ES2383411A1 - Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica - Google Patents

Abstract

El objeto de esta invención es un sistema de generación de electricidad por presión hidráulica instalado en una canalización (1) de agua circulante (2) con zonas laterales (3) preferentemente inclinadas y que comprende plataformas (4) y turbinas (5) sustentadas en ejes (6) y (7) situados transversalmente sobre la canalización (1). La plataforma (4) tiene un primer tramo recto (41) sobre el agua circulante (2) y un segundo tramo (42) sumergido, con una curvatura (43) bajo la que se sitúa la turbina (5) y finalizando con un último tramo recto. Los ejes (6) y (7) de plataformas (4) y turbinas (5) se fijan en unos terminales de soporte (11) y (8) anclados en los laterales (3) de la canalización (1), enlazando el eje (7) de la turbina con un alternador (9) vinculado con la red eléctrica (10). Previamente a las plataformas, se sitúan unas compuertas (12) en forma de embudo que reducen la amplitud del paso del agua (2).

Description

SISTEMA DE GENERACiÓN DE ELECTRICIDAD POR PRESIÓN HIDRAÚLICA

Objeto de la invención

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de generación de electricidad por presión hidráulica que por su conformación, características y aplicaciones mejora los mecanismos y sistemas existentes en el mercado y todo aquello que forma parte del estado de la técnica correspondiente.

Esta invención se concreta en un generador de energía eléctrica que utiliza la presión hidráulica del agua que discurre en ríos, canalizaciones naturales o artificiales o cualquier caudal de agua, utilizando para ello un sistema de plataformas basculantes, vinculadas a una o más turbinas hidráulicas y sumergidas secuencialmente en el agua.

Estado de la técnica

La creciente demanda de energía en la sociedad actual ha provocado el desarrollo de numerosos planes energéticos destinados a competir con el uso de los hidrocarburos, buscando una energía rentable de bajo coste, no contaminante, reutilizable y respetuosa con el medio ambiente. A partir de estas premisas, los proyectos basados en la energía eólica, solar e hidráulica están demostrando que son viables tanto en el ámbito urbano como rural y en el sector domestico y empresarial. De todas estas energías, las derivadas del sol y el viento están lógicamente sometidas a factores climatológicos mientras que la energía hidráulica, tanto de agua dulce como salada, tiene una mayor continuidad por la persistencia de corrientes marinas y de flujos fluviales.

Sin embargo, la energía hidráulica derivada del mar, sea por el oleaje natural o por las corrientes marinas, implica la construcción de estructuras considerables, de alto coste y con un impacto medioambiental también importante.

Por su parte, la energía hidráulica derivada del agua dulce de ríos y pantanos, con una larga tradición de embalses y presas hidráulicas, tiene a su favor una larga vida útil, lo que rentabiliza la inversión realizada y un relativo impacto medioambiental. En contra, necesita un importante desnivel para que el agua tenga la fuerza necesaria para generar una energía cinética que será transformada en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica.

También se han desarrollado planes para aprovechar el caudal de agua de ríos y canales, implicando en la mayoría de los casos la creación de desniveles artificiales para tener una variación de altura que provoque la caída del agua o bien el uso de artilugios con palas que remuevan el agua para conducirla a las turbinas.

A nivel de propiedad industrial, son muchas las patentes que inciden en esta temática. Por ejemplo, la patente P32344472, que se refiere a un dispositivo para la generación de energía regenerativa y renovable a partir de agua y que incorpora un árbol de transmisión y unos álabes en posición angular ajustables entre sí. También la patente P200802266 desarrolla un sistema de aprovechamiento energético para canales de agua que consta de una o más turbinas formadas por tubo y hélice dispuestas longitudinalmente en el interior del canal, situadas para que el caudal de agua penetre por las mismas transformando la energía cinética en energía mecánica de rotación. La patente P200003140 se refiere a un aparato para producir energía eléctrica en aguas pasantes, ríos, acueductos, etc. y desarrolla una estructura flotante, anclada en el agua pasante y con palas articuladas situadas en su parte inferior que ejercen un empuje de arrastre haciendo girar todo el mecanismo de aceleración que conectado al generador produce una fuerza electromotriz. Como último ejemplo cabe citar la patente P200901375 referida a un dispositivo sumergible para acoplamiento de turbinas o ruedas hidráulicas para aprovechamiento energético del flujo de una corriente de agua y que se concreta en un mecanismo de doble movimiento de realización simultánea de un modo directo o. mediante un lastre, en un lecho marino o fluvial, con una forma hidrodinámica para seguir el flujo de la corriente hacia una turbina.

En estas y otras propuestas se detectan dos aspectos comunes: la presencia de turbinas como elemento base para aprovechar la energía del fluido, en este caso, el agua, y la voluntad de aprovechar la fuerza natural del agua canalizada en movimiento, utilizando para ello estructuras, aparatos y dispositivos de gran aparatosidad y complejidad técnica en muchos casos.

Por su parte, el solicitante no tiene conocimiento de que se haya desarrollado solución técnica alguna que contemple el modo de incrementar la presión y fuerza natural del agua en movimiento sin utilizar el recurso de la caída de la misma desde un nivel superior a un nivel inferior.

Se entiende, por tanto, que debería existir un sistema que permitiera aumentar la presión y consiguiente fuerza natural del agua circulante en una canalización natural o artificial, en ríos o en cualquier caudal de agua de una forma simple, limpia y con escaso impacto ambiental, sin altera ni manipular el lecho de dicha canalización, es decir, sin crear desniveles artificiales y con la intervención de los mínimos elementos o aparatos.

Objeto de la invención

Así pues, esta patente de invención desarrolla un sistema de generación de electricidad por presión hidráulica concebido para instalarse en canalizaciones de agua, tanto naturales (ríos, etc.) como artificiales (canales, etc.,), es decir, en cualquier caudal de agua.

El sistema reivindicado tiene como objetivo principal generar energía eléctrica a partir de la presión natural que genera el agua circulante en una canalización, incrementando dicha presión con la instalación de una o más plataformas basculantes engranadas en un aje por un extremo y vinculadas con una turbina en el extremo opuesto que está en contacto con el agua.

La conformación y estructura de este generador por presión hidráulica es sencilla.

La pieza principal es una plataforma mayormente de conformación recta y posicionada en un plano inclinado hacia el agua circulante, de dimensiones y peso considerables y suficientes para ejercer sobre dicha agua circulante una presión constante. Esta plataforma presenta en un segmento de su estructura una conformación sensiblemente curva, a partir de la cual recupera la conformación recta ya descrita.

Dicha plataforma se engrana y ensambla en un eje que permite el movimiento basculante de la plataforma y que atraviesa transversalmente la canalización de agua, quedando posicionado sobre la superficie del agua o, en su caso, parcialmente inmerso en el agua, anclado en todo caso en los dos laterales de la canalización, y contando con los rodamientos y cojinetes pertinentes.

La parte de la plataforma unida al aje queda igualmente posicionada sobre la superficie del agua mientras su otro extremo, libre, queda inmerso en el agua por efecto de la basculación referenciada. Y justamente en este extremo en contacto con el agua, que coincide con la conformación curva citada, la plataforma incorpora unos cojinetes que la vinculan con el eje en que se engrana una turbina que, a su vez, queda sumergida en contacto directo con la presión del agua circulante. Esta turbina incorpora cuantas palas sean necesarias según el diámetro del eje que la sustenta.

A su vez, el eje en que se engrana la turbina está anclado en los laterales del canal, de forma que se permite su acoplamiento con un alternador con el objeto cumplir con su función esencial: transformar la presión del agua circulante primero en energía mecánica y luego en energía eléctrica.

Este anclaje del eje de sujeción de la turbina en los laterales del canal se realiza mediante la introducción del extremo del eje, con el auxilio y apoyo de un rodamiento, en unas zonas terminales de soporte de conformación inclinada

o vertical variable, de carácter neumático en este último caso para no tener pérdida de agua de la canalización. Dichos terminales de soporte se sitúan en la zona lateral, generalmente inclinada, de la canalización y, a su vez, se conectan directamente con un alternador o generador que deriva la energía a la red.

Dependiendo de la dimensión de la canalización de agua y, consecuentemente, de la plataforma, es viable la incorporación de más turbinas asociadas a dicha plataforma y distribuidas de forma equidistante.

En todo caso, la turbina o turbinas son susceptibles de situarse verticalmente tanto en los laterales del canal como en cualquier punto de su eje transversal, disponiendo de los mismos sistemas de anclaje y ajustando la posición de los mismos.

Al objeto de incrementar la presión del agua circulante, el sistema prevé la colocación en los laterales del canal de unos elementos similares a compuertas en forma de embudo y susceptibles de manipular su apertura o cierre, de forma que en caso de cierre se reduce la amplitud del paso del agua, lo que conlleva un incremento de la presión y de la fuerza del agua circulante a su paso por la plataforma.

Asimismo, y en función de determinadas circunstancias o necesidades se prevé un anclaje central en el suelo de la canalización de la plataforma o plataformas.

El mismo recurso se prevé respecto del eje de la plataforma, siendo posible la sujeción del mismo tanto con un anclaje en la base de la canalización, por ejemplo con una columna de apoyo, o bien desde su parte superior, desde arriba, con los sistemas que resulten más eficaces para asegurar su estabilidad.

De igual modo, y para evitar el salto del agua fuera del canal, se prevé que la plataforma disponga de unos cierres laterales.

Descripción de los dibujos

Al objeto de facilitar la comprensión de la innovación que aquí se reivindica, se adjuntan unas láminas con unos dibujos, los cuales deben ser analizados y considerados únicamente a modo de ejemplo y sin ningún carácter limitativo ni restrictivo.

Figura 1.-Esquema de la instalación del generador que se reivindica Figura 2.-Vista detalle de la plataforma y de la turbina, siendo visible el eje de la plataforma y el eje de la turbina Figura 3.-Vista de la plataforma, con su eje y el eje de la turbina Figura 4.-Vista detalle del anclaje de la plataforma Figura 5.-Vista detalle del anclaje de la plataforma Figura 6.-Vista detalle del anclaje del eje de la turbina

Realización preferente de la invención

De acuerdo con estos dibujos, el objeto de esta patente de invención es un sistema de generación de energía eléctrica a partir de presión hidráulica concebido para instalarse en canalizaciones de agua circulante.

En la figura 1 se muestra la conformación del sistema que se reivindica, instalado en una canalización (1) de agua circulante (2) con unas zonas laterales (3) de terreno firme delimitadas y preferentemente inclinadas. El generador se conforma a partir de dos elementos básicos: una plataforma (4) Y una turbina (5), estando ambos asociados y anclados en sus respectivos ejes

(6) y (7) de sustentación. El número de plataformas y turbinas existentes no queda limitado puesto que depende de las dimensiones de la canalización y de las necesidades energéticas a cubrir.

Ambos ejes (6) y (7) se sitúan de forma transversal respecto de la canalización

(1) de agua circulante (2). El eje (6) de la plataforma (4) se sitúa preferentemente por encima del nivel del agua (2), aunque también puede estar p.arcialmente inmerso en la corriente de agua (2). Por su parte, el eje (7) de la turbina (5) queda sumergido en el agua (2).

La plataforma (4), de dimensiones y peso suficientes, está asociada a su eje (7) en la parte de la cabecera, lo que permite su basculación, y queda situada en un primer tramo recto (41) sobre el agua circulante (2), mientras que un segundo tramo (42) queda sumergido en el agua (2), situándose debajo esta parte la turbina (5) que, de esta forma, recibe la presión del agua circulante (2).

El eje (6) de la plataforma (4) queda fijado en unos terminales de soporte (11) fijados en los laterales (3) de la canalización. Por su parte, el eje (7) de la turbina (5) queda también conectado con otros terminales de soporte (8) fijados en los laterales (3) de la canalización (1), a través de los cuales enlaza con un alternador (9) que deriva la energía hacia la red (10).

En esta misma figura 1 se muestra otro elemento del sistema generador que se reivindica, concretado en unas compuertas (12) o elementos similares, en forma de embudo y dotadas de un mecanismo de apertura y cierre, con lo que se consigue, a voluntad, ampliar o reducir la amplitud del paso del agua (2). Con el cierre de las compuerta (2), se reduce el espacio libre por donde circula el agua (2), con lo que se incrementa la presión y fuerza de la misma cuando pasa por la plataforma (4) y, consecuentemente, por la turbina (5).

En la figura 1 y especialmente en las figuras 2 y 3 se describe la plataforma (4), que presenta una conformación mayormente recta y plana, y se posiciona en un plano inclinado respecto del agua (2) circulante, tal y como se muestra en la figura 1, de forma que un primer tramo (41) de dicha plataforma (4) queda situado por encima del nivel del agua (2) mientras que un segundo tramo (42) queda sumergido en el agua. Justamente en esta parte sumergida, la plataforma tiene una conformación sensiblemente curva (43) que se prolonga en un último tramo recto (44).

En la misma figura 2 se muestra el detalle, ya avanzado en la figura 1, de la parte curva (43) de la plataforma (4) y la turbina (5) que se sitúa precisamente ~n el espacio creado por dicha curvatura (43), estando sujeta dicha turbina (5) a un eje (7) transversal unido a la plataforma (4) mediante unos cojinetes, de forma que la turbina (5) queda sumergida en contacto directo con la presión del agua circulante (2). El número de palas de esta turbina varía en función del diámetro del eje que la sustenta.

En la figura 3 se muestra claramente la posición del eje (6) de la plataforma (4) en un plano superior y el eje (7) de la turbina (5) en un plano inferior, coincidente con la curvatura (43) de la plataforma (4).

En las figuras 4 y 5 se muestra el anclaje del eje (6) de la plataforma (4) en unos terminales de soporte (11) anclados en los laterales (3) de la canalización (2). El eje (6) se prolonga en su extremo en un vástago (13) que se inserta y ajusta en el terminal de soporte (11), contando con cojinetes y rodamientos (14) para evitar la fricción en el movimiento basculante del eje (6) que transmite a la plataforma (4).

En la figura 6 se muestra el detalle del anclaje del eje (7) de la turbina (5) en el terminal de soporte (8) fijado en el lateral (3), preferentemente inclinado, de la canalización. Dicho eje (7), antes de emerger del agua, se encaja en el terminal de soporte (8), el cual presenta una conformación inclinada o, en su caso, vertical de carácter neumático, contando en todo caso con la intervención de un rodamiento (14) para conseguir el ajuste deseado, enlazando finalmente con un alternador (9) que transmite la corriente hacia la red.

El funcionamiento de este sistema es simple, ya que aprovecha la presión hidráulica natural del agua circulante (2) en la canalización (1), para impulsar la turbina (5), la cual transforma la energía mecánica generado en energía eléctrica. La plataforma (4), de dimensiones y peso suficiente, y dotada de un movimiento basculante, actúa ejerciendo una presión constante sobre el agua circulante, incrementado la presión natural de la misma. La turbina (5) situada bajo la curvatura sumergida de la plataforma, recoge dicha presión y la transforma en energía, transmitiéndola a su vez al alternador al que está asociada mediante el eje (7) que la sustenta y que a su vez la vincula, mediante unos cojinetes, con la plataforma (4). La presión del agua se incrementa con el cierre de las compuertas (12) situadas en un punto anterior a la plataforma, que, al cerrarse, estrechan y reducen el paso del caudal de agua aumentando la fuerza del agua circulante.

A la vista de todo lo descrito en esta memoria, resultan evidentes las numerosas ventajas de la aplicación del sistema reivindicado. El sistema sigue la tradición del aprovechamiento de la presión y fuerza hidráulica del agua para generar electricidad, pero prescinde de la necesidad de tener una diferencia sustancial de altitud entre dos caudales de agua para que la caída libre del líquido elemento genere la presión necesaria, como ocurre en los embalses y presas hidroeléctricas.

También mejora los distintos planes y sistemas para aprovechar la energía procedente del agua del mar, en especial de las mareas, que suponen grandes inversiones económicas y sustanciales cambios en el medio ambiente para construir las instalaciones precisas.

Por el contrario, el sistema que se presenta en esta patente de invención es viable en cualquier canalización de agua circulante, (ríos, arroyos, canales, etc.) con una mínima inclinación, solo la suficiente para que el agua no se estanque y circule. El impacto medioambiental es muy reducido, sin alterar el ecosistema, consiguiendo una generación de energía continua e inagotable, limpia y sin cargas contaminante asociadas. En cuanto a la parte material, la construcción de los distintos elementos puede realizarse en distintos materiales como nylon, plástico duro o también materiales pesados como acero o cualquier otro que resulte conveniente.

y por supuesto, tiene un alto rendimiento energético con un coste de mantenimiento mínimo.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims (1)

1. Reivindicaciones

   1a Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, del tipo que se instala en una canalización (1) de agua circulante (2), caracterizado esencialmente por estar conformado una o más plataformas (4) Y una o más turbinas (5), estando todas ellas asociadas y ancladas en unos ejes de sustentación (6) y (7) que se sitúan en posición transversal respecto de la canalización (1), que cuenta asimismo con unos elementos similares a compuertas (12).

   2a

   Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a reivindicación, caracterizado esencialmente porque la plataforma (4), basculante, está asociada en su cabecera a un eje (6) transversal, presenta una conformación mayormente recta y plana en un primer tramo (41), prolongándose en un tramo de conformación sensiblemente curva (43) y finalizando en un último tramo de conformación recta (44), siendo dicha plataforma de peso y dimensiones suficientes y estando posicionada en un plano inclinado respecto del agua circulante (2), de forma que una parte (41) de dicha plataforma (4) queda situada por encima del nivel del agua mientras que otra parte (42), en concreto a partir de la zona curva (43), queda sumergida en el agua (2).

   3a

   Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a y

   2a

   reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque la turbina (5) se sitúa debajo de la plataforma (4), en el espacio creado por la curvatura (43), estando sujeta dicha turbina (5) a un eje (7) transversal unido a la plataforma (4) mediante unos cojinetes, de forma que la turbina (5) queda sumergida y en contacto directo con la presión del agua circulante (2).

   4a

   Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a y 3a

   reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque la turbina incorpora cuantas palas sean necesarias según el diámetro del eje que la sustenta.

   5~ Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1 a, 2a y 3a reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque el eje (6) de la plataforma (4) y el eje (7) de la turbina (5) se sitúan de forma transversal respecto de la canalización (1) de agua circulante (2), situándose el eje (6) de la plataforma (4) preferentemente por encima del nivel del agua, aunque también puede estar parcialmente inmerso en la corriente de agua (2) mientras que el eje (7) de la turbina (5) queda sumergido en el agua (2).

   6a , 2a

   Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a y 5a reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque el eje (6) de la plataforma (4) se ensambla y ancla en unos terminales de soporte (11) anclados en los laterales (3) de la canalización (1), prolongándose el extremo del eje (6) en un vástago (13) que se inserta y ajusta en el terminal de soporte (11), contando con cojinetes y rodamientos (14).

   7a Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la según la 1 a, 3a y 5a reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque el eje (7) de la turbina (5) se sujeta y ancla en un terminal de soporte (8) fijado en el lateral (3), preferentemente inclinado, de la canalización (1), encajando dicho eje (7), antes de emerger del agua, en dicho terminal de soporte (11), el cual presenta una conformación inclinada o, en su caso, vertical de carácter neumático, contando en todo caso con la intervención de un rodamiento (14) y quedando conectado con un alternador (9).

   8a Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a, 3a, 5a

   4a, y 78 reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque la turbina o turbinas (5) se sitúan verticalmente tanto en los laterales (3) del canal como en cualquier punto de su eje (7) transversal, disponiendo de los mismos sistemas de anclaje y ajustando la posición de los mismos.

   9a

   Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1 a y 2a

   reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque la plataforma o plataformas (4) tienen un anclaje central en el suelo de la canalización (1).

   10a Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1 a, 2a, 5a y 6a reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque el eje (6) de la plataforma (4) dispone de medios de anclaje y sujeción, tanto respecto de la base de la canalización (1) como desde su parte superior.

   11 a Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a 2a

   reivindicaciones, caracterizado esencialmente porque la plataforma (4) incorpora unos cierres laterales.

   10 12a Sistema de generación de electricidad por presión hidráulica, según la 1a reivindicación, caracterizado esencialmente porque incorpora unas compuertas

   (12) o elementos similares, en forma de embudo, dotadas de un mecanismo de apertura y cierre y situadas en una posición anterior a la o las plataformas (4).