ES2364391A1 - Generador submarino y móvil de energías renovables. - Google Patents

Abstract

La invención consiste en un generador submarino y móvil de energías renovables. Y es un equipo concebido para la generación de energía eléctrica aprovechando la potencia intrínseca de las corrientes de agua sean marinas, oceánicas, mareomotrices, ríos. Trabaja bajo la superficie de las aguas como si fuese un submarino navegando en inmersión y al propio tiempo fondeado en el área y seno de dichas corrientes, las cuales deberán llevar una velocidad mínima apreciable, para que su rotor (11) y por tanto su generador eléctrico (3) creen las energías aprovechables para transmitirlas a las redes eléctricas de transporte y distribución para usos domésticos e industriales. Está concebido como si de un buque de guerra submarino se tratara, salvo la inclusión de los elementos de habitabilidad, visión, propulsión, combate, y otros no precisos para el fin a que se va a dedicar.

Description

Generador submarino y móvil de energías renovables.

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Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un generador eléctrico submarino y móvil que aprovecha la energía de las corrientes marinas u oceánicas, y que permanentemente se encuentra flotando entre las aguas del mar, fondeado como si de un barco se tratara en los fondos marinos de la zona escogida. Al estar inmerso en la corriente, cuya energía pretende transformar, se le considerará como un barco submarino en inmersión y navegando en la corriente, ya que estando físicamente fijo a los fondos del mar, ésta circulará a su rumbo y velocidad en su situación.

Ello dará lugar a que un rotor debidamente diseñado y girando permanentemente, mientras haya corriente, apoyado en el estator que lo contenga y el cual está afirmado en el rumbo de la corriente, en posición horizontal, en términos marineros adrizado, su movimiento giratorio creará con el generador eléctrico, a él unido mecánicamente, la potencia eléctrica que acoplará a la red eléctrica general a través de la línea de unión que necesariamente deberá existir para su posterior aprovechamiento.

Antecedentes de la invención

Son muy conocidos los distintos medios y máquinas que el hombre ha estado utilizando para la obtención sea de corrientes marinas, mareo-motrices o de las olas.

Se remonta al año 1966 en que en la región de Ranche (Francia) se aprovecha la corriente mareomotriz de la marea, con la construcción de una gran presa en el fondo de una ría y cerrada con el respectivo muro en el que se insertan las turbinas hidrodinámicas que mueven unos generadores debidamente acoplados; su funcionamiento es muy sencillo, ya que se trata de que al subir el nivel de mar, con la marea, tendera a llenar la presa y actuará sobre las turbinas, e igual fenómeno ocurrirá a la bajada de la misma ya que la presa tenderá a vaciarse. Este proyecto se conoce con el nombre de Sabelle y aunque lleva muchos años en funcionamiento su rendimiento electromecánico es más bien deficiente ya que su rendimiento está fijado por las corrientes mareomotrices.

En el año 1976 se propone por el Sr. Mouton JR la construcción de una máquina que sujetan bajo los fondos de un pontón; porta una gran tobera y en su centro una turbina girará acoplada al generador eléctrico que corresponda, creando también la energía aprovechable buscada.

También se recuerda la existencia de múltiples aparatos con palas semejantes a hélices girando con ejes horizontales y los mecanismos electromecánicos necesarios para su correcto funcionamiento, que crean energía eléctrica aprovechable en las redes eléctricas, pero cuyos rendimientos son muy deficientes, aparte del grave inconveniente que conlleva el disponer de elementos sumergidos en las aguas, después muy difíciles de atender y reparar o simplemente revisar periódicamente.

Finalmente manifestar que existe una gran relación de equipos elaborada por EMEC (European Marine Centre) sito en Orne (Escocia) que con múltiples formatos tratan de convertir éstas corrientes marinas en energía eléctrica y que como hemos dicho, siempre están condicionados por el medio en que se encuentran: el mar y especialmente sus fondos no visibles y variables, así como las mareas y olas del mar, los cuales son muy difíciles de conocer para de ellas obtener energía eléctrica. Y es tan importante su recuperación, que ha dado lugar a que el Gobierno Escocés haya creado un gran premio en metálico llamado SALTIRE PRICE de 16 millones de euros, para adjudicarlo al equipo que instalado durante un periodo de tiempo, dos años, obtenga el mayor rendimiento.

Descripción de la invención

El equipo que proponemos podrá aprovechar éstas corrientes marinas y oceánicas, así como las mareomotrices que por su carácter tan aleatorio hacen que los rendimientos de los equipos, antes mencionados, sean de muy bajo aprovechamiento electromecánico, dato importantísimo para tomar la decisión de su construcción.

Pensamos que el gran caudal de energía que pasa continuamente por el Estrecho de Gibraltar, dos corrientes muy importantes, en el cual nuestro invento es apropiado, ya que no precisará como aquellos equipos citados, de obra civil alguna para anclajes de sus estructuras en los fondos marinos, ni dificultades para su movimiento acimutal y en profundidad, totalmente autónomos y especialmente fácil su necesario y permanente mantenimiento, por su capacidad de subir a superficie en cualquier momento y realizar periódicamente lo que en términos marineros se conoce como grandes carenas.

Su sistema de aprovechamiento científico, está basado en dos principios fundamentales de la Física, a saber:

a) El Teorema de Bernoullí resuelve matemáticamente el estudio de los fluidos en movimiento currentilíneo circulando en el interior de tubos. Si se mueven de izquierda a derecha, cada partícula que pase por un punto, sigue exactamente la misma trayectoria que las partículas que le precedieron, formando una línea de flujo o de corriente que le obligará a pasar sucesivamente por las posiciones de sus precedentes, cambiando su velocidad de desplazamiento según varíe la sección del tubo conductor.

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Su ecuación fundamental, fue obtenida por Bernoullí teniendo en cuenta básicamente que el trabajo realizado por el sistema, obtenía en varias secciones distintas velocidades de acuerdo con la energía cinética y potencial del conjunto, y con el principio de conservación de la energía. Con éste planteamiento obtuvo la formula fundamental:

P+1/2.R.V^{2} + R.g.h = constante,

en la que

P=presión exterior

R=densidad del fluido

V=velocidad de desplazamiento

g=valor de la gravedad

h=altura sobre plano horizontal.

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Y de ella obtiene la segunda fórmula, la que nos interesa expresamente en nuestro caso, y es:

A.V=A1xV1=K (constante),

en la que A y A1 son las áreas de las distintas secciones, V y V1 las velocidades adquiridas en cada una de ellas.

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Y por tanto de dicha fórmula obtenemos que

V1 = A/A1.V

y es la que utilizaremos en el desarrollo del equipo.

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De otra parte

b) El teorema de la cantidad de movimiento nos dice que en un conjunto dinámico se verifica siempre que
\Sigma (m.V) = 0

Este principio es el que hace que, por ejemplo, utilizan los aviones a reacción en su desplazamiento.

m (masa de aire) x v (velocidad de gases)= -M (masa del avión) x V (su velocidad)

El equipo está concebido con la formación de un estator exterior cilíndrico que dispondrá en sus extremos de dos conos en forma de embudo de entrada y salida de la corriente, y de dos zonas aisladas del agua (estancas), resistentes a las grandes presiones a que se verá sometido, donde se situarán los mecanismos eléctricos y mecánicos que permanentemente han de estar funcionando para mantener activo el equipo como un submarino navegando en inmersión, orientándose él solo contra la corriente, bien en el plano horizontal o vertical, ya que sus dispositivos de timones horizontales o vertical le pueden llevar al sitio que sea más conveniente, a subir o bajar, y a derecha o izquierda consiguiendo con ello que la corriente sea totalmente paralela al eje del rotor central y con ello obtener el máximo rendimiento.

Y en la zona central una gran tobera cilíndrica rematará el casco, como forro interior, constituyendo el estator de la máquina y en la cual se instalará cualquier tipo de rotor.

En dicha tobera se instala un gran eje, de boca a boca (que puede ser cilíndrico o un prisma poligonal), al cual se le insertan un numero de álabes rectangulares que rematan cada uno de ellos en una arista superior, la cual se ha de deslizar por el interior de dicha tobera, a la menor distancia posible, pero de tal forma que nunca llegue a rozar su camisa interior.

Los álabes estarán formados por una pala o aleta. El ángulo de inclinación del álabe con la generatriz del prisma hará que la corriente entrante sea obligada a girar hacia la izquierda.

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La potencia que obliga a girar la masa de agua, hará que el rotor gire en sentido contrario y ello por dos conceptos físicos, según se expresa a continuación:

a) De un lado, la presión del fluido en el álabe, en su sentido perpendicular al álabe.

b) De otro, por la depresión originada en su cara opuesta del mismo por el teorema de Bernoullí, ya que en dicha cara la presión disminuirá al tener superior recorrido y velocidad.

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Es exactamente igual que la fuerza que imprime el aire en las velas de un barco cuando recibe las corrientes del exterior, ya que por un lado en su cara activa interior presiona directamente en la vela, originando una componente en el eje proa-popa del mismo, y por otro en su cara de proa o exterior, al tener que realizar un recorrido mayor, por la curvatura de la vela, se origina una depresión que unida a la otra fuerza empujan el barco en la dirección
deseada.

En la parte superior del estator, entre las dos zonas estancas citadas se instalarán las botellas de aire a presión cuyo volumen se calculará debidamente evitando pesos innecesarios que afectarían a su estabilidad, y cuyo aire comprimido se empleará para el soplado del agua en los tanques de agua para lastre, ya que en todo caso este conjunto es el que ha de movilizar la máquina en sentido vertical para que el Principio de Arquímedes actúe y consiga que el peso total del equipo sea cero y navegue en inmersión.

Se deberán instalar cuadernas circulares esenciales para formar el casco resistente cuya forma total será como la de un barco submarino, es decir constará con dos cascos uno interior y otro exterior pero cilíndricos y unidos entre sí logrando el estator total.

En la zona final de popa en las últimas cuadernas se deja una zona de descargas de la corriente originada por el Venturi auxiliar circular previsto para qué ésta ayude a la corriente central del rotor creando una depresión favorables a dicho fin y con ello evitar turbulencias perjudiciales.

Se han previsto varios tipos de rotores, pero todos ellos están concebidos de igual forma y sea cualquiera el numero de álabes que los caracterizan, su construcción es semejante. Cada álabe tiene forma trapezoidal con un eje vertical embutido en su eje poligonal y giratorio. Irán debidamente armados y forrados hasta conseguir la forma de un ala de avión y en todo caso el vértice junto al eje poligonal será giratorio, al cual van sincronizados con un balancín el que consigue con su movimiento sincronizar a todos los álabes. El ángulo de ataque de la corriente podrá ser de 15º, 25º o 50º, cuyas cuantías se elegirán a la vista de los resultados de un estudio previo.

El generador de energía será especialmente construido ya que la velocidad de giro del grupo motor será más bien baja y por tanto para poder acoplar a la red, la creada, siempre deberá tener la frecuencia normal de 50 periodos/segundo, y ello se deberá conseguir con motores asíncronos multipolos, muy estudiados y calculados, ya que el control del mismo será el que obligue al conjunto a girar a velocidad constante, (mínima posible) variando la carga o aportación a la red, según las variaciones de velocidad de la corriente.

Para instalaciones de gran tamaño el problema se simplificaría utilizando rotor y estator, para que entre ambos porten los imanes permanentes y bobinas, precisos para lograr un generador.

Para el fondeo y anclaje, en la proa se colocarán los enganches, cáncamos o grilletes de amarre que correspondan para dejar fondeada la máquina en el sitio más óptimo de la corriente y características del fondo, previamente estudiado por técnicos en corrientes marinas y en todo caso el equipo navegará equilibrado como un submarino en
inmersión.

Este fondeo deberá hacerse en la forma tradicional marinera que se conoce como "barbas de gato" con dos anclas gemelas tipo Hall de tamaño proporcionado al dimensionado del equipo (si es preciso unidas a lastres de obra civil, para su mayor agarre en los fondos encontrados) y unidas centralmente a un giratorio especialmente fabricado al objeto de que su trabajo sea esencialmente suave y sin tropiezos en el plano horizontal, ya que siempre cabe la posibilidad de inversión o cambios de rumbo de la dirección de la corriente. En este giratorio irá enganchado el cable o cadena que lo una al equipo, y ellos tendrán una longitud total de amarre no inferior a la profundidad de trabajo de la máquina, al objeto de que cuando sea preciso se elevará a la superficie del mar.

En todo caso, éste dispositivo de fondeo se aprovechará para unir a él, todo el cableado de energía eléctrica que suministre el generador.

Para ello, se deberá afirmar al mismo de un sistema de pequeñas boyas equidistantes, con cortos amarres y que se unirán a la cadena de fondeo y le harán flotar sobre la misma a distancias convenientes, para que en los desplazamientos del equipo no sufran rozaduras ni atranques de ninguna clase. El primer amarre del cable de transmisión de energía se deberá efectuar en el ancla más próxima a la costa. Se seguirá a todo lo largo del sistema de fondeo hasta unir al generador del equipo. Le acompañará el cable múltiple preciso para toda la recogida de datos de funcionamiento y maniobra para activar el cuadro de maniobra sito en tierra en caso necesario.

La invención resuelve el problema de la nivelación submarina del mismo modo que se hace en un submarino. Hemos visto que el equipo estando en posición dinámica, es decir trabajando, se encontrará fondeado y con la boca de entrada de la corriente frente a la misma. Su estabilidad se logrará de la misma forma y con los mismos medios que un submarino, navegando bajo el agua con:

a) Tanques de aire a alta presión para el soplado de lastres. Los tanques de aire para soplado se colocarán en la zona alta y se les dotará de un compresor al efecto, el cual obtendrá, él mismo, el aire de encima de la superficie del mar con tubería de conducción que se podrá subir o bajar periódicamente igual que si fuese un "snorkel" y boya de superficie con tubo rígido que aleje la toma de aire de la superficie del mar, olas.

b) Tanques de agua o lastre para su adrizado y mantenimiento sin peso. Los tanques de agua de adrizamiento y lastre irán igualmente colocados en la zona de babor y en el fondo del equipo, los cuales conectarán con los de soplado para permitir su llenado y vaciado, según se precise.

c) Dos pares de timones horizontales compensados para el trimado permanente y ayuda para la anulación del par de giro a que le obligará el rotor de trabajo. Un par a proa y otro a popa en los embudos de entrada y salida de la corriente. En ellos se colocarán dos timones horizontales compensados, uno a cada lado del eje vertical del conjunto, los cuales con los servomotores apropiados mantendrán siempre adrizado el conjunto, ya que como se verá más adelante, las potencias de generación pueden ser elevadas y por tanto el par de giro también lo será.

d) Grandes tanques laterales de lastre en la zona de Babor para igual concepto.

e) Equipo de una central electrónica que funcione constantemente robotizada para conseguir los fines que nos proponemos y por supuesto será totalmente estanca y con recepción de energía eléctrica del propio equipo o de la red al iniciar su funcionamiento. El detalle individualizado se comenta a continuación. En todo caso, se proveerá del conjunto de cableado a tierra para control y maniobra desde el exterior.

f) Un timón vertical a popa y otro a proa para orientar el equipo en los cambios de rumbo. Habrá de dotar los timones verticales debidamente motorizados, para orientar el equipo en sus giros del plano horizontal por las razones antedichas, ya que al estar éste fondeado en la forma indicada, es igual que un barco fondeado a la gira en puerto y sujeto a las variaciones de viento o corrientes de la zona. En todo caso habrá de tenerse muy en cuenta el hecho de que al estar unido el equipo a red eléctrica, los cables de alimentación eléctrica no podrán tomar vueltas ya que su dimensión, por la potencia transmitida, tendrá una gran sección.

g) El equipo electrónico de control centralizado, ya se ha dicho que se encontrará situado en la zona estanca, protegido con todos los requisitos apropiados para su funcionamiento automático y seguridades que correspondan, y en él, además, llevará incorporado elementos esenciales como clinómetro, presostatos, giroscópica, sonda, manómetros, control de timones, etc. En todo caso y con el cable múltiple preciso, existirá en tierra un duplicado del mismo para control manual de maniobras.

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Se calcularán minuciosamente los volúmenes de toda la zona estanca. De tal forma que garantice la siempre flotabilidad del equipo. Consiguiendo con ello un sustancial ahorro en su fabricación, ya que los perfiles y características de chapa naval a utilizar serán las que correspondan a las presiones a que se verá sometido el equipo en cada zona, y además se minimizará el tamaño de tanques de aire de soplado y tanques de lastre a lo preciso para adaptarlo a sus características. Nunca se podrá olvidar que de acuerdo con las normas submarinas se ha de conseguir, en todo caso, que el peso del equipo sea siempre lo más aproximado a cero en situación activa.

El rotor, recibirá el agua circulante y por tanto su presión se descompondrá en dos pares de fuerza en los álabes. El longitudinal empujará al conjunto del rotor en el sentido de la corriente y será de una gran potencia la que será absorbida por la correspondiente chumacera de empuje de la misma forma que lo hacen los buques con el empuje de su hélice, y deberá proyectarse de forma que ésta reciba todo el esfuerzo del conjunto y dotada del sistema de lubricación que proceda. El otro par de fuerzas, perpendicular a los álabes es el que obligará al conjunto de ellos girar en sentido de las agujas del reloj. Visto desde la proa de la instalación la línea que une los ejes de giro de los álabes, formará un pequeño ángulo con la generatriz del prisma, y ello para que a la hora de activar el sistema, los álabes giren igual ángulo con objeto de que actúen evitando turbulencias, por igual en todos ellos. Esta chumacera, para grandes instalaciones podrá sustituirse por un sistema de rodillos de caucho que separando rotor y estator conseguirá los mismos fines que el eje central.

El mantenimiento, la reparación de las averías o la limpieza se realizarán en la superficie del mar, pues estando el equipo acondicionado con el soplado de tanques y demás elementos niveladores en profundidad tal y conforme trabajan los submarinos. Se realizarán cuando ello convenga o sea necesario. Previamente se frenará la máquina, dejándola en posición estática o inactiva, y, posteriormente alcanzará la flotabilidad máxima yendo a superficie, mediante la maniobra que corresponde.

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Descripción de los dibujos

Figura 1.- Es un croquis simplificado en el que figura una sección vertical del equipo y consta de sus elementos esenciales. Se señaliza muy especialmente su proa (1) y su popa (2), así como la situación de su generador (3), chumacera de empuje (4), álabes (5), tanques de aire (6) y de agua para lastre (8).

Los Venturi de ayuda (7) forman parte de la estructura así como los timones horizontales en proa y popa (12).

La situación de las cuadernas circulares (10), esqueleto del equipo es igual que un submarino real, las cuales unidas entre sí con vigas longitudinales, forman la estructura principal y a las que se soldará la chapa naval precisa, con los cambios de calibres de correspondan para la formación del casco, dependiendo de su situación y zonas de trabajo que en unos casos habrán de soportar las altas presiones y, en otras en la que no serán precisos calibres gruesos por no estar sometidas a dichas presiones.

En las cuatro esquinas se observan cuatro zonas ralladas oblicuamente, las cuales serán totalmente estancas y albergaran en su interior la maquinaria eléctrica y mecánica precisa para el funcionamiento electromecánico de todo el equipo.

Un gran cilindro interior formará la tobera de trabajo del rotor que corresponda, y en la parte superior, entre las zonas estancas, se instalarán las botellas de aire (6) comprimido precisas para las maniobras de subida. Y en la parte inferior, entre las mismas zonas, y en la de babor, se encontrarán los cilindros de la misma alta presión, los cuales recogerán las aguas de lastre (8) precisas para el equilibrio compensatorio del principio de Arquímedes.

En el centro de la tobera se encuentra el eje de apoyo de los álabes que han de girar en la misma y en cuyas cuadernas de apoyo a proa y popa se afirmarán las cojinetes de giro del conjunto. Terminando todo él en forma de cono fusiforme para evitar la formación de remolinos en la corriente de entrada, y en el extremo opuesto se acoplará mecánicamente el generador eléctrico previsto (3).

Finalmente a popa de dicho generador aparecen en las partes superior e inferior las toberas del Venturi de ayuda, marcados con pequeñas flechas horizontales (7) y que aprovechan la misma corriente marina. Su efecto será de ayuda a crear una depresión a popa del generador para que en el interior de la tobera acelere la corriente por la acción del teorema de Bernoulli. Finalmente señalar que en el centro inferior de la gran tobera, y en la parte superior de la boca de entrada se enmarcan las secciones del sitio (A) y sus velocidades (V) para el cálculo de las mismas (9),

Figura 2.- Se trata de un rotor diseñado para portar 6 álabes X 5 líneas= 30 álabes giratorios (6), los cuales van unidos en su extremo inferior por un balancín que los une (12) y cuya misión es desplazar las bases para conseguir el ángulo de ataque de la corriente (5), y cuyo eje de apoyo es un prisma pentagonal. Termina en punta fusiforme y a popa se puede apreciar en su cuaderna de apoyo la chumacera de empuje (4) que recoge todo los pares de fuerzas longitudinales.

Figuras 3, 4, y 5.- Son distintas versiones similares a la figura 2, y en las que se ha cambiado el número y dimensionado de los álabes, pero van igualmente provistas de su balancín que sincroniza todos los álabes logrando ángulos de ataque diferentes de 15º, 25º y 50 grados respectivamente.

Figura 6.- Este rotor lo hemos previsto de un solo álabe o aleta, que arrancando en la proa del eje llega a su popa en forma helicoidal manteniendo una división diferencial del mismo ángulo. Es el más sencillo de fabricación y estimamos que en su prueba, es el que más rendimiento se podrá obtener, siendo su composición idéntica a los anteriores, si bien en éste caso el eje de apoyo central deberá ser cilíndrico y no llevará balancín.

Figura 7.- Es un croquis sobredimensionado de la Figura 1 en el que se aprecia mucho mejor todo el conjunto del equipo y al que se le han añadido tanto en la boca de proa (1) como la de popa (2) unas rejillas filtradoras en forma de malla cuya misión es la de impedir la entrada de grandes peces, u objetos que se puedan encontrar en la línea de entrada de la corriente. Así mismo se marcan los 309 de ángulo que forma su tronco de cono de sus bocas de entrada y salida para las zonas estancas (15).

Figura 8.- Se trata de otro modelo de estator, el cual se hace estanco (8) todo el volumen comprendido entre ambos cascos interior y exterior con un pequeño dimensionado y que se ha diseñado expresamente como modelo a escala para sus pruebas previas, al cual habría de incluírsele el rotor elegido para su funcionamiento. Creemos que la mejor elección sería la del rotor de la figura 6.

Figura 9.- Es una sección de la tobera (10) en que se aloja el rotor de la figura 4. Se observa el eje en forma de prisma pentagonal (11) y en el que se incrustan las armaduras de los cinco álabes (5), los cuales en su arista de sujeción perpendicular a cada cara, entra su eje en el seno del rotor. Los álabes habrán de proyectarse con una fuerte armadura (16), y su sección será parecida al ala de un avión.

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Realización preferente de la invención

Se obtiene a través de la siguiente fórmula el desplazamiento total tomando como modulo el radio "r" del cilindro interior y con las siguientes premisas:

a) Los radios de las embocaduras de entrada y salida será de "4r".

b) El largo del cilindro exterior central será de "4r".

c) El ángulo de unión de los troncos de cono de proa y popa será de 30 grados.

d) La altura de los mismos será de "2r".

e) El alargamiento de casco en su parte posterior será de "2r", en cuyo caso

Vol. Tronco cono = 5/3.\pi.\sqrt3xr^{3}

Y valuando r = 4,0 ms, obtenemos 580,42 m^{3} de desplazamiento de la zona estanca.

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En cuanto a materiales empleados en la construcción de todo el conjunto, se obtienen del cálculo de todas las superficies necesarias, siendo la superficie total:

A) Área lateral del cilindro portador del rotor = 8 x \pi x R^{2}

B) Área cilindros de embocadura y salida x 2= 8 x \pi x R^{2} x\sqrt3

C) Superficie lateral de dos troncos de cono = 3 x \pi x R^{2}

D) Superficie lateral del acelerador Venturi = 8 x \pi x R^{2} x\sqrt3 + 4 x \pi x R

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Sustituyendo R = 4.0 ms. y que el calibre medio de chapa puede estimarse en 0.004 ms, su densidad es de 7,5. En total = 61,00 toneladas de chapa naval. Se tendrá en cuenta el peso adicional de todos los equipos.

Para el cálculo teórico de la potencia se debe considerar que en éste equipo se cumplirán teóricamente las leyes y teoremas al principio indicados. La ecuación de energía cinética será

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(1) Ec= K ½ m v^{2} - K=coeficiente a determinar en pruebas

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y en las que m es la masa de agua entrada en 1 segundo y v su velocidad del agua de la corriente, la cual se obtiene de

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(2) v1= A/A1 x v, siendo A y A1 las áreas del circulo de la boca de entrada y el cilindro de trabajo del rotor y v la velocidad de la corriente.

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Por tanto con ambas formulas podemos obtener la potencia teórica de la máquina.

Además, si dejamos alineados todos los álabes según el eje del rotor, la energía obtenida es cero, por cuanto circulará libremente por el canal sin actuar sobre ningún elemento. Ahora bien, si colocamos los álabes con un ángulo "\alpha" abierto sobre dicho eje, en éste caso, la energía queda descompuesta en dos componentes, una en dirección del propio álabe, lo que produce un efecto de tracción y otra normal al mismo, la que lo hace girar. En todo caso en el triangulo de fuerzas que se forma, la que corresponde al cateto menor será la componente activa de rotación y su valor sería:

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B=hipotenusa h x sen \alpha, en el estudio siguiente daremos tres valores a (\alpha)

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Vamos a desarrollar tres supuestos de 4 máquinas con dimensionado GRANDE, MEDIANO, PEQUEÑO y MODELO A ESCALA, con ángulos de \alpha de 10º, 15º y 20º, hipótesis que nos facilita datos de la gran potencia energética que se puede obtener.

100

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En ningún caso se debe olvidar el cálculo del coeficiente K, cuyo valor máximo será 1,0 y se determinará en las pruebas, y en donde se determinará, también, la velocidad real de circulación de la corriente en el interior de la tobera.

La invención cuenta con un sistema de localización de corrientes óptimas. Siendo capaz el equipo de poderse desplazar en el seno del agua en sentido vertical u horizontal, se le dotará de un sistema automático de búsqueda de la corriente óptima, según el alcance de su arte de fondeo, y para ello efectuará barridos en ambos planos. Por tanto incorporará el dispositivo que continuamente vaya facilitando las variables más importantes. Estas son:

a) Profundidad de trabajo (sondador).

b) Rumbo o dirección de la corriente (aguja de rumbos).

c) Velocidad instantánea de la misma (corredera).

d) Inclinación de la corriente a subir o bajar (clinómetro).

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Con ello lograremos en todo momento su colocación en sitio más conveniente para la obtención del máximo de energía instantánea. Este sistema automático será muy simple ya que con un pequeño vástago o mástil fijo al estator del equipo y lo suficientemente alejada para evitar interferencias o turbulencias, se le insertará el equipo que medirá las variables antes señaladas con el envío de sus datos a la central robotizada que dispone, así como a su gemela de tierra.

La Ley de Betz ha sido planteada exclusivamente para el análisis de los aerogeneradores, y en virtud de sus premisas de estudio, se observa que el tratamiento matemático dado es consecuencia de que el aire es un fluido comprensible. Por ello se dedujo que en dichos equipos la potencia máxima que se podía obtener eran los 16/27 = 0,5925 de la potencia teórica, y ello como consecuencia de ecuaciones que correspondían a éste criterio, y para ello se calculaba de eficiencia del aerogenerador como el cociente de la potencia generada/potencia total del viento. En nuestro caso al ser el fluido el agua, estimamos que no es de aplicación el mismo criterio, por cuanto al ser ésta incomprensible es imposible su aplicación.

Para el cálculo de la estructura se ha descrito con anterioridad en esta solicitud de patente que la zona comprendida entre los dos cilindros, interior y exterior, deberá ser estanca al objeto de que la máquina disponga de la flotabilidad necesaria para subir a superficie, aun conteniendo todos los elementos que han de controlar el submarino. En consecuencia aplicando la formula antes obtenida de superficies de acero obtendremos la superficie total de chapa naval necesaria para el caso y al aplicar el grosor de la misma a emplear, el volumen en mts^{3}, y teniendo en cuenta la densidad del material que es de 7,5, se obtendrá el tonelaje a emplear. Por tanto, todas sus cuadernas y forro deberán tratarse con la misma tecnología que un submarino, con la variante de que su cota máxima de funcionamiento y del lecho de reposo, en caso necesario, son conocidos previamente empleándose el acero naval que cumpla las especificaciones que correspondan.

En el estudio básico para ejecución de obra, se ha previsto una ejecución de tipo intermedio, ya que su importe y análisis de rendimientos puede ser definitivo para la obtención de la viabilidad máxima, en la obtención del mismo en los océanos, toda vez que primero la escasez y después la carencia de los combustibles fósiles, hará que sea totalmente precisa la disposición de otras energías para el desarrollo. Se acompaña el diseño de cuatro tipos de rotores en las figuras 3, 4, 5 y 6, al objeto de experimentarlos en el modelo de prueba y análisis.

En el rotor tipo (A), se prevé cinco álabes apoyados en sus ejes, rematado en puntera fusiforme, los cuales a su vez se insertan en un gran cilindro y apoyo del eje con alineación, 2 grados, y a su vez con dispositivo de giro descrito más adelante. Total 25 álabes.

El de tipo rotor (B) los álabes apoyan en un gran prisma pentagonal regular de pequeño dimensionado (lado del pentágono 1,0 ms), con terminación fusiforme e igual dispositivo de giro. Total 25 álabes.

El rotor tipo (C) también apoyan sus álabes en prisma pentagonal de mayor dimensión, inscrito a circulo de 1.50 ms. de diámetro y con el mismo dispositivo de giro de álabes. Total 50 álabes.

Se considera imprescindible dotarles del sistema del balancín de variación de giro para variar el ángulo de ataque de la corriente, por cuanto se tendrá en cuenta la circunstancia de que el equipo al estar inmerso en ella, ésta nunca es constante, con variaciones hacia arriba o abajo en su velocidad media, pero en todo caso el ángulo de ataque del álabe a la línea de corriente deberá ser el optimo a su velocidad.

Todos los álabes serán curvilíneos y calculados muy especialmente para que su actuación sea máxima al variar el momento de inercia de su eje de giro con perfil dinámico parecido a como se construyen las alas de aviones. Toda su fabricación será metálica en chapa naval del dimensionado que corresponda, e incluso con armadura interior de los álabes será debidamente calculada.

Claims (6)

1. Generador submarino y móvil de energías renovables, para la generación de energía eléctrica aprovechando la potencia intrínseca de las corrientes de agua, sean marinas, oceánicas, mareomotrices o de ríos, caracterizado porque trabaja como si fuese un submarino navegando en inmersión, y por ello ha de disponer de un doble casco, tanques de lastre y aire a presión, timones horizontales de profundidad y verticales de rumbo, cuyos todos dichos elementos estarán controlados y activados mediante la creación de una central robotizada con sus respectivos equipos de medición, y al propio tiempo fondeado en el área y seno de dichas corrientes, las cuales deberán llevar una velocidad mínima apreciable, para que su rotor (11) y por tanto su generador eléctrico (3) creen las energías aprovechables para transmitirlas a las redes.

Para ello, el generador se acoplará al eje del rotor, y se calculará el nº de polos y bobinados según el nº de rpm. del giro constante del rotor central y se le dotará de un convertidor de frecuencias para acoplar a la red general de energía eléctrica o se calcularán para que resulten 50 periodos/seg.

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2. Generador submarino y móvil de energías renovables según reivindicación primera caracterizado porque está construido como un submarino que navegará en inmersión, y para ello estará dotado de un doble casco. El casco resistente será estanco y en el cual se instalará el cuadro general de robotización de todo el conjunto móvil de elementos, como son los dos pares de timones horizontales o de profundidad (uno a Proa y otro a Popa) separados por el Timón vertical para arrumbar (uno a Proa y otro a Popa). Al ser estanco éste casco hará que su flotabilidad cumpla el principio de Arquímedes.

El otro casco construido con materiales mas ligeros será inundable por el agua y además completa la armadura o estructura del conjunto, y por tanto no le afectan las presiones del agua de las profundidades.

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3. Generador submarino y móvil según reivindicaciones anteriores caracterizado porque se le integran las maniobras de buceo y ascensión, lo que se logra con la acción de los conjuntos de timones antes descritos, tanques de aire a presión y tanques de agua para los lastres, y con ello colocamos automáticamente la máquina en el sitio óptimo para que se cumplan dos premisas:

a) arrumbar la máquina a dicha corriente en el plano horizontal e incluso en el vertical, a subir o bajar

b) obtener el equilibrio perfecto al lograr que su peso sea cero, anulando los empujes verticales ascendentes del principio de Arquímedes y otras fuerzas.

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4. Generador submarino y móvil de energías renovables según reivindicaciones anteriores caracterizado porque su trabajo permanente se ejecuta en el seno del agua, sin embargo goza de la ventaja de que su diseño tan sencillo le hará de fácil construcción, y al ser posible que la máquina pueda ascender en cualquier momento a superficie (al no estar sujeta a los fondos por obra civil alguna) donde se podrá reparar, mantener o revisar de cualquier avería o defecto de funcionamiento para su permanente puesta a punto.

5. Generador submarino y móvil de energías renovables según reivindicaciones anteriores caracterizado porque está dotado de un generador multipolo (3) al objeto de obtener los 50 periodos/segundo, o la que se crea conveniente, sin los cuales no podría acoplarse a la red de transporte eléctrica, u otro cualquier sistema para la creación del generador, aprovechando la circunstancia de que existe un estator fijo y un rotor giratorio (11).

6. Generador submarino y móvil de energías renovables según reivindicaciones anteriores caracterizado porque es totalmente autónomo y para ello en el interior de las zonas estancas que correspondan, se instalará una central totalmente robotizada electromecánica compuesta de los elementos y servomecanismos precisos para que todo el conjunto de maniobras del mismo se accione por la energía que él mismo crea o bien por la de la red eléctrica a la que se encuentra acoplado, para los momentos de arranque del equipo, en ésta central además se instalarán los elementos de navegación como si de un barco se tratara, y los compresores, bombas, tuberías, más todos los elementos que precise para todas las maniobras que realizará.