ES2381404B1 - Mecanismo de posicionamiento de las palas de un sistema de captacion de energia de un flujo para transformacion en energia cinetica de rotacion sobre eje perpendicular al flujo - Google Patents

Mecanismo de posicionamiento de las palas de un sistema de captacion de energia de un flujo para transformacion en energia cinetica de rotacion sobre eje perpendicular al flujo

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ES2381404B1 ES201000697A ES201000697A ES2381404B1 ES 2381404 B1 ES2381404 B1 ES 2381404B1 ES 201000697 A ES201000697 A ES 201000697A ES 201000697 A ES201000697 A ES 201000697A ES 2381404 B1 ES2381404 B1 ES 2381404B1
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Abstract

Mecanismo de posicionamiento de las palas en un sistema de captación de energía de un flujo y transformación en energía cinética de rotación con eje perpendicular al flujo basado en la geometría de sus componentes y en la posición relativa de éstos que es capaz de aprovechar la energía del flujo para producir la rotación del eje principal y a su vez para alternar la posición de las palas de forma necesaria sin necesidad de dispositivos auxiliares e independientemente de la dirección y sentido del flujo. Las palas se colocan en posición óptima respecto al flujo, una de ellas en posición de máxima exposición y la otra en posición de mínima oposición, por la acción del mismo flujo que provoca el giro respecto al eje principal.

Description

perpendiculares entre sí.
Mecanismo de posicionamiento de las palas en un sistema de captación de energía de un flujo para transformación en energía cinética de rotación sobre eje perpendicular al flujo. Sector de la técnica
La invención se encuadra en el sector del aprovechamiento o transformación energética. Mas concretamente en la transformación de energía de flujos o corrientes de fluidos en energía cinética de rotación. Estado de la técnica
Actualmente son varios los mecanismos destinados a realizar esta transformación.
Es muy frecuente ver los paisajes poblados de aerogeneradores que realizan esta función. Estos transforman las comentes de aire en un movimiento giratorio, que a su vez es convertido en energía eléctrica para su transporte o almacenamiento.
Otro ejemplo son los molinos de grano situados en los cauces de los ríos.
Aprovechan el flujo de agua para producir la rotación de una muela que tritura el grano.
El mecanismo que aquí se presenta, se centra en la primera fase, es decir, la captación del flujo para su transformación en energía cinética de rotación, independientemente del uso que después se haga de esta.
La mayoría de los mecanismos existentes hoy en día que realizan esta transformación se componen de un eje paralelo al flujo y unas palas enfrentadas al flujo que giran entorno al eje debido a la presión ejercida por el flujo sobre estas.
Otra alternativa es colocar el eje de giro perpendicular al flujo con las palas girando en torno a dicho eje. La dificultad en este caso estriba en conseguir que las palas muestren toda su envergadura en un estado concreto del ciclo de funcionamiento (posición activa) y la menor oposición posible en el estado opuesto del ciclo (posición pasiva). Es decir, si en la posición de 0o (cero grados) el flujo arrastra la pala con todo su potencial haciéndolo girar en torno al eje, en la posición de 180º (ciento ochenta grados) la oposición de la pala al flujo ha de ser mínima. En un momento concreto entre 0º y 180º debe producirse el cambio de posición de la pala.
Por tanto, la presente invención se centra en el modo en que se consiguen enfrentar las palas al flujo en su máxima envergadura en un momento concreto del ciclo y como se enfrentan con la mínima resistencia en otro momento distinto, y lo que es mas importante, en como se produce la transición de una posición a la otra. Explicación
La presente invención se refiere al modo de alternar la posición de las palas en relación a un flujo para su óptimo aprovechamiento.
Antes de detallar el funcionamiento del mecanismo, es necesario explicar las partes básicas de las que se compone el sistema ya que es fundamental la geometría de estos y su posición relativa.
a) Palas. Realmente se trata de una sola lámina generada por una geometría característica basada en una simetría respecto a un centro de inversión (O) que se pliega 90º (noventa grados) por un eje que atraviesa el centro de inversión generando de este modo las dos palas que se enfrentan al flujo alternativamente. En la Figura 1 se muestra la geometría básica de la lámina sin plegar y en la Figura 2 se muestra la lámina ple-
En la explicación del modo de funcionamiento se habla de dos palas pero realmente están unidas y se mueven de forma solidaria.
El agujero de las láminas que se muestra en las figuras es opcional, dependiendo de si el eje 1 es pasante o no.
b) Eje 1. Es el eje principal cuyo giro es el fin de todo el sistema y del cual se puede aprovechar la energía cinética de rotación.
c) Eje 2. Es el eje secundario sobre el que basculan las palas para presentarse al flujo en toda su envergadura, o por el contrario, ofrecer la mínima resistencia posible. En régimen permanente de funcionamiento, se producen giros de 90º (noventa grados) en uno y otro sentido alternativamente cada 180º (ciento ochenta grados) de giro del eje 1, volviendo a la misma posición cada trescientos sesenta grados de giro de dicho eje 1.
El eje 2 es perpendicular al eje1yes paralelo al pliegue que separa las dos palas. Funcionamiento
Para una mayor claridad en la explicación del funcionamiento del mecanismo, a continuación se trata el caso concreto de un aerogenerador en el que el flujo tratado es el viento y el eje 1 se encuentra en posición vertical (por tanto el viento incide horizontalmente). A una de las palas la denominaremosXyala otra Y. Un ciclo completo de este caso se muestra en la figura 3 (posiciones A, B, C, D,EyF).
En la posición A la pala Y está en posición horizontal de modo que no ejerce ninguna resistencia al viento (posición pasiva). En cambio, la pala X se encuentra en posición vertical con su plano totalmente perpendicular a la dirección del viento (posición activa). La incidencia del viento sobre el lado anverso de la pala X tendería a hacer girar las palas sobre el eje 2 pero esto no es posible dado que el eje 1 le impide este giro. Por tanto, en esta posición, el mecanismo está forzado a girar en el sentido de las agujas del reloj (o visto desde arriba en el sentido de apriete de tornillos) en torno al eje 1 hasta alcanzar la posición B.
En la posición B la pala Y sigue en posición horizontal y la pala X en posición vertical pero orientada en el sentido del flujo por lo que no ofrece ninguna resistencia. Por la propia inercia del sistema, el mecanismo tendería a seguir girando alcanzando la posición C.
En la posición C el viento incide en la pala X por el lado reverso (cara contraria a donde lo hacía en la posición A) provocando el giro solidario de las palas sobre el eje 2 de forma que la pala X pasa a estar en posición horizontal (posición pasiva) y la pala Y pasa a estar en posición vertical (posición activa) El giro de las palas sobre el eje 2 es de noventa grados, y no mayor, debido a que la pala Y es frenada por el eje 1 que le sirve de tope impidiéndole continuar con ese giro.
Por tanto, se invierte la posición activo-pasivo y el sistema sigue girando sobre el eje 1 por la presión que ejerce el viento sobre el lado anverso de la pala Y. La componente del viento sobre la pala Y va aumentando a medida que avanza el giro sobre el eje 1. La situación de máxima exposición se alcanza en la posición
D. En esta posición la pala X no ofrece resistencia al
viento. En la posición E la pala Y se encuentra en posición
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vertical y alineada con el viento y, igual que pasaba en la posición B, pasa a la siguiente posición gracias a la propia inercia del sistema.
En la posición F el viento incide sobre la pala Y en el lado reverso provocando el giro de las palas sobre el eje 2. De este modo se vuelven a alternar las posiciones activa y pasiva de las dos palas.
Por la incidencia del viento en el lado anverso de la pala X se llegaría, mediante el giro sobre el eje 1, a la posición inicial A. Descripción de dibujos
La figura 1 muestra la lámina que conformará las palas antes del plegado (en los puntos de Explicación y Modo de realización se da una descripción detallada de sus características).
La figura 2 muestra los componentes básicos del sistema.
La figura 3 muestra un ciclo completo de funcionamiento para un caso concreto (explicado en el punto anterior). Modo de realización
Los componentes básicos del sistema son los expuestos en el punto de Explicación y se muestran en la figura 2.
Para llevarlo a cabo se precisan dos ejes perpendiculares entre sí de modo que el eje 1 pueda girar libremente y transmitir a un sistema de aprovechamiento de energía el movimiento de rotación, ya sea mecánico, eléctrico o de otro tipo. Las palas se montarán de tal manera que puedan pivotar en torno al eje 2 en un rango de 90º (noventa grados). Como se explica mas abajo, el diseño de las palas impide el giro total.
El diseño de las palas debe ser simétrico respecto a un centro de inversión, según se explica en el apartado de Explicación, de modo que al plegar la lámina se obtengan dos palas idénticas y opuestas.
La concepción de las palas garantiza que tengan una superficie de dimensiones considerables que, en su posición activa, capta la mayor cantidad de flujo posible y, en su posición pasiva, ofrece la mínima resistencia posible al flujo. Se garantiza que la pala tenga una zona que apoye sobre el eje 1 cuando se encuentre en su posición activa de forma que evite el giro respecto del eje 2.
El término “legado” se utiliza para comprender la geometría de las palas, pero no implica necesariamente un plegado propiamente dicho en el proceso de fabricación ya que se podrían obtener las palas mediante distintos procesos como la inyección en un molde
o el ensamblado de dos palas separadas.
El sistema debe estar anclado a través del eje 1 de tal manera que no sea desplazado por el flujo que se pretende aprovechar pero a su vez debe permitir el giro sobre dicho eje. Modo de aplicación industrial
La aplicación del mecanismo abarca todos aquellas situaciones en las que se pretenda aprovechar la energía de un flujo para transformarla en energía cinética de rotación, bien sea para su posterior transformación en otro tipo de energía o para su aplicación directa.
Un ejemplo claro sería la aplicación a las energías renovables mediante la transformación de las corrientes de viento en energía eléctrica.
El escaso número de elementos que componen el sistema, así como la extrema sencillez de estos, hace que los costes de fabricación y mantenimiento sean mínimos.
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Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Mecanismo de posicionamiento de las palas en un sistema de captación de energía de un flujo y transformación en energía cinética de rotación con eje perpendicular al flujo caracterizado por la sencillez de su funcionamiento basado en la geometría de sus componentes y la posición relativa de estos que es capaz de aprovechar la energía del flujo para producir la rotación del eje principal y a su vez para alternar la posición de las palas de forma necesaria sin necesidad de dispositivos auxiliares e independientemente de la dirección y sentido del flujo (siempre y cuando sea perpendicular al eje principal).
    La especial configuración del sistema hace que las palas se coloquen en posición óptima en relación al flujo, una de ellas en posición de máxima exposición y la otra en posición de mínima oposición, por la acción del mismo flujo que provoca el giro respecto al eje principal.
    La principal propiedad del sistema es la sencillez característica de su geometría intrínseca que garantiza un gran ahorro tanto en el proceso de fabricación como en las acciones de mantenimiento con un elevado índice de rendimiento.
  2. 2.
    Mecanismo según la reivindicación 1 caracterizado por estar compuesto de varios ejes 2 perpendiculares al eje 1, cada uno con sus correspondientes palas, y formando distintos ángulos entre sí de forma que colaboran todos ellos en el giro del eje 1.
  3. 3.
    Mecanismo según la reivindicación 1 pero invirtiendo el proceso de modo que se introduce en el sistema una energía cinética de rotación a través del eje principal (eje 1) para provocar un flujo en un fluido. Para ellos se precisaría un mecanismo de sincronización que produjese la oscilación sobre el eje 2 cada 180º (ciento ochenta grados) de giro del eje 1 para garantizar la dirección deseada del flujo (siempre perpendicular al eje 1).
    ES 2 381 404 A1
    ES 2 381 404 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201000697
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 28.05.2010
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D3/00 (2006.01) F03D3/06 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X X X A
    WO 2010028477 A1 (AROV ANATOLY) 18/03/2010, Pág. 3 , líneas 7-26. Figuras. US 2003161729 A1 ( LINDHORN HANK) 28/08/2003, párrafos [25 -30]; Figuras. FR 2295258 A1 (THOMAS PAUL ) 16/07/1976, Todo el documento. EP 2098724 A2 (BELLINTANI SILVANO ) 09/09/2009, Todo el documento. 1-2 1-2 1-2 1-3
    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 realización del informe 11.05.2012
    Examinador M. A. López Carretero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201000697
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D 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
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201000697
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 11.05.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-3 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-3 SI 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 Opinión.-
    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
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201000697
    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
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    WO 2010028477 A1 (AROV ANATOLY) 18.03.2010
    D02
    US 2003161729 A1 ( LINDHORN HANK) 28.08.2003
    D03
    FR 2295258 A1 (THOMAS PAUL) 16.07.1976
    D04
    EP 2098724 A2 (BELLINTANI SILVANO) 09.09.2009
  4. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 se considera uno de los más próximos del estado de la técnica al objeto de la reivindicación 1.
    Describe una turbina eólica y un mecanismo de posicionamiento de palas en un sistema de captación de energía de un flujo y transformación en energía cinética de rotación con eje perpendicular al flujo caracterizado por la geometría de sus componentes y la posición relativa de éstos que es capaz de aprovechar la energía del flujo para producir la rotación del eje principal y a su vez para alternar la posición de las palas de forma necesaria sin necesidad de dispositivos auxiliares e independientemente de la dirección y sentido del flujo. La especial configuración hace que las palas se coloquen en posición óptima en relación al flujo, una de ellas en posición de máxima exposición y la otra en posición de mínima oposición, por la acción del mismo flujo que provoca el giro respecto al eje principal (Ver pág. 3 líneas 7-26 y Fig. 1 del documento D01). Por lo tanto el objeto de la invención recogido en la reivindicación 1 deriva directamente y sin ningún equívoco del documento D01 careciendo por tanto de actividad inventiva según el Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.
    A la vista del documento citado D01, el resto de reivindicaciones dependientes 2-3 son cuestiones prácticas, las cuales son conocidas y obvias para un experto en la materia, careciendo por tanto de actividad inventiva, tal y como exige el Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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ITPV20080004A1 (it) * 2008-03-05 2009-09-06 Silvano Bellintani Apparecchiatura per catturare l'energia cinetica del vento e dell'acqua e trasformarla in energia meccanica
CA2639399A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-15 Anatoly Arov Wind engine

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