ES2308174T3 - Instalacion de produccion. - Google Patents
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Abstract
Instalación de producción (1) para utilizar energía de las olas, instalación de producción en la que existen dos o más unidades de producción (4) y la masa de agua (V) de la cuenca hidrológica se adapta para accionar unidades de producción (4) o sus partes ubicadas en el fondo (P) de la cuenca hidrológica o en las proximidades, y el equipo de transferencia de la energía de las unidades de producción (4) o de la sustancia intermedia está conectado en serie o en paralelo uno con respecto al otro, usándose las unidades de producción (4) para transformar la energía cinética del movimiento de vaivén de la masa de agua en alguna otra forma de energía como energía eléctrica y/o energía cinética y/o presión del agente intermedio, caracterizada porque - las unidades de producción (4) están unidas directa o indirectamente al fondo (P) de la cuenca hidrológica en la región de aguas intermedias (B;) (en la zona b de la figura 3), hasta una profundidad más profunda que la línea de rompiente de las olas, aproximadamente en una zona en la que la razón de la profundidad de la cuenca hidrológica H con respecto a la longitud de onda L, está en el intervalo desde 1/20-1/2, - las unidades de producción (4) están totalmente sumergidas bajo la superficie del agua.
Description
Instalación de producción.
La invención se refiere a una instalación de
producción según se define en el preámbulo de la reivindicación 1
para utilizar la energía de las olas.
Cuando el viento sopla en la misma dirección a
lo largo de un periodo de tiempo prolongado, se forman olas. En las
aguas profundas, las olas generadas bajo el efecto del viento tienen
una longitud de onda L predominante, es decir promedio, y una
altura dadas, que dependen ambas de la fuerza del viento y del
periodo a lo largo del cual sopla el viento. A medida que avanza
una ola hacia aguas menos profundas, se acorta su longitud de onda
y aumenta la altura de la ola debido al efecto del fondo del agua
sobre las olas. Cuando la ola haya alcanzado una altura suficiente
en la profundidad de agua específica que depende de la longitud de
onda, romperá la ola. Esta profundidad a la que rompe una ola se
denomina "línea de rompiente" en la bibliografía. Debe
indicarse que la línea de rompiente de las olas no es constante,
sino que depende en cierto grado de la longitud de onda y la altura
que, a su vez, dependen de las condiciones del viento. La línea de
rompiente está normalmente entre 1/4 y 1/5 de la longitud de onda L
imperante. La línea de rompiente de las olas sigue siendo
fundamentalmente la misma en una ubicación específica en la costa
marítima, porque las condiciones de viento imperantes en general
permanecen básicamente constantes.
La figura 3 ilustra el efecto de una ola sobre
la masa de agua en una cuenca hidrológica, tal como el mar cerca de
la costa. La profundidad de acción de la ola Z depende de su
longitud de onda de modo que una ola que tiene una longitud de onda
L todavía actúa a una profundidad L/2. En la zona C de la figura 3,
es decir en aguas profundas, la órbita de cada punto de la masa de
agua es circular. La razón de la profundidad de agua H con respecto
a la longitud de onda L de las olas es grande, es decir, la razón
H/L está en el intervalo 1/2-\infty. A medida que
avanza la ola hacia aguas menos profundas, aumenta su altura y
disminuye la longitud de onda, de modo que disminuye la razón de la
profundidad de agua con respecto a la longitud de onda. En aguas
intermedias, en la zona B de la figura 3, la profundidad de agua H
es de aproximadamente 1/2 a 1/20 de la longitud de onda L
imperante. La masa de agua tiene un movimiento circular en las aguas
superficiales, sin embargo, mientras que avanza hacia el fondo de
la cuenca hidrológica, la trayectoria de cada punto en la masa de
agua se vuelve en primer lugar elíptica, y avanzando adicionalmente
en profundidad, aumenta la forma elíptica de la trayectoria del
punto, y finalmente, cerca del fondo de la cuenca hidrológica, cada
punto en la masa de agua tiene una trayectoria que sigue
aproximadamente un movimiento hacia atrás y hacia delante alrededor
de un centro dado. En aguas poco profundas, es decir, en la zona
costera A de la figura 3, la razón de la profundidad de agua H con
respecto a la longitud de onda L imperante es de entre 0 y 1/20, en
condiciones en las que dicha línea de rompiente está a una
profundidad de agua de 1/4 a 1/5. En aguas poco profundas, la
acción de las olas hace todo el camino hasta el fondo, mientras que
la masa de agua tiene un movimiento
elíptico.
elíptico.
Se han desarrollado diversos sistemas y plantas
generadoras de energía para la recuperación de la energía cinética
de las olas. Normalmente, se basan en cuerpos que flotan sobre la
superficie del agua y que se mueven por las olas. Se recupera la
energía cinética de los cuerpos que flotan sobre la superficie, de
una manera u otra, en generadores o bombas de torsión ubicados o
bien sobre o bien bajo la superficie del agua, desde donde puede
transferirse adicionalmente energía a los objetos de aplicación.
El principal problema producido por los sistemas
conocidos para la recuperación de la energía de las olas del tipo
descrito anteriormente se refiere a su ubicación; en mar agitado,
las estructuras sobre la superficie se ven expuestas constantemente
al daño. Debido al riesgo de daño, las plantas generadoras de
energía que utilizan la energía de las olas construidas hasta la
fecha tienen una potencia relativamente baja.
También hay sistemas conocidos para la
recuperación de la energía cinética procedente de las olas, que
están anclados al fondo de una cuenca hidrológica, tal como un lago
o el mar. Un sistema de este tipo está representado por el
dispositivo dado a conocer por la solicitud de patente PCT 98/17911,
dispositivo que está unido al fondo al fondo de la cuenca
hidrológica y en el que se recupera la energía de las olas desde una
placa, que está unida al fondo del agua y que oscila por las olas.
La placa alcanza parcialmente la superficie del agua. El
dispositivo está montado en la zona entre la línea de rompiente de
las olas y las aguas poco profundas, sobre el fondo de la cuenca
hidrológica. El problema de este dispositivo es su posición en la
línea de rompiente de las olas, en la que el movimiento de las olas
y por tanto, la energía disponible son aleatorios, por lo que el
dispositivo es inapropiado para la generación continua de energía.
La placa está parcialmente por encima del nivel de superficie, de
modo que el dispositivo está expuesto al daño en el mar agitado. La
memoria descriptiva de la patente estadounidense 4.001.597 también
describe un sistema para la recuperación de la energía de las olas,
cuya unidad de bombeo está anclada al fondo del mar. La unidad de
bombeo está ubicada en la región de aguas poco profundas y la placa
de presión alcanza la superficie o permanece libremente por debajo
de ella. Este sistema también supone el problema de la posición de
la placa de presión: aunque la placa podría estar bajo la
superficie del agua en condiciones de calma, estará al menos
parcialmente sobre la superficie en el mar agitado, y el sistema se
ve expuesto, en consecuencia, a daño. La posición del sistema
también produce un segundo problema: el movimiento de las olas en
aguas poco profundas es demasiado irregular para conseguir una
generación constante de energía.
La invención pretende eliminar las desventajas
de la técnica anterior.
Por tanto, el primer objetivo principal de la
invención es proporcionar una instalación de producción para
recuperar energía cinética contenida en olas con alta eficacia y de
la manera más uniforme posible, independientemente de las
condiciones del viento. Esto significa que el dispositivo se
construye de tal manera que tiene como objetivo minimizar de forma
óptima las variaciones de la energía de las olas producidas por las
condiciones climatológicas imperantes por encima de la superficie
del agua.
El segundo objetivo principal de la invención es
proporcionar una instalación de producción para recuperar energía
cinética de olas que está mínimamente expuesta al daño producido por
las condiciones climatológicas.
El tercer objetivo principal de la invención es
construir una instalación de producción para recuperar energía
cinética de las olas que tiene una estructura que permite la
expansión añadiendo unidades individuales a ella y la reparación de
la instalación se realiza de manera sencilla reemplazando las
unidades individuales en ella.
La invención se basa en la sorprendente
observación de que bajo la superficie, cerca del fondo, en aguas de
profundidad intermedia, las olas tienen una energía casi igual, y en
algunos casos incluso mayor que las olas de la superficie del agua.
Esta energía aparece principalmente como energía cinética. La
invención utiliza esta energía cinética.
Tal como se muestra en la figura 3, un punto
dado en la masa de agua en aguas poco profundas tiene un movimiento
elíptico o circular, en otras palabras, tiene tanto energía cinética
como potencial. Muchas plantas generadoras de energía a partir de
las olas actuales se conciben para funcionar en la zona mencionada
anteriormente, entre la línea de rompiente de las olas y las aguas
poco profundas A, porque las olas tienen una energía potencial
máxima en esta zona debido a su altura, y la mayoría de los sistemas
tienen como objetivo utilizar esta energía potencial de una manera
u otra. Sin embargo, la utilización de la energía de las olas en
aguas poco profundas es particularmente difícil, especialmente
considerando que las estructuras en aguas poco profundas están
necesariamente muy cerca de la superficie, en la que están
fácilmente expuestas a condiciones climatológicas duras. Además, el
movimiento de la masa de agua en aguas poco profundas es más o menos
rotatorio (elíptico), tal como se muestra en la figura 3 y siempre
hay olas que se cruzan en cierto grado, lo que hace irregular la
generación de energía.
Por el contrario, la invención se basa en la
característica del movimiento de la masa de agua que se adapta para
accionar unidades de la instalación de producción o sus partes
unidas al fondo de la cuenca hidrológica en la zona B, es decir, en
la región de aguas intermedias de la figura 3. La instalación de
producción está totalmente sumergida, preferiblemente a una
profundidad tal en la que el movimiento de la masa de agua es
principalmente de vaivén o tiene una forma elíptica de manera
regular.
La invención se refiere a una instalación de
producción según se define en la reivindicación 1 para utilizar la
energía de las olas, disposición en la que existen dos o más
unidades de producción y la masa de agua de la cuenca hidrológica
se adapta para accionar una parte de una unidad de producción unida
al fondo de la cuenca hidrológica o cerca de él, y las unidades de
producción tienen como objetivo transformar la energía cinética de
la masa de agua en alguna otra forma de energía tal como
electricidad y/o energía cinética y/o presión de la sustancia
intermedia. Las unidades de producción están unidas directa o
indirectamente al fondo de la cuenca hidrológica en la región de
aguas intermedias (B), las unidades de producción están totalmente
sumergidas por debajo de la superficie del agua y el equipo de
transferencia de energía o de la sustancia intermedia se han
conectado en una disposición en paralelo o en serie uno con respecto
al otro.
Este tipo de instalación de producción logra
varias ventajas importantes:
- En la región de aguas intermedias, el
movimiento de un punto dado en la masa de agua es sustancialmente
de vaivén cerca del fondo del agua, no teniendo entonces la masa de
agua más que principalmente energía cinética. Por tanto, la energía
de la masa de agua permanece constante, a diferencia de las plantas
generadoras de energía a partir de las olas conocidas que están
ubicadas en aguas poco profundas. La masa de agua tiene un
movimiento regular con respecto a un centro dado, permitiendo que
se ancle una instalación de producción al fondo del agua para
generar energía de manera más regular que como lo hace un
dispositivo ubicado parcial o completamente por encima de la
superficie del agua.
- La instalación de producción conforme a la
invención usada para la generación de energía en la región de
profundidad de aguas intermedias no se daña fácilmente, porque no
está expuesta a las condiciones climatológicas que imperan sobre la
superficie del agua, ni al movimiento rotatorio de la masa de agua,
como lo están los sistemas de generación de energía en aguas poco
profundas descritos anteriormente.
- A una profundidad intermedia, la masa de agua
accionada por olas en el fondo de la cuenca hidrológica tiene
frecuentemente casi igual energía cinética, y algunas veces incluso
mayor energía que la masa de agua accionada por las olas en aguas
poco profundas. Esto se debe al hecho de que existen siempre algunas
olas cruzadas en las olas de las aguas poco profundas producidas
por obstáculos en el fondo del agua. En esta situación, una
instalación de producción ubicada completamente bajo la superficie
del agua sobre el fondo de una cuenca hidrológica a una profundidad
intermedia, recupera casi la misma cantidad de energía de las olas
que lo que lo hace una planta generadora de energía a partir de las
olas que funciona en aguas poco profundas parcialmente por encima
del agua. Por los motivos dados anteriormente, una planta generadora
de energía a partir de las olas que funciona bajo el agua puede
construirse con mayor tamaño y con una eficacia superior que una
planta generadora de energía a partir de las olas que funciona por
encima del agua.
En una aplicación preferible de la invención,
las unidades de la planta generadora de energía a partir de las
olas están unidas al fondo de la cuenca hidrológica de modo que
están totalmente sumergidas a una profundidad en la que el
movimiento de la masa de agua es sustancialmente de vaivén o
elíptico. Incluso más preferiblemente, las unidades están ubicadas
a una profundidad en la que el movimiento de la masa de agua es
sustancialmente de vaivén y la energía de la masa de agua permanece
sustancialmente constante. Anteriormente en el texto se han
destacado los beneficios de la disposición de la planta generadora
de energía.
En otra aplicación preferida de la invención
todo el equipo de transferencia (tuberías o cableado) de energía o
sustancia intermedia usado en la planta generadora de energía se ha
unido permanentemente a la base y la base tiene un dispositivo de
fijación preparado para las unidades de producción que van a
conectarse a ellos. Esto trae consigo el beneficio de que la planta
generadora de energía a partir de las olas puede expandirse
fácilmente y además, pueden reemplazarse fácilmente las unidades
dañadas.
En este contexto, se desea señalar que la
definición "unidad de producción unida al fondo de una cuenca
hidrológica" se refiere tanto a un método directo de unión de la
unidad al fondo con la ayuda de, por ejemplo, abrazaderas de
sujeción así como la unión indirecta de la unidad al fondo con la
ayuda de, por ejemplo, una base separada, que a su vez está anclada
al fondo. Una cuenca hidrológica es un lago, el mar o similar.
Con la ayuda de la planta generadora de energía
a partir de las olas conforme a la invención, es posible transformar
la energía cinética de la masa de agua directamente en
electricidad, o puede utilizarse para la transferencia de la
sustancia intermedia como agua dulce o agua del mar hacia una
aplicación situada sobre la superficie.
La invención se describe con mayor detalle a
continuación con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1A muestra una imagen en perspectiva
de una realización de una unidad de la instalación de producción
conforme a la invención que utiliza la placa de olas con una bomba
de torsión unida con dos tuberías de cámara para la transformación
de energía.
La figura 1B muestra una sección transversal de
la bomba de torsión de la figura 1A.
La figura 1C muestra una imagen en perspectiva
de otra aplicación de una unidad de la instalación de producción
conforme a la invención que utiliza la placa de olas con una bomba
de torsión unida con una tubería de cámara para la transformación
de energía.
La figura 1D muestra una sección vertical de la
bomba de torsión de la figura 1C desde el punto de entrada de
líquido desde la dirección 1D.
La figura 1E muestra una sección transversal de
la bomba de torsión de la figura 1C desde el punto de la abrazadera
desde la dirección 1E.
Las figuras 2A y 2B presentan algunas otras
disposiciones alternativas de las unidades de la instalación de
producción conforme a la invención; éstas también se muestran desde
la vista lateral. La figura 2A representa un rotor de eje vertical
instalado sobre el fondo del mar. La figura 2B muestra de la misma
manera un modelo de rotor de eje horizontal.
La figura 3 ilustra el efecto de olas en una
cuenca hidrológica.
La figura 4 representa una planta generadora de
energía que es adecuada para recuperar energía de las olas.
Las partes principales de la unidad 4 en la
figura 1A son las denominadas placa de olas 2 unida sobre pivote a
una base 5 situada en el fondo, y la denominada bomba de torsión 6
conectada a la parte inferior de la placa. La bomba de torsión 6
tiene dos tuberías, es decir, tiene dos tuberías de cámara 61
similares cuya acción se basa en un vástago de devanado 64 que pasa
a través de las tuberías de cámara mientras que el armazón 61a de
la tubería de cámara 61 permanece inmóvil.
La figura 1B muestra una sección transversal de
la bomba de torsión 6 de la figura 1A que aclara el principio de
funcionamiento y la estructura de la bomba.
En la figura 2A, se muestra una instalación de
producción que es un rotor de eje vertical 3; 3' instalado en una
posición vertical sobre el fondo del mar, con un eje central (eje de
rotación) 22c que tiene varias aletas de rotor 2 sobresalientes.
Cada aleta de rotor 2 tiene un brazo 22, que tiene una paleta de dos
partes de devanado 22b en el extremo más externo, tal como se
observa desde el eje vertical.
La figura 2B muestra de la misma manera una
instalación de producción que es un rotor de eje horizontal 3; 3''
instalado sobre el fondo del mar. El eje de rotación horizontal está
unido con sus bridas terminales con una articulación abisagrada a
la base 5 instalada sobre el fondo del mar. Alrededor del eje de
rotación horizontal del rotor hay aletas de devanado en espiral 2,
que están unidas a las bridas terminales 21.
En la figura 4, se muestra una solución
principal de un dispositivo 1 para la producción de energía, líquido
o gas que comprende varias unidades de producción. Las unidades 4
están totalmente sumergidas por debajo de la superficie del agua en
la región de aguas intermedias y están todas unidas a la base común
50. Las unidades 4 se han conectado en una disposición en paralelo
o en serie unas con respecto a otras.
Las unidades de producción e instalaciones de
energía y/o sustancia intermedia ilustradas en las figuras 1A - 1E
y 2A - 2B así como 4, se describirán con mayor detalle a
continuación. La disposición de las unidades de producción en el
fondo del agua se ilustra en la figura 3, a la que se hizo
referencia anteriormente en la parte general de la invención
explicando el nivel de tecnología y las diferencias con relación a
la invención.
La unidad de producción 4 mostrada en la figura
1A, que se usa para convertir energía de las olas en energía
cinética o presión de agua que se transfiere adicionalmente por
medio de tuberías principales o de transferencia, tiene un
alojamiento de tipo caja o base 5 unido a una profundidad de aguas
intermedias al fondo P de la cuenca hidrológica. El fondo P de la
cuenca hidrológica está a una distancia H de la superficie del agua.
En las condiciones de viento imperantes en esta zona costera, las
olas tienen una longitud de onda L, la razón de la profundidad de
agua H con respecto a la longitud de onda imperante está en el
intervalo de 1/2 a 1/20, es decir, en la zona B (profundidad de
aguas intermedias) de la figura 3. Las partes de generación de
energía de la unidad de producción 4, es decir, la placa de olas 2
y la bomba de torsión 6 conectada a ella, se montan enteramente
bajo la superficie, a una profundidad h, en la que el movimiento de
la masa de agua generado por las olas es todavía principalmente de
vaivén. La profundidad de acción de las olas es aproximadamente la
mitad de su longitud de onda L. Un cuerpo de tipo placa 2,
denominado placa de olas, está unido al vástago de pivote 64 de la
bomba de torsión de tal manera que mientras que la placa de olas
rota alrededor del plano vertical T, también el vástago 64 rota
alrededor del mismo plano vertical T exactamente lo mismo. El
vástago 64 está unido con una articulación abisagrada en el anillo
de sujeción 68 que está montado solidariamente en la base 5. El
cuerpo de tipo placa tiene una longitud de aproximadamente 1/3 de la
longitud de onda L imperante. La bomba de torsión 6 que está
situada en la parte inferior del cuerpo, descansa sobre la base de
tipo caja (alojamiento) 5 por medio de las placas posteriores
rectas de cada armazón 61a de tubería de cámara 61 que es por lo
demás cilíndrico excepto aplanado en el extremo inferior. La placa
posterior está integrada generalmente con dicha base. La placa de
olas 2 es cóncava hacia el interior. Entre los salientes 2b y la
placa superior 2a colocada horizontalmente de la placa de olas 2 se
forman cavidades que forman un obstáculo de flujo para la masa de
agua, mediante lo cual la masa de agua mueve la placa de olas 2 de
manera más eficaz.
La figura 1B ilustra con más detalle la
estructura de la bomba de torsión 6 de la figura 1A. Tal como se ha
establecido anteriormente, el armazón (pared externa) 61a de cada
tubería de cámara 61 de la bomba de torsión se ha montado de manera
inamovible sobre la base de tipo caja 5. La placa de olas 2 se
sujeta a un vástago 64, que rota en anillos de sujeción 68
(ilustrados en la figura 1) montados sobre la base de tipo caja 5.
Una placa deflectora de tipo placa 65 está conectada solidariamente
con el vástago 64 y esta placa discurre en el interior de la
tubería de cámara 81 de la bomba de torsión la longitud total de la
cámara 63 delimitada por el armazón 61a y la base de tipo caja 5 y
es básicamente tan larga como el armazón 61a de la bomba. El plano
que discurre a través de la placa deflectora es normalmente paralelo
a la placa de olas. La placa deflectora 65 divide la cámara 63 de
la bomba de torsión definida por el armazón 61a, que está integrada
con la base, y la base 5 en dos partes grandes generalmente
iguales, es decir, en la primera parte de cámara 63' y en la
segunda parte de cámara 63''. La placa deflectora está equipada con
una junta deslizante 65a que discurre por toda la longitud, así
como en los extremos, evitando así que el líquido (o presión) se
mueva desde la primera parte de cámara hacia la segunda parte de
cámara desde entre el armazón 61a y la placa deflectora 65. Hay una
junta 66 entre el vástago 64 y el alojamiento de tipo caja 5 unido a
la base o el fondo que tiene como objetivo evitar que la sustancia
intermedia y la presión en el interior de las partes de cámara 63' y
63'' fluyan entremezclándose entre sí a medida que el vástago 64 y
la placa deflectora 65 unida a él rotan con la placa de olas 2. En
las tuberías de transferencia de líquido 62; 62', 62'' de ambas
tuberías de cámara 61 de la bomba de torsión 6, ambas partes de
cámara tienen tuberías de flujo de salida conjuntas 62c, tuberías
de entrada separadas 62a; 62a', 62a'' y un conjunto de válvulas 62b;
62b', 62b'' que regulan la transferencia de líquido. Las tuberías
de entrada 62a; 62a', 62a'' tiene entradas con rejilla 62a3; 62a3',
62a3'', ubicadas en el lado de la base de tipo caja 5. Las entradas
62a3 de un lado de la bomba de torsión pueden observarse en la
figura 1A. Otras partes de las tuberías de líquido de entrada 62a;
62a' y 62a; 62a'' de las partes de cámara 63' y 63'' son las
antecámaras 62a2, 62a2', y 62a2; 62a2'' situadas en el interior de
la estructura de caja de la base 5 y las aberturas de cámara 62a1;
62a1', 62a1'' que conducen hacia la cámaras 63; 63', 63'' que están
equipadas con válvulas de entrada 62b; 62b1', 62b'' que regulan el
flujo del líquido (o gas) de entrada. La cámara de flujo de salida
de líquido 62c; 62c2 discurren en el interior de la estructura de
armazón de la base 5 y es común para ambas tuberías de cámara 61;
61', 61''. La cámara de flujo de salida 62c2 continúa como la
tubería de flujo de salida 62c3 que también puede observarse en la
figura 1A. Hay válvulas de flujo de salida 62b; 62b2' y 62; 62b''
entre la cámara de flujo de salida 62c2 y las partes de cámara 63' y
63'' que regulan el flujo de líquido (gas) desde las
correspondientes partes de cámara a través de las salidas de parte
de cámara 62c1; 62c1' y 62c1; 62c1''.
Se examinará el movimiento del cuerpo de tipo
placa 2 de la unidad de producción ilustrado en las figuras 1A y 1B
accionado por el movimiento de la masa de agua. Tal como se ha
mencionado previamente, el movimiento de la masa de agua a la
profundidad H-h en la que la unidad de producción se
ha instalado, es principalmente de vaivén. Por tanto, los puntos en
la masa de agua circulan alrededor de un centro dado. A medida que
rota la placa de olas, debido al movimiento de vaivén de la masa de
agua, alrededor de su articulación abisagrada, es decir, el vástago
64, todos los puntos en la placa 2 rotarán entonces, bajo el
movimiento de vaivén de la masa de agua, a lo largo de un ángulo
\alpha dado alrededor del plano vertical T a lo largo de la
trayectoria curvada indicada por la flecha de dos extremos con
cabeza rellena. La placa 2 está unida aproximadamente en su centro
al vástago 64 de la bomba de torsión de dos cámaras que está dotada
con un cojinete de giro mediante el cual la articulación abisagrada
de la placa es la misma que la articulación abisagrada del vástago.
A medida que rotan los puntos en la placa de olas 2 bajo el
movimiento de vaivén de la masa de agua alrededor de la
articulación abisagrada a lo largo de un cierto ángulo \alpha de
izquierda a derecha alrededor del plano vertical T y de nuevo a la
izquierda, el vástago 64 de la bomba de torsión, a su vez, se mueve
exactamente al mismo ritmo en la cámara 63 ubicado en el interior
del armazón inamovible 61a. La placa deflectora 65 unida al vástago
rota al ritmo del vástago 64 a lo largo de un cierto ángulo \alpha
alrededor del plano vertical T. A medida que rota la placa
deflectora junto con el vástago, cambia la capacidad volumétrica de
las cámaras 63' y 63'', mediante lo cual en una cámara se forma
presión positiva y presión negativa en la otra. Se transfiere
líquido (por ejemplo, agua) o gas a través de la válvula de salida
62b2' o 62b'' de la cámara presurizada a través de la abertura de
salida 62c1' o 62c1'' hacia la cámara de salida 62c2 y además hasta
la tubería de salida 62c3. Al mismo tiempo, está fluyendo líquido o
gas (agua) hacia la cámara subpresurizada a través de la abertura
de entrada 62a3' o 62a3'' mediante las válvulas de entrada 62b1' o
62b1'' de las tuberías de entrada 62a' o 62a''.
Las figuras 1C a 1E ilustran una unidad de
producción 4 que es particularmente adecuada para la generación de
líquido o gas. La unidad de producción 4 tiene una bomba de torsión
equipada con una tubería de cámara 61 que está unida a una placa de
olas 2 similar como la bomba de torsión de la figura 1A. Los cambios
de la capacidad volumétrica y la presión en el interior de la
tubería de cámara 61 se basan en esta realización, sin embargo, en
el movimiento rotatorio del armazón de tubería de cámara 61a, que es
por lo demás cilíndrico pero tiene una parte superior plana, junto
con la placa de olas 2 mientras que el vástago 64 permanece inmóvil.
La tubería de cámara 61 de la bomba de torsión 6 está conectada
directamente por su armazón 61a a la parte inferior de la placa de
olas 2 según la figura 1C. A través de la tubería de cámara discurre
el vástago 64 que, a su vez, tiene una tubería de salida 62c3 que
discurre a través de ella. El vástago 64 se instala inmóvil en los
anillos de sujeción que están montados en la base 5 de modo que el
vástago 64 no puede girar. Las aberturas de entrada 62a3 de líquido
están situadas ahora en la placa posterior recta de del armazón de
placa de cámara 61a que es un semicírculo cuando se observa en
sección transversal. El armazón 61a está unido con la placa
posterior en el extremo inferior de la placa de olas 2.
En la sección transversal, la figura 1D de la
bomba de torsión 6 tomada desde el punto de vista de la abertura de
entrada 62a3, es más visible la organización interior de la bomba de
torsión. La cámara 63 está situada de nuevo en el interior del
armazón 61a de la tubería de cámara 61, en el espacio confinado por
las paredes internas del armazón de tubería de cámara 61a. La placa
deflectora 65 divide la cámara 63, situada entre el armazón 61a de
la bomba de torsión 61 y la base 5, en dos compartimentos
generalmente igual de grandes aproximadamente, es decir, en la
primera parte de cámara 63' y en la segunda parte de cámara 63''. La
placa deflectora 65 está formada, en esta realización, por una caja
de válvula unida a la pared interna del armazón 61a que hace que la
placa deflectora 65 rote alrededor del vástago 64 a medida que rota
el armazón 61a alrededor del vástago 64. El plano que es paralelo a
la placa deflectora es generalmente paralelo a la placa de olas 2.
Existe de nuevo una junta deslizante 65a entre la placa deflectora
65 y la parte curvada del armazón 61a, cuya estructura y
funcionamiento son similares al de una bomba de torsión de dos
partes de las figuras 1A - 1B. Las tuberías de transferencia de
líquido 62 de ambas partes de cámara 63' y 63'' de la bomba de
torsión 6 tienen de nuevo tuberías de flujo de salida conjuntas
62c, tuberías de entrada 62a; 62a', 62a'' y un conjunto de válvulas
62b; 62b', 62b'' que regulan la transferencia de líquido. Ahora,
las tuberías de entrada tienen aberturas de entrada (líquido)
62a3', 62a3'' que conducen hasta las correspondientes partes 63' y
63'' de la cámara 63. Las aberturas de entrada están equipadas con
válvulas de entrada 62b; 62b1' y 62b; 62b1'' que regulan el flujo de
líquido (o gas) hacia las partes de cámara 63' y 63''. En la figura
1C se observan las aberturas de entrada 62a3 de la otra parte 63''
de la cámara 63 de la bomba de torsión. Se transfiere el líquido
hacia la cámara de salida 62c; 62c2 que discurre en el interior de
la placa deflectora 65 unida al vástago 64, y además hasta la
tubería de salida 62c3 a través de la acción de las válvulas de
salida 62b2' y 62b'' situadas en la embocadura de las aberturas
62c1' y 62c1'' en la placa deflectora. Las válvulas regulan el flujo
de líquido (gas) que sale de las partes de cámara.
La figura 1E ilustra cómo el vástago 64 y la
tubería de salida 62c3 que discurre en el interior de él, están
montados de manera fija sobre la base 5 con un saliente 68. El
armazón 61a de la tubería de cámara 61 de la bomba de torsión 6,
rota alrededor del vástago 64 mientras que gira la placa de olas,
que está unida al armazón.
A medida que rota la placa de olas 2 a lo largo
de un cierto ángulo \alpha alrededor del plano vertical T que
discurre a través del eje 2, la pared de la tubería de cámara 61,
que está unida a la placa de olas, rota lo mismo igualmente
alrededor de dicho plano vertical. La capacidad volumétrica de las
partes de cámara 63' y 63'' cambia, mediante lo cual en una parte
de cámara se forma presión negativa y presión positiva en la otra.
Fluye líquido (o gas) desde la parte de cámara presurizada a través
de la válvula de salida 62b2' o 62b'' hacia la cámara de salida
62c2 situada en el interior de la placa deflectora y además hasta la
tubería de salida 62c3. Al mismo tiempo, en la otra parte de
cámara, se forma presión negativa debido al aumento de la capacidad
volumétrica, mediante lo cual fluye agua a través de la abertura de
entrada 62a3' o 62a3'' a través de la acción de las válvulas de
entrada 62b1' o 62b1''.
Puede transferirse agua que procede de la
tubería de salida 62c3 de la instalación de producción 4 de las
figuras 1A - 1E hacia aplicaciones adecuadas. Preferiblemente, puede
transferirse agua hacia un sistema de tuberías principal o de
transferencia mayor que recoge agua de varias unidades de producción
y luego transfiere agua desde las tuberías principales hasta el
punto de aplicación. La combinación de varias unidades de producción
se describe posteriormente con la ayuda de la figura 4.
Puede transferirse agua desde las tuberías de
salida o tuberías principales o de transferencia hasta diferentes
tipos de estanques, desde los que puede transferirse adicionalmente
para usarse para agua de riego, potable o de lavado o hasta, por
ejemplo, piscinas. También puede usarse agua para el fin de inducir
corrientes en otras cuencas hidrológicas cerradas o en una parte de
una cuenca hidrológica abierta, por ejemplo en el cultivo de fauna
marina (entre otros, mejillones comunes, trucha arco iris, etc.), o
de plantas acuáticas (entre otros, arroz), en el mantenimiento de
puertos abiertos mediante lo cual se induce una corriente de agua en
el fondo de una cuenca hidrológica para mantener abiertas las rutas
de navegación o limpiarlas. Otros puntos de aplicación similares
son las guías de deslizamiento de agua por estanques de agua, bombeo
de aguas residuales o reciclado de aguas costeras contaminadas para
su limpieza. Si el agua bombeada se conduce en primer lugar a un
acumulador de presión en el que se produce incluso presión de agua,
puede transferirse desde allí presurizada hacia aplicaciones
adecuadas, como aplicaciones de torrentes de agua ornamentales
(fuentes de agua, arroyos artificiales y cascadas), y también puede
usarse en sistemas de extinción de incendios.
Si en lugar de agua, se conduce aire desde la
superficie hasta la bomba de torsión 6 usada en la unidad de
producción según la figura 1A o 1C por medio de tuberías de entrada
62a3, puede obtenerse gas presurizado o aire comprimido desde la
bomba. Con el fin de producir aire presurizado u otro gas
presurizado, se conduce gas hasta las cámaras 63; 63' y 63; 63''
por medio de las tuberías de entrada, entonces se presuriza gas en
dichas cámaras debido al movimiento de la placa deflectora, se
conduce a través de las tuberías de salida 62c3 hacia el acumulador
que estabiliza las fluctuaciones de presión de gas, y se conduce
luego hasta el punto de aplicación. Preferiblemente, se conduce gas
hacia el acumulador desde varias unidades de producción acopladas
en serie o en paralelo por ejemplo, del tipo de unidades de
producción que son características en la instalación de producción
de la figura 4.
El punto de aplicación para el gas puede ser,
por ejemplo, estanque de peces/vegetales, canales cuyo nivel de
oxígeno se está mejorando a través de aireación y neumáticos usados
generalmente en la industria. También puede usarse aire comprimido
en la impregnación presurizada de madera u otros materiales, entre
otros, o puede usarse para desarrollar presión de sobrealimentación
en máquinas y plantas generadoras de energía. Un uso importante del
aire presurizado es en el acondicionamiento de aire y/o ventilación
de apartamentos, por ejemplo, por medio de unidades de máquina de
acondicionamiento de aire separadas. Si la circulación de agua está
conectada a esta unidad, también puede usarse para el enfriamiento
y/o calentamiento del proceso o apartamento. También puede usarse
el sistema para separar gases unos de otros o para la producción de
hidrógeno. El sistema también se aplica en sí mismo para la
separación de sal u otras sustancias de agua dulce o salada.
En las figuras 2A y 2B se muestran algunas
unidades de producción diseñadas principalmente para la producción
de energía que pueden usarse para la recuperación de la energía de
las olas en lugar de la denominada placa de olas usada en la figura
1A.
En la figura 2A, el eje 22c del rotor 3; 3' de
la unidad de producción 4 tiene un cojinete para girar en la base 5
que a su vez está unida al fondo P. Las aletas de rotor 2 están
unidas al eje horizontal. Cada aleta de rotor 2^{1} - 2^{5}
tiene un brazo 22, que tiene una paleta de dos partes 22b que se
devana alrededor del brazo 22 en el extremo más externo tal como se
observa desde el eje vertical 22c. Las partes de cada paleta de dos
partes están abisagradas al mismo lado del brazo 22 de la aleta 2.
Las aletas 2 del rotor 3; 3' rotan con la corriente del flujo de
agua a pesar de la dirección de la corriente; se forma presión
negativa sobre el lado de flujo de la paleta de dos partes 22 que
hace que el rotor gire. Esta aplicación del rotor es muy adecuada
en aguas relativamente poco profundas.
En la figura 2B se presenta, a su vez, el rotor
3; 3'' de una unidad de producción de eje horizontal 4 que está
instalada sobre el fondo del mar. Existen varias aletas de devanado
2 que giran en espiral alrededor del eje de rotación instalado de
manera horizontal, del que se muestran en la figura las aletas de
devanado 2' y 2''. El eje de rotación y las aletas de devanado 2 se
sujetan a las bridas terminales 21; 21' y 21; 21'' desde sus
extremos, bridas terminales que a su vez se sujetan de manera
giratoria a la base 5. Como una modificación de este modelo de
rotor, el eje del rotor también puede fijarse erguido de manera
vertical.
Las unidades de producción caracterizadas en las
figuras 2A y 2B se usan generalmente para la producción de energía;
la energía del movimiento de rotación del rotor se convierte o bien
con un generador conectado al rotor o bien se transporta
mecánicamente el movimiento hasta un generador sobre la superficie.
Preferiblemente, los rotores están conectados con cableado de modo
que hay varios en una disposición en paralelo o en serie y se usan
para la producción de energía, por ejemplo, de la manera presentada
en la figura 4.
En la figura 4, se ilustra una instalación de
producción 1 de agua o gas que está situada totalmente bajo la
superficie del agua de la cuenca hidrológica en el fondo P de la
cuenca hidrológica en aguas intermedias (compárese con la figura
3). Las unidades de producción de energía y/o líquido o gas en la
instalación de producción 1 están situadas en la profundidad
H-h. El movimiento de la masa de agua es en la
profundidad H-h en la que las unidades de la
instalación de producción se han instalado principalmente de manera
alternativa y por tanto, los puntos en la masa de agua circulan
alrededor de un centro dado. La instalación de producción 1 de la
figura 4 consiste en varias unidades de producción que están
conectadas en una disposición o bien en paralelo o bien en serie.
Una instalación de producción típica comprende varias unidades de
producción conectadas en una disposición en paralelo o en serie
unas con respecto a otras, de modo que puede cambiarse la
disposición según las posibilidades ofrecidas por las circunstancias
imperantes.
Las unidades de producción 4 de una instalación
de producción 1 de la figura 4 transforman la energía de las olas
en energía cinética y presión de líquido (agua) en una instalación
de producción 1 que utiliza la energía de las olas. Las unidades de
producción 4 son, por ejemplo, similares a las de las figuras 1A o
1C de modo que tienen una placa de olas 2 que, debido al movimiento
de la masa de agua, rota alrededor de su articulación de rótula en
un movimiento de vaivén y la energía cinética de la placa de olas se
transforma en energía cinética y presión del líquido por medio de
una bomba de torsión (o bomba de pistón). Se transmite el líquido
desde la unidad de producción en primer lugar hasta tuberías de
salida 2c en cada unidad de producción y desde las tuberías de
salida o bien directamente a tuberías principales generales 200
(disposición en paralelo) desde las que se transporta el líquido o
bien hasta el punto de aplicación o bien en primer lugar hasta la
línea de transferencia 20 de líquido, en la que están conectadas
las tuberías de salida de varias unidades de producción, y desde la
línea de transferencias hasta tuberías principales generales 200
(disposición en serie) que son de mayor diámetro. El diámetro de la
línea de transferencia de líquido 20 es en su mayoría
aproximadamente el mismo que el diámetro de las tuberías de salida
2c de la unidad de producción, mediante lo cual puede usarse para
aumentar el nivel de presión en el líquido. En lugar de la bomba de
torsión también pueden usarse otros tipos de bombas para convertir
la energía cinética del movimiento de vaivén de la masa de agua en
energía cinética y presión del líquido.
Se transfiere el líquido presurizado desde las
tuberías de salida 2c de cada unidad de producción en la disposición
en paralelo directamente a tuberías principales generales 200 desde
las que fluye hasta el punto de aplicación. El punto de aplicación
también puede ser un generador que produce energía eléctrica. Como
las unidades de producción están en una disposición en paralelo y
se bombea líquido, la cantidad de líquido bombeado aumenta mientras
que la presión permanece constante. La disposición en paralelo es
adecuada cuando no puede aumentarse el nivel de presión del líquido
que fluye hacia fuera en las tuberías principales 200 debido a las
circunstancias, el equipo o los materiales y no se necesita una
alta presión. Cuando las unidades de producción están en una
disposición en serie, las tuberías de salida de dos o más unidades
de producción están conectadas en primer lugar en serie para formar
la misma línea de transferencia de líquido 20 y desde la línea de
transferencia de líquido se transfiere el líquido hacia la tubería
principal 200. La disposición en serie ofrece la posibilidad de
aumentar el nivel de presión de líquido en las tuberías principales
cuando se bombea líquido. En una disposición en serie, el nivel de
presión de líquido/gas aumenta mientras que la cantidad de líquido
bombeado es constante. Debido al alto nivel de presión, disminuye
la disipación en relación con la cantidad de flujo. A menudo es más
fácil utilizar una mayor presión.
El líquido o gas bombeado desde la instalación
de producción se conduce a través de una tubería principal (o
tuberías) hasta una construcción de turbina en la que el líquido o
gas hace girar el generador con la ayuda de la turbina. El líquido
o gas también puede impulsar otras máquinas de trabajo o puede
utilizarse la salida o presión producida por el líquido o gas de
alguna otra manera.
La instalación de producción 1 puede situarse
sobre una o varias bases 50 construidas de acero resistente al
ácido que comprende una rejilla en las que cada cuadrícula de
rejilla tiene un dispositivo de cierre instantáneo comercial y
tuberías (cableado) para cada unidad de producción. En la figura 4,
las tuberías de la instalación de producción están integradas con
la base con forma de rejilla base 50 que está equipada con tuberías
principales de líquido 200 y líneas de transferencia de líquido 20
junto con tuberías de salida 2c que proceden de unidades de
producción individuales para unirse a las tuberías principales. La
construcción básica de la base 50 de la instalación de producción
puede ser de hormigón o algún otro material de construcción que
soporte las condiciones de la zona acuática en cuestión. Una
instalación de producción también puede tener varias bases
separadas. El establecimiento de una base para una unidad de
producción sobre el fondo de una zona acuática se realiza de la
siguiente manera. En primer lugar, buscando el lugar más adecuado
para el equipo de producción sobre el fondo de la cuenca
hidrológica en la zona de aguas intermedias. Es necesario que el
trabajo de establecimiento se realice para la base según el perfil
del fondo y el material que vaya a usarse. La alternativa más
sencilla es construir una instalación de producción sobre un fondo
rocoso plano que tenga un ángulo de declive adecuado. Si el fondo
es de arena o algún otro material blando y tiene una forma
considerablemente alterna, pueden producirse requisitos de
construcción adicionales para asegurar la(s) base/bases de la
instalación de producción. La instalación de producción comprende
varias unidades para la recuperación de la energía de las olas
(unidades de producción), que están unidas a la(s)
base/bases 50 de la instalación de producción. Las unidades de
producción son preferiblemente desmontables por separado de
la(s) base/bases para su mantenimiento
y reparación.
y reparación.
A un fondo rocoso, se unen las bases de la
instalación de producción mediante amarres de fondo sujetos al
lecho rocoso. En el caso de un material de fondo blando, se dirigen
pilotes al fondo para la base. En fondos de cuencas hidrológicas
que comprenden varios tipos diferentes de material del suelo, tiene
que realizarse un trabajo de construcción adecuado para sujetar las
bases.
Anteriormente, se han presentado únicamente
algunas aplicaciones de instalaciones de producción correspondientes
a la invención y para un lector informado desde el punto de vista
técnico, no hace falta decir que la invención puede realizarse de
muchas maneras alternativas siguiendo la idea principal de la
invención presentada en la reivindicación.
Por tanto, la unidad de producción puede unirse
de la manera descrita anteriormente o bien indirectamente al fondo
por medio de una base o establecimiento similar que, a su vez, está
unido al fondo por medio de amarres adecuados (compárese con la
figura 4, por ejemplo,) o bien puede unirse directamente al fondo de
la cuenca hidrológica con salientes de sujeción o similares. La
bomba de torsión también puede reemplazarse, por ejemplo, por la
bomba de pistón común usada en hidráulica, en la que el movimiento
de vaivén de la masa de agua se transfiere a través de la acción de
un pistón hacia la sustancia intermedia en el interior del cilindro
de la bomba de pistón.
También puede estar conectado un generador
directamente a una o varias unidades de producción, mediante lo
cual puede transferirse energía eléctrica desde el campo de
producción mediante hilos eléctricos.
Cuando se usa líquido o gas para hacer funcionar
una turbina, puede producirse el tipo preferido de electricidad
para su uso directo o para el suministro a la red.
La instalación de producción también puede
usarse directamente para generar electricidad de corriente o bien
continua o bien alterna. La utilización de electricidad o el
suministro adicional a la red eléctrica demanda cierto
procesamiento. Debido a la acción cíclica de una unidad de
generación de energía a partir de las olas, la electricidad
generada es más o menos pulsátil y difunde en forma también cuando
se usa para electricidad de corriente continua. La uniformidad de
la generación de electricidad puede mejorarse, por ejemplo, con una
rueda de compensación que se hace funcionar por una unidad (o
unidades) de producción. Cuando se procesa la electricidad de
corriente alterna para su uso directo o para el suministro a la red,
se cambia el modo de corriente alterna al de corriente continua y
después de esto, se cambia de nuevo a corriente alterna para el
suministro adicional a la red. Cuando se procesa la electricidad de
corriente continua para su uso directo o para el suministro a la
red, en primer lugar se ordena la electricidad de corriente continua
a través del método de corriente continua y luego se cambia a
corriente alterna para el suministro a la red. En el uso a pequeña
escala, la electricidad puede almacenarse en acumuladores para el
uso local, mediante lo cual se cambia la electricidad de corriente
alterna a corriente continua y se ordena la electricidad de
corriente continua y se ajusta para los acumuladores.
Claims (9)
1. Instalación de producción (1) para utilizar
energía de las olas, instalación de producción en la que existen
dos o más unidades de producción (4) y la masa de agua (V) de la
cuenca hidrológica se adapta para accionar unidades de producción
(4) o sus partes ubicadas en el fondo (P) de la cuenca hidrológica o
en las proximidades, y el equipo de transferencia de la energía de
las unidades de producción (4) o de la sustancia intermedia está
conectado en serie o en paralelo uno con respecto al otro,
usándose las unidades de producción (4) para
transformar la energía cinética del movimiento de vaivén de la masa
de agua en alguna otra forma de energía como energía eléctrica y/o
energía cinética y/o presión del agente intermedio,
caracterizada porque
- -
- las unidades de producción (4) están unidas directa o indirectamente al fondo (P) de la cuenca hidrológica en la región de aguas intermedias (B;) (en la zona b de la figura 3), hasta una profundidad más profunda que la línea de rompiente de las olas, aproximadamente en una zona en la que la razón de la profundidad de la cuenca hidrológica H con respecto a la longitud de onda L, está en el intervalo desde 1/20-1/2,
- -
- las unidades de producción (4) están totalmente sumergidas bajo la superficie del agua.
2. Instalación de producción (1) según la
reivindicación 1, caracterizada porque la instalación de
producción está unida por medio de una o más bases (50) al fondo
(P) de la cuenca hidrológica.
3. Instalación de producción (1) según la
reivindicación 2, caracterizada porque cierta parte o todo el
equipo de transferencia (2c, 20, 200) de la energía o sustancia
intermedia de la instalación de producción (1) están unidos de
manera inamovible a las bases (50).
4. Instalación de producción (1) según las
reivindicaciones 2 - 3, caracterizada porque las bases (50)
tienen el equipo de sujeción (68) preparado para que se unan a
ellas las unidades de producción (4).
5. Instalación de producción (1) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la energía procedente del movimiento de vaivén de un cuerpo
de tipo placa (2) o su parte en las unidades de producción (4) de
una instalación de producción (1) puede transformarse en energía
cinética y/o presión de la sustancia intermedia por medio de una
bomba de pistón o torsión (6) conectada funcionalmente a la
placa.
6. Instalación de producción (1) según la
reivindicación 5, caracterizada porque la sustancia
intermedia líquida o gaseiforme puede bombearse presurizada
mediante una bomba de pistón o torsión (6) hasta por encima de la
superficie del agua o hasta alguna otra parte de la cuenca
hidrológica, en la que puede usarse por ejemplo, para la producción
de aire comprimido, o de gases, para producir presión de
sobrealimentación, para fuentes de agua ornamentales, para la
impregnación de madera, para la aireación de estanques de agua o
para separar sustancias gaseiformes o puede usarse para producir
corrientes de la sustancia líquida intermedia necesaria por
ejemplo, en el cultivo de fauna marina y plantas acuáticas o para la
ventilación y/o el calentamiento y/o el enfriamiento de viviendas o
usarse como tal, por ejemplo, en sistemas de irrigación, guías de
deslizamiento de agua o sistemas de extinción de incendios.
7. Instalación de producción (1) según las
reivindicaciones 1 - 4, caracterizada porque las unidades de
producción (4) pueden usarse para transformar la energía cinética
de la masa de agua en energía eléctrica y la energía eléctrica
puede transferirse mediante hilos metálicos o cables hacia el punto
de aplicación.
8. Instalación de producción (1) según la
reivindicación 7, caracterizada porque el punto de aplicación
para la energía eléctrica es una línea eléctrica por encima de la
superficie de la cuenca hidrológica con la que puede transferirse
la energía eléctrica hasta algún otro punto de aplicación.
9. Instalación de producción (1) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque las unidades de producción (4) están unidas al fondo (P) de
la cuenca hidrológica de modo que estén ubicadas totalmente a una
profundidad en la que el movimiento de la masa es sustancialmente de
vaivén o elíptico.
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