ES2330174B1 - Sistema para el aprovechamiento electrico del movimiento de una masa de agua. - Google Patents
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Abstract
Sistema para el aprovechamiento eléctrico del
movimiento de una masa de agua.
La solución se basa en una estructura flotante,
con la suficiente envergadura como para albergar una serie de
turbinas. La energía cinética de cada turbina es conducida a través
de transmisiones, sumando la salida de la fuerza obtenida por cada
una y conduciéndola con transmisiones hasta un generador
eléctrico.
Una solución que no requiera de complicados
permisos, que esté lista para su inmediata instalación, sea
escalable, integrada en el medio ambiente, de bajo coste y que
concentre la suficiente energía para ser rentable.
Description
Sistema para el aprovechamiento eléctrico del
movimiento de una masa de agua.
Esta invención se refiere a la generación de
energía eléctrica proveniente de la fuerza motriz ejercida por una
corriente de agua en movimiento. Se entiende por corriente de agua
aquella que es provocada por la fuerza de la gravedad ejercida
sobre una masa de agua al deslizarse desde un punto más alto hasta
otro más bajo sobre la superficie terrestre. O en el caso de las
corrientes marinas son las producidas por las diferencias de
temperatura de estas masas de agua y otros factores que inducen al
movimiento de sus partículas.
Como resultado del efecto nocivo y problemático
producido por la generación de energía eléctrica por los medios
convencionales como hidrocarburos, plantas nucleares, carbón, etc.,
en las últimas décadas, se han investigado otras fuentes
alternativas que tengan un carácter renovable. Esto es, que la
propia naturaleza sea la provisora de la fuerza motriz,
fotoeléctrica o térmica que convertida con diferentes métodos
produzca electricidad. Otro aspecto deseable de estas nuevas
fuentes de energía, es la de ser no contaminantes, además de que
sean provenientes de recursos renovados naturalmente. Como fruto de
dichas investigaciones hoy día podemos disfrutar de energía eólica
(producida por la fuerza del viento), solar (con células
fotovoltaicas o plantas térmicas), geotérmicas o hidroeléctricas
por la fuerza del mar o los ríos. En las tecnologías referidas a las
corrientes de agua, desde los años 70 se ha investigado en la
producción eléctrica en ríos y canales de agua. Son mucho
anteriores el método de reserva de agua con diques y turbinas
generadoras de electricidad.
Recientemente se han desarrollado adaptaciones
del concepto de generador eólico en versión sumergida en los lechos
de los ríos. Todos los modelos analizados tienen la particularidad
de tener aspas rígidas rectas con una sección oblicua que provoca
el movimiento de un eje que trasmite la fuerza a un generador
conectado a estas. Está, al igual que las turbinas de viento,
encarado al flujo de aire, en este caso de agua. Si bien, este
diseño funciona con relativa efectividad con el viento, al ser
expuesto a objetos flotantes o en suspensión como los que se
encuentran en los ríos, tienen el inconveniente de que pueden
acumular dichos objetos y reducir su efectividad e incluso
dañarlos. Además el diseño de las aspas en conjunto con su base
agrava si cave más está situación. Otro inconveniente que tienen es
que se convierten en un peligro para la fauna acuática ya que
pueden provocar daños o incluso la muerte a algunas especies al
chocar contra estas aspas rectas. Además, se necesitan licencias
muy difíciles de obtener para la instalación en el lecho de los
ríos por su posible impacto ambiental. Al estar emplazadas en el
lecho del río, están expuestas a las consecuencias de las crecidas
súbitas que podrían inutilizarlas o destruirlas.
Otro inconveniente es el correcto
direccionamiento contra la corriente para una máxima absorción de
energía. En el caso de las corrientes marinas, estas cambian de
dirección por diversos factores y se hace muy importante readaptar
los elementos de absorción al unísono de la corriente. Muchas de
las soluciones se emplazan solamente en el lecho de los ríos lo
cual, dificulta su acceso para reparaciones o mantenimiento y un
alto coste añadido al tener contar con un generador por
turbina.
Otro aprovechamiento tradicional es la
producción hidroeléctrica utilizando presas y diques para acumular
agua y con la presión de esta, producir energía. Esta solución
representa en muchas casos un impacto ambiental que modifica
negativamente y en profundidad el ecosistema natural.
La energía eólica al estar basada en el viento
que es una fuente de energía discontinúa y necesita de adaptaciones
constantes por la diferencia en la velocidad, requiriéndose de
sofisticados mecanismos para regularla. En las paradas regulares
por falta de viento se reduce su eficacia como fuente fiable de
energía.
Las aspas de las turbinas de viento por su gran
tamaño, suponen una amenaza para cierto tipo de aves y el ruido que
producen asusta a la fauna circundante. Además del impacto visual
que suponen en parajes normalmente con un alto valor
paisajístico.
Estos factores que aparentemente se creyeron
menores en el inicio de la industria eólica, son ahora
determinantes para su implantación y suponen en muchas casos un
rechazo en las poblaciones en las que está prevista su ubicación. La
migración de esta tecnología al medio acuático presumiblemente
arrastrará algunos de sus defectos.
Otro inconveniente del viento en comparación con
el aprovechamiento de las corrientes de agua, es que las corrientes
de agua son prácticamente constantes en contraposición al viento,
con mínimas o controlables oscilaciones en su velocidad. Por tanto
las corrientes de agua son una fuente de energía mucho más fiable
que el viento o las olas, sobre todo tratándose de una energía como
la eléctrica, que no se acumula y sin embargo, su consumo es
constante.
Hasta ahora el concepto de aprovechamiento
hidroeléctrico se basa en poner una presa en un punto del río y
instalar turbinas. Sin embargo el potencial es inmensamente mayor
si se puede aprovechar la energía de la corriente del agua a lo
largo del río, inmensamente más que solo en un punto. Los ríos y
canales representan en muchos casos cientos o miles de kilómetros de
energía en movimiento que con el dispositivo adecuado, podrían
convertirse en una fuente inagotable y limpia de energía,
eliminando la necesidad de construir presas que afectan a las
comunidades fluviales.
A diferencia de estos acercamientos, el aquí
propuesto, se basa en un diseño del conjunto generador desde una
perspectiva diferente, no se trata de adaptar los desarrollos en
energía eólica al agua, sino de desarrollar una tecnología propia
del elemento en el que los aparatos van a trabajar: el agua y
adaptarlo a las necesidades de las comunidades a las que se va a
servir.
En el caso concreto de los desarrollos actuales
en la materia, se tiene el conocimiento de patentes de generación
eléctrica con unos artefactos semejantes a los molinos de energía
eólica -con aspas-, sumergidos y sujetos al fondo del río. Cada
molino o turbina, tiene un generador y cada unidad se conecta a la
red, individualmente o en grupo.
Con el presente invento se pretende resolver las
carencias en los anteriores desarrollos que se han realizado en
esta materia con un acercamiento diferente.
El conjunto generador eléctrico descrito, se
basa en la concentración de la fuerza motriz captada por múltiples
planos de absorción (hélices 17, plano cónico 13), conduciéndola a
través de transmisiones mecánicas
(1-2-11-14), hacia
un generador (3) para producir electricidad. Todos los sistemas
están emplazados en una estructura flotante (4) con capacidad de
navegar, en la que se instalan uno o más generadores (3) en un
compartimiento estanco.
Se diseñaron dos posibles acercamientos:
En el primero (figura 5 y 8), se instalan
unas hélices (17) especialmente diseñadas tanto para fluir
automáticamente con la corriente y adaptarse a su dirección, no
acumular objetos en suspensión y no dañar la fauna del medio. Las
hélices pueden disponerse bajo el casco de la estructura flotante en
batería (figura 5) y expuestas al movimiento del agua para hacerlas
girar libremente con la fuerza de la corriente de agua.
La nave o estructura flotante (4), esta sujeta a
un punto fijo mediante sistema de sujeción (20) en tierra o anclada
al lecho fluvial, por tanto el agua discurre bajo esta y mueve las
aspas de las hélices (17) dispuestas bajo el casco de la nave.
El diseño de las hélices puede ser ligeramente
helicoidal, semejante al paso de un tornillo pero con la arista de
cada surco con la forma adecuada para capturar óptimamente la
fuerza de la corriente de agua. Con sus bordes suavizados se
pretende no dañar a la fauna y reducir la posibilidad de atrapar
objetos en suspensión. Esta forma de hélice, quizá pueda ser las que
actualmente de fabrican, por tanto se podrá utilizar material
existente en el mercado.
El soporte de las hélices puede tener una base
(Figura 5 -21-) giratoria con el objeto de posicionarse
automáticamente contra la corriente. El movimiento es similar al
que tienen las veletas que indican la dirección del viento. La
hélice se expone a la corriente al contrario de la forma habitual
de encarar la corriente sino que la sigue. Con esto se consigue
tener siempre el máximo aprovechamiento de la fuerza de la
corriente de agua, reducir la capacidad de acumular objetos en
suspensión y ser menos intrusivo para el medio en el que
actúan.
El elemento más innovador es conseguir por medio
de transmisiones que el giro de cada una de las hélices activado
por la corriente de agua sea transmitido conjuntamente (la suma de
la fuerza de giro de las hélices) por transmisiones mecánicas hasta
el generador o generadores. Estas transmisiones
(1-2-11-14), podrán
disponer de embragues y reguladores de velocidad y/o transmisión de
fuerza para armonizar la salida de energía motriz. También dispone
de embrague (10) en cada una de las hélices para poder pararla en
caso de necesidad.
El segundo acercamiento (Figuras
1-2-3-4-6-7):
En otra disposición de las hélices, se hace que
la corriente de agua sea conducida por unos conductos que penetran
la nave por su casco (4). Estos conductos son de forma cónica (9) y
tienen unas laminas (12) soldadas en ángulo más o menos
perpendicular a la superficie del conducto (9) para producir una
forma de espiral en su interior. Estas laminas se asemejan a las
que podemos encontrar en el sinfín de un torva, en la torva están el
eje central y aquí están soldadas a las paredes del conducto (9).
El objetivo es provocar el giro de la corriente entrante de
agua.
El chorro de agua de salida del cono (9) estará
girando en el sentido adecuado para empujar más efectivamente el
aspa de la turbina cónica (13) y por tanto impulsando el plano de
esta con una mayor fuerza que si se expusiera libremente a la
corriente de agua.
El agua cuando gira en torbellino aumenta su
velocidad y confiere mayor fuerza de empuje ya que sus partículas
chocarán más perpendicularmente y a mayor velocidad que si no se la
hace girar con el conducto cónico (9).
La turbina (13 - Figura 4) que absorbe el
movimiento del agua puede tener una forma redonda en su contorno
mirado desde arriba, y en plano alzado tiene una forma de un cono
triangular. Sobresaliendo, tiene unas las protuberancias que
conforman las aspas (16) en sentido radial curvo partiendo del punto
central del plano redondo de la base. El objetivo es encarar el
chorro de agua girando, lo más perpendicularmente posible a las
aspas y a mayor velocidad. Para aprovechar al máximo el efecto de
torbellino, se hará coincidir la dirección de giro del agua en el
conducto, con la dirección en la que el agua gira por efecto del
magnetismo terrestre en la zona donde se pretende su instalación.
Estos conductos cónicos (9) se dispondrán lo más verticalmente
posible para aprovechar la fuerza de la gravedad por la que el agua
baja y gira en torbellino por un conducto.
En la figura 4 se muestra una turbina en forma
de plato con aspas en espiral dispuestas en forma radial aunque no
está limitada a esta forma, que de seguro requiere de mayores
estudios hidrodinámicos para definir su forma definitiva.
Las entradas de agua hacia los conductos cónicos
(9), estará en un plano superior que la salida (21) para permitir
el aprovechamiento de la gravedad que ayuda al agua a pasar por el
tubo, sumada a la fuerza que le confiere la corriente fluvial.
Además, tanto la entrada como la salida, tendrán
una forma hidrodinámica que reduzca turbulencias, facilite la
reincorporación del agua de salida a la corriente fluvial y en
definitiva que contribuya al máximo rendimiento del conjunto.
La nave tiene una superficie superior que según
el caso puede ser utilizada como cubierta vegetal (19 Figura 8) y
así para poner plantas y otros elementos que se requieran para
reducir su impacto visual e integrarla en el paisaje. Así, en la
ribera de un río, por ejemplo se verían a modo de islas con cubierta
vegetal amarradas a las orillas o ancladas en su aguas. Estas
podrían aprovecharse igualmente como albergue para la recuperación
plantas, aves u otros seres vivos de la fauna local.
El objetivo es el diseño de una embarcación que
sea fácil de emplazar, que no requiera de infinitos permisos para
su instalación, que sea modular y adaptable a la demanda y
concentre en un conjunto generador múltiples hélices o turbinas de
absorción de energía, abaratando costes de construcción,
mantenimiento e infraestructura. Cuando la tecnología eólica
existente utiliza un generador por molino o hélice, con esta
solución se utiliza un solo generador de mayor potencia
concentrando la fuerza motriz de múltiples hélices o turbinas. Este
factor puede hacer muy competitiva la solución desde un plano
económico, además de reducir todos los permisos de hasta una simple
licencia de atraque.
El objetivo de la presente invención es la
concentración de energía motriz procedente de una corriente de agua
usando múltiples turbinas o hélices, transmitiendo esta energía por
medio de transmisiones mecánicas para mover un generador eléctrico y
así, producir electricidad. Se pretende una mayor eficacia, una
reducción de costes y mayor versatilidad que otros acercamientos.
Por tanto, se emplazará en ríos y canales y todos los
emplazamientos que ofrezcan corrientes de agua convenientes para su
funcionamiento. Se elegirán los emplazamientos que ofrezcan mayor
velocidad del agua.
En la figura 1, podemos observar una vista aérea
de la nave. Se muestran una posible disposición de las
transmisiones que conectan la energía absorbida por las turbinas o
hélices para conducirla hasta uno o más generadores.
La figura 2 muestra una disposición de los
conductos cónicos (9) en el casco.
La figura 3 muestra el funcionamiento de la
turbina donde el agua penetra por la parte más ancha del conducto
cónico (9), gira en su interior por efecto de las cuchillas
dispuestas en forma helicoidal y direcciona el chorro de agua
resultante en una turbina (13) que gira con el impacto de las
partículas de agua. El giro de la turbina (13) es transferido por
transmisiones mecánicas (11-14) con elementos de
regulación de la transmisión (10 embrague, reductoras mecánicas,
etc.), hasta el o los generadores (3) para producir
electricidad.
En la figura 4 se muestra la forma de la turbina
y como estarían dispuestas sus aspas (16) aunque es de suponer que
requerirán de posteriores investigaciones hidrodinámicas para
definir su forma óptima.
En la figura 5 observamos una disposición de
hélices bajo el casco de la nave. Cada hélice esta sujeta al casco
por un eje giratorio (21) que se posiciona con la misma fuerza de
la corriente hasta la posición más idónea para absorber el máximo
de energía de la corriente de agua.
En la figura 6 vemos la entrada de agua en el
sistema de turbinas a través de la parte más ancha de los conductos
cónicos (9) y el sentido de la corriente.
La figura 7 nos muestra el flujo de salida (21)
y de cómo es canalizado por un canal central bajo la nave.
La figura 8 nos muestra una configuración de
hélices bajo el casco y la posición con respecto al sentido de la
corriente de agua y la cubierta vegetal que lo cubre.
Claims (13)
1. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua (ríos,
océanos, canales, etc.), fruto de corrientes marinas y/o por efecto
de la gravedad al desplazarse una masa de agua desde un punto más
alto hasta uno más bajo. Caracterizado por una estructura
flotante sobre dicha corriente, y que está sujeta a un punto fijo
(a tierra firme o al fondo por donde transcurre la corriente de
agua) y que tiene elementos (hélices o aspas) de captación de
energía cinética del movimiento de agua. Estos elementos de
captación se suman en lo que se refiere a la salida de la fuerza
obtenida por más de un elemento de absorción de energía (turbina)
por el libre paso del agua, conduciendo la fuerza obtenida por
medio de transmisiones mecánicas hasta uno o más generadores para
producir electricidad.
2. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener hélices bajo una
estructura flotante que actúan como turbinas y que se suma la
energía obtenida por cada una de ellas por medio de transmisiones
mecánicas, conseguida por la libre exposición de estas a la
corriente de una masa de agua para producir electricidad.
3. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por un sistema de
transmisiones, que conecta y suma directamente o a través de
elementos de regulación de fuerza (contraladores de velocidad,
embrague, piñones u otros que se precisen, que suman la energía
obtenida de múltiples turbinas expuestas a una corriente de agua y
que están sujetas a una estructura flotante, concentrando la
energía mecánica en uno o más generadores.
4. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener uno o más
orificios en una estructura flotante que permiten el paso de la
corriente de agua en la que flota, a través de su estructura con el
objeto de mover elementos de absorción de energía (turbinas) y
producir electricidad.
5. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en la estructura
flotante unos orificios de entrada conectados a conductos o bien
cilíndricos o cónicos que al introducirse el agua en estos provocan
el giro de la misma en su interior por el efecto de unas cuchillas
soldadas a su superficie interior, conformando una forma más o
menos helicoidal para dirigir las partículas de agua en el sentido
de giro deseado.
6. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en la estructura
flotante unos orificios de entrada conectados a conductos que
provocan el giro del agua en su interior que tienen una entrada de
agua de una corriente de agua en un plano superior que la salida de
agua del conducto para aprovechar la fuerza de la gravedad que
provoca naturalmente el giro del agua.
7. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura
flotante unos orificios de entrada conectados a conductos que
provocan el giro del agua en su interior y proyectan el chorro
resultante sobre un plano de absorción con una forma circular,
mirado desde arriba, y cónico-piramidal, desde una
vista lateral, con aspas cóncavas dispuestas radialmente desde el
centro de la forma cónico-piramidal y helicoidal
para absorber el máximo de energía de un chorro de agua girando y
ofrecer poca resistencia a objetos flotantes que puedan obstruir el
conducto de una turbina.
8. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura
flotante unos orificios de entrada conectados a conductos que
provocan el giro del agua en su interior y proyectan el chorro
resultante sobre un plano de absorción con una forma circular,
mirado desde arriba, y cónico-piramidal, desde una
vista lateral, con aspas cóncavas dispuestas radialmente desde el
centro de la forma cónico-piramidal sujeto a un eje
transmisor de la energía cinética obtenida en su giro, para llevar
dicha energía por medio de transmisiones o bien a un generador
eléctrico o a un sistema de transmisión que permita acoplar la
fuerza de varias transmisiones.
9. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener embragues
mecánicos para frenar el paso de energía cinética proveniente de
uno o más planos de absorción
(hélices-turbinas).
10. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener elementos de
regulación mecánica de la fuerza obtenida de turbinas o hélices y
transferida por transmisiones para controlar y equilibrar la
llegada de dicha energía a un generador
eléctrico.
eléctrico.
11. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura
flotante con una cubierta vegetal para aminorar el impacto
medioambiental en su emplazamiento.
12. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura
flotante unos orificios de salida de agua direccionada por una
forma a modo de canal invertido bajo el casco de la estructura
flotante para eliminar turbulencias y conducir el agua saliente de
cada una, sin perturbar las otras salidas de agua de cada turbina
que están dispuestas en batería.
13. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza
motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según
reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura
flotante con hélices bajo su casco con aspas suavizadas y con base
giratoria y que se mueven libremente por efecto de una corriente de
agua en la misma dirección de esta, para no dañar la fauna
circundante. La base giratoria direcciona las hélices para obtener
el máximo de energía aunque cambie la dirección del flujo y
posicionarse automáticamente con la corriente de agua como lo hace
una veleta indicadora del viento, donde la cola de la veleta se
correspondería con la hélice que absorbe energía y la base donde se
sujeta es giratoria.
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| ES200601329A ES2330174B1 (es) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Sistema para el aprovechamiento electrico del movimiento de una masa de agua. |
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|---|---|---|---|
| ES200601329A ES2330174B1 (es) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Sistema para el aprovechamiento electrico del movimiento de una masa de agua. |
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