ES2377258A1 - Wind turbine wind turbine vertical with hydraulic nitrogen energy accumulator. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno.Vertical axis turbine wind turbine with nitrogen hydraulic energy accumulator.
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno, aportando a la función a que se destina varias ventajas y novedosas características técnicas estructurales y de configuración, aparte de otras inherentes a su organización y constitución, que se consignarán en detalle más adelante, las cuales suponen una importante mejora frente a los sistemas actualmente conocidos en este campo.The invention, as expressed in the statement of The present specification refers to a wind turbine vertical axis wind turbine with energy accumulator Hydraulic nitrogen, contributing to the function it is intended for several advantages and novel structural technical characteristics and configuration, apart from others inherent to your organization and constitution, which will be recorded in detail below, which they represent an important improvement compared to the systems currently known in this field.
Más en particular, el objeto de la invención se centra en un aerogenerador de eje vertical que a partir de la fuerza del viento, y adicionalmente de la marina aprovechando la fuerza de las olas y de las corrientes marinas, produce energía eléctrica mediante transmisión de energía hidráulica por acumulador de nitrógeno.More particularly, the object of the invention is focuses on a vertical axis wind turbine that from the force of the wind, and additionally of the navy taking advantage of the force of waves and sea currents, produces electrical energy by hydraulic power transmission by accumulator of nitrogen.
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El campo de aplicación de la presente invención en enmarca dentro del sector técnico de la industria de las energías renovables, concretamente en el de los generadores de energía eléctrica que aprovechan la energía del viento así como de los que aprovechan la energía de las olas del mar y las corrientes marinas.The field of application of the present invention framed within the technical sector of the energy industry renewable, specifically in the power generators electric that take advantage of wind energy as well as those harness the energy of sea waves and currents Marine
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Actualmente se conocen distintos modelos de aerogeneradores. Éstos se dividen en dos familias según la orientación de su eje: los de eje vertical y los de eje horizontal.Different models of wind turbines These are divided into two families according to the orientation of its axis: those of vertical axis and those of axis horizontal.
Los de eje horizontal son los más extendidos, y tienen un buen rendimiento, aunque necesitan sistemas de orientación complejos.The horizontal axis are the most extended, and they have a good performance, although they need guidance systems complex.
Por su parte, los de eje vertical, se caracterizan por un bajo rendimiento. Dentro de esta familia existen los Savonius, basados en el arrastre diferencial creado por las palas que lo forman, de muy bajo rendimiento. También están a los Darrieus, de mejor rendimiento que los Savonius, pero que necesitan de un sistema de arranque, ya que no son capaces de arrancar por sí mismos.For its part, the vertical axis, is characterized by poor performance. Within this family there are the Savonius, based on the differential drag created by the shovels that form it, very low performance. They are also at Darrieus, better performing than the Savonius, but they need of a boot system, since they are not able to boot on their own same.
Es pues, uno de los objetivos de la invención aportar al estado de la técnica un aerogenerador eólico de eje vertical que mejora sustancialmente el aprovechamiento de la fuerza del viento frente a los sistemas actualmente conocidos.It is therefore one of the objectives of the invention provide a shaft wind turbine to the state of the art vertical that substantially improves the use of force of the wind against the systems currently known.
Por otra parte, para la generación de energía a partir de las corrientes marinas, generalmente, se instala el generador a continuación de la hélice, dentro del agua. El sistema que la invención propone consiste, en cambio, en accionar una bomba hidráulica mediante la hélice. Esta bomba envía la presión a un acumulador hidráulico con compresión de hidrógeno que dosifica el caudal al motor hidráulico que propulsa el generador. El aprovechamiento de la energía cinética del movimiento de las olas de mar que también incorpora el aerogenerador preconizado cumple la misma función.Moreover, for power generation to from the sea currents, generally, the generator next to the propeller, inside the water. The system that the invention proposes, instead, is to drive a pump Hydraulic using the propeller. This pump sends the pressure to a Hydraulic accumulator with hydrogen compression dosing the flow to the hydraulic motor that drives the generator. He harnessing the kinetic energy of the wave movement of sea that also incorporates the recommended wind turbine meets the same function.
Hay que mencionar pues, que si bien en el estado actual de la técnica se conocen diferentes tipos de aerogeneradores, por parte del solicitante se desconoce la existencia de ninguno que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presente el aquí propuesto, estando los detalles caracterizadores que hacen posible su funcionamiento y lo distinguen de otros sistemas ya conocidos en el mercado, exhaustivamente desarrollados a continuación y convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.It should be mentioned that, although in the state Different types of wind turbines are known today, on the part of the applicant it is unknown the existence of any that present technical, structural and constitutive similar to those presented here proposed, being the characterizing details that make possible its operation and distinguish it from other systems already known in the market, thoroughly developed below and conveniently set forth in the final claims that accompany this specification.
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En concreto, pues, la invención consiste en un aerogenerador de turbina de eje vertical para la obtención de energía eléctrica a partir de la fuerza del viento.Specifically, then, the invention consists of a vertical axis turbine wind turbine to obtain electrical energy from the force of the wind.
El aparto, en su versión simplificada, consta de un mástil, sobre el que se sitúa una turbina en posición vertical. Ésta turbina es izable desde la base a la parte superior del mástil para su funcionamiento.The device, in its simplified version, consists of a mast, on which a turbine is placed in an upright position. This turbine is liftable from the base to the top of the mast for its funtionability.
La turbina tiene cinco, seis u ocho brazos, dispuestos radialmente. Cada brazo contiene varias velas de forma curva, rotativas por su eje central. Su posición varía según el viento para absorber la máxima presión en el lado de ataque y ofrecer la menor resistencia a contraviento en la cara opuesta. El modelo permite situar dos o tres niveles de turbinas en el mismo mástil.The turbine has five, six or eight arms, arranged radially. Each arm contains several shaped candles Curved, rotating along its central axis. Its position varies according to the wind to absorb maximum pressure on the attack side and offer the least resistance to wind on the opposite side. He model allows placing two or three levels of turbines in it mast.
Los brazos cuentan con un sistema de contrapesos que se mueven sobre una guía de desplazamiento lineal en función de la velocidad de giro para aprovechar al máximo la fuerza centrífuga. En posición de reposo los contrapesos se encuentran cerca del mástil para facilitar el arranque.The arms have a counterweight system that move on a linear displacement guide based on the speed of rotation to take full advantage of centrifugal force. In the rest position the counterweights are near the mast to facilitate starting.
La fuerza del viento impulsa la turbina que mueve una corona dentada. Ésta acciona unas bombas hidráulicas que transmiten la potencia mediante tubos hidráulicos hasta un acumulador hidráulico con compresión de nitrógeno, el cual dosifica el caudal y presión constante mediante un regulador proporcional a un motor hidráulico que acciona un generador eléctrico, siempre a las mismas revoluciones, montado en la base del aerogenerador.The force of the wind drives the turbine that Move a crown gear. It drives hydraulic pumps that transmit power through hydraulic tubes up to Nitrogen compression hydraulic accumulator, which doses the constant flow and pressure through a regulator proportional to a hydraulic motor that drives an electric generator, always at the same revolutions, mounted on the base of the wind turbine.
La velocidad máxima del aerogenerador se controla mediante un freno hidráulico y con la inclinación de las velas solo en caso de vibraciones, la velocidad no afecta al generador eléctrico.The maximum speed of the wind turbine is controlled by a hydraulic brake and with the inclination of the candles only in case of vibrations, the speed does not affect the Electric generator.
El aerogenerador podrá tener cinco brazos o seis brazos.The wind turbine may have five arms or six arms.
Además, en una variante de realización de la invención para uso marino, el aerogenerador, además de la fuerza del viento, utiliza la fuerza del mar para generar energía.In addition, in a variant embodiment of the invention for marine use, the wind turbine, in addition to the strength of the wind, uses the force of the sea to generate energy.
Para ello, el mástil se sitúa sobre una plataforma enclavada en el fondo marino mediante puntales. Esta plataforma contiene unas paletas y flotadores que, accionadas por la fuerza de las olas, ponen en funcionamiento una bomba hidráulica de pistón que genera energía hidráulica.For this, the mast is placed on a platform nestled on the seabed by means of props. This platform contains some paddles and floats that, activated by the wave force, put into operation a hydraulic pump piston that generates hydraulic energy.
La energía generada por ambos elementos, es decir, por la turbina eólica y las olas, se acumula en un acumulador de aceite hidráulico con compresión de nitrógeno.The energy generated by both elements is say, by the wind turbine and the waves, it accumulates in an accumulator of hydraulic oil with nitrogen compression.
Además, se contempla la incorporación de unas hélices sumergidas e incorporadas a los puntales que sustentan la plataforma, que movidas por las corrientes marinas, se encargan de transmitir energía hidráulica al acumulador.In addition, the incorporation of some submerged and incorporated propellers to the props that support the platform, which moved by sea currents, are responsible for transmit hydraulic energy to the accumulator.
Así, se constata que el aerogenerador preconizado presenta diversas y destacables diferencias respecto a los modelos existentes, las más importantes de las cuales se mencionan a continuación:Thus, it is found that the wind turbine advocated presents diverse and remarkable differences regarding the existing models, the most important of which are mentioned below:
Las velas de este modelo son orientables a la dirección del viento. De manera que se puede aprovechar al máximo la superficie de las velas cuando el viento las empuja, y minimizar el efecto del viento cuando éstas van en su contra. Además, contar con velas orientables aporta un gran número de ventajas, cómo son, un mayor rendimiento del aparato o que éste pueda funcionar a velocidades menores del viento, lo que a su vez implica menor desgaste del eje y los rodamientos.The candles of this model are orientable to the direction of the wind. So you can take full advantage of the surface of the sails when the wind pushes them, and minimize the effect of the wind when they go against it. Also, count on adjustable candles provides a large number of advantages, how are they, a higher performance of the device or that it can work at lower wind speeds, which in turn implies lower wear of the shaft and bearings.
Por otra parte, la separación de las velas permite el paso del aire entre éstas provocando el efecto Down-Wash (turbulencia o rebufo), que contribuye también a un mejor rendimiento del sistema.On the other hand, the separation of the candles allows the passage of air between them causing the Down-Wash effect (turbulence or rebufo), which also contributes to a better system performance.
La turbina es de eje vertical y esto reduce la altura máxima del mástil y reduce las vibraciones del sistema, con lo que se consigue una mayor vida útil del aparato. Además permite un fácil montaje del sistema en los tejados de los edificios, ya que la fuerza de palanca sobre la base es inferior y el anclaje más sencillo y seguro. Al tener solo tres aspas en movimiento, el volumen general es constante con lo que se evitan accidentes de personas y aves. La rotación horizontal también se beneficia de la fuerza de Coriolis, que contribuye al giro de la turbina de forma natural.The turbine is vertical axis and this reduces the maximum mast height and reduces system vibrations, with what achieves a greater useful life of the device. Also allows an easy assembly of the system on the roofs of the buildings, since the lever force on the base is lower and the anchor more simple and safe. Having only three blades in motion, the overall volume is consistent with preventing accidents from people and birds Horizontal rotation also benefits from the Coriolis force, which contributes to the shape of the turbine natural.
La turbina puede izarse y arriarse, de manera que en caso de condiciones climatológicas adversas puede bajarse al suelo fácilmente, evitando daños en el sistema. A la par, implica una disminución considerable de los riesgos de instalación y mantenimiento ya que esta no se realiza en altura, sino a nivel de suelo.The turbine can be raised and lowered, so that in case of adverse weather conditions can be lowered to easily ground, avoiding damage to the system. At the same time, it implies a considerable decrease in installation risks and maintenance since this is not done in height, but at the level of ground.
La construcción por pares de brazos tensados con cables de acero cruzados permite construir los brazos más largos para aumentar la potencia de forma segura, reduciendo las flexiones del sistema.The construction by pairs of tensioned arms with crossed steel cables allows to build longer arms to increase power safely, reducing push-ups of the system.
El generador eléctrico montado en la base del aerogenerador permite reducir el peso que soporta el mástil y facilita el mantenimiento.The electric generator mounted on the base of the wind turbine allows to reduce the weight that supports the mast and It facilitates maintenance.
El freno hidráulico consiste en una bomba hidráulica que al ser conectada automáticamente consume potencia de la turbina al desplazar aceite a presión.The hydraulic brake consists of a pump Hydraulics that when connected automatically consumes power from the turbine when moving oil under pressure.
En el caso del modelo marino, siempre se genera energía ya sea por la fuerza del viento o por la del mar.In the case of the marine model, it is always generated energy either by the force of the wind or that of the sea.
Funcionamiento general:General operation:
Equipo mixto de generación de energía eólica y, opcionalmente, marina mediante transmisión de potencia hidráulica.Mixed wind power generation equipment and, optionally, marine by power transmission hydraulics.
La base principal del aerogenerador es la transmisión de energía hidráulica con acumulador hidráulico por presión de nitrógeno. Este acumulador compuesto por botellas de alta presión comunicadas entre sí, cargadas de gas nitrógeno a presión. Cuando se llenan de aceite hidráulico impulsado por las bombas hidráulicas se comprime el nitrógeno en proporción a la incorporación de aceite. La diferencia entre la presión de trabajo del equipo y la presión del acumulador unido al volumen de este respecto al caudal necesario para el trabajo proporciona un margen de autonomía libre de la generación de energía entrante.The main base of the wind turbine is the Hydraulic power transmission with hydraulic accumulator by nitrogen pressure This accumulator composed of high bottles pressure communicated with each other, charged with nitrogen gas under pressure. When filled with hydraulic oil driven pumps Hydraulic nitrogen is compressed in proportion to the oil incorporation The difference between working pressure of the equipment and the pressure of the accumulator together with the volume of this with respect to the necessary flow for the work it provides a margin of free autonomy of incoming power generation.
El generador eólico acciona una bomba hidráulica que recarga el acumulador de compresión de nitrógeno.The wind generator drives a hydraulic pump which recharges the nitrogen compression accumulator.
En el caso del modelo marino, el movimiento de las olas mueven unos brazos articulados con flotadores que unidos a unas bombas hidráulicas "de Pistón" impulsan aceite hidráulico a presión al acumulador.In the case of the marine model, the movement of the waves move articulated arms with floats that attached to "Piston" hydraulic pumps drive hydraulic oil Pressurized to the accumulator.
Unas hélices unidas a unas bombas hidráulicas hacen girar estas mediante la fuerza de las corrientes marinas. Estas bombas impulsan aceite a presión al acumulador de aceite-nitrógeno.Propellers attached to hydraulic pumps they spin these by force of sea currents. These pumps drive oil under pressure to the accumulator of nitrogen oil
Cabe mencionar en este punto que la diferencia entre este sistema y los sistemas convencionales radica en el tipo de energía generada. En los sistemas actuales la hélice hace girar directamente el generador eléctrico sumergido en el mar dentro de un compartimento estanco. En el sistema propuesto, dentro del mar producimos energía hidráulica que recarga el acumulador de energía. La frecuencia del generador no es proporcional a las revoluciones de las hélices. Este sistema evita los sistemas de humedad en los equipos eléctricos, suprime los cables eléctricos y la tensión eléctrica dentro del mar y facilita el mantenimiento.It is worth mentioning at this point that the difference between this system and conventional systems lies in the type of generated energy. In current systems the propeller spins directly the electric generator submerged in the sea within a waterproof compartment. In the proposed system, within the sea We produce hydraulic energy that recharges the energy accumulator. The generator frequency is not proportional to the revolutions of The propellers This system avoids moisture systems in the electrical equipment, suppresses electrical cables and voltage electric inside the sea and facilitates maintenance.
De este acumulador sale la conexión al motor hidráulico que mediante un regulador de caudal gira siempre a las mismas revoluciones. Las adecuadas para mover el generador eléctrico a la frecuencia deseada.From this accumulator the connection to the engine comes out hydraulic that by means of a flow regulator always turns at Same revolutions. Suitable for moving the electric generator at the desired frequency.
Cuando la presión del acumulador disminuye, (significa que el caudal de aceite ha disminuido por causa de la menor actividad de la naturaleza) el autómata del sistema envía una orden a la electroválvula que cierra la salida del acumulador y anula el consumo de aceite del motor hidráulico, parando este para no permitir que tenga un gasto de energía que no permitirla girar el generador a las revoluciones adecuadas. Al pararse el motor hidráulico no se desperdicia energía del acumulador.When the accumulator pressure decreases, (means that the oil flow has decreased due to the less activity of nature) the system automaton sends a order the solenoid valve that closes the outlet of the accumulator and cancels the hydraulic motor oil consumption, stopping this to not allow it to have an energy expenditure that does not allow it to rotate the generator at appropriate revolutions. When the engine stops Hydraulic energy is not wasted from the accumulator.
Cuando las bombas hidráulicas montadas en cada uno de los componentes, generador eólico, generador de corrientes marinas y generador de las olas recargan nuevamente el acumulador hidráulico con compresión de nitrógeno este libera caudal nuevamente al motor hidráulico que hace girar el generador solo a las revoluciones adecuadas.When the hydraulic pumps mounted on each one of the components, wind generator, current generator marine and wave generator recharge the accumulator again Hydraulic with nitrogen compression releases flow again to the hydraulic motor that rotates the generator only at adequate revolutions.
Este sistema de acumulación permite que el freno del aerogenerador sea otro generador de energía. Una bomba hidráulica montada en la corona del aerogenerador se conecta cuando es necesario reducir la velocidad de la turbina. El frenado se consigue con la potencia consumida por la bomba resultante del caudal generado x presión de trabajo. El caudal generado por esta bomba se dirige al acumulador hidráulico.This accumulation system allows the brake of the wind turbine is another power generator. A bomb Hydraulic mounted on the wind turbine crown is connected when It is necessary to reduce the speed of the turbine. The braking is achieved with the power consumed by the pump resulting from the generated flow x working pressure. The flow generated by this Pump is directed to the hydraulic accumulator.
Otra ventaja de este sistema es que al trabajar con acumuladores hidráulicos se puede crear un sistema de autoarranque del aerogenerador, mediante un motor hidráulico montado en la corona del aerogenerador y pilotado por el aceite a presión del acumulador.Another advantage of this system is that when working with hydraulic accumulators a system of wind turbine start-up, by means of a mounted hydraulic motor in the wind turbine crown and piloted by pressurized oil of the accumulator.
Cuando el anemómetro detecta una velocidad de viento suficiente para mantener el giro del aerogenerador pero no es suficientemente fuerte para vencer el par de arranque, en combinación de un temporizador envía una orden para accionar la electroválvula que conecta el motor hidráulico para impulsar la turbina hasta un par de vueltas.When the anemometer detects a speed of enough wind to keep the wind turbine spinning but it's not strong enough to beat the starting torque, in combination of a timer sends an order to trigger the solenoid valve that connects the hydraulic motor to drive the turbine up to a couple of turns.
El descrito aerogenerador eólico de turbina de eje vertical con acumulador de energía hidráulico de nitrógeno representa, pues, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.The described wind turbine wind turbine of vertical axis with nitrogen hydraulic energy accumulator It represents, therefore, an innovative structure of characteristics structural and constitutive unknown so far for that purpose, reasons that together with its practical utility, endow it with foundation enough to get the privilege of exclusivity that request.
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Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, is attached herein descriptive, as an integral part of it, of a game of planes, in which with an illustrative and non-limiting nature, represented the following:
La figura número 1.- Muestra una vista en alzado de un ejemplo de realización del aerogenerador eólico de turbina de eje vertical objeto de la invención, en su versión completa, es decir, con aprovechamiento de la fuerza del viento, de la fuerza de las olas y de la fuerza de las corrientes marinas, apreciándose en ellas su configuración general así como las principales partes de que consta.Figure number 1.- Shows an elevation view of an embodiment example of the wind turbine wind turbine of vertical axis object of the invention, in its full version, is that is, taking advantage of the force of the wind, of the force of the waves and the strength of the sea currents, appreciating them their general configuration as well as the main parts of that consists.
Las figuras número 2 y 3.- Muestran una vista en alzado y planta de un ejemplo de realización de la turbina vertical instalada en el mástil, la cual constituye el elemento del aerogenerador que aprovecha la fuerza del viento.Figures 2 and 3 show a view in elevation and plan of an example of embodiment of the vertical turbine installed on the mast, which constitutes the element of the wind turbine that takes advantage of the force of the wind.
La figura número 4.- Muestra una vista en alzado de la plataforma sobre la que se instala el aerogenerador para el aprovechamiento de la fuerza de las olas.Figure number 4.- Shows an elevation view of the platform on which the wind turbine is installed for the harnessing the force of the waves.
La figura número 5.- Muestra una vista en alzado de los puntales sobre los que se sustenta la plataforma, en el caso de la versión marina del aerogenerador, apreciándose en ella la incorporación adicional de las hélices para el aprovechamiento de la fuerza de las corrientes marinas.Figure number 5.- Shows an elevation view of the props on which the platform is supported, in the case of the marine version of the wind turbine, appreciating in it the additional incorporation of the propellers for the use of the Strength of sea currents.
La figura número 6.- Muestra un esquema del sistema hidráulico del aerogenerador.Figure number 6.- Shows a scheme of wind turbine hydraulic system.
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A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación, habiéndose asignado a cada una de dichas partes y elementos las siguientes referencias numéricas:In view of the aforementioned figures, and of according to the numbering adopted, you can see in them a preferred embodiment of the invention, which comprises the parts and elements indicated and described in detail to then, having been assigned to each of these parts and Elements the following numerical references:
- 1one
- mástilmast
- 22
- turbinaturbine
- 33
- brazosarms
- 44
- velascandles
- 55
- contrapesoscounterweights
- 66
- soporte riostradobraced support
- 77
- guíaguide
- 88
- enrolladorfurler
- 99
- plataformaplatform
- 1010
- depósito general de aceite-nitrógenogeneral deposit of nitrogen oil
- 11eleven
- flotadoresfloats
- 1212
- paletaspaddles
- 1313
- puntalesprops
- 1414
- hélicespropellers
- 15fifteen
- detectores de corrientescurrent detectors
- 1616
- tercer grupo de bombas hidráulicas de pistones y doble caudalthird group of hydraulic piston pumps and double flow
- 1717
- acumulador hidráulico principalmain hydraulic accumulator
- 1818
- generador eléctricoElectric generator
- 1919
- motor hidráulicohydraulic engine
- 20twenty
- veletavane
- 21twenty-one
- elevador undimotrizwave lift
- 232. 3
- primera bomba hidráulica del sistema eólicosystem's first hydraulic pump wind
- 2424
- segunda bomba hidráulica del sistema de olassecond hydraulic pump system waves
- 2525
- zapatasshoes
- 2626
- cuarta bomba hidráulica de corrientes marinasfourth hydraulic current pump marinas
- 2727
- coronacrown
- 2828
- motor de arranquestarting motor
- 2929
- acumulador de vejigabladder accumulator
- 3030
- cablescables
- 3131
- electroválvula principalmain solenoid valve
- 3636
- presostatopressure switch
- 4343
- electroválvula simplesingle solenoid valve
- 4444
- primera válvula limitadora de presiónfirst pressure relief valve
- 45Four. Five
- segunda válvula limitadora de presiónsecond pressure relief valve
- 4646
- primer regulador de caudalfirst flow regulator
- 4747
- segundo regulador de caudalsecond flow regulator
- 4848
- segunda válvula antirretornosecond check valve
- 4949
- quinta bomba para freno hidráulicofifth pump for hydraulic brake
- 50fifty
- primera electroválvula de frenofirst brake solenoid valve
- 5252
- electroválvula de energía corrientes marinaspower solenoid valves marinas
- 5353
- válvula limitadora de frenobrake limiting valve
- 5454
- segunda electroválvula de frenosecond brake solenoid valve
- 5555
- electroválvula selectora acumuladoresselector solenoid valve accumulators
- 5656
- electroválvula de salidaoutlet solenoid valve
- 5757
- válvula de seguridad.security valve.
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Así, tal como se observa en la figura 1, la invención consiste en un aerogenerador de turbina de eje vertical para la obtención de energía eléctrica a partir de la fuerza del viento. Éste aerogenerador consta de un mástil (1), sobre el que se sitúa una turbina (2) compuesta de cinco, seis u ocho brazos (3) que contienen varias parejas de velas (4) rotativas por su eje central. Los brazos cuentan con un sistema de contrapesos (5) que se mueven sobre una guía de desplazamiento lineal (7) en función de la velocidad de giro para aprovechar al máximo la fuerza centrífuga.Thus, as seen in Figure 1, the invention consists of a vertical axis turbine wind turbine for obtaining electrical energy from the force of wind. This wind turbine consists of a mast (1), on which places a turbine (2) composed of five, six or eight arms (3) that They contain several pairs of rotating candles (4) along their central axis. The arms have a system of counterweights (5) that move on a linear displacement guide (7) depending on the turning speed to maximize strength centrifuge
Las velas (4) se orientan de acuerdo a la dirección del viento para absorber la máxima presión en el lado de ataque y oponer la menor resistencia en la cara opuesta de contraviento.The candles (4) are oriented according to the wind direction to absorb maximum pressure on the side of attack and oppose the least resistance on the opposite side of windshield
En los modelos de menor tamaño, el accionamiento de las velas es mecánico. Una guía orientada por una veleta (20) prevista en la parte superior del aparato acciona las bielas que giran las velas (4).In smaller models, the drive Candles is mechanical. A guide oriented by a weather vane (20) provided on the upper part of the device actuates the connecting rods the candles rotate (4).
En los modelos de mayor tamaño, el giro de las velas se consigue mediante actuadores lineales eléctricos o cilindros hidráulicos, dependiendo de la envergadura del aerogenerador. Este sistema es pilotado por un programa informático que compensa automáticamente las variaciones de velocidad. Si la velocidad del viento es muy elevada se modifica la inclinación de las velas para ofrecer menor resistencia.In larger models, the turn of the candles are achieved by electric linear actuators or hydraulic cylinders, depending on the size of the wind turbine This system is piloted by a computer program It automatically compensates for speed variations. If the wind speed is very high the inclination of Candles to offer less resistance.
Las velas, como se observa en las figuras 2 y 3, se encuentran sujetas a los brazos (3), compuestos de dos ejes paralelos, que aseguran la robustez del conjunto. Estos a su vez se hallan unidos a un soporte riostrado (6) con el que se hace la unión con la turbina. Los brazos van unidos por un entramado de cables de acero (30) cruzados formando un conjunto sólido y sin vibraciones.The candles, as seen in figures 2 and 3, are attached to the arms (3), composed of two axes parallels, which ensure the robustness of the set. These in turn are are attached to a braced support (6) with which the union is made with the turbine The arms are joined by a network of cables steel (30) crossed forming a solid set without vibrations
El viento incide sobre las velas que a través de los brazos (3) impulsan la turbina (2) que mueve la corona central (27) que contiene al menos una primera bomba hidráulica o bomba del sistema eólico (23) que transmite la potencia mediante tubos hidráulicos hasta un acumulador principal (17) hidráulico de nitrógeno que alimenta un motor hidráulico (19) que acciona un generador eléctrico (18) montado en la base del generador.The wind strikes the sails that through the arms (3) drive the turbine (2) that moves the central crown (27) which contains at least a first hydraulic pump or pump of the wind system (23) that transmits power through tubes hydraulic to a main accumulator (17) hydraulic nitrogen that feeds a hydraulic motor (19) that drives a electric generator (18) mounted on the base of the generator.
La turbina (2), como se ha dicho, se sustenta sobre un mástil (1), en posición vertical. Ésta turbina (2) es desplazable a través del mástil, de forma que puede ser izada a la parte superior del mástil (1) para su funcionamiento y bajada para operaciones de revisión o mantenimiento o cuando las condiciones lo requieran.The turbine (2), as stated, is sustained on a mast (1), in an upright position. This turbine (2) is movable through the mast, so that it can be lifted to the top of the mast (1) for operation and lowering for revision or maintenance operations or when conditions require.
Los brazos (3) cuentan con un sistema de contrapesos que se mueven sobre una guía de desplazamiento lineal en función de la velocidad de giro para aprovechar al máximo la fuerza centrífuga. Este contrapeso (5) tira de un cable unido a un enrollador (8) con regulación de tensión. La velocidad de giro desplaza los contrapesos de cada brazo hacia el exterior ayudando a la fuerza rotacional. Cuando la velocidad de giro disminuye a causa del viento, los contrapesos se retraen hacia el interior para reducir la masa en el próximo momento de arranque.The arms (3) have a system of counterweights that move on a linear displacement guide in spin speed function to maximize strength centrifuge This counterweight (5) pulls a cable attached to a winder (8) with tension regulation. Spin speed shifts the weights of each arm outwards helping the rotational force. When the turning speed decreases because from the wind, the counterweights retract inward to Reduce the dough at the next start time.
Un anemómetro montado en la parte superior del aerogenerador transmite la velocidad del viento a un ordenador. Cuando el programa informático detecta una velocidad de viento mínima para mantener el giro del aerogenerador pero insuficiente para generar el par de arranque, a través de un temporizador, cuando la velocidad de viento es constante durante un lapso de tiempo predeterminado (aproximadamente 5 minutos), se procesa la señal para activar la electroválvula (31) en posición de arranque automático. Ésta hace girar un motor de arranque (28) para mover la corona (27) de la turbina.An anemometer mounted on the top of the Wind turbine transmits wind speed to a computer. When the computer program detects a wind speed minimum to maintain wind turbine rotation but insufficient to generate the starting torque, through a timer, when wind speed is constant over a period of time default (approximately 5 minutes), the signal is processed for activate solenoid valve (31) in automatic start position. It rotates a starter motor (28) to move the crown (27) of the turbine.
Cuando la corona (27) ha hecho de una y media a dos vueltas el sistema de arranque se desconecta y la turbina (2) se sigue moviendo por la fuerza del viento, generado así energía que recarga el acumulador principal (17) de potencia hidráulico de compresión de nitrógeno.When the crown (27) has made half past one two turns the starter system is disconnected and the turbine (2) is still moving by the force of the wind, thus generating energy that recharge the main accumulator (17) of hydraulic power nitrogen compression
La velocidad máxima es controlada mediante la inclinación de las velas y un freno hidráulico. Un encoder detecta las revoluciones máximas permitidas, la señal del encoder acciona la bomba hidráulica del sistema eólico (23) que alimenta un acumulador de vejiga (29) de arranque y el acumulador principal (17).The maximum speed is controlled by the tilt of the sails and a hydraulic brake. An encoder detects maximum revolutions allowed, the encoder signal triggers the hydraulic pump of the wind system (23) that feeds an accumulator Bladder (29) starter and main accumulator (17).
En una variante de realización de la invención, el aerogenerador descrito aprovecha además de la fuerza del viento, la fuerza del mar. Para ello se instala sobre una plataforma (9), apreciable con detalle en la figura 4, que consta de una superficie sólida sobre la que se sitúa el mástil (1) del aerogenerador.In a variant embodiment of the invention, The wind turbine described also takes advantage of the force of the wind, The force of the sea. For this, it is installed on a platform (9), appreciable in detail in figure 4, which consists of a surface solid on which the mast (1) of the wind turbine is located.
La plataforma (9) incorpora lateralmente unas paletas (12) articuladas receptoras de las olas por desplazamiento y choque, con unos flotadores (11), así como un depósito general de aceite-nitrógeno (10) compuesto por una pluralidad de botellas de alta presión comunicadas entre sí, cargadas de gas nitrógeno a presión. La plataforma se encuentra anclada al fondo del mar mediante unos puntales (13) clavados en el fondo del mar mediante zapatas (25).The platform (9) incorporates laterally some paddles (12) articulated recipients of the waves by displacement and shock, with some floats (11), as well as a general deposit of oil-nitrogen (10) composed of a plurality of high pressure bottles connected to each other, loaded with gas nitrogen under pressure The platform is anchored to the bottom of the sea by means of props (13) nailed to the bottom of the sea by shoes (25).
La fuerza de las olas incide sobre las paletas (12) receptoras que accionan, al menos, una segunda bomba hidráulica, que para mejor distinción denominaremos bomba hidráulica del sistema de olas (24) que genera energía hidráulica. La energía generada se guarda en el depósito general (10) que actúa de tanque de reserva de energía y estabilizador de caudal.The force of the waves hits the paddles (12) receivers that drive at least a second pump hydraulic, which for better distinction we will call hydraulic pump of the wave system (24) that generates hydraulic energy. Energy generated is stored in the general deposit (10) that acts as a tank Power reserve and flow stabilizer.
Además, los flotadores (11) montados en el contorno de la plataforma (9) accionan las paletas (12) que empujan, un tercer grupo de varias bombas hidráulicas de pistones y doble caudal (16) montadas en cada articulación que transmiten la potencia a los acumuladores hidráulicos. Estos flotadores (11) van montados en los cuatro puntos cardinales.In addition, the floats (11) mounted on the contour of the platform (9) actuate the pushing vanes (12), a third group of several hydraulic piston and double pumps flow rate (16) mounted on each joint that transmit the power to hydraulic accumulators. These floats (11) are mounted in the four cardinal points.
Adicionalmente, y de manera opcional, el generador incorpora un tercer aprovechamiento de energía a partir de las corrientes marinas. Para ello, en los puntales (13) sobre los que se sustenta la plataforma (9) se incluyen unos núcleos orientables con hélices (14) (figura 5). Estas hélices (14) propulsadas por la fuerza de las corrientes marinas accionan cada una, al menos, una cuarta bomba hidráulica, que denominaremos bomba hidráulica de corrientes marinas (26), que alimenta el acumulador principal (17).Additionally, and optionally, the generator incorporates a third use of energy from The sea currents. To do this, in the props (13) on the that supports the platform (9) includes some cores adjustable with propellers (14) (figure 5). These propellers (14) propelled by the force of the sea currents they trigger each one, at least, a fourth hydraulic pump, which we will call a pump Marine current hydraulics (26), which feeds the accumulator main (17).
Para conseguir automáticamente la elección de la mejor corriente marina se montan unos detectores de velocidad de agua (15) compuestos por varias hélices repartidas por la longitud de cada mástil (13) las cuales envían la información al programa informático encargado de desplazar las hélices (14) anteriormente citadas a la altura correspondiente.To automatically get the choice of the best marine current are mounted speed detectors of water (15) composed of several propellers spread over the length of each mast (13) which send the information to the program computer scientist in charge of moving the propellers (14) previously cited at the corresponding height.
La elevación y el descenso de las hélices (14) se realiza por medio de un elevador de energía undimotriz (21) que mediante una boya en la superficie y un elevador de mariposa se encarga del citado desplazamiento sin consumir energía eléctrica. Si no hay actividad marina, el autómata activa el elevador eléctrico.The raising and lowering of the propellers (14) it is done by means of a wave energy elevator (21) that by means of a buoy on the surface and a butterfly elevator handles the aforementioned movement without consuming electrical energy. Yes there is no marine activity, the automaton activates the elevator electric.
En cuanto al sistema hidráulico mostrado en la figura 6, cabe señalar que las bombas (23, 26, 16, 24) se alimentan del depósito hidráulico general (10), impulsando la potencia al acumulador principal (17). De este sale la presión hidráulica para accionar el motor hidráulico (19) que impulsa el generador eléctrico (18) montado, en este caso, a nivel de mar en la plataforma (9) marina, junto con el cuadro eléctrico y de control.As for the hydraulic system shown in the Figure 6, it should be noted that the pumps (23, 26, 16, 24) are fed of the general hydraulic tank (10), driving the power to the main accumulator (17). From this comes the hydraulic pressure to drive the hydraulic motor (19) that drives the electric generator (18) mounted, in this case, at sea level on the platform (9) marine, along with the electrical and control panel.
Las bombas hidráulicas del sistema eólico (23), del sistema de olas (24) y (16) y del sistema de corrientes marinas (26) recargan el acumulador de de vejiga (29) con la correspondiente excitación de las electroválvulas de energía de corrientes marinas (52) y segunda de freno (54). Este acumulador de vejiga (29) queda cargado a 400 bar. Una primera válvula limitadora de presión (44) descarga la línea general a una presión de 400 bar cuando el presostato (36) detecta la presión máxima excitando una electroválvula simple (43).The hydraulic pumps of the wind system (23), of the wave system (24) and (16) and of the sea current system (26) recharge the bladder accumulator (29) with the corresponding excitation of marine current energy solenoid valves (52) and second brake (54). This bladder accumulator (29) is loaded at 400 bar. A first pressure relief valve (44) discharge the general line at a pressure of 400 bar when the pressure switch (36) detects the maximum pressure by exciting a single solenoid valve (43).
Un anemómetro montado en la parte superior del aerogenerador envía la velocidad del viento al ordenador. Este procesa la señal al PLC para que a una velocidad determinada de viento en un tiempo seleccionado conecte la electroválvula principal (31) a la posición de arranque automático.An anemometer mounted on the top of the wind turbine sends the wind speed to the computer. This it processes the signal to the PLC so that at a certain speed of wind in a selected time connect the main solenoid valve (31) to the automatic start position.
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Esta señal solo se activará si el presostato (36) envía la señal de presión mínima requerida a 400 bar.This signal will only be activated if the pressure switch (36) sends the required minimum pressure signal at 400 bar.
El encoder que controla constantemente la velocidad de la turbina (2) del aerogenerador envía también la señal al autómata para que solo se conecte la electroválvula (31) en la posición de arranque automático cuando este lea menos de una vuelta.The encoder that constantly controls the wind turbine speed (2) also sends the signal to the automaton so that only the solenoid valve (31) is connected to the automatic start position when it reads less than one return.
Cuando la electroválvula (31) queda accionada en dicha posición hace girar el motor de arranque (28) para mover la corona de la turbina. La velocidad del motor se controla por un primer variador/regulador de caudal (46).When the solenoid valve (31) is activated in said position rotates the starter motor (28) to move the turbine crown. The engine speed is controlled by a First variator / flow regulator (46).
Cuando el encoder envía la señal al PLC de dos vueltas se desconecta la electroválvula (31) pasando a la posición de reposo. En esta posición el motor de arranque (28) gira en rueda libre y una segunda válvula antirretorno (48) permite mantener el engrase del motor.When the encoder sends the signal to the PLC of two turns the solenoid valve (31) is switched off to the position resting In this position the starter motor (28) turns in a wheel free and a second non-return valve (48) allows to maintain the greasing the engine
La posición de alimentación del generador de la electroválvula (31) se acciona cuando el presostato (36) detecta la presión máxima en el circuito del acumulador de vejiga (29) para enviar el caudal a la línea general hasta el acumulador principal (17).The feeding position of the generator of the solenoid valve (31) is activated when the pressure switch (36) detects the maximum pressure in the bladder accumulator circuit (29) to send the flow to the general line to the main accumulator (17).
En cuanto al funcionamiento general del equipo hidráulico cabe destacar que la transmisión de potencia se transmite por presión hidráulica. Esta viene dada por cinco tipos de bombas independientes:Regarding the general operation of the equipment hydraulic note that the power transmission is transmitted by hydraulic pressure. This is given by five types of pumps independent:
Una primera bomba hidráulica del sistema eólico (23), accionada por la corona (27) del aerogenerador. Es una bomba de caudal variable con "load sensing", (compensador de caudal mediante la presión).A first hydraulic pump of the wind system (23), driven by the crown (27) of the wind turbine. It is a variable flow pump with " load sensing ", (flow compensator by pressure).
Una segunda bomba hidráulica del sistema marino (24), impulsada por energía undimotriz. Carga de presión el acumulador de vejiga (29) para reservar energía en el arranque automático del aerogenerador.A second marine system hydraulic pump (24), driven by wave energy. Pressure load bladder accumulator (29) to reserve energy at startup Automatic wind turbine.
Una tercera bomba de pistón (16) con doble cilindrada según la presión. Esta bomba va accionada por las bielas o paletas (12) impulsadas por el movimiento de las olas y se contemplan varias de ellas.A third piston pump (16) with double displacement according to pressure. This pump is driven by the cranks or paddles (12) driven by the movement of the waves and They contemplate several of them.
Una cuarta bomba hidráulica o bomba de corrientes marinas (26) accionada por las hélices (14) que impulsan las corrientes marinas.A fourth hydraulic pump or pump sea currents (26) powered by propellers (14) that drive The sea currents.
Y finalmente, además, una quinta bomba de freno hidráulico (49), montada con un engranaje en la corona (27), actúa como freno de la corona cuando el PLC acciona la primera electroválvula de freno (50) pilotado por la señal del encoder. Una segunda válvula limitadora de presión (45) se encarga de aumentar la potencia de frenado por consumo de caudal-presión. El aceite es enviado al acumulador principal (17).And finally, in addition, a fifth brake pump hydraulic (49), mounted with a gear in the crown (27), acts as a crown brake when the PLC operates the first brake solenoid valve (50) piloted by the encoder signal. A second pressure relief valve (45) is responsible for increasing the stopping power by flow-pressure consumption. The oil is sent to the main accumulator (17).
Todas las bombas envían presión de aceite al acumulador de la línea principal (17) en algún momento, sea por la rotación del aerogenerador, caso de la bomba (23), la energía de las olas (bomba (16)), cuando el circuito de arranque está cargado (bomba (24)), por la fuerza de frenado (bomba (49)) o por el giro de las hélices (14) que impulsan la bomba (26).All pumps send oil pressure to accumulator of the main line (17) at some point, either by the wind turbine rotation, pump case (23), the energy of the waves (pump (16)), when the starter circuit is charged (pump (24)), by the braking force (pump (49)) or by the rotation of the propellers (14) that drive the pump (26).
Los acumuladores (17) y (29) permiten liberar la energía en condiciones de reposo o de baja potencia del viento o mar. Equilibran las fluctuaciones meteorológicas. Su capacidad de autonomía depende del volumen de estos.The accumulators (17) and (29) allow to release the energy at rest or low wind power or sea. They balance the weather fluctuations. His ability to autonomy depends on the volume of these.
Una electroválvula de salida (56) permanece abierta para permitir la salida del aceite del acumulador (17) que hace girar el motor hidráulico (19) que mueve el generador eléctrico (18). Este motor hidráulico (19) gira siempre a las, mismas revoluciones debido la existencia de un segundo regulador de caudal (47). El retorno del motor hidráulico va directamente al depósito de alimentación general (10).An outlet solenoid valve (56) remains open to allow the oil to escape from the accumulator (17) that rotates the hydraulic motor (19) that moves the electric generator (18). This hydraulic motor (19) always rotates at the same revolutions due to the existence of a second flow regulator (47). The return of the hydraulic motor goes directly to the tank of general food (10).
Cuando la presión del acumulador hidráulico principal (17) disminuye a 200 bar, el presostato (36) montado en este envía la señal al ordenador para desactivar la electroválvula de salida (56) encargada de cerrar el paso de aceite. De esta forma solo se consume aceite cuando se puede garantizar el caudal y presión adecuado para el motor hidráulico (19).When the pressure of the hydraulic accumulator main (17) decreases to 200 bar, the pressure switch (36) mounted on this sends the signal to the computer to deactivate the solenoid valve outlet (56) responsible for closing the oil passage. Thus Oil is only consumed when flow can be guaranteed and adequate pressure for the hydraulic motor (19).
La disminución de la presión del acumulador principal (17) se produce cuando disminuye el volumen de aceite de este debido a la baja actividad de las bombas hidráulicas.Decrease in accumulator pressure main (17) occurs when the oil volume of this due to the low activity of the hydraulic pumps.
Cuando el presostato del acumulador (17) detecta la presión de 400 bar envía la señal para accionar la electroválvula de salida (56) que acciona el motor hidráulico (19) y libera la presión del acumulador. Una válvula de seguridad (57) actúa de reserva en previsión de posibles averías en el circuito.When the accumulator pressure switch (17) detects 400 bar pressure sends the signal to operate the solenoid valve output (56) that drives the hydraulic motor (19) and releases the accumulator pressure A safety valve (57) acts as reserve in anticipation of possible breakdowns in the circuit.
La bomba (26) accionada por la fuerza de las corrientes marinas, a través de las hélices (14), envía presión a través de la electroválvula de corrientes marinas (52) al acumulador de vejiga (29) o según lectura del presostato (36) envía el caudal al circuito general hasta el acumulador principal (17).The pump (26) driven by the force of the sea currents, through the propellers (14), sends pressure to through the marine current solenoid valve (52) to the accumulator Bladder (29) or according to pressure switch reading (36) sends the flow to the general circuit to the main accumulator (17).
Además de lo anterior, y tal como se puede apreciar en el esquema de la figura 6, se contempla una segunda válvula antirretorno (35) que separa el circuito de presión del de retorno, una válvula limitadora de freno (53) y una electroválvula selectora de acumuladores (55).In addition to the above, and as you can appreciate in the scheme of figure 6, a second one is contemplated non-return valve (35) that separates the pressure circuit from the return, a brake limiting valve (53) and a solenoid valve battery selector (55).
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Este equipo hidráulico sustituye los multiplicadores y frenos mecánicos de los aerogeneradores convencionales.This hydraulic equipment replaces the wind turbines multipliers and mechanical brakes conventional.
Es importante señalar, además, en cuanto a los aspectos constructivos del aerogenerador, que el mástil (1) es de acero, con una configuración preferentemente tubular en el modelo y riostrado con vigas con refuerzos de cruz de San Andrés en sus versiones de ocho y cinco brazos.It is important to note, in addition, as to the construction aspects of the wind turbine, that the mast (1) is of steel, with a preferably tubular configuration in the model and braced with beams with cross reinforcements of St. Andrew in his eight and five arm versions.
El núcleo de la turbina (2) es de acero galvanizado, inoxidable en el caso de los montajes marinos, en orden a evitar su oxidación.The turbine core (2) is made of steel galvanized, stainless in the case of marine assemblies, in order to prevent its oxidation.
Por su parte, los brazos (3) son de perfil de aluminio para reducir peso, empernados para suprimir fisuras de soldadura u, opcionalmente, de perfil ovalado fabricado en fibra de vidrio y de carbono.On the other hand, the arms (3) are in the profile of aluminum to reduce weight, bolted to suppress cracks welding or, optionally, oval profile made of fiber glass and carbon
Las velas (4) son de fibra de vidrio.The candles (4) are made of fiberglass.
Además en la variante para uso marino, la plataforma (9) y el depósito general de nitrógeno (10), están construidos en acero galvanizado o acero inoxidable.In addition to the variant for marine use, the platform (9) and the general nitrogen tank (10), are Built in galvanized steel or stainless steel.
Los flotadores (11) son de fibra de vidrio y los brazos y mecanismos de paletas (12) de acero inoxidable.The floats (11) are made of fiberglass and the stainless steel vane arms and mechanisms (12).
Por otra parte, todas las piezas construidas en fibras o composites se fabrican en moldes. Las piezas planas son de corte por láser. Las soldaduras y el montaje se realizan manualmente. Para el montaje en obra se monta el mástil con una grúa sobre la cimentación (en caso terrestre) o sobre la plataforma en el modelo marino con una grúa. Después de instalar los cabrestantes de elevación en la parte superior del mástil se monta la turbina completa en la base auto elevándola mecánicamente por el mástil cilíndrico. La transmisión hidráulica se conecta por enchufes rápidos en la parte superiorMoreover, all the pieces built in Fibers or composites are manufactured in molds. The flat pieces are from laser cutting Welds and assembly are done manually. For mounting on site the mast is mounted with a crane on the foundation (in the case of land) or on the platform in the Marine model with a crane. After installing the winches lift on top of the mast the turbine is mounted complete on the auto base by mechanically raising it by the mast cylindrical. The hydraulic transmission is connected by plugs rapids on top
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.Describe sufficiently the nature of the The present invention, as well as the way of putting it into practice, is not considers it necessary to extend its explanation so that any subject matter expert understands its scope and advantages that derive from it, stating that, within its essentiality, may be implemented in other forms of embodiment that differ in detail from that indicated by way of example, and which will also achieve the protection that collects as long as it does not alter, change or modify its principle fundamental.
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