bien dentro de una
correspondiente tuerca roscada que se encuentra en un bloque de
empuje que forma parte de la estructura portante del eje de
pivotamiento.
Preferentemente, se prevé un bloque de empuje
para cada soporte oscilante del eje de pivotamiento. Así pues, a
cada soporte oscilante del eje de pivotamiento se asigna un husillo
roscado que actúa en la zona del bloque de empuje del espejo
parabólico o bien en la estructura portante del espejo parabólico.
Cuando se prevén varios husillos roscados, éstos se deben accionar
de modo sincronizado, lo que se puede realizar mediante una
transmisión por cadena que acciona los dos husillos al mismo
tiempo.
Cuando se utilizan varios bloques de empuje que
soportan el eje de pivotamiento y con un número de mecanismos
posicionadores distinto al número de bloques de empuje, los bloques
de empuje se pueden unir entre sí formando conjuntos fijos, de modo
que el mecanismo o mecanismos posicionadores se conectan a dichos
conjuntos de forma que las fuerzas de accionamiento se repartan
entre los bloques de empuje, como mínimo, de forma básicamente
equilibrada.
Alternativamente a la utilización de husillos
roscados, el mecanismo posicionador puede ser una transmisión por
cadena, cuya cadena se desplaza sobre dos piñones montados
articuladamente sobre el bastidor y está fijada en el espejo
parabólico en un lugar de la zona del eje de pivotamiento.
Por ejemplo, se puede asignar una transmisión
por cadena a cada soporte oscilante del eje de pivotamiento, y las
transmisiones por cadena se pueden accionar sincronizadamente, por
ejemplo, accionando los piñones mediante un árbol común.
Sin embargo, el mecanismo posicionador también
se puede realizar de otras maneras. Por ejemplo, el mecanismo
posicionador puede ser un accionador hidráulico, o bien se puede
fijar al bastidor una barra dentada, una correa dentada o una
cadena, y engranarla con un piñón accionado montado en el bloque de
empuje o sobre cada bloque de empuje. Para desplazar los bloques de
empuje también se pueden emplear tracciones de cable continuas,
preferentemente configuradas con, como mínimo, dos rodillos, de modo
que uno de los extremos del cable se enrolla al tiempo que se
desenrolla el otro extremo.
No es absolutamente necesario prever un
mecanismo de accionamiento para cada bloque de empuje, siendo
suficiente que exista un accionador para un bloque de empuje y que
en otro bloque o bloques de empuje existan dispositivos de guiado
conducidos sobre barras guía o rieles situados sobre el bastidor.
Independientemente del tipo de mecanismo posicionador que se elija,
deberá estar configurado de manera que el espejo se mantenga en la
posición a la que se ha dirigido. Esto se puede conseguir
configurando el mecanismo posicionador de forma que no sea
reversible, es decir, que el motor pueda accionar el espejo
parabólico, pero que las fuerzas que se ejerzan sobre el espejo
parabólico no puedan conducir a un desvío de la posición del mismo.
Esto también se puede conseguir si el motor de accionamiento
funciona como freno o bien si dispone de un freno que mantiene el
mecanismo posicionador en la posición a la que se ha llevado. Para
sujetar los bloques de empuje se utiliza preferentemente la
auto-retención que, por ejemplo, se puede conseguir
con un engranaje de tornillo sinfín.
Es especialmente conveniente prever uno o varios
resortes, por ejemplo, en forma de uno o varios cables de goma, a
fin de asistir a la fuerza de posicionado del motor o motores
previstos para pivotar el espejo parabólico. De esta manera se
puede reducir la fuerza de posicionado que debe aportar el motor o
los motores, de forma que los motores y toda la instalación pueden
ser más ligeros. Para el movimiento de oscilación del espejo
parabólico se puede utilizar ventajosamente un accionador
tradicional de puerta de garaje, lo que permite realizar de modo
económico el mecanismo posicionador.
Es especialmente conveniente que el receptor
esté fijado en el extremo de un brazo portante cuyo otro extremo
está articulado en la zona del borde inferior del espejo parabólico,
preferentemente sobre la citada estructura portante, y que también
oscile hacia arriba cuando se pivota hacia arriba el espejo
parabólico. El pivotamiento hacia arriba del receptor se puede
conseguir de modo sencillo montando el brazo portante sobre la
citada estructura portante. Es decir, que no es necesario un
dispositivo posicionador separado para el receptor. Por otra parte,
esta configuración presenta la ventaja de que el receptor siempre
está cubierto y protegido por el espejo parabólico cuando éste se
encuentra pivotado hacia abajo. Para los receptores pesados, se
puede tensar un cable entre el receptor y el lado interior del
espejo, a fin de soportar las elevadas fuerzas de elevación.
También es posible prever uno o varios resortes
en forma de cables de goma dispuestos entre el receptor y la parte
delantera del bastidor, que están tensados cuando el espejo
parabólico está pivotado hacia arriba. Con ello se genera un
momento de rotación en el espejo parabólico. Esto tiene la ventaja
de que, cuando el espejo parabólico está en su posición más alta,
los resortes o cables de goma absorben gran parte de las fuerzas de
retención y asisten a los mecanismos posicionadores cuando el espejo
parabólico se pivota hacia abajo. Precisamente para el movimiento
del espejo parabólico, desde su posición de pivotamiento más alta a
otra más baja, se requiere una fuerza de posicionado relativamente
elevada de la que, gracias a las fuerzas de resorte, sólo una parte
debe ser aportada por el mecanismo posicionador.
Además, el receptor y los brazos conductores se
sujetan en su posición correcta cuando el espejo parabólico está
levantado.
También es posible prever uno o varios resortes
en forma de cables de goma dispuestos entre el lado delantero del
bastidor y la estructura portante del espejo parabólico situada en
una zona del borde inferior del espejo parabólico en
funcionamiento, los cuales están tensados cuando el espejo
parabólico se encuentra en la posición inferior. Estos resortes,
que ya no están tensados cuando el espejo parabólico está levantado,
aportan una fuerza cuando comienza el pivotamiento hacia arriba del
espejo parabólico, la cual asiste al mecanismo posicionador y,
también en ese caso, reduce la fuerza máxima de posicionado
necesaria, lo que presenta las ventajas anteriormente citadas.
En principio, la forma exterior del espejo
parabólico no es un factor crítico. Vista desde arriba, la forma
puede ser semicircular, cuadrada o cuadrada con esquinas redondeadas
y, en especial en este último caso, las esquinas orientadas hacia
el borde inferior están redondeadas. Una leve curvatura del borde
inferior, visto desde arriba, estará limitada por la distancia al
suelo en la zona del bastidor. Es especialmente preferente que el
espejo parabólico tenga la forma generada por la curva de
intersección entre un rotoide semiparabólico y un plano transversal
al eje central del rotoide. Este diseño asegura que el espejo
parabólico tendrá la mínima profundidad de construcción
posible.
Las posibilidades especialmente preferentes para
la fabricación del espejo parabólico se desprenden de las
reivindicaciones 35, 38 y 59. Es especialmente conveniente utilizar
un metal líquido, por ejemplo el cinc, como conductor térmico en el
receptor. También se pueden utilizar sales fundidas, aceite térmico,
agua o directamente un motor de gas calentado (motor Stirling). Con
la ayuda de un reflector secundario se puede concentrar la energía
solar radiante directamente en un acumulador situado en el centro
del bastidor o sobre el mismo. En este caso, el cinc puede ser un
medio acumulador especialmente adecuado, ya que funde a 420ºC y
durante el cambio de fase absorbe 111 kJ/kg. Para la generación
directa de electricidad también se pueden disponer celdas solares
en el punto focal.
Las reivindicaciones presentan las formas de
realización especialmente preferentes de la invención.
A continuación se explica con más detalle la
invención en base a dos ejemplos de realización que se muestran en
los dibujos adjuntos. En los dibujos:
la figura 1 es una vista superior de un sistema
concentrador de energía solar, según la invención, con el espejo
parabólico pivotado hacia abajo;
la figura 2 muestra el sistema concentrador de
energía solar, según la invención, de la figura 1 visto en la
dirección de la flecha (II) de la figura 1, es decir, desde
atrás;
la figura 3 es una vista lateral del sistema
concentrador de energía solar, según la invención, de la figura 2,
en la dirección de la flecha (III);
\global\parskip1.000000\baselineskip
la figura 4 es una vista frontal del sistema
concentrador de energía solar, según la invención, de las figuras 1
a 3, en su posición pivotada hacia arriba;
las figuras 5A a 5E son una secuencia de croquis
que explica el pivotamiento hacia arriba del espejo parabólico del
sistema de energía solar según las figuras 1 a 4;
las figuras 6A a 6C son una secuencia de croquis
similar a la de las figuras 5A a 5E, para otra variante de
realización especialmente preferente del sistema de energía solar
según la invención;
las figuras 7 y 8 muestran otros dos ejemplos de
un espejo parabólico con marco triangular de refuerzo integrado,
según la invención;
las figuras 9A y 9B se corresponden con las
figuras 5A y 5D y explican otra variante del sistema de energía
solar según la invención;
las figuras 10A y 10B se corresponden con las
figuras 6A y 6C y explican otra variante del sistema de energía
solar;
las figuras 11A a 11J muestran las diversas
posibilidades de realización de un espejo parabólico según la
invención;
las figuras 12A a 12D muestran las distintas
posibilidades de fabricación de un espejo parabólico según la
invención a partir de segmentos;
las figuras 13A a 13H muestran la posibilidad
técnica, según la invención, de fabricación de un espejo parabólico
a partir de segmentos individuales de material esponjoso extruido,
de modo que las figuras 13B y 13C son vistas del segmento de la
figura 13A según las flechas (13B) y (13C) respectivamente, la
figura 13D muestra un elemento de conexión que también es de
material esponjoso de poliestireno o de poliuretano extruido y que
se puede recortar, en su caso, del segmento según la figura 13A,
mientras que la figura 13E, que se corresponde con la
representación de la figura 13C, muestra incluido el elemento de
conexión según la figura 13D, y la figura 13F es una vista superior
de un segmento similar al de la figura 13A, pero que, según la
invención, incorpora los elementos de conexión según la figura 13D,
y la figura 13G muestra el sector (142) inferior derecho de la
figura 12B y la figura 13H muestra la conexión entre dos segmentos
menores, según el plano de corte (13H-13H) de la
figura 13G;
la figura 14 es una vista superior de una
configuración, según la invención, similar a la figura 1, pero sin
el espejo parabólico y las barras conductoras unidas al mismo, para
mostrar una posibilidad del seguimiento solar horizontal;
las figuras 15A a 15C muestran un mecanismo de
accionamiento, según la invención, que se puede utilizar para el
seguimiento vertical del espejo parabólico según la invención, en
las que la figura 15B es una sección correspondiente al plano
(15B-15B) de la figura 15A, y la figura 15C es una
vista superior de la figura 15A en la dirección de la flecha
(15C);
la figura 16 corresponde a una vista superior de
la figura 15C de otra configuración, según la invención, del
seguimiento vertical del espejo parabólico; y
las figuras 17, 18A, 18B, 19A, 19B, 19C, 20A,
20B, 21, 22A, 22B y 22C son variantes de las configuraciones
anteriormente descritas, que se consideran especialmente
ventajosas.
En primer lugar, la figura 1 muestra una vista
superior del reverso de un espejo parabólico (10) según la
invención, en la posición de pivotamiento hacia abajo.
En este dibujo se observa desde arriba como
recto el borde (12) del espejo parabólico, que durante el
funcionamiento es el borde inferior, así como la forma básicamente
semicircular del espejo parabólico. El espejo parabólico (10) está
montado sobre un bastidor (14) del modo en que se explicará más
adelante, de modo que dicho bastidor consta de dos largueros (16) y
(18) que se completan con testeros (20) y (22) para formar un marco
aproximadamente rectangular, con dos tirantes diagonales (24) y
(26) que dan al bastidor la estabilidad necesaria. En las cuatro
esquinas del bastidor, en la zona de los puntos de unión entre los
largueros (16), (18) y los testeros (20), (22) existen cuatro
ruedas (28), que se pueden desplazar sobre una base de forma
circular (30) permitiendo así el giro del bastidor alrededor del
eje vertical (32).
En la figura 2 se observa que el espejo
parabólico (10), en posición pivotada hacia abajo y visto
frontalmente, presenta una forma relativamente plana y curvada,
donde (T) indica la profundidad máxima en el centro.
En una forma práctica de realización, la
longitud del borde inferior (12) del espejo puede ser, por ejemplo,
de 8 metros, de forma que la altura radial del espejo es de
aproximadamente 4 metros y la profundidad de construcción (T) según
la figura 2 es de 100 cm aproximadamente. En la figura 2 se observa
claramente que todo el sistema, cuando está pivotado hacia abajo,
presenta una altura de construcción muy reducida y que, en
consecuencia, se puede fabricar el bastidor con poca altura.
En la vista lateral de la figura 3 también se
observa que existe una estructura portante (34) contigua al borde
inferior (12) del espejo parabólico y que mediante la conexión del
espejo parabólico a lo largo de toda la longitud de la estructura
portante (34), es decir, a lo largo de toda la superficie curvada de
la figura 2, el espejo parabólico queda correspondientemente
reforzado por esta estructura portante (34). Es decir, que la
superficie abierta del paraboloide se cierra mediante (34) en la
tercera dimensión, con lo que aumenta considerablemente su rigidez.
Cuando existen requisitos de estabilidad elevada se pueden utilizar
radios de refuerzo o cables de arriostramiento.
La estructura portante o refuerzo (34) también
sirve para suspender el espejo parabólico de modo oscilante
respecto al eje de pivotamiento (36), definido por los pasadores
montados en las orejas (38) y los bloques de empuje (40) conducidos
mediante soportes desplazables sobre el bastidor (14). Tal como
muestran las figuras 1 y 2, en este ejemplo se han previsto dos
bloques de empuje (40), cada uno de los cuales está situado sobre
un larguero (16), (18) tipo riel en forma de "U", desplazables
a lo largo de su correspondiente riel (16), (18) en forma de
"U" a fin de pivotar hacia arriba y hacia abajo el espejo
parabólico respecto al eje de pivotamiento (36), tal como se
desprende claramente de las figuras 5A a 5E.
En la vista lateral de la figura 3 se muestra
además un brazo conductor (42) que en uno de sus extremos, el
extremo izquierdo (44) en la figura 3, está fijado a la parte
posterior del espejo parabólico en su zona central de forma que
puede oscilar alrededor del eje de articulación (46), y que en su
otro extremo, el extremo derecho (48), en la figura 3, está
articulado mediante un punto de apoyo (50) con otro eje de
pivotamiento (52). El punto de apoyo (50) está constituido por un
poste portante (54) fijado al bastidor (14) y reforzado mediante un
puntal (56). Preferentemente, el punto de apoyo de la figura 3, es
decir, la posición del eje de pivotamiento (52), no necesariamente
está por encima del bastidor. Es importante que el punto (46) de la
figura 3, en la posición abierta (ver figuras 5B a 5E) se mantenga
en todo momento por encima de la línea que transcurre entre (52) y
(36) de la figura 3, ya que de lo contrario el espejo ya no se podrá
volver a cerrar. El movimiento de empuje generaría en ese caso un
momento de giro orientado hacia abajo. Así pues, la altura del punto
de apoyo (52) de la figura 3 influye en el ángulo de apertura
máximo del espejo. Esto puede conducir a problemas en lugares
próximos al ecuador terrestre. La altura óptima del punto (52) de la
figura 3 es probablemente la misma altura que el punto (36) de la
figura 3. Este aspecto deberá ser dilucidado en la práctica. Debido
a que el punto de articulación (52) se encuentra aproximadamente a
la altura máxima del espejo parabólico en posición cerrada, el
brazo conductor (42) está configurado con una forma, como mínimo,
esencialmente recta, y podría ser completamente recto en caso de
que el punto de apoyo (52) estuviese situado a una altura un poco
mayor de la que muestra la figura 3. De hecho, se prevén dos brazos
conductores (42), tal como se muestra en las figuras 1 y 2, que
están dispuestos en el bastidor en lugares contiguos a los bloques
de empuje (40).
Dentro del espejo parabólico (10), según la
figura 3, hay dos brazos portantes (58), de los que la figura 3
solamente muestra uno, si bien se pueden observar los dos brazos
portantes en la figura 4. Cada brazo portante (58) está articulado
en uno de sus extremos de modo oscilante con el espejo parabólico
(10), mediante un eje de articulación (60) situado en la zona
intermedia entre el borde inferior (12) y la estructura portante
(34), y está conectado en su otro extremo con el receptor (62) el
cual, en la posición abierta del espejo parabólico según la figura
4, se encuentra en el punto focal del espejo parabólico.
A continuación se explica con más detalle el
pivotamiento hacia arriba y hacia abajo del espejo parabólico (10)
en base a las figuras 5A a 5E, donde la figura 5A se corresponde con
la figura 3 pero a una escala menor. Esta es la posición de reposo
del espejo parabólico (10), es decir, la posición totalmente
pivotada hacia abajo, y en esta figura se observa que el receptor
(62) y los brazos portantes (58), así como toda la zona situada
debajo del espejo parabólico, están cubiertos y protegidos por el
espejo parabólico. De esta forma, en la posición de reposo también
está protegida la superficie reflectora del espejo parabólico
situada en su lado inferior en la figura 5A.
Cuando luce el sol, se ocasiona un movimiento
del bloque de empuje (40) en la dirección de la flecha (70), lo que
obliga al espejo parabólico (10) a pivotar hacia arriba, en el
sentido de las agujas del reloj y girando por el eje de
pivotamiento (36) del bloque de empuje (40) en la dirección de la
flecha (72), gracias al conjunto de varillas (42). Durante este
primer movimiento de oscilación, el receptor (62) todavía permanece
sobre el bastidor (apoyado en el testero -20-), pero es empujado
hacia adelante junto con el eje de pivotamiento (60) dado que los
brazos portantes (58) giran sobre el eje de pivotamiento (60).
También se pueden montar un riel de guía en el bastidor y rodillos
o zapatas deslizantes en el receptor.
A medida que avanza el desplazamiento del bloque
de empuje (40) hacia la izquierda, se llega a la posición de la
figura 5C, en la que el espejo parabólico (10) está en posición casi
vertical, y donde se observa que en esta posición los brazos
portantes (58) ya han entrado en contacto con la estructura portante
(34), con lo que el receptor (62) se ha comenzado a elevar. A
partir de este momento, el receptor (62) se encuentra en el punto
focal del espejo parabólico.
A medida que avanza el desplazamiento del bloque
de empuje (40) hacia la izquierda a lo largo de los largueros (16),
(18), el espejo parabólico se mueve cada vez más hacia atrás, según
la figura 5D y después la figura 5E que muestra el ángulo de
pivotamiento máximo del espejo parabólico (10). Este movimiento de
pivotamiento sobre el eje de pivotamiento (36) constituye el
seguimiento solar vertical del espejo parabólico, necesario para
seguir la altura del sol en cada momento, a fin de captar la máxima
intensidad de la radiación solar y concentrarla en el receptor (62)
que se encuentra en el punto focal.
\newpage
Cuando por la tarde baja la altura del sol en el
cielo, se reduce progresivamente el ángulo de pivotamiento mediante
el desplazamiento de los bloques de empuje (40) hacia la derecha
desde la posición máxima, según la figura 5E, de modo que se
alcanzan, por ejemplo, la posición intermedia de la figura 5D y
posteriormente la posición de la figura 5C, de modo que el espejo
parabólico sigue el descenso del sol. Mientras que el movimiento de
giro sobre el eje de pivotamiento (36) ocasiona el seguimiento por
el espejo parabólico de la altura del sol, un movimiento de giro
realizado al mismo tiempo respecto al eje vertical (32) (que sólo se
muestra en las figuras 1 y 5D) produce el seguimiento horizontal,
es decir, el movimiento de giro según la flecha (74).
Cuando el día solar ha terminado, o bien cuando
no hay radiación solar suficiente, por ejemplo, debido a
precipitaciones de nieve o lluvia, se lleva el espejo a la posición
totalmente pivotada hacia abajo, según la figura 3 o 5A, con lo que
el espejo parabólico (10) pasa a cumplir la función de una
cubierta.
Se puede construir un muro o una superficie de
apoyo con la forma del paraboloide, para que éste se apoye
directamente de forma plana y totalmente estanca. Sobre dicho muro
también se pueden montar mecanismos de fijación que bloqueen
sólidamente el paraboloide, de forma que la cubierta sea totalmente
estanca (incluso al paso del aire) y a prueba de tormentas. De esta
forma, el paraboloide también resiste una presión desde arriba, por
ejemplo, el peso de la nieve (el efecto de cúpula).
Es fácil imaginar que debajo del espejo
parabólico de la figura 3 exista una piscina o una parte de una
piscina, que se puede calentar también con la energía captada por
el espejo parabólico y acumulada en el receptor (62). No obstante,
la cubierta con la forma del espejo parabólico (10) en posición
cerrada también podría ser la cubierta de una casa o parte de la
cubierta de una casa. Por otra parte, el espejo en su posición
cerrada también se podría utilizar para la iluminación del espacio
cubierto por el mismo, ya que sólo sería necesario situar una única
fuente de luz en la zona del punto focal del espejo, es decir, un
poco por debajo del punto (30) de la figura 3, para poder iluminar
dicho espacio de forma relativamente equilibrada. Para ello serían
muy adecuadas las luminarias para techos, que ya son muy
económicas.
Las figuras 6A a 6C muestran una forma de
realización alternativa, en la que tanto los bloques de empuje (40)
como los brazos conductores (42) están situados completamente debajo
del espejo parabólico (10) cuando el mismo está en la posición
totalmente pivotada hacia abajo según la figura 6A, con lo que
quedan perfectamente protegidos. Esta forma de realización es mejor
que la anterior en casi todos los aspectos, por lo que es preferente
en la práctica. Precisamente como cubierta de una casa, este diseño
es insuperable. También se puede cubrir una casa rectangular con
dos sistemas más pequeños, que se describirán más adelante en
relación con la figura 11E. En esta forma de realización, las
relaciones de palanca desfavorables en las dos posiciones extremas
(totalmente cerrada y totalmente abierta) se pueden compensar
fácilmente mediante una barra vertical y un cable tensor adicional.
La barra vertical, en una realización de este tipo, se dispondría en
la zona del borde redondeado del espejo parabólico de la figura 1,
fijada al bastidor. El cable debería configurarse de forma que se
extienda en dirección aproximadamente vertical hacia abajo, hasta el
centro del borde frontal del espejo parabólico, desde una polea de
desviación situada en la parte superior de la barra. De este modo,
aplicando al cable una fuerza de tracción se puede elevar el espejo
parabólico, desde su posición cerrada, hasta que las relaciones de
palanca sean más favorables. En la posición de inclinación extrema
según la figura 5E se puede tirar del cable para asistir al
movimiento de cierre. Entre esas dos posiciones, el cable puede
estar flojo, o bien sólo bajo una tensión muy reducida. La barra
también podría ser aprovechada como soporte para un depósito
elevado de líquido con circulación por gravedad.
Para las formas de realización según las figuras
6A a 6C se utilizan los mismos números de referencia de las formas
de realización según las figuras 1 a 5, y para los elementos
designados con los mismos números de referencia se aplican las
mismas descripciones hechas para las figuras 1 a 5, salvo indicación
en contrario.
Tal como se desprende de las figuras 6A a 6C,
los brazos conductores (42), de los que también en este caso hay
dos, (en las figuras sólo se ve uno de ellos) están unidos en uno de
sus extremos mediante una articulación oscilante con el lado
interior del espejo parabólico (10) en el punto (46) y en su otro
extremo con el bastidor (14) en el punto (52). Los bloques de
empuje (40) se encuentran ahora en la parte "interior" de la
estructura portante (34). En este caso, los agujeros pasantes (128)
que muestra la figura 11I se deben prever en la estructura portante
(34), ya que al elevar el paraboloide (10) los bloques de empuje
(40) se desplazan a través de la estructura portante (34), es
decir, del lado izquierdo de esta estructura portante de la figura
6A. También en esta forma de realización, el receptor (62) está
soportado por dos brazos portantes (58) dispuestos en forma de
"A", los cuales están unidos mediante articulaciones oscilantes
con los correspondientes ejes de articulación (60) en la zona del
borde inferior (12) del espejo parabólico en posición de
funcionamiento y de la unión del mismo a la estructura portante
(34).
Para hacer posible la apertura y el cierre del
espejo, la posición de cada punto de suspensión debe satisfacer los
siguientes criterios. Para la variante que muestran las figuras 1 a
5, la distancia entre los puntos (46) y (36) de la figura 3 siempre
debe ser menor que la distancia entre el punto (46) de la figura 3 y
la base del refuerzo (50) del bastidor en la figura 3. Para la
variante especialmente preferente de la figura 6, la distancia
entre los puntos (46) y (36) de la figura 6B siempre debe ser menor
que la conexión entre los puntos (46) y (52) de la figura 6B.
Si no se respetan estas relaciones entre las
distancias, el giro del paraboloide en el punto (46) está
restringido y no se podría cerrar totalmente el espejo en la
posición de reposo.
En esta forma de realización, los brazos
conductores (42) están levemente curvados, lo que no es
absolutamente necesario. También en la forma de realización según
las figuras 6A a 6C, el posicionado del espejo parabólico se
realiza mediante el desplazamiento hacia la izquierda o hacia la
derecha de los bloques de empuje (40) según se desee pivotar el
espejo hacia arriba o hacia abajo.
Como resumen, se puede decir lo siguiente: En
este ejemplo, un paraboloide (10) reflector, semicircular y
autoportante, se suspende en uno o varios puntos (52) y en uno o
varios otros puntos (36), de manera que un movimiento de los
bloques de empuje (40) que comportan los puntos (36) (el mismo
número que los puntos de fijación -36-) a lo largo de la guía que
forman los largueros del bastidor ocasione una apertura en forma de
tijeras del reflector (10). Los bloques de empuje (40) pueden tener
un accionador individual o conjunto. El accionamiento se puede
realizar del modo que se desee. En especial, mediante una varilla
roscada situada paralelamente al riel (16), (18) de modo que en el
bloque de empuje (40) se dispone una rosca y el movimiento se
consigue mediante la rotación de la varilla roscada. El
accionamiento también se puede realizar mediante una barra dentada,
una correa dentada o una cadena, paralela al riel (16), (18), y un
piñón accionado dispuesto sobre el bloque de empuje (40).
Los puntos de fijación (52) y/o (60) se
encuentran dentro del paraboloide reflector. De esta manera se
consigue una construcción especialmente compacta. Todos los
dispositivos mecánicos se pueden disponer debajo del paraboloide, y
quedan protegidos en la posición de reposo.
En estos sistemas también se puede resolver de
modo sencillo la fijación del receptor (62). Es suficiente disponer
una fijación móvil en el extremo interno del paraboloide (10). Al
abrir el sistema, el receptor simplemente se desliza a lo largo del
suelo o de un sencillo listón, hasta que es elevado por el borde
inferior del paraboloide, cuando se encuentra automáticamente en el
punto focal del paraboloide.
Las figuras 7 y 8 muestran un refuerzo
triangular (80) destinado a reforzar el espejo parabólico (10),
donde el refuerzo triangular de la figura 7 está configurado para
su utilización en la forma de realización según las figuras 1 y 5,
mientras que el refuerzo de la figura 8 está adaptado a la
realización según la figura 6. Tanto en la realización según la
figura 7 como en la realización según la figura 8 se han previsto
dos refuerzos triangulares para cada espejo parabólico, de modo que
el número de refuerzos triangulares previstos se corresponde con el
número de brazos conductores (42).
En estas dos formas de realización, los tres
vértices del triángulo (82), (84) y (86) están en lugares próximos
a los correspondientes ejes de pivotamiento (46), (60) y (36).
Preferentemente, los refuerzos triangulares están fijados a las
orejas o bloques (38), (88) y (90) que alojan los ejes de
pivotamiento (36), (60) y (46), además de estar adheridos o fijados
al espejo parabólico (10) y a la correspondiente estructura portante
(34). Las posiciones respectivas de los ejes de pivotamiento (36),
(46) y (60) quedan determinadas unívocamente por los refuerzos
triangulares.
Las figuras 9A y 9B muestran una configuración
según la invención, que se corresponde en lo fundamental con la
configuración según las figuras 1 a 5, por lo que se utilizan las
misas referencias para los mismos componentes, y las descripciones
hechas también son válidas para los componentes correspondientes. La
principal diferencia respecto a la realización según las figuras 1
a 5 radica en la configuración del receptor (62), que en este caso
consta de dos partes, concretamente un espejo (100) situado en el
punto focal del espejo parabólico, o bien delante o detrás del
mismo, y un colector (102) que recibe los rayos reflejados por el
espejo (100), que constituye el receptor propiamente dicho y que en
la forma de realización anterior estaba dispuesto directamente en
el punto focal del espejo parabólico. El espejo (100) también puede
ser un espejo parabólico, o bien un espejo con curvatura esférica.
Se observa que en esta forma de realización el colector (102) está
dispuesto sobre el eje de giro (32) del bastidor (14), de modo que
siempre tiene la misma orientación respecto al espejo (100) y gira
junto con el bastidor alrededor del eje (32). Esto es válido
independientemente de la posición del espejo parabólico en cada
momento. Para ello, se debe seleccionar adecuadamente la posición
angular del espejo (100), o bien modificarla automáticamente en
función del seguimiento vertical del sol, de manera que en el
receptor siempre se irradie el mismo punto. Además, la disposición
de los brazos conductores (42) en las figuras 9A y 9B es algo
diferente a la de las figuras 1 a 5.
En la figura 9A se observa una ventaja especial
de esta forma de realización, que tanto el espejo (100) como el
colector (102) están totalmente cubiertos y protegidos por el espejo
parabólico (10) en posición cerrada.
Es especialmente conveniente que, al contrario
de lo que muestra la figura 9, el reflector (100) esté detrás del
punto focal del espejo parabólico y debajo de los brazos (58), ya
que así no está en el camino de la radiación solar hacia el espejo
parabólico, con lo que aumenta el rendimiento de la instalación. En
este caso, el reflector debe concentrar o distribuir de modo
suficiente sobre el colector los rayos procedentes del espejo
parabólico. Por el mismo motivo, el receptor (62) se puede situar
convenientemente detrás del punto focal y debajo de los brazos
(58), es decir, cuando sólo se utiliza un colector y ningún
reflector. En este caso, el receptor puede estar convenientemente
fijado a los brazos con articulaciones oscilantes y estar
configurado de manera que bascula hacia adentro y hacia afuera
cuando se cierra (figura 5A) o se abre el sistema, con lo que se
consigue una configuración muy compacta.
Las figuras 10A y 10B muestran otra disposición
según la invención, muy similar a la de las figuras 9A y 9B, pero
que está realizada según el enfoque concreto de la figura 6, es
decir, que en esta forma de realización los brazos conductores (42)
se encuentran dentro del espejo parabólico.
\newpage
Dado que la disposición del receptor (62) en la
forma de realización de la figura 10 es idéntica a la de las
figuras 9A y 9B, no son necesarias más explicaciones, y para la
forma de realización según las figuras 10A y 10B son pertinentes
las descripciones de las figuras 9A y 9B.
Las figuras 11A a 11J explican la elección de la
forma del paraboloide.
En primer lugar, en la figura 11A se muestra el
principio básico de un espejo parabólico. Los rayos paralelos (108)
incidentes, es decir, los rayos procedentes del sol que, debido a la
distancia al sol, se pueden considerar rayos paralelos (108),
siempre se reflejan hacia el punto focal (110) del espejo parabólico
(10).
La figura 11B muestra claramente que la zona
central del espejo parabólico, es decir, donde los rayos de luz
paralelos (108) inciden, como mínimo esencialmente, de modo
perpendicular a la zona (112) de la superficie del espejo
parabólico (10), es una zona de mayor eficiencia si se compara con
una zona exterior (114) de las mismas dimensiones en la que los
rayos paralelos (108) inciden sobre la superficie del espejo con un
ángulo considerable. Aquí se produce una pérdida condicionada por
la geometría.
La cantidad de energía de los dos grupos de
rayos de luz (108) es la misma. Para los rayos (108) que inciden en
la zona central (112) del espejo parabólico, la energía se capta en
una zona de un ancho de 30 unidades cualesquiera. Para ello se
requiere una superficie del espejo parabólico que se extienda con un
ancho de aproximadamente 30 unidades cualesquiera. En el caso de
los rayos paralelos (108) que inciden en la zona (114) del espejo
parabólico, la correspondiente zona del espejo parabólico debe tener
un ancho de 41,80 unidades aproximadamente. Dicho de otro modo,
hace falta más superficie en la zona (114) que en la zona (112) para
reflejar eficazmente la misma cantidad de luz. Así pues, a los
efectos de la invención es más rentable elegir una zona central del
espejo parabólico y no una zona más exterior en la que los rayos del
sol incidan oblicuamente sobre la superficie del espejo.
La figura 11C muestra, por ejemplo, la manera en
que se puede formar un espejo parabólico (10) con la forma que
aparece en las figuras anteriores, realizada con la parte central
del espejo parabólico según las figuras 11A y 11B. Es especialmente
ventajoso que el punto focal (110) esté en el plano horizontal (111)
de la figura 11C y orientado con el borde inferior (12), porque de
esta manera se puede disponer el receptor en una posición
favorable.
La figura 11D muestra claramente que el espejo
parabólico no necesita estar configurado como un paraboloide
continuo, sino que se pueden ensamblar varios segmentos, es decir,
facetas reflectoras, (10A) a (10I), a fin de construir un espejo
parabólico eficaz. La figura 11D también muestra la utilización de
un receptor (62), que consta de un espejo (100) y de un colector
(102) correspondientes a las formas de realización de las figuras
9A, 9B y 10A, 10B, y muestra, además, que en este ejemplo el
reflector (100) puede tener una superficie de espejo plana y estar
situado más cerca que el punto focal (110) del espejo parabólico
realizado con los segmentos 10A a 10E. Esto tiene la ventaja de que
se reduce la distancia entre el espejo (100) y el espejo parabólico
desde (10A) hasta (10I), comparada con las configuraciones sin
espejo (100), en las que el receptor está directamente en el punto
focal (110), lo que es muy útil para la eficiencia del espejo
parabólico y para la disposición compacta de los componentes debajo
del espejo parabólico cerrado.
La figura 11E muestra la manera de representar
un espejo parabólico de forma casi rectangular sobre la zona
central de un paraboloide de rotación. Es decir, que las dos zonas
rayadas con forma aproximada de "D" por encima y por debajo de
la zona central (112) se "recortan", o sea que ni siquiera se
fabrican.
La línea de trazos (118) indica la posibilidad
de dividir la zona (112) en dos mitades (A) y (B), las cuales se
pueden utilizar a los efectos de la invención, en su caso también
disponiéndolas contiguas entre sí.
La figura 11F muestra otra posibilidad de
realizar un espejo parabólico aproximadamente rectangular visto
desde arriba. También en este caso, las zonas rayadas (120) no se
utilizan, sólo la zona no rayada (10) por debajo de la línea media
(122), de modo que el borde inferior (124) curvado del espejo
parabólico (10) de la figura 11F, si se desea, se puede cortar de
forma diferente, por ejemplo, según la línea discontinua (124'). La
parte superior del espejo parabólico según la figura 11F, es decir,
la zona semicircular por encima de la línea media (122),
normalmente no se fabrica, sino que simplemente sirve para
representar la manera en la que se puede elegir un espejo
parabólico (10) con referencia a un espejo parabólico de perímetro
circular.
Sin embargo, la figura 11G muestra que también
podría considerarse como espejo parabólico la zona situada por
encima de la línea (122), y la figura 11H muestra una vista en la
dirección de la flecha (126) que en la práctica se rellena con la
estructura portante (34), mientras que la figura 11I muestra la
forma en que son posibles los entrantes (128) en la estructura
portante (34), por ejemplo, para ubicar el espejo parabólico a
menos altura que en la figura 3, de manera que las barras (16) y
(18), como mínimo en parte, se puedan alojar en los entrantes
(128). Dichos entrantes (128) también pueden ser útiles para
permitir un movimiento de oscilación amplio del espejo parabólico
alrededor del eje de pivotamiento (36) sin que se produzca contacto
entre el espejo parabólico y los bloques de empuje (40) o las
barras (16), (18).
Por último, la figura 11J muestra la forma de
elegir las relaciones geométricas más ventajosas para la curvatura
del espejo.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
En el ejemplo seleccionado, r = 400 cm y la
profundidad T = r/4 = 100 cm. Esta relación entre dimensiones es
importante, dado que determina directamente la relación entre la
apertura (sombra sobre plano vertical) y la superficie del espejo.
Con una relación T = r/4, la superficie del espejo es sólo
aproximadamente un 10% mayor que la apertura. Para espejos muy
grandes se puede elegir una relación menor, gracias a una estática
mejor del paraboloide autoportante.
En la figura 11J la distancia focal del espejo
parabólico es igual al radio "r" del mismo. Esta configuración
es muy ventajosa, porque asegura que el receptor (62) y, en su caso,
los brazos conductores (42) también están cubiertos con el espejo
pivotado hacia abajo, y que la curvatura de toda la zona central no
es demasiado grande.
Las figuras 12A a 12D muestran la forma en que
se puede ensamblar el espejo parabólico a partir de segmentos o
elementos individuales. En primer lugar, partimos de una forma
semicircular del espejo parabólico, vista desde arriba. Sin
embargo, se entiende que es posible elegir cualquier contorno
exterior del espejo parabólico, por ejemplo, según los distintos
ejemplos de las figuras 11E, 11F y 11G.
La figura 12A muestra, en primer lugar, que el
espejo parabólico (10) se puede configurar con cinco zonas (142)
contiguas en forma de sectores, los "segmentos grandes". Cada
segmento (142) puede constar de una pieza o bien, por ejemplo, de
cinco piezas individuales (144), tal como se muestra para el
segmento inferior del lado izquierdo de la figura 12A. El borde
izquierdo del segmento (140) del lado izquierdo puede ser curvado,
como se indica en (146), o bien recto como se muestra en (148). Cada
una de las piezas individuales (144) puede estar subdividida y
formada por segmentos (150) de distintas clases, como se muestra en
el lado derecho de la figura 12A. También son posibles otras
subdivisiones, como se indica con las líneas (152) dibujadas como
ejemplos.
Se pretende mostrar que los espejos parabólicos
utilizados para realizar la invención se pueden fabricar sin
dificultad con grandes dimensiones, por ejemplo, con una medida
transversal de más de 8 metros. Estas unidades son relativamente
difíciles de transportar, dado que son relativamente livianas y la
presión del aire durante el transporte las puede dañar fácilmente
cuando no están correctamente sujetas sobre el vehículo de
transporte. Por ello, según la inversión, el espejo parabólico se
fabrica, preferentemente, con segmentos individuales que se
ensamblan entre sí en el lugar de montaje del espejo parabólico, tal
como se explica más adelante.
La figura 12B muestra que las piezas de los
sectores no necesariamente deben estar realizadas con bordes rectos,
sino que también pueden tener dos bordes curvados como, por
ejemplo, en (154) y (156). Lógicamente, esto no se aplica a los
segmentos en forma de sectores (158) en la zona central del espejo
parabólico. Los segmentos de un mismo anillo son todos iguales.
La figura 12B muestra otra posibilidad de
subdivisión de cada sector en varias piezas (160) del mismo tipo,
de modo que no todas las piezas (160) necesitan ser iguales, pero sí
deben ser tales que se pueda ensamblar un sector (142) con pocas
piezas (160).
La figura 12C muestra la forma de la estructura
portante (34), que se puede utilizar con un espejo parabólico según
la figura 12A o bien la 12B, visto en la dirección de la flecha
(162) de la figura 12A o bien la 12B.
Por último, la figura 12D muestra
esquemáticamente en perspectiva un espejo parabólico similar al de
la figura 12B, donde se puede observar que la superficie reflectora
puede estar constituida por varios segmentos (164), de los que
existen varias clases según la cantidad de anillos, es decir, en
este ejemplo, cinco clases.
Como material para los segmentos se utiliza,
preferentemente, un material esponjoso de poliestireno extruido de
alta densidad, que en su lado reflector está recubierto con una
película reflectora, por ejemplo, una película de aluminio.
La figura 13 muestra un ejemplo de un segmento
de este tipo, por ejemplo, el (152) de la figura 12A, que es
representativo de los demás sectores y segmentos (142), (144),
(160), (164) de las figuras 12A a 12D. Se observa que el segmento
(152) está dotado en todos sus lados de una ranura redondeada (170)
cuya forma es la de una parte de una circunferencia y que se
extiende algo más que una semicircunferencia. Estas ranuras se
pueden recortar de cada segmento (152) con una pérdida de material
mínima utilizando, por ejemplo, un alambre calentado con la misma
forma de parte de circunferencia. De esta manera se realizan las
piezas (172) con una sección transversal en forma de "D".
Estas piezas se pueden pegar entre sí en el punto (174) que muestra
la figura 13D. El elemento (177) de la figura 13D se puede dotar de
un recubrimiento exterior (175) de resina sintética reforzada con
fibra de vidrio. Esta capa exterior (175) sirve, por una parte, para
reforzar el elemento de conexión y, por otra parte, compensa el
ancho del corte de extracción de las dos piezas en forma de
"D".
El elemento de la figura 13D con una sección
transversal en forma de "8" se puede reutilizar para pegar dos
segmentos entre sí. Dado que la medida en la zona de las flechas
(AA) es mayor que en la zona de las flechas (BB), que se
corresponde con la medida en el entrante (176) de las ranuras (170),
dicho elemento permite realizar una unión con ajuste de forma entre
dos segmentos. Según la figura 13F se puede dotar a cada segmento
(152) de un elemento (177) según la figura 13D, de forma que los
segmentos se puedan ensamblar entre sí del mismo modo en que se
realizan las uniones habituales del tipo de ranura y lengüeta en
tableros para pisos.
Tal como se muestra en las figuras 13E y 13H,
esta pieza también puede servir para fijar un segmento (152) a una
nervadura (180) que sobresale radialmente de la superficie
reflectora (película reflectora) (171) del espejo parabólico, y que
refuerza la construcción, es decir, refuerza el espejo
parabólico.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Después de pegar entre sí varios segmentos
(160), en su caso, utilizando nervaduras (180), se coloca sobre
todo el dorso del espejo un refuerzo de fibras (181), por ejemplo,
en forma de fibras de vidrio embebidas en una resina adecuada, de
manera que se forma una cáscara rígida y estanca al agua. Esta
cáscara está reforzada, por una parte, mediante las piezas de
material esponjoso de los segmentos (152) y, en su caso, por las
nervaduras de refuerzo (180) que también son de material esponjoso,
o bien de madera u otro material, y también sirve para evitar que
se deformen los segmentos, garantizando así que se conserven las
propiedades del espejo parabólico. Se pueden utilizar pernos (183)
para mantener firmemente unidos los segmentos con nervaduras de
refuerzo durante el curado de la resina sintética. En su caso,
pueden contribuir a reforzar la estructura terminada, o bien se
pueden retirar una vez que los segmentos estén pegados entre sí
(mediante la unión con adhesivo).
Si se desea, se pueden prever nervaduras de
refuerzo (180) en el lado posterior del espejo parabólico (10) en
vez de disponerlas en el lado anterior, o bien tanto en el lado
posterior como en el lado interior. No se produce una pérdida de
superficie efectiva, dado que las superficies de los refuerzos son
adicionales a la superficie del espejo. Simplemente, el espejo
tiene un tamaño levemente mayor, pero esto ayuda a reforzar el
espejo, de manera que se puede construir aún más grande, aumentando
de esta forma su superficie efectiva.
La formación de una cáscara con un material
compuesto, por ejemplo, con fibras de vidrio embebidas en resina,
también permite montar sobre el espejo parabólico las orejas de
amarre (38), (88) y (90). Estas orejas también se pueden realizar
con materiales de unión reforzados con fibras, en su caso, con
refuerzos de metal o de madera o bien casquillos incorporados, a
fin de fijar los ejes de pivotamiento al espejo parabólico con
firmeza suficiente. La madera se impregna de resina sintética y
adquiere una especial solidez. Este tipo de construcción tiene un
peso reducido.
También la estructura portante (34) puede estar
constituida por materiales compuestos, y también se puede adherir
al espejo parabólico utilizando dichas capas reforzadas con
fibras.
La figura 14 muestra una primera alternativa de
realización del accionamiento de giro del espejo parabólico, es
decir, para el seguimiento horizontal del sol mediante el eje
vertical (32). El dibujo de la figura 14 Se corresponde en gran
medida con la figura 1, con la diferencia de que, que para una mejor
representación, se han omitido el espejo parabólico y los brazos
conductores asociados al mismo. Por otra parte, el bastidor (14)
está configurado de modo algo diferente, a fin de conseguir más
espacio para montar dos motores (200) que accionan las dos ruedas
(28) directamente o mediante mecanismos de engranajes. Si bien aquí
se muestran dos motores (200), también es posible trabajar con un
solo motor (200). También es posible accionar todas las ruedas
(28). Se observa que las dos ruedas (28), las cuales son accionadas
directamente por los motores (200), tienen un diámetro algo mayor
que el de las otras dos ruedas (28). El motivo de ello es que se
desea asegurar que las ruedas (28) mayores siempre tengan un
contacto de accionamiento con la pista de guiado (30). Las otras
dos ruedas simplemente aportan estabilidad y, debido a las grandes
dimensiones del bastidor (14), tienen contacto con la pista de
guiado (30) cuando el bastidor se desvía levemente, si bien las
fuerzas de contacto son mayores en las ruedas (28) de mayor tamaño.
Las ruedas accionadas de igual tamaño también podrían estar
dispuestas a una profundidad algo mayor.
La figura 15 muestra esquemáticamente una
posible configuración del desplazamiento de los bloques de empuje
(40), para conseguir el seguimiento vertical del espejo parabólico.
En esta forma de realización se utiliza una barra roscada (222)
cuyo movimiento de giro es accionado por un motor (224). El
movimiento de giro de la barra roscada (222) se transmite mediante
un elemento de tuerca (226) al bloque de empuje (40) accionado de
manera que dicho bloque, que está soportado de forma móvil por
cuatro rodillos (228), se pueda desplazar a lo largo de los
correspondientes largueros (16), (18) en los dos sentidos, de modo
que para conseguir el movimiento en los dos sentidos el motor (224)
es un motor reversible.
El dibujo en sección transversal de la figura
15B muestra la forma en que están soportados los rodillos (228)
sobre el extremo del árbol (230), que se introducen en los
correspondientes espacios en forma de "C" a la izquierda y
derecha del puente central (232) del larguero (16), (18) conformado
como viga en "I", de modo que los rodillos (228) corren sobre
el ala inferior de la viga.
A fin de asegurar de forma económica la
sincronización de los dos bloques de empuje (40) y poder utilizar
un único motor (224), como muestra la figura 15C, uno de los
husillos roscados (222) es accionado directamente por el motor
(224) (es decir, el husillo -222- que en la figura 15C está asociado
al larguero -18-), mientras que el husillo (222) asociado al
larguero (16) es accionado por una cadena (234) de modo sincronizado
con el husillo (222) de accionamiento directo. Para este fin, la
cadena (234) se desplaza sobre dos piñones (236), (238) de igual
tamaño, de modo que el piñón (236) sobre el husillo (222) gira
solidariamente con la salida del motor (224) o bien con el
correspondiente husillo roscado (222). El piñón (238) gira
solidariamente con el husillo roscado (222) inferior de la figura
15C.
Por último, la figura 16 muestra una posible
alternativa para accionar sincronizadamente los dos bloques de
empuje (40) con un motor (224). En este caso, los bloques de empuje
(40), igual que en la forma de realización de la figura 15C, se
apoyan de modo desplazable con rodillos sobre los correspondientes
largueros (18), (16). Los detalles de este apoyo se corresponden
con los de la figura 15 y no se detallan aquí.
El motor (224) acciona un tornillo sinfín (240),
el cual engrana en dos ruedas helicoidales (242), las que a su vez
mueven los correspondientes cables de tracción (224). Los cables de
tracción están conectados con uno de los bloques de empuje (40) en
los correspondientes puntos de sujeción (246) y comprenden
respectivos resortes tensores (248) para la compensación de
longitudes y para asegurar la tensión necesaria del cable. Cada
cable de tensión (244) pasa por varias poleas de desvío (250), que
están dibujadas esquemáticamente en la figura 16.
Si bien el dibujo de la figura 16 genera la
impresión de que el cable de tracción (244) pasa por las
correspondientes ruedas helicoidales (242), los cables de tracción
realmente pasan sobre cilindros situados por encima o por debajo de
las ruedas helicoidales. Aunque se puede imaginar que es posible
generar una fuerza de accionamiento suficiente si los cables de
tracción pasan por la mitad del perímetro del cilindro,
probablemente es más ventajoso que los cables de tracción den
varias vueltas alrededor del cilindro de accionamiento. Esto tiene
el inconveniente de que los cables se desplazan axialmente respecto
al cilindro cuando el cilindro gira, ya que, por ejemplo, se
desenrollan por arriba y se enrollan por abajo. Sin embargo, esta
modificación de la longitud se puede compensar con los resortes
tensores (248).
En la configuración que muestra la figura 16, es
especialmente ventajoso que se trata de una solución muy económica,
no sólo porque los cables de tracción son relativamente baratos sino
también porque la utilización de un accionador de tornillo sinfín
que consta del tornillo sinfín (240) y de las ruedas helicoidales
(242) permite realizar una desmultiplicación, de manera que se
puede trabajar con un motor (224) de altas revoluciones,
relativamente pequeño y económico, y el mecanismo de accionamiento
es de autorretención, es decir, que no necesita disponer de un
freno separado.
Se debe señalar que el contorno del espejo
parabólico se puede realizar no solamente en forma de
semicircunferencia. Por ejemplo, visto desde arriba, el espejo
parabólico puede tener una forma rectangular o bien rectangular con
esquinas redondeadas, de modo que las esquinas redondeadas son,
preferentemente, las dos esquinas alejadas del borde inferior del
espejo parabólico en posición de funcionamiento. Si bien en algunos
de los ejemplos que muestra este documento el borde inferior, visto
desde arriba, parece recto, (debido a que desde esta perspectiva no
se ve la curvatura propia de la forma parabólica), también se puede
dar a este borde inferior una forma levemente curvada.
A los efectos de la invención, también se puede
utilizar un espejo parabólico que visto desde arriba tenga la forma
de un círculo. Esto puede ser especialmente ventajoso cuando, por
ejemplo, el espejo parabólico se deba utilizar sobre una piscina de
planta aproximadamente circular o bien sobre una casa con una
cubierta aproximadamente circular, o bien debe cubrir una zona
circular de una piscina o de una casa.
Con una configuración de este tipo, el eje de
articulación (46) se dispone en un lugar del espejo parabólico que
se corresponde con un diámetro horizontal del espejo parabólico,
bien en el lado frontal o bien en el lado posterior, según la forma
de realización de la figura 5 o de la figura 6. El eje de
pivotamiento (36) estará en la zona del borde inferior del espejo
parabólico en posición elevada, preferentemente algo por encima de
dicho borde inferior. En este caso se manifiesta la ventaja especial
de la invención de que el movimiento de giro del espejo parabólico
se consigue mediante el desplazamiento recíproco de los ejes de
articulación (46) y (36) aproximándose y alejándose el uno del
otro.
De esta manera, el centro de gravedad del espejo
se mantiene siempre aproximadamente sobre el centro del bastidor
(14).
En la siguiente descripción de las figuras 17 a
22, se describen algunas variantes preferentes de la invención, y
para los componentes iguales se utilizan las mismas referencias que
anteriormente, a fin de evitar la repetición innecesaria de la
descripción de dichos componentes. Es decir, que las descripciones
anteriores también se aplican a los componentes que tienen las
mismas referencias, salvo indicación en contrario. Cuando se
describen rasgos nuevos, se utilizan referencias nuevas.
La figura 17 se corresponde, como mínimo en lo
esencial, con la representación de la figura 5E, salvo que el
bastidor (14), en su extremo anterior (300), es decir, en la zona
del eje de pivotamiento (36) en la posición pivotada hacia arriba
del espejo parabólico (10), está elevado respecto al extremo
posterior (302), es decir, respecto a la zona en la que se apoya el
eje de pivotamiento (36) cuando el espejo parabólico (10) está en
la posición pivotada hacia abajo. De esta manera se reduce el
movimiento máximo de pivotamiento que debe conseguir el mecanismo
posicionador, entre la posición de pivotamiento máximo hacia abajo,
paralelo al bastidor (14), y la posición de pivotamiento máximo
hacia arriba, según la figura 17, en comparación con la realización
de la figura 5, lo que tiene un efecto positivo en el dimensionado
del mecanismo posicionador. Esto es especialmente importante en la
posición máxima del sol, en especial en el ecuador terrestre, ya que
el espejo parabólico, al pivotar hacia arriba, debe adoptar una
posición horizontal o casi horizontal.
Una posibilidad de alcanzar esta posición de
inclinación del bastidor (14) es montar las ruedas frontales (28)
sobre patas (304) que se extienden por debajo del bastidor (14).
Otra opción sería que las ruedas frontales (28) tuvieran un
diámetro mayor, tal como se muestra esquemáticamente en (28A), es
decir, que el bastidor (14) se levanta, en este ejemplo por
delante, es decir, en el lado en el que apoya el borde inferior del
espejo parabólico en posición cerrada, mediante una subestructura
cualquiera, por ejemplo, mediante la viga o pata (304), la cual se
puede reforzar para conseguir una mayor estabilidad.
La figura 17 también muestra un cable de goma
(306) tensado entre el extremo frontal (300) del bastidor (14) y el
receptor (62). La tensión del cable, en la posición abierta del
espejo parabólico (10) según la figura 17, genera un momento de
giro alrededor del eje de pivotamiento (36) el cual, cuando se
pivota hacia abajo el espejo parabólico (10), ayuda al mecanismo
posicionador a superar el momento de giro generado por efecto de la
fuerza de gravedad.
De forma parecida se puede tensar un cable de
goma (que no se muestra) entre el extremo frontal (300) del
bastidor y el borde (308), que en la posición cerrada del espejo
parabólico es el borde inferior de la estructura portante (34), el
cual ayuda al mecanismo posicionador cuando se pivota hacia arriba
el espejo parabólico desde su posición cerrada. En la posición
pivotada hacia arriba, este cable de goma estará aflojado.
La figura 18A se corresponde aproximadamente con
la figura 5A, salvo que en esta realización el eje de pivotamiento
(36) está montado sobre un marco portante (310) del bloque de empuje
(40) en un sitio dispuesto en un entrante (312) del espejo
parabólico. Cada uno de estos entrantes (312) que muestran las
figuras 19A y 19B y de los que en este ejemplo hay dos (un entrante
para cada bloque de empuje -40-), está formado por dos paredes
(314), (316) que vistas lateralmente tienen la forma de un
triángulo rectángulo y que están separadas entre sí por una
distancia "a". Uno de los lados de cada pared lateral está
unido firmemente al espejo parabólico (10), mientras que el segundo
lado, que forma con el primero, como mínimo, un ángulo esencialmente
recto, está unido a la estructura portante (34). Las dos
hipotenusas (318) de las paredes (314), (316) están unidas entre sí
en (320), para conseguir de esta manera una configuración rígida del
espejo parabólico. Es decir, que cada entrante (312) llega desde el
punto de intersección de la curvatura del espejo parabólico (10) con
la estructura portante (34) hasta una línea virtual entre los ejes
de pivotamiento (36) y (46), o bien hasta una línea virtual
paralela a ella. Este entrante triangular puede ser, por ejemplo, de
madera, o bien estar revestido o formado, o bien reforzado con otro
material sólido.
Además de hacer más rígido el espejo parabólico
y de reforzarlo como se deseaba, los entrantes (312) permiten
ubicar el eje de pivotamiento (52) a mayor profundidad, ya que el
entrante puede alojar el brazo conductor (42), aspecto que no se
muestra en el dibujo. Por otra parte, gracias al entrante, el espejo
parabólico (10) en posición pivotada hacia arriba se puede seguir
girando hacia atrás, ya que el brazo portante (310) superior del
bloque de empuje se apoya en el entrante, tal como muestra la figura
18B. Se observa que los bloques de empuje (40) que se utilizan en
este caso, vistos lateralmente, tienen forma de "U", de modo
que las alas de la "U" están en posición horizontal, el ala
inferior soporta los rodillos para el desplazamiento lineal del
bloque de empuje (40) y el ala superior constituye el brazo portante
(310).
La figura 19C muestra que el espejo parabólico
(10), en todos los sitios en los que el borde inferior (12) en
posición abierta podría chocar con el bastidor (14) o con otros
componentes tales como el mecanismo posicionador, se puede dotar de
entalladuras, es decir, entrantes como en (326) y (328), para evitar
colisiones.
La figura 20A muestra la forma en que se pueden
accionar varios bloques de empuje (40) (en este caso, dos bloques
de empuje) con un número de mecanismos posicionadores (224) (en este
caso, un mecanismo posicionador) distinto del número de bloques de
empuje. Los dos bloques de empuje se conectan fijamente entre sí,
por ejemplo, mediante una tabla o barra (322) formando una unidad
combinada, y el mecanismo posicionador (224) actúa sobre dicha
unidad de forma que las fuerzas se reparten equilibradamente entre
los dos bloques de empuje. Para conseguir esto, en este ejemplo el
mecanismo posicionador (224) actúa sobre la barra (322) en el centro
de la misma. Preferentemente, el mecanismo posicionador (224) se
realiza en forma de accionador de puerta de garaje.
La sección (B-B) muestra la
forma en que está montado de modo linealmente desplazable cada
bloque de empuje (40), con dos pares de rodillos (324) en las
partes del marco (326) del bastidor (14).
La solución que la presente invención propone
por primera vez para el seguimiento vertical del sol, utilizando el
lenguaje técnico de la construcción de maquinaria, se podría
denominar "accionador encadenado con una manivela de empuje y
tres articulaciones", estando la manivela de empuje accionada por
un mecanismo posicionador. Es conveniente utilizar un accionador
lineal, ya que el movimiento de la manivela de empuje es lineal.
Para ello, tal como se ha indicado, es especialmente económico
utilizar un accionador para puerta de garaje habitual en el
comercio.
La figura 21 muestra una configuración según la
figura 15C, pero con piezas adicionales en forma de cables de goma
(330). Cada cable de goma está fijado en uno de sus extremos (332)
al bloque de empuje (40) o bien (lo que no se muestra) a una
estructura que conecta varios bloques de empuje (40).
Preferentemente, el segundo extremo (334) de cada cable de goma
está fijado al bastidor (14) en el centro del recorrido de los
bloques de empuje. Para una mejor dosificación de las fuerzas de
resorte o fuerzas tensoras de goma se pueden utilizar varios
resortes o cables de goma como el (330), cuyo segundo extremo está
fijado en diferentes posiciones en el bastidor (14) a lo largo del
recorrido de los bloques de empuje. Básicamente, una configuración
de este tipo se puede utilizar con un único bloque de empuje (40) o
bien con varios bloques de empuje (40). En este último caso, se
prevé para cada bloque de empuje, como mínimo, un cable de goma
(330).
La figura 22A muestra un espejo parabólico (10)
según la invención, ensamblado con planos individuales, es decir,
que no tiene elementos curvados. El espejo parabólico (10) según la
figura 22A consta en este ejemplo de 6 anillos concéntricos (I),
(II), (III), (IV), (V), (VI). El anillo (I) consta de seis segmentos
(340) que vistos desde arriba tienen forma de triángulo. El anillo
(II) consta de seis segmentos (342) que vistos desde arriba tienen
forma de trapecio. El anillo (III) consta de los segmentos (344) que
vistos desde arriba tienen forma de trapecio y de segmentos
rectangulares (346), de modo que los segmentos trapezoidales (344)
pueden ser muy cortos en su extremo interior y eventualmente se
pueden sustituir por segmentos triangulares. El anillo (IV), visto
desde arriba, también consta de elementos trapezoidales (348) y de
elementos rectangulares (346). El anillo (V), visto desde arriba,
también consta de elementos trapezoidales (350) y de elementos
rectangulares (346), lo que también se aplica al anillo (VI), que
consta de elementos trapezoidales (352) y elementos rectangulares
(346).
Los lados de segmento están biselados de forma
que las superficies planas del espejo parabólico están orientadas
de manera que se obtiene una buena aproximación a la forma de
parábola deseada. Para la formación de segmentos, los elementos
individuales están pegados entre sí en la zona de sus lados, y los
segmentos triangulares (354) también estén pegados a los segmentos
triangulares (354) contiguos en la zona de sus lados largos, para
conformar el espejo parabólico. Según la figura 13, la totalidad de
la estructura está recubierta, como mínimo en su parte posterior,
con un material plástico reforzado con fibra de vidrio, tal como
muestra la figura 13H, y se pueden prever en el espejo parabólico
los entrantes necesarios descritos en relación con otras
figuras.
Sobre la base de las figuras 22B y 22C se
muestra la manera en que se puede fabricar esta construcción, según
la figura 22A, como mínimo básicamente sin desperdicio de material,
a partir de placas de material esponjoso extruido como la placa
(A), en base a los elementos (348) y (346) del anillo (IV), de modo
que la presente explicación también es válida para los elementos de
los demás anillos.
Una placa extruida (A) de material esponjoso,
habitual en el comercio y adecuada para la presente invención, se
puede conseguir de las empresas fabricantes con medidas de, por
ejemplo, aproximadamente 60 cm de ancho por 240 cm de largo y 4 cm
de espesor. Estas placas de material esponjoso extruido con
frecuencia poseen uniones de tipo ranura y lengüeta, el lado
inferior estrecho (360) en las figuras 22B y 22C dispone de una
ranura (362), y el lado superior estrecho (364) en las figuras 22B
y 22C dispone de un muelle (366) insertado en una correspondiente
ranura (362) de la placa subsiguiente. Es suficiente enganchar entre
sí las placas de material esponjoso extruido y, a elección, se
puede prever una unión por adhesivo en la zona de la unión por
ranura y lengüeta. De esta manera se forma un elemento alargado como
el que muestran las figuras 22B y 22C, estando dicho elemento
compuesto por placas individuales, lo que sólo se indica en el
ejemplo de las placas inferiores, a fin de no complicar
innecesariamente la exposición.
En lugar de formar una banda de placas a partir
de varias placas individuales como la placa (A), se podría utilizar
una banda continua procedente de la máquina de extrusión de material
esponjoso, que se dividiría inmediatamente en elementos
individuales.
La zona inferior triangular (368), que en la
figura 22B aparece a rayas, debe entenderse como desperdicio. A
continuación, se cortan de la banda de material formada por las
placas los elementos siguientes, en el orden de abajo hacia arriba:
(348), (346), (348), (348), (346), (348), (348), (346), (348),
(348), (346), etc. En la zona de la unión por ranura y lengüeta
(362), (366) entre dos placas de material esponjoso extruido, como
mínimo en lo fundamental, no se produce desperdicio. Es decir, que
la zona a rayas (368) aparece sólo al principio de la primera
placa.
En las líneas dobles en la zona de los bordes de
cada elemento, tal como se muestra en (370), se observa que los
elementos están biselados. Esto se aplica a todas las zonas marcadas
con una línea doble, y se debe elegir adecuadamente el grado de
biselado para cada anillo. En algunas zonas biseladas se puede
producir cierto desperdicio de material, pero que es mínimo.
Las líneas a trazos muestran bordes formados en
el lado inferior de la banda de placas, según la figura 22B.
Aunque el dibujo según las figuras 22B y 22C
sólo se aplica al anillo (IV), se entiende que el correspondiente
esquema de corte es aplicable a los elementos de los demás anillos.
El desperdicio de material, que es mínimo, se puede volver a
fundir, de manera que globalmente se puede trabajar sin pérdidas de
material.
Es especialmente conveniente que algunos de los
cortes rectos, en especial aquellos que discurren transversalmente
u oblicuamente a la correspondiente placa de material o banda de
material, también conformen los lados biselados, es decir,
inclinados, de dos elementos, con lo que, por una parte, se reducen
las pérdidas de material y, por otra parte, se puede realizar
económicamente el procedimiento de corte. Los ángulos de inclinación
de los lados biselados de los elementos se configuran en cada caso
de manera que cuando se ensamblen los elementos se consiga una
forma aproximadamente parabólica. Es decir, que los lados
aproximadamente radiales de los elementos de cada anillo presentan
el mismo ángulo de inclinación, pero que los otros lados de cada
elemento, los cuales discurren alrededor de un eje de simetría de
rotación, se eligen diferenciadamente para los distintos anillos,
según la posición del anillo en la forma parabólica, a fin de crear
la forma deseada próxima a una parábola.
Si bien el diseño de un espejo parabólico que se
da a conocer en este documento se utiliza principalmente para
espejos solares, esta construcción también se puede utilizar para
otros fines, tales como los sistemas de radar o la recepción de
señales de satélites.
Sin embargo, estos perfeccionamientos o formas
de realización no son objeto de la presente invención.
Claims (10)
1. Sistema concentrador de energía solar que
comprende un reflector (10) realizado en forma de espejo parabólico
con seguimiento conducido en dos ejes, con un lado interior
reflector, soportado por un bastidor (14) dispuesto en un plano
portante y con un receptor (62) que cuando está en funcionamiento se
sitúa en el punto focal (110) del espejo parabólico o bien delante
o detrás de dicho punto focal, en el que, además, el espejo
parabólico puede girar alrededor de un eje (32) dispuesto, como
mínimo, de modo esencialmente perpendicular al plano portante,
donde el espejo parabólico (10) se puede hacer pivotar hacia arriba
y hacia abajo alrededor de un eje inferior de pivotamiento (36)
dispuesto en la zona del plano portante o bien a una cierta
distancia por encima o por debajo del mismo, y en el que el
movimiento de pivotamiento del espejo parabólico es asistido, como
mínimo, por un brazo conductor (42) articuladamente unido en un
extremo a la zona central del espejo parabólico y en el otro
extremo al bastidor (14), caracterizado porque el eje de
pivotamiento (36) está dispuesto de forma desplazable en un plano
paralelo al plano portante o bien en el plano portante, y el
desplazamiento del eje de pivotamiento (36) conduce o contribuye al
correspondiente movimiento de pivotamiento del espejo parabólico
(10).
2. Sistema concentrador de energía solar, según
la reivindicación 1, caracterizado porque el espejo
parabólico (10) se puede pivotar hacia abajo alrededor del eje de
pivotamiento (36) lo suficiente como para que en la posición
inferior de pivotamiento forme una cubierta y/o que el espejo
parabólico (10) en la posición inferior de pivotamiento apoye sobre
una superficie portante, una base (30), un subsuelo o un muro
adaptado al contorno del espejo parabólico (10) y, opcionalmente,
se pueda asegurar sobre los mismos con un dispositivo de cierre.
3. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
existe una estructura portante alargada (34) que se extiende a lo
largo del borde inferior (12) del espejo parabólico (10) y asegura
la rigidez del espejo parabólico al tiempo que soporta el eje de
pivotamiento (36).
4. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el bastidor se puede hacer girar sobre una trayectoria circular (30)
mediante rodillos (28) o ruedas, a fin de realizar el movimiento de
pivotamiento alrededor del eje vertical.
5. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque,
para realizar el movimiento de pivotamiento, el espejo parabólico
(10) está conectado al bastidor (14) mediante un conjunto de
varillas (42) y el eje de pivotamiento (36) se puede desplazar sobre
dicho bastidor (14); y porque el conjunto de varillas consta de,
como mínimo, un brazo conductor (42) articulado giratoriamente en
un extremo con la zona central del espejo parabólico (10), en su
lado posterior (en 46) y en el otro extremo en un punto de apoyo
(52), soportado por el bastidor (14) y dispuesto detrás del espejo
parabólico (10).
6. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque,
para realizar el movimiento de pivotamiento, el espejo parabólico
(10) está conectado al bastidor (14) mediante un conjunto de
varillas (42) y el eje de pivotamiento (36) se puede desplazar sobre
el bastidor (14); y porque el conjunto consta de, como mínimo, un
brazo conductor (42) articulado giratoriamente, en un extremo con la
zona central del espejo parabólico (10), a su lado interior
reflector y en el otro extremo a un punto de apoyo (52), soportado
por el bastidor (14) y que en la posición inferior de pivotamiento
del espejo parabólico se encuentra próximo a la posición que adopta
el borde superior del espejo parabólico (10) cuando éste está
totalmente girado hacia arriba.
7. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el receptor (62) se ha previsto en uno de los extremos de un brazo
portante (58) cuyo otro extremos está articulado en la zona del
borde inferior (12) del espejo parabólico (10), preferentemente
sobre la citada estructura portante, y que puede girar hacia arriba
conjuntamente con el pivotamiento hacia arriba del espejo
parabólico.
8. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el espejo parabólico está compuesto por segmentos cada uno de los
cuales consta de cuerpos de material esponjoso extruidos (de
poliestireno o un material similar), recubiertos en una superficie
plana o de curvatura parabólica con una película de espejo (179) y
en su lado posterior con una película (181) de un material plástico
reforzado con fibra de vidrio, por ejemplo, de resina de poliéster
y fibra de vidrio, de modo que los segmentos (152) están
ensamblados o se pueden ensamblar entre sí en sus lados
longitudinales.
9. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
se han previsto uno o varios muelles (306, 330), por ejemplo, en
forma de uno o varios cables de caucho, para asistir a la fuerza de
posicionado del motor o de los motores (224) previstos para hacer
girar el espejo parabólico (20).
10. Sistema concentrador de energía solar, según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el espejo paraboloide (10) consta de elementos trapezoidales no
curvados (342, 344, 348, 350, 352 y 346), cuyos lados son rectos y
están cortados de modo oblicuo de manera que los elementos
ensamblados producen la forma deseada del espejo parabólico y, como
mínimo, algunos de los cortes rectos configuran la forma lateral de
cada dos elementos, por lo que los elementos ensamblados entre sí se
pueden cortar o están cortados con un mínimo de pérdidas a partir
de una placa o banda de material o bien de una banda de material
compuesta por placas de material.
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