ES2374892B1 - Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles para el aprovechamiento energético de fluidos en movimiento. - Google Patents

Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles para el aprovechamiento energético de fluidos en movimiento. Download PDF

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Abstract

Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles para el aprovechamiento energético de fluidos en movimiento.#El presente invento se refiere a una turbina (1) de palas (aletas) articuladas (2) y retráctiles para aprovechamiento energético de un fluido en movimiento. Es esencialmente caracterizada porque las referidas palas (aletas) se encuentran dispuestas de manera articulada alrededor de un núcleo de modo que, en una fase activa, hacen rodar el referido núcleo (3) por presión del referido fluido siempre que algunas de esas palas (aletas) (2) se encuentren apartadas entre sí en la zona de la superficie envolvente exterior mediante rotación en torno de la articulación al núcleo (3), palas (aletas) (2) esas que luego que dejan de ser presionadas por el flujo del fluido, pasan a una fase pasiva en que se rebaten sobre la superficie del núcleo.

Description

(3) de modo que en la referida fase pasiva puedan re-
Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles para el aprovechamiento energético de fluidos en movimiento.
El presente invento se refiere a una turbina (1) de palas (aletas) articuladas (2), y retráctiles para aprovechamiento energético de un fluido en movimiento.
Son conocidas actualmente diversas formas de aprovechamiento de energía y algunas de ellas exploradas con buenos rendimientos. Entre ellas se puede apuntar el aprovechamiento hidráulico, eólico, de mareas y de olas. Sucede, sin embargo, que los equipamientos utilizados para la captación de energía de cualquier de los aprovechamientos anteriormente indicados, son complejos, muy costosos, por veces de mantenimiento, algo complicado, entre otros inconvenientes.
Normalmente, el equipamiento de aprovechamiento energético de fluidos en movimiento es concebido para captar y convertir energía mecánica contenida en un fluido, en trabajo de eje de un generador para conversión de energía cinética en energía mecánica. Para eso existen varios tipos de turbinas, todas ellas con una forma constructiva básica, esto es, un rotor dotado de un cierto número de palas o aletas, presas a un eje que gira sobre un conjunto de rodamientos.
El presente invento, utiliza un equipamiento que recurre a una turbina cuyas palas (aletas) (2) del rotor son articuladas y retráctiles. Con esta característica ha hecho un equipamiento que puede ser utilizado con el flujo en un sentido o en el sentido opuesto. Breve descripción de los dibujos
La descripción que se sigue con base en los dibujos anexos que sin cualquier carácter limitativo representan modelos de realización preferidos en que:
Figura 1 -representa un equipo del que forma parte la turbina objeto del invento.
Figura 2 -representa otro modelo de la realización del equipamiento.
Figura3-representa el modelo de realización de la figura 2 mas el flujo en sentido opuesto.
Figura4-representa una vista en perspectiva de la turbina del invento.
Figura 5 -representa una vista del equipamiento para el funcionamiento con el fluido en los dos sentidos.
Figura 6 -representa una vista del pormenor del sistema de frenado y paro de la pala.
Figura 7 -representa una vista del objeto del invento utilizado para la captación de la energía del viento. Descripción detallada del invento
Como se puede observar en las figuras, las palas (aletas) (2) de la turbina genéricamente representada con la referencia (1), se encuentran dispuestas de manera articulada alrededor de un núcleo o rotor (3) para que, en una fase activa, siempre que algunas de esas palas (aletas) (2) se encuentren espaciadas entre sí, la rotación del referido núcleo (3) por presión del referido fluido en la zona de su superficie envolvente exterior provoque una rotación en torno de la articulación al núcleo (3), palas (aletas) (2) esas que luego que dejan de ser presionadas por el flujo del fluido pasan a una fase pasiva, en que se rebaten o retraen sobre la superficie del núcleo (3).
Las referidas palas (aletas) (2) se encuentran, cotraerse sobre la superficie del núcleo (3).
Así retraídas las palas (aletas) (2) aunque montadas en el núcleo (3) de modo articulado con separaciones regulares y bien definidas, tienen sus extremidades distales prácticamente sobrepuestas sobre la pala (aleta) (2) inmediatamente anterior.
El referido núcleo o rotor (3) se encuentra montado en una cámara (4) substancialmente circular cuyo diámetro es superior a la envolvente exterior de las palas (aletas) (2) en su posición de apartadas, es decir, en su fase activa. La referida cámara (4) comunica con el conducto de entrada (5) y con el conducto de salida (6).
En el caso de que la turbina (1) se destine a ser utilizada con flujos de fluidos de sentidos contrarios el equipamiento comprende el acoplamiento, con las debidas adaptaciones, de dos modelos de realización representados en la figura 1.
El modelo de realización representado en las figuras 2, 3 y 5 se encuentra preparado para poder ser accionado por flujos en el sentido indicado por las flechas (8) y en el sentido opuesto, como se indica mediante las flechas (9). Para ambos los casos, existe también un conducto de entrada (5) y (5’) y un conducto de salida (6) y (6’). La cámara (4) tiene sensiblemente las mismas dimensiones que la cámara del equipamiento preparado para funcionar con flujos de un solo sentido.
Este segundo modelo de realización va a permitir que la turbina pueda ser reutilizada con flujos con sentidos contrarios como ocurre, por ejemplo, con flujos de las mareas.
Para hacer funcionar continuamente un generador de energía eléctrica movido por la energía cinética de las mareas es suficiente colocar el equipo de acuerdo con el segundo modelo de realización en lugar apropiado, puesto que el cambio de sentido del flujo, respectivamente asociado a las mareas (marea alta y marea baja) no van a afectar la cantidad de movimiento transmitido al eje del núcleo o rotor (3), en este caso del generador. Conforme se desprende de lo anteriormente narrado y de las figuras 2, 3 y 5, las palas (aletas) (2) de la turbina (1), rodando siempre en el mismo sentido, son activadas por el flujo indicado por la flecha (8) cuando aquel tiene el sentido de montante hacia bajamar y por la flecha (9) cuando el sentido es de bajamar hacia montante, lo que en el caso de las mareas correspondería a un flujo proveniente de una bajamar y de una alta mar respectivamente.
Las palas (aletas) (2) tienen, en este caso concreto, una fase activa y una fase pasiva cuando el movimiento del flujo tiene el sentido de la flecha (8-(figura 2) y fases inversas cuando el movimiento del fluido se procesa conforme el sentido indicado por la flecha 9 (figura 3).
Las referidas palas (aletas) (2) están, como ya se ha mencionado, articuladas en la superficie del núcleo
o rotor (3) y presentan un sistema amortiguador tal como el representado en la figura 6, el cual puede ser constituido por un elemento flexible (10). Este elemento (10) va a amortiguar el movimiento articulado y retráctil de la pala (aleta) (2), evitando choques, desgastes y ruidos innecesarios. Cada pala (aleta) (2) está dotada de un limitador (15) el cual impide el movimiento de separación de las palas (aletas) (2), más allá de la amplitud predefinida. Los elementos (15) se
encuentran solidarios con respecto a las palas (aletas)
(2) y limitan el movimiento de apertura de las mismas, por servir de bloqueo contra el cuerpo del núcleo (3), cuando las referidas palas (aletas) (2) son accionadas en la fase activa. El choque del limitador (15) es debidamente amortiguado por el sistema de amortiguamiento anteriormente mencionado.
Conforme se puede observar en las figuras anexas, el conducto de entrada o recepción (5) del fluido, que guía el referido fluido a las palas (aletas) (2) del núcleo (3), es un conducto tubular convergente en el cual el efecto “Venturi” se manifiesta para aumento de la velocidad y disminución de la presión. Por otro lado, el fluido sale de la cámara (4) del núcleo (3) a través de un conducto tubular (6) divergente, lo que determina una pérdida de velocidad y aumento de la presión del mismo.
En la figura 5 se encuentran también representadas las puertas (11) y (12), montadas respectivamente en los conductos de salida (6) y (6’), puertas estas que van a permitir, conforme el sentido del flujo, que el fluido después de accionar el eje (13) del rotor
(3) pueda salir sin con todo causar turbulencia en la cámara (4). En verdad, cuando el flujo se realiza de izquierda para derecha, una eventual salida del fluido por el conducto de salida (6’), es decir, el conducto preparado para recibir el flujo en sentido contrario, causaría alguna turbulencia en la cámara (4), factor que puede disminuir de manera drástica el rendimiento de este tipo de máquina. Por este motivo se dotó el equipamiento de puertas (11) y (12). Como se torna evidente por la observación de la figura 5, cuando el flujo se realiza en el sentido de izquierda para derecha, la puerta (12) del conducto de salida (6’) se encuentra cerrada y la puerta (11) se abre.
Cuando el flujo se realiza de derecha para izquierda, la puerta (11) del conducto (6) se encuentra cerrada y la puerta (12) se abre para la salida del flujo. La apertura y cierre de las puertas se realiza solamente por la presión ejercida por el fluido.
Las bocas de entrada de los conductos (5) y (5’) pueden ser protegidas por una rejilla (14) de manera tal que se evita que se introduzcan en el conducto objetos de dimensión tal que puedan dañar las palas (aletas) (2) o el núcleo (3).
Las referidas bocas de entrada y salida pueden ser construidas de modo tal que permitan la formación de baterías para una mayor capacidad de captación de energía.
El equipamiento anteriormente citado puede ser aplicado en variadas situaciones. Como condición predilecta, todo el equipo deberá estar completamente inmerso en el seno del fluido, sea agua o aire, pudiendo por lo tanto todo el equipo ser colocado en varias posiciones tales como verticales o horizontales. Dentro de estas situaciones, se cita a título de ejemplos no limitativos, la utilización para captar la energía de las mareas, de corrientes superficiales o de profundidades del agua sea ella de ríos o mareas y de vientos.
En el caso de este equipamiento, que se aplica a la captación de la energía del viento, el conjunto representado en la figura 7 presenta además dispositivos de orientación tipo timones, para permitir la captación de la dirección más favorable del flujo. En el caso representado, dichos dispositivos son constituidos por dos elementos substancialmente rectangulares (16) articulados en las paredes esencialmente verticales de los conductos de entrada (5) y (5’) dispuestos junto a las respectivas bocas de entrada. Como se deduce, cuando el flujo se realiza en una dirección determinada, un par de elementos orientan el equipamiento encontrándose “abiertos” en cuanto que el par del conducto de entrada opuesto se encuentra “cerrado” por la fuerza del mismo viento e inactivo.
Como resultará evidente a expertos en la materia para este tipo de turbina, los materiales a utilizar en los conductos también pueden ser diversos, tales como acero, plástico, cemento, etc.

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Turbina (1) de palas (aletas) (2) articuladas y retráctiles para aprovechamiento energético de un fluido en movimiento, caracterizada porque las referidas palas (aletas) (2) se encuentran dispuestas de manera articulada alrededor de un núcleo (3), de modo que, en una fase activa, hacen rodar el referido núcleo
    (3) por presión del referido fluido, siempre que algunas de esas palas (aletas) (2) se encuentren apartadas entre sí en la zona de la superficie envolvente exterior, mediante rotación en torno de la articulación al núcleo, palas (aletas) (2) esas que luego que dejan de ser presionadas por el flujo del fluido, pasan a una fase pasiva en que se retraen sobre la superficie del núcleo.
  2. 2.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el referido núcleo (3) se encuentra montado en una cámara circular (4) cuyo diámetro es superior al envolvente exterior de las palas (aletas) (2) en su posición de apartadas.
  3. 3.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el referido fluido es agua.
  4. 4.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el referido fluido es aire.
  5. 5.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el referido fluido es conducido al núcleo (3), a través de un conducto tubular convergente (5), (5’) en la cual el efecto “Venturi” se manifiesta para aumento de velocidad y disminución de la presión.
  6. 6.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el fluido sale de la cámara (4) del núcleo (3) a través de un conducto tubular divergente (6), (6’) que determina una pérdida de velocidad y aumento de presión del mismo.
  7. 7.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el referido núcleo pone en marcha un eje (13) que alimenta por lo menos un generador.
  8. 8.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores,
    caracterizada porque cada pala (aleta) (2) está dotada de un limitador (15).
  9. 9.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los referidos limitadores (15) obstruyen los movimientos de apartamiento de las palas (aletas) mayores de determinada amplitud.
  10. 10.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada limitador (15) está dotado de un medio amortiguador (10) para minimizar choques durante el apartamiento cuando entra en la fase activa y ruidos.
  11. 11.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada por posibilitar el montaje del mismo núcleo (3) en conductos simétricos (5) y (6) para aprovechamiento de flujos alternados de sentidos opuestos.
  12. 12.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la boca de entrada del conducto está protegida por una rejilla (14).
  13. 13.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la boca de entrada y salida están proyectadas, de modo que permiten la formación de baterías para una mayor capacidad de captación de energía.
  14. 14.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el conducto de salida (6) y (6’) está dotado de puertas (11) y (12) para evitar la turbulencia en la cámara (4).
  15. 15.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cuando el flujo es aire, los conductos de entrada están dotados de dispositivos de orientación (16) tipo timones, para captación de la dirección más favorable al flujo.
  16. 16.
    Turbina de palas (aletas) articuladas y retráctiles, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el timón (16) está ubicado junto a las bocas del conducto de entrada (5) y (5’) y está formado por placas rectangulares, articuladas a la superficie esencialmente verticales con respecto a los conductos.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201090075
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 31.03.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoria
    5 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X X X X X X X EP 0172807 A1 (FIEROS VICTOR KYPRIANOS) 05.03.1986, página 1, línea 25 – página 3, línea 11; página 5, línea 7 – página 9, línea 31; figuras. US 1484980 A (ZOTTOLI FRANK M) 26.02.1924, página 1, línea 97 – página 4, línea 28; figuras. US 2007110556 A1 (HENKENHAF WILLI) 17.05.2007, párrafos [0022-0032]; figuras. US 302769 A 30.11.0002, todo el documento. GB 2205615 A (SALFORD UNIVERSITY CIVIL ENGIN) 14.12.1988, página 8; figuras. WO 2005116444 A1 (SALMON RIVER PROJECT LTD et al.) 08.12.2005, todo el documento. CH 84132 A (STENBOCK FERMOR SERGE) 01.07.1920, todo el documento. 1,2,4-10,12,13, 15,16 1-3,5-9,11-14 1-3,5-9,12,13 1,3,4,7-9,11-13 1,3,5-9,12,13 1,3,5-10,12,13 1,3,4,7-9,12,13
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado � para todas las reivindicaciones � para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realizaci6n del informe 10.02.2012 Examinador O. G. Rucián Castellanos Pagina 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201090075
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD F03D3/06 (2006.01)
    F03B17/06 (2006.01) F03D3/04 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    F03D, F03B
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINION ESCRITA
    Nº de solicitud: 201090075
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 10.02.2012
    Declaraci6n
    Novedad (Art. .1 LP 11/198 )
    Reivindicaciones 5,6,12, 13 SI
    Reivindicaciones
    1-4,7-11,14-16 NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/198 )
    Reivindicaciones SI
    Reivindicaciones
    1-16 NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opini6n.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINION ESCRITA
    Nº de solicitud: 201090075
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Numero Publicaci6n o Identificaci6n Fecha Publicaci6n
    D01
    EP 0172807 A1 (FIEROS VICTOR KYPRIANOS) 05.03.1986
    D02
    US 1484980 A (ZOTTOLI FRANK M) 26.02.1924
  17. 2. Declaraci6n motivada segun los articulos 29. y 29.7 del Reglamento de ejecuci6n de la Ley 11/198 , de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraci6n
    El objeto principal de la invención es una turbina (1) de palas articuladas y retráctiles. Este objeto se consigue por las características establecidas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1, en la que se detalla que las palas (2) son articuladas alrededor de un núcleo (3), de forma que en una fase activa, hacen rodar el núcleo (3) por presión del fluido y cuando dejan de ser presionadas por el fluido, pasan a una fase pasiva en que se retraen sobre el núcleo (3). El núcleo (3) se encuentra montada en una cámara circular (4) cuyo diámetro es superior a la envolvente exterior de las palas (2) (reiv. 2). El fluido puede ser agua (reiv. 3) o aire (reiv. 4). El fluido es conducido al núcleo (3) con un conducto tubular convergente (5) (reiv. 5) y sale a través de un conducto tubular divergente (6) (reiv. 6). El núcleo (3) pone en marcha un eje (13) que alimenta un generador (reiv. 7). Cada pala tiene un limitador (15) (reiv. 8) que limita la apertura de la pala a una determinada amplitud (reiv. 9) y tiene un medio amortiguador (10) para minimizar choques durante la apertura (reiv. 10). El mismo núcleo se puede montar en conductos simétricos (5 y 6) para aprovechar flujos alternados en sentidos opuestos (reiv. 11). La boca de entrada del conducto está protegida por una rejilla (14). Las turbinas permiten la formación de baterías (reiv. 13). El conducto de salida (6) tiene puertas (11 y 12) para evitar turbulencias en la cámara (4) (reiv. 14). Cuando el fluido es aire, los conductos de entrada tienen dispositivos de orientación tipo timón (reiv. 15). Dicho timón (16) está junto a las bocas del conducto de entrada (5) y está formado por placas rectangulares, articuladas y verticales con respecto a los conductos (reiv. 16).
    El documento D01 se considera el más próximo del estado de la técnica al objeto de la reivindicación 1, y divulga (las referencias en paréntesis corresponden a este documento): un aparato de conversión de energía eólica que tiene una canalización (1, 2), para canalizar el viento a un rotor cilíndrico (20). La canalización está montada en una plataforma giratoria, de modo que la canalización (1, 2) puede hacer frente al viento en todo momento. El rotor dispone de unos miembros arqueados (24), que se mueven entre las posiciones retraída y extendida sobre el rotor (20), según la presión que ejerza el viento sobre ellas. Como se puede ver en las figuras 11A y 11B, la canalización (1, 2) dispone de un conducto convergente a la entrada del viento y un conducto divergente a la salida, aunque aparentemente no sabemos si tubular. El eje (22) se conecta a un dispositivo de propulsión que puede ser un generador. En la figura 8 se detallan diferentes soluciones para absorber el movimiento de los miembros (24) entre las posiciones de retraídos y extendidos, como por ejemplo, los muelles de compresión (61 y 62) que se sitúan alrededor de la varilla (60), de forma que el muelle (62) se comprime cuando el miembro (24) está en la posición extendida y el muelle (61) se comprime cuando el miembro (24) está en la posición retraída. Además la varilla (60) limita la posición extendida. Por tanto, los miembros (24) tienen elementos limitadores y amortiguadores a sus movimientos de extensión y retracción. Por otro lado, en las figuras 11A y 11B, las canalizaciones (1,2) disponen de un timón ajustable (211) que permite el auto alineación de la canalización. El timón tiene una aleta (210).
    Por tanto, el objeto de las reivindicaciones 1, 4, 7 a 10, 15 y 16 ha sido divulgado idénticamente en el documento D01 y por tanto no son nuevas (Art. 6.1 LP 11/1986) a la vista del estado de la técnica conocido.
    Con respecto a la reivindicación 2, no se deduce de D01 que el núcleo esté montado en una cámara circular, pero se puede considerar una opción normal de diseño.
    En relación a las reivindicaciones 5 y 6, no se especifica en D01 que el conducto sea tubular, pero igualmente se considera una ejecución particular obvia para el experto en la materia.
    Por otro lado, el hecho de poner una rejilla (reiv. 12) a la entrada del conducto se considera una medida obvia para el experto en la material, al igual que la formación de baterías de turbinas (reiv.13).
    Por tanto, a la vista de lo que se conoce del documento D01, las reivindicaciones 2, 5, 6, 12 y 13 no implican actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986).
    Por otro lado, el documento D02 divulga (las referencias en paréntesis corresponden a este documento): una turbina hidráulica con un eje (2), sobre el que se monta un núcleo (1), que dispone de unas palas (14) que pivotan sobre el mismo. La turbina está montada en una cámara circular, con diámetro superior a la envolvente exterior de las palas, como se puede ver en la figura 4. En la figura 9, se puede ver cómo se pueden montar dos turbinas que pueden trabajar con dos direcciones de flujo opuestas. Y finalmente, el conducto de salida dispone de una puerta.
    Por lo que a la vista de lo divulgado en D02, se puede concluir que el objeto de las reivindicaciones 2, 3, 11, y 14 carecen de novedad (Art. 6.1 LP 11/1986).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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