ES2302652B1 - Instalacion para la generacion de energia electrica mediante empuje hidrostatico. - Google Patents
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Abstract
Instalación para la generación de energía
eléctrica mediante empuje hidrostático.
La instalación está dotada de al menos un
aparato, provisto de sendas compuertas de entrada y de salida de
agua, que comprende un depósito contenedor estático; un émbolo,
desplazable con holgura en sentido vertical por el interior del
depósito contenedor; y unos medios de transmisión de dicho
movimiento en un movimiento rotatorio. El émbolo se sostiene
mediante flotación por un flotador sobre el cual están dispuestos y
unidos a él unos medios para la retención de agua, que comprenden
un depósito móvil adaptado para apoyarse de forma estanca sobre el
flotador durante parte de la trayectoria de descenso del émbolo,
estando la compuerta de salida abierta, y para evacuar el agua
contenida y verterla en el fondo del depósito contenedor, estando
la compuerta de salida cerrada, ejerciéndose una fuerza de empuje
ascendente en el flotador que provoca su ascenso.
Description
Instalación para la generación de energía
eléctrica mediante empuje hidrostático.
La invención se refiere a una instalación para
obtener energía eléctrica a partir de energía hidráulica, y en
concreto a partir de la flotación de los cuerpos sumergidos en
líquidos.
Existen varios tipos de instalaciones destinadas
a obtener energía hidráulica transformable en energía eléctrica de
un modo limpio y seguro a partir de la flotación de cuerpos
dispuestos en un depósito por el interior del cual circula un
líquido.
Ejemplos de dichos aparatos que configuran
dichas instalaciones los encontramos descritos en los documentos
ES461890, a nombre del solicitante, ES479952 de JOAQUÍN MONTE
GONZÁLEZ, y GB2231368 de AUR
HYDROPOWER LTD. Dichos aparatos tienen en común la utilización de un depósito contenedor provisto de una entrada y de una salida para un líquido, generalmente agua provinente de una fuente natural, tal como el agua de un río, un lago, un embalse o similar, el cual está destinado a circular por el interior del depósito. En el interior del citado depósito contenedor está ubicado un flotador, constituido generalmente por un cuerpo hueco. El conjunto compuesto por el depósito y el flotador está configurado de tal modo que dicho flotador puede desplazarse en sentido ascendente y descendente, alternativamente, por el interior del depósito que lo contiene, a modo de émbolo, en función del volumen de líquido contenido en cada instante en el depósito contenedor.
HYDROPOWER LTD. Dichos aparatos tienen en común la utilización de un depósito contenedor provisto de una entrada y de una salida para un líquido, generalmente agua provinente de una fuente natural, tal como el agua de un río, un lago, un embalse o similar, el cual está destinado a circular por el interior del depósito. En el interior del citado depósito contenedor está ubicado un flotador, constituido generalmente por un cuerpo hueco. El conjunto compuesto por el depósito y el flotador está configurado de tal modo que dicho flotador puede desplazarse en sentido ascendente y descendente, alternativamente, por el interior del depósito que lo contiene, a modo de émbolo, en función del volumen de líquido contenido en cada instante en el depósito contenedor.
La entrada y la salida del líquido provistas en
el depósito, incorporan una válvula de admisión y expulsión,
respectivamente, que permiten regular la cantidad de agua almacenada
en cada instante en el depósito. Así, mientras la válvula de
expulsión se mantiene cerrada y la válvula de admisión se mantiene
abierta, la cantidad de líquido contenido en el depósito aumentará
progresivamente, provocando el movimiento ascendente del flotador
alojado en el depósito. Por el contrario, mientras la válvula de
expulsión se mantenga abierta y la válvula de admisión cerrada, la
cantidad de líquido contenido en el depósito disminuirá
progresivamente, provocando en este caso el movimiento descendente
del flotador. Naturalmente, mediante unos elementos mecánicos
pertinentes, tal como un conjunto biela-cigüeñal, el
movimiento alternativo lineal del flotador es transformado en un
movimiento rotativo, a partir del cual se puede obtener por ejemplo
energía eléctrica de un modo bien conocido por un experto en la
técnica.
Una de las principales ventajas de dichas
instalaciones frente a otros tipos de instalaciones de energía
hidráulica de mayor envergadura y más centralizadas, es el fácil
suministro de energía a lo largo de grandes distancias, gracias a
la fácil distribución de instalaciones a lo largo de los ríos o
canales.
No obstante, el principal problema de las
instalaciones antes mencionadas es que presentan una baja
eficiencia que las hace inoperativas. Es pues un objetivo de la
presente invención dar a conocer una instalación mucho más rentable
y con un rendimiento para obtener energía eléctrica mucho mayor que
el de las instalaciones actualmente conocidas, basadas en obtener
energía eléctrica a partir de la flotación de los cuerpos sumergidos
en líquidos.
La instalación de la presente invención elimina
todos los inconvenientes mencionados del estado de la técnica,
especialmente de instalaciones del tipo de las que están dotadas de
al menos un aparato que comprende un depósito contenedor estático
cuyo fondo está permanentemente lleno, al menos parcialmente, de un
líquido, tal como agua, procedente de una fuente inagotable como
por ejemplo un río, un lago, un embalse o similar; un émbolo,
desplazable con holgura en sentido vertical ascendente y descendente
por el interior del depósito contenedor, por la presión
hidrostática que ejerce el agua acumulada en cada momento en el
fondo del depósito contenedor, entre un punto muerto inferior
(pmi), en el que el émbolo queda separado del fondo del depósito
contenedor, y un punto muerto superior (pms) y viceversa; y unos
medios de transmisión de dicho movimiento del émbolo en sentido
vertical ascendente y descendente en un movimiento rotatorio de un
eje o en cualquier otro, estando provisto el aparato de sendas
compuertas de entrada y de salida de agua a través de las cuales el
agua entra y sale por gravedad, estando la compuerta de entrada
situada a un nivel superior que la compuerta de salida.
En esencia la instalación se caracteriza porque
el émbolo comprende un flotador, adaptado para sostener mediante
flotación el émbolo; y unos medios para la retención de agua
entrante en el aparato dispuestos por encima del flotador y unidos
a él, adaptados para retener un determinado volumen de agua durante
una parte de la trayectoria de la carrera de descenso del émbolo
desde el pms, estando la compuerta de salida abierta, y para
evacuarlo y verterlo en el fondo del depósito contenedor estando la
compuerta de salida cerrada y siendo el volumen de agua evacuado
suficiente para que ejerza una fuerza de empuje ascendente en el
flotador que provoque la carrera de ascenso del émbolo. Debido a
los medios para la retención de agua se puede verter el volumen de
agua necesaria para provocar la carrera de ascenso de un modo rápido
y eficaz.
Según otra característica de la invención, los
medios para la retención de agua del émbolo comprenden un depósito
móvil, provisto de al menos una abertura, adaptada para quedar
cerrada de forma estanca cuando el depósito móvil se apoya sobre el
flotador, siendo apropiado el depósito móvil para retener un volumen
de agua predeterminado.
Según otra característica de la invención, el
depósito móvil comprende una estructura vertical unida al flotador;
un receptáculo, adosado por la parte interior de la estructura
vertical, de forma deslizable, ejerciendo la estructura vertical de
guía del receptáculo; y unos medios de posicionamiento para
solidarizar el receptáculo a la citada estructura vertical.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el depósito móvil de los medios para la retención de
agua del émbolo está adaptado para apoyarse y quedar cerrado de
forma estanca sobre el flotador siendo apropiado para retener un
volumen de agua predeterminada y que será expulsada por todo el
contorno inferior del depósito móvil, mediante la retención del
receptáculo mientras el flotador sigue su descenso hasta llegar al
pmi, quedando una abertura en su parte inferior predeterminada entre
el depósito móvil y el flotador que permite su vaciado con
rapidez.
Otro aspecto destacable de la instalación objeto
de la invención es que los medios de posicionamiento comprenden al
menos una cavidad fija al receptáculo del depósito móvil de los
medios para la retención de agua; y un elemento de soporte, fijado a
la estructura vertical y dotado de unos medios elásticos que
presionan un elemento de rodadura, todo ello dispuesto de modo que,
al estar alineados el elemento de rodadura con la cavidad, éste
tiende a introducirse en la cavidad mientras los medios elásticos
los mantienen mutuamente presionados, bloqueándose de este modo el
desplazamiento vertical del receptáculo del depósito móvil de los
medios para la retención de agua respecto de la estructura
vertical.
La instalación según la invención, se
caracteriza además porque el aparato comprende además un depósito
superior fijo al depósito contenedor adaptado para recibir
directamente el agua entrante a través de las compuertas de entrada
y para acumularla, que está dotado de unos medios de vaciado en su
base que permiten la salida controlada del agua acumulada; y porque
los citados medios para la retención de agua están adaptados para
recibir el agua vaciada del depósito superior fijo y contenerla
sobre el citado flotador del émbolo.
De acuerdo con otra característica de la
invención la instalación se caracteriza porque los medios de
vaciado comprenden, en el fondo del depósito superior fijo, al menos
dos planchas unidas articuladamente, adaptadas para, a partir de
una posición plana en la que obstaculizan la salida de agua a
través de unas aberturas de salida, ser desplazadas una respecto la
otra al recibir un empuje de unas extensiones provistas a tal efecto
en la parte superior del flotador del émbolo, adoptando una
posición plegada en la que permiten el vertido de agua fuera del
depósito superior fijo a través de-las citadas
aberturas de salida y llenar los medios de retención.
La instalación según la invención, se
caracteriza además porque los medios de vaciado comprenden una
pluralidad de planchas situadas consecutivamente y recubriendo toda
la superficie del fondo del depósito superior fijo, de modo que al
recibir el empuje ascendente de las extensiones permiten el rápido
vaciado de agua del depósito superior fijo.
Según otra característica de la invención, los
flotadores de los émbolos están provistos de una compuerta de
acceso en su parte superior, a través de la cual es posible
introducir y extraer elementos de lastre del interior de los
mismos.
Otro aspecto destacable de la instalación es que
comprende dos aparatos estando sus respectivos émbolos acoplados
entre sí con la función de permitir que, cuando el émbolo del
primer aparato realiza la carrera de ascenso, el émbolo del segundo
aparato realiza la carrera de descenso, y viceversa.
Conforme a otra característica de la invención
los aparatos son de dimensiones y proporciones semejantes, siendo
sus correspondientes émbolos de igual peso, y porque los
respectivos depósitos contenedores están dispuestos a un mismo
nivel.
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de
ejemplo no limitativo, dos formas de realización de la instalación
objeto de la invención. En dichos dibujos:
las Figs. 1 a 6 representan vistas esquemáticas
en sección de respectivas secuencias de un ciclo completo del
funcionamiento de un aparato de una instalación según la
invención;
las Figs. 7 y 8 son sendas vistas esquemáticas
en sección de los detalles de unos medios de vaciado y de unos
medios de posicionamiento de la instalación de las Figs. 1 a 6,
respectivamente; y
las Figs. 9 y 10 son sendas vistas seccionadas
en planta y en alzado, respectivamente, de otro modo de realización
de la instalación constituida por dos aparatos.
La instalación objeto de la presente invención
está constituida por al menos un aparato 1 encargado de convertir la
energía hidráulica en energía cinética por gravedad, que
posteriormente podrá ser transformada en energía eléctrica. Dicha
instalación es operativa con un solo aparato 1 o con más de uno
situados en serie. En la presente descripción detallada se explica
una variante preferente en el que la instalación está constituida
por dos aparatos 1 y 1'. Opcionalmente, una instalación mayor puede
estar formada por múltiples instalaciones como la variante
preferente.
En las Figs. 1 a 6 se aprecia un aparato 1 de
los dos, equivalentes, que configuran una instalación según una
realización preferida de la invención, quedando un segundo aparato
1' oculto detrás del primero. En las Figs. 9 y 10 se muestra otro
modo de realización de la instalación, apreciándose dos aparatos 1
y 1'. Se observa que en dichas Figs. 1 a 10 se han utilizado las
mismas referencias numéricas para designar partes análogas o
componentes equivalentes en ambas realizaciones de la instalación
según la invención. En ambos casos, el aparato 1, y por analogía el
aparato 1', está constituido por un depósito contenedor 2 estático
cuyo fondo está permanentemente lleno, al menos parcialmente, de
agua 3, procedente de un río 30; por un émbolo 4, desplazable con
holgura en sentido vertical ascendente y descendente por el interior
del depósito contenedor 2, por la presión hidrostática que ejerce el
agua acumulada en cada momento en el fondo del depósito contenedor
2, entre un punto muerto inferior (pmi), en el que el émbolo 4
queda separado del fondo del depósito contenedor 2, y un punto
muerto superior (pms) y viceversa; y por unos medios de transmisión
de dicho movimiento del émbolo 4 en sentido vertical ascendente y
descendente en un movimiento rotatorio de un eje, no
representados.
Se considera conveniente en la transformación
del movimiento vertical ascendente y descendente en giratorio, por
ejemplo mediante bielas o engranajes y cremalleras, el uso de
volantes de inercia para sincronizar con la velocidad de un
generador convencional. Por otro lado, se prevé que los aparatos 1 y
1' que forman la instalación estén conectados entre ellos
comprendiendo iguales proporciones de modo que sus movimientos son
alternos y de sentido contrario, es decir, mientras el émbolo 4 del
aparato 1 asciende, el émbolo 4' del otro aparato 1' desciende, y
viceversa.
También se observa en la Fig. 1 que el aparato 1
está dotado de sendas compuertas de entrada 6 y de salida 7 de agua,
preferentemente tipo guillotina y de plancha inoxidable, cuya
abertura y cierre se coordina con los movimientos de elevación y
descenso del émbolo 4. Para una mejor claridad de los dibujos sólo
se ha representado una compuerta de entrada 6 y otra de salida 7,
aunque se considera preferible la existencia de múltiples
compuertas de entrada 6 y de salida 7, situadas en las proximidades
del pms y pmi respectivamente, que permitan la rápida entrada y
salida de agua para acelerar el ritmo de funcionamiento y generar
más energía.
Se aprecia que el émbolo 4 comprende un flotador
8, adaptado para sostener mediante flotación el émbolo 4, y unos
medios para la retención de agua 5, dispuestos por encima del
flotador 8 y unidos a él. Preferentemente, el flotador 8 es de
hormigón armado, hueco y con capacidad para elevar el peso del agua
que pueda contener los medios para la retención de agua 5. Por otro
lado, los medios para la retención de agua 5 están adaptados para
acumular un determinado volumen de agua durante una parte de la
trayectoria de la carrera de descenso desde el pms del émbolo 4,
estando la compuerta de salida abierta 7, y para evacuarlo y
verterlo en el fondo del depósito contenedor 2 estando la compuerta
de salida 7 cerrada, de modo que el volumen de agua evacuado es
suficiente para que ejerza una fuerza de empuje ascendente en el
flotador 8 que provoque la carrera de ascenso del émbolo 4 hasta el
pms, tal y como se explicará más detalladamente a continuación.
En la Fig. 1 se aprecia el aparato 1 en el
momento en que las compuertas de entrada 6 se han cerrado, habiendo
entrado en el depósito contenedor 2 un nuevo volumen de agua 3',
provinente de un río 30, temporalmente almacenado en un depósito
superior fijo 9. Este depósito superior fijo 9 está situado en la
parte superior del depósito contenedor 2, quedando suspendido de
unas vigas 13 fijas y apoyadas al depósito contenedor 2. Del ciclo
anterior, el depósito contenedor 2 acumula un volumen de agua
antiguo 3 que mantiene el émbolo 4 en el pms por el empuje
hidrostático ascendente en el flotador 8.
La abertura de unos medios de vaciado 10 del
depósito superior fijo 9 permite la evacuación del agua 3'
contenida y su transvase directamente en los medios para la
retención de agua 5, que en la Fig. 1 envuelven el depósito
superior fijo 9, tal y como indican las flechas F1. Debido al
empuje hidrostático ascendente en el flotador 8, el émbolo 4 se
mantiene en el pms soportando el peso del agua 3' contenida en los
medios para la retención de agua 5 vertida del depósito fijo 9. Aún
así, el peso de dicha agua 5 provoca un ligero descenso del émbolo
4. Este descenso es aprovechado para transmitir una señal de
activación para la abertura de las compuertas de salida 7,
preferentemente unas tres o cuatro, provocando el rápido vaciado
parcial del agua 3 acumulada en la parte del depósito contenedor 2
inmediatamente inferior al flotador 8. Todo ello provoca el
descenso del émbolo 4 debido a la bajada de nivel de agua 3
contenida en el fondo del depósito contenedor 2 y al del agua 3'
contenida en los medios para la retención de agua 5 vertida del
depósito fijo 9 (Fig. 2).
Los medios para la retención de agua 5 del
émbolo 4 comprenden un depósito móvil 51 provisto de al menos una
abertura 52 adaptada para quedar cerrada de forma estanca por el
flotador 8, cuando el depósito móvil 51 se apoya sobre el citado
flotador 8, siendo además el citado depósito móvil 51 apropiado para
retener un volumen de agua 3' predeterminado.
El depósito móvil 51 representado está formado
por una estructura vertical 11, unida al flotador 8, y por un
receptáculo 12 laminar, adosado a la estructura vertical 11 por la
parte interior, de forma deslizable, ejerciendo la estructura
vertical 11 de guía del receptáculo 12 laminar. Preferentemente, la
estructura vertical 11 está formada por viguetas verticales
dispuestas formando un espacio cuadrangular y adaptadas para
resistir el empuje del agua 3' cuando el depósito móvil 51 está
lleno. Evidentemente, la sección del aparato 1 puede ser distinta a
la cuadrangular, como por ejemplo circular, y en todo caso la
disposición de las viguetas verticales de la estructura vertical 11
seria similar a la del contorno del aparato. La estanqueidad de
dicho depósito móvil 51 se consigue mediante la formación del
receptáculo 12 laminar mediante láminas o chapas de acero
inoxidable, adosadas y soldadas entre ellas en el interior de la
estructura vertical 11.
Además, el depósito móvil 51 comprende unos
medios de posicionamiento 20 para solidarizar el receptáculo 12
laminar a la citada estructura vertical 11, los cuales se
explicarán detalladamente más adelante.
Dicho receptáculo 12 laminar del depósito móvil
51 es de contorno complementario al del depósito contenedor 2 y sus
bordes delimitan unas aberturas superior e inferior, estando el
canto inferior adaptado para apoyarse, de forma estanca, sobre la
base superior del flotador 8 del émbolo 4. Evidentemente, la
abertura inferior 52 del depósito móvil 51 podría estar compuesta
por más de una abertura distribuidas por la parte lateral del
receptáculo 12 laminar o estando provisto el receptáculo 12 laminar
de una base o tapa inferior, por aberturas practicadas en la citada
base.
De este modo, el depósito móvil 51 de los medios
para la retención de agua 5 sostienen el nuevo volumen de agua 3'
sobre el flotador 8 durante una parte de la trayectoria de la
carrera de descenso del émbolo 4, debido al vaciado de agua 3 por
las compuertas de salida 7, hasta la posición representada en la
Fig. 2 en la que se cierran las compuertas de salida 7. En dicha
posición, el receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 de los
medios para la retención de agua 5 es detenido por unos topes 27
solidarios al depósito contenedor 2, que lo separan del flotador 8
que continua su descenso por el peso del agua 3' situada encima,
tal y como indica la flecha F2.
La estructura del depósito contenedor 2 es
preferentemente de forma prismática cuadrangular y de hormigón
armado. Las compuertas de salida 7 dispuestas en el depósito
contenedor 2 están a una altura de su fondo aproximadamente igual a
la quinta parte de la altura del flotador 8. De este modo, el
depósito contenedor 2 está permanentemente, al menos parcialmente,
lleno de agua 3. Esta agua 3, permanentemente retenida en el
depósito contenedor 2, produce el frenado en el final de carrera
descendente del émbolo 4 (Fig. 3) y contribuye a producir nuevamente
su elevación, como se explica más adelante.
Como ya se ha dicho, el frenado del receptáculo
12 laminar del depósito móvil 51 de los medios para la retención de
agua 5 mediante los topes 27 permite la separación entre la
abertura inferior 52 del depósito móvil 51 y la base superior del
flotador 8. Esta separación provoca el cese de la estanqueidad entre
la abertura inferior 52 del receptáculo 12 laminar del depósito
móvil 51 y la base superior del flotador 8, por lo que el agua
contenida en los citados medios para la retención de agua 5 fluye
hacia fuera de los mismos, vertiéndose hacia el fondo del depósito
contenedor 2 a través de todo el contorno inferior del receptáculo
12 laminar del depósito móvil 51, tal y como indican las flechas F3,
aumentándose el volumen de agua 3 contenida en el fondo del depósito
contenedor 2. Simultáneamente, las compuertas de entrada 6,
abiertas, dejan paso a un nuevo volumen de agua provinente del río
30.
El empuje vertical experimentado por el flotador
8 debido al volumen de agua 3 desplazado por el mismo provoca su
ascenso tal y como indica la flecha F4 en la Fig. 4. Los mencionados
medios de posicionamiento 20 provistos en la estructura vertical 11
están adaptados para solidarizar el receptáculo 12 laminar del
depósito móvil 51 a la citada estructura vertical 11, es decir,
están adaptados para soportar el peso del receptáculo 12 laminar del
depósito móvil 51 de los medios para la retención de agua 5 y
mantenerlo a una distancia de evacuación, entre la abertura inferior
52 del receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 de los medios
para la retención de agua 5 y la base superior del flotador 8. De
este modo, el agua contenida en el depósito móvil 51 de los citados
medios para la retención de agua 5 que todavía no ha sido vertida
fuera del mismo puede fluir hacia el fondo del depósito contenedor
2.
En la posición representada en la Fig. 4, se
aprecia como el borde superior del receptáculo 12 laminar del
depósito móvil 51 de los medios para la retención de agua 5 topa con
las vigas 13 que sostienen el depósito superior fijo 9, de modo
que se detiene el ascenso del receptáculo 12 laminar del depósito
móvil 51 de los medios para la retención de agua 5. En
consecuencia, como el flotador 8 sigue la carrera de ascenso
impulsado por el empuje del agua 3, los medios de posicionamiento 20
ceden por la presión transmitida por dicho empuje, liberando el
receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 y permitiendo que éste
caiga por su propio peso desplazándose verticalmente, deslizándose
por la estructura vertical 11, hasta que topan los bordes de su
abertura inferior 52 con la base superior del flotador 8, tal y
como se aprecia en la Fig. 5. También en la misma Fig. 5 se indica
con una flecha F5 la continuación de la carrera de ascenso del
flotador 8.
En la Fig. 6 se ha representado el momento en
que se accionan los medios de vaciado 10 del depósito superior fijo
9 y se reinicia el ciclo a partir de la posición representada y
comentada correspondiente a la Fig. 1. En el ejemplo de realización,
la energía cinética desarrollada en cada ciclo descendente, por
gravedad, depende de la caída del peso del agua desplazada, el
recorrido del émbolo 4 y el tiempo transcurrido para ello.
En la Fig. 7 se aprecia un detalle de los medios
de vaciado 10 en el momento de ser accionados para permitir la
salida del agua 3' contenida en el depósito superior fijo 9. Dichos
medios de vaciado 10 comprenden en el fondo del depósito superior
fijo 9, un conjunto de planchas 15 y 15' unidas articuladamente.
Inicialmente, las planchas 15 y 15' están dispuestas coplanarias
horizontalmente obstaculizando el paso del agua 3' por unas
aberturas de salida 17. Para accionar los medios de vaciado 10, las
planchas 15 y 15' son desplazadas una respecto la otra al recibir
un empuje de unas extensiones 14 provistas a tal efecto en la parte
superior del flotador 8 del émbolo 4, elevándolas (flecha F6) y
obligando a su inclinación debido a su propio peso y al del agua 3'
situada encima, tal y como indican las flechas F7. De este modo el
agua 3' fluye a través de las aberturas de salida 17 (flechas F8) y
puede verterse sobre la base superior del flotador 8 o, lo que es lo
mismo, sobre la abertura inferior 52, cerrada herméticamente, del
receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 de los medios para la
retención de agua 5, no representados.
En la Fig. 8 se aprecia en detalle que los
medios de posicionamiento 20, antes mencionados, que están
distribuidos regularmente preferentemente al menos dos por cada una
de las cuatro caras de la estructura vertical 11 del depósito móvil
51 de los medios para la retención de agua 5. Dichos medios de
posicionamiento 20 comprenden, cada uno, una cavidad 21 fija al
receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 de los medios para la
retención de agua 5, y un elemento de soporte 22, fijado a la
estructura vertical 11 y, por lo tanto, solidario al flotador 8.
Dicho elemento de soporte 22 está dotado de un muelle 23 que
presiona un vástago 24 por uno de sus extremos estando dotado en su
extremo opuesto de un elemento de rodadura 25, tal como una bola de
acero inoxidable o un casquete eférico. De este modo, al estar
alineados el elemento de rodadura 25 con la cavidad 21, éste tiende
a introducirse en la cavidad 21 mientras el muelle 23 los mantiene
mutuamente presionados, bloqueándose de este modo el desplazamiento
vertical del receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 de los
medios para la retención de agua 5 respecto de la estructura
vertical 11. Por otro lado, cuando los medios de posicionamiento 20
son sometidos a una fuerza mayor al peso del receptáculo 12 laminar
del depósito móvil 51 de los medios para la retención de agua 5, el
elemento de rodadura 25 empuja el vástago 24 venciendo la fuerza del
muelle 23 y tiende a deslizarse fuera de la cavidad 21 fija al
receptáculo 12 laminar, pudiéndose desplazar verticalmente el
receptáculo 12 laminar del depósito móvil 51 de los medios para la
retención de agua 5 respecto el flotador 8. Para poderse graduar
con precisión y solventar posibles desajustes, se ha previsto que
los medios de posicionamiento 20 comprendan un tornillo roscado 26
para adecuar la compresión a la que se somete el muelle 23.
En las Figs. 9 y 10 se puede apreciar una vista
en planta y otra en alzado, respectivamente, de una segunda forma de
realización de la instalación según la invención. La instalación
comprende dos aparatos 1 y 1' con sus correspondientes depósitos
contenedores 2 y 2' y sus correspondientes émbolos 4 y 4', estando
los depósitos contenedores 2 y 2' dispuestos a un mismo nivel.
En las Figs. 9 y 10 se puede apreciar que los
dos aparatos 1 y 1' y sus respectivos componentes son iguales en
medidas. Dichos aparatos 1 y 1' están diseñados preferentemente
para ser dispuestos semi-soterrados, evitándose de
este modo la entrada accidental de agua, por ejemplo en el caso de
crecidas del cauce del río. Como ya se ha dicho anteriormente, los
émbolos 4 y 4' se conectan a unos medios, en sí conocidos pero no
representados, de transmisión del movimiento en sentido vertical
ascendente y descendente de los mismos en un movimiento rotatorio de
un eje. En la Fig. 10 se aprecia que los depósitos superiores fijos
9 y 9' comprenden en el centro de sus respectivas bases un espacio
cerrado hueco 18 adaptado para ser atravesado por una barra que
transmita el movimiento ascendente y descendente de cada émbolo 4 y
4' a los mecanismos que han de transformar dichos movimientos en
giratorio de un eje para conectar a un generador eléctrico
convencional.
Se entiende que los émbolos 4 y 4' están
acoplados entre sí de manera que, cuando el émbolo 4 del aparato 1
realiza la carrera de ascenso, el émbolo 4' del aparato 1' realiza
la carrera de descenso, y viceversa. Los pesos de los émbolos 4 y
4' serán iguales mediante lastre, compensándose mutuamente y
manteniendo un equilibrio que favorece el rendimiento y producción
al mismo tiempo que regulan y sincronizan el movimiento de ambos.
Por ello, los flotadores 8 de los émbolos 4 y 4' están provistos de
una compuerta de acceso en su parte superior, a través de la cual es
posible introducir y extraer elementos de lastre 19 del interior de
los mismos (Fig. 10). Naturalmente, los dos aparatos 1 y 1', cuyos
émbolos 4 y 4' están acoplados a un mismo eje, si conviniera, pueden
estar construidos, y en este caso parcialmente soterrados, a cierta
distancia entre ellos. También se contempla que la instalación
quede protegida mediante paredes y techumbre de modo que pueda ser
transitable sin peligro.
En las instalaciones con dos aparatos, el
sistema empleado para la entrada y la salida del agua será el mismo
que el de un solo aparato no obstante, al compartir una pared de
unión entre ambos aparatos, será a través de compuertas de salida 7
y 7' situadas en las restantes paredes por las cuales se realizará
la expulsión de agua de cada aparato, que en el ejemplo no se ha
representado para simplificar el dibujo.
Referente a las compuertas de entrada 6 y 6',
funcionarán de manera similar independientemente del número de
aparatos de la instalación, es decir, mediante compuertas tipo
guillotina, con planchas de acero inoxidable adaptadas para realizar
movimientos ascendentes y descendentes alternos. En la parte
superior, en donde quedan alineadas las caras de dos aparatos
adyacentes, se prevé que estén instaladas las compuertas de entrada
6 y 6' del agua del río, de tal modo que se llenen los depósitos
superiores fijos 9 y 9' de cada aparato 1 y 1', respectivamente, en
cada embolada.
En las Fig. 10, se aprecia que en el interior de
los depósitos contenedores 2 y 2' están dispuestos unas guías
verticales 31 metálicas, preferentemente de un material inoxidable
tal como acero inoxidable, destinadas a guiar en su desplazamiento a
los émbolos 4 y 4'. La sección transversal de dichas guías
verticales 31 puede estar configurada en forma de U, por el
interior de la cual se desplazan unos elementos de rodadura o
deslizamiento 32 dispuestos en las paredes laterales de los émbolos
4, 4'. De este modo, se impide el movimiento transversal de los
émbolos 4, 4' en el interior de sus correspondientes depósitos
contenedores 2 y 2', a la vez que se facilita su
desplazamiento
vertical.
vertical.
Evidentemente las dimensiones de la instalación
se adecuaran a las características de su emplazamiento, siendo de
especial relevancia el desnivel existente y el caudal de agua
disponible. Para la admisión y la expulsión de agua al río 30 se
prevé el uso de canales conectados con el mismo y la instalación.
Naturalmente, a más recorrido del émbolo 4, más producción de
energía se obtendrá.
Como ejemplo práctico de realización de una
instalación según la invención, puede citarse el siguiente:
Medidas interiores del depósito superior fijo
9:
- \quad
- - Base cuadrada: 2'45 m x 2'45 m
- \quad
- - Altura total: 1'50 m
- \quad
- - Capacidad total de agua contenida: 9 m^{3} (9.000 L)
\vskip1.000000\baselineskip
Medidas interiores del depósito móvil 51 de los
medios para la retención de agua 5:
- \quad
- - Base cuadrada: 2'50 m x 2'50 m
- \quad
- - Altura total: 1'45 m
- \quad
- - Capacidad total de agua contenida: 9 m^{3} (9.000 L)
\vskip1.000000\baselineskip
Medidas exteriores del flotador 8:
- \quad
- - Base cuadrada: 2'60 m x 2'60 m
- \quad
- - Altura total: 1'36 m
- \quad
- - Capacidad de elevación: 9.126 kg
\vskip1.000000\baselineskip
Longitud del recorrido total del émbolo 4: 1'5
m
Altura total aproximada del aparato 1 desde el
nivel de entrada del agua hasta el nivel de expulsión: 3'80 m.
La configuración de las compuertas de entrada
debe permitir un llenado de 9 m^{3} cada seis segundos en cada
aparato en un ciclo completo, aproximadamente.
Por lo tanto, en una instalación de dos aparatos
1 y 1' la energía cinética producida en total será la masa de agua
total utilizada en cada embolada (9000 Kg) y ciclo de dos emboladas
(18.000 kg) por el recorrido de 1'50 m dividido por el tiempo de
recorrido de seis segundos, aproximadamente. El caudal de agua
utilizada por los dos aparatos 1 y 1' es de 18 m^{3} (18.000 L)
cada seis segundos. Que para seis segundos requiere un caudal de 18
m^{3}/6 s = 3 m^{3}/s.
Claims (11)
1. Instalación para la generación de energía
eléctrica mediante empuje hidrostático dotada de al menos un
aparato (1, 1'), que comprende un depósito contenedor (2; 2')
estático cuyo fondo está permanentemente lleno, al menos
parcialmente, de un líquido, tal como agua (3), procedente de una
fuente inagotable como por ejemplo un río (30), un lago, un embalse
o similar; un émbolo (4; 4'), desplazable con holgura en sentido
vertical ascendente y descendente por el interior del depósito
contenedor, por la presión hidrostática que ejerce el agua
acumulada en cada momento en el fondo del depósito contenedor,
entre un punto muerto inferior (pmi), en el que el émbolo queda
separado del fondo del depósito contenedor, y un punto muerto
superior (pms) y viceversa; y unos medios de transmisión de dicho
movimiento del émbolo en sentido vertical ascendente y descendente
en un movimiento rotatorio de un eje o en cualquier otro, estando
provisto el aparato de sendas compuertas de entrada (6) y de salida
(7) de agua a través de las cuales el agua entra y sale por
gravedad, estando la compuerta de entrada situada a un nivel
superior que la compuerta de salida, caracterizada porque el
émbolo comprende un flotador (8), adaptado para sostener mediante
flotación el émbolo; y unos medios para la retención de agua (5)
entrante en el aparato dispuestos por encima del flotador y unidos a
él, adaptados para retener un determinado volumen de agua durante
una parte de la trayectoria de la carrera de descenso del émbolo
desde el pms, estando la compuerta de salida abierta, y para
evacuarlo y verterlo en el fondo del depósito contenedor estando la
compuerta de salida cerrada y siendo el volumen de agua evacuado
suficiente para que ejerza una fuerza de empuje ascendente en el
flotador que provoque la carrera de ascenso del émbolo.
2. Instalación según la reivindicación 1
caracterizada porque los medios para la retención de agua
(5) del émbolo (4) comprenden un depósito móvil (51), provisto de al
menos una abertura (52), adaptada para quedar cerrada de forma
estanca cuando el depósito móvil se apoya sobre el flotador (8),
siendo apropiado para retener un volumen de agua predeterminado.
3. Instalación según la reivindicación 2
caracterizada porque el depósito móvil (51) comprende una
estructura vertical (11) unida al flotador (8); un receptáculo (12),
adosado por la parte interior de la estructura vertical, de forma
deslizable, ejerciendo la estructura vertical de guía del
receptáculo laminar; y unos medios de posicionamiento (20) para
solidarizar el receptáculo a la citada estructura vertical.
4. Instalación según la reivindicación 3
caracterizada porque el depósito móvil (51) de los medios
para la retención de agua (5) del émbolo (4) está adaptado para
apoyarse y quedar cerrado de forma estanca sobre el flotador (8)
siendo apropiado para retener un volumen de agua predeterminada y
que será expulsada por todo el contorno inferior del depósito
móvil, mediante la retención del receptáculo (12) mientras el
flotador sigue su descenso hasta llegar al pmi, quedando una
abertura en su parte inferior predeterminada entre el depósito
móvil y el flotador que permite su vaciado con rapidez.
5. Instalación según la reivindicación 3 o 4
caracterizada porque los medios de posicionamiento (20)
comprenden al menos una cavidad (21) fija al receptáculo del
depósito móvil de los medios para la retención de agua (5); y un
elemento de soporte (22), fijado a la estructura vertical (11) y
dotado de unos medios elásticos (23) que presionan un elemento de
rodadura (25), todo ello dispuesto de modo que, al estar alineados
el elemento de rodadura con la cavidad, éste tiende a introducirse
en la cavidad mientras los medios elásticos los mantienen mutuamente
presionados, bloqueándose de este modo el desplazamiento vertical
del receptáculo (12) del depósito móvil (51) de los medios para la
retención de agua respecto de la estructura vertical.
6. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque el aparato
(1) comprende además un depósito superior fijo (9, 9') al depósito
contenedor (2, 2') adaptado para recibir directamente el agua (3)
entrante a través de las compuertas de entrada (6) y para
acumularla, que está dotado de unos medios de vaciado (10) en su
base que permiten la salida controlada del agua acumulada; y porque
los citados medios para la retención de agua (5) están adaptados
para recibir el agua vaciada del depósito superior fijo y
contenerla sobre el citado flotador (8) del émbolo (4, 4').
7. Instalación según la reivindicación 6
caracterizada porque los medios de vaciado (10) comprenden,
en el fondo del depósito superior fijo (9, 9'), al menos dos
planchas (15, 15') unidas articuladamente, adaptadas para, a partir
de una posición plana en la que obstaculizan la salida de agua a
través de unas aberturas de salida (17), ser desplazadas una
respecto la otra al recibir un empuje de unas extensiones (14)
provistas a tal efecto en la parte superior del flotador (8) del
émbolo (4, 4'), adoptando una posición plegada en la que permiten
el vertido de agua fuera del depósito superior fijo a través de las
citadas aberturas de salida y llenar los medios de retención de
agua (5).
8. Instalación según la reivindicación 7
caracterizada porque los medios de vaciado (10) comprenden
una pluralidad de planchas (15, 15') situadas consecutivamente y
recubriendo toda la superficie del fondo del depósito superior fijo
(9, 9'), de modo que al recibir el empuje ascendente de las
extensiones (14) permiten el rápido vaciado de agua del depósito
superior fijo.
9. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque los
flotadores (8) de los émbolos (4, 4') están provistos de una
compuerta de acceso en su parte superior, a través de la cual es
posible introducir y extraer elementos de lastre (19) del interior
de los mismos.
10. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende
dos aparatos (1, 1') estando sus respectivos émbolos (4, 4')
acoplados entre sí con la función de permitir que, cuando el émbolo
(4) del primer aparato (1) realiza la carrera de ascenso, el émbolo
(4') del segundo aparato (1') realiza la carrera de descenso, y
viceversa.
11. Instalación según la reivindicación 10
caracterizada porque los aparatos (1, 1') son de dimensiones
y proporciones semejantes, siendo sus correspondientes émbolos (4,
4') de igual peso, y porque los respectivos depósitos contenedores
(2, 2') están dispuestos a un mismo nivel.
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