ES2398842B1 - Generador de energía mecánica por medio de un circuito hidráulico. - Google Patents

Generador de energía mecánica por medio de un circuito hidráulico. Download PDF

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Abstract

Generador de energía mecánica y/o eléctrica por medio de un circuito hidráulico que se sirve de la ayuda de un equipo de bombeo sin utilización de electricidad como por ejemplo un sencillo dispositivo de ariete hidráulico.#Dicho dispositivo de bombeo presenta un tubo de elevación (20) de agua que descarga la misma en unos recipientes (200, 200?) unidos mediante un eje giratorio a una noria o alternativamente una cadena (201) que mueve una rueda dentada (202, 202?). El eje (210?, 210) de la noria o rueda dentada (202) se acopla a un generador eléctrico o alternativamente a un dispositivo que utilice la energía mecánica {oe} generada en dicho eje. El agua derramada por los recipientes sirve para alimentar (1) de nuevo al dispositivo de bombeo en circuito abierto o cerrado.

Description

ES 2 398 842 Al
Generador de energía mecánica por hid ráulico .
medio de un circuit o
OBJETO DE
LA INVENCIÓN
5
Generador de energía mecánica y/o eléctrica por un circuito hidrául ico cerrado incorporando un dispositivo de ariete hidráulico
medio de sencillo
\O
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
15 20
Es ampliamente conocido el aprovechamiento de la energía cinética del agua para su uso en la generación d e energía mecánica, como en e l caso de los molinos tradicionales en los que su maquinaria es movida por e l eje de una noria exterior; o , para la generación de energía eléctrica (fuentes de energía de origen hidroeléctrico) como es el caso del agua embalsada que se hace descender por unas tuberías al final de las cuales se encuentran unas turbinas hidráulicas acopladas a generadores de energía e l éctrica .
25 30
El ariete hidráulic o o bomba de ari ete fue inventado por Joseph-Michel Montgolfier en 1796. Se trata de una bomba hidráulica cíclic a que u t ili za la energía cinética de un golpe de ariete en un fluido de alimen tación para elevar una parte de ese fluido a un n i vel superior incluso por e n cima del nivel de la superficie del volumen de fluido d e l que se e xtrae la alimentación, y sin necesidad del aporte de ot ra energía e xterior . A partir de s u invención, el ariete hidráulico tuvo una ampl ia difusi ón
por todo el mundo, para más tarde caer en desuso, siendo sustituido por otros avances técnicos como los basados en la bomba centrífuga. En la actualidad asistimos a un renacer del interés acerca del ariete hidráulico, debido a su accesibilidad, eficiencia, y ecología, en un contexto mundial en el que se buscan aplicaciones de dispositivos que funcionen de una manera ecológica sin emisiones de gases contaminantes.
Los dispositivos de ariete hidráulico suelen emplear un depósito de amortiguación o presurización estanco que contiene aire comprimido. Por tanto, estos depósitos de amortiguación o presurización deben estar sellados.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención es un mecanismo de generación de energía mecánica y/o eléctrica en el que existe un elemento tipo cadena cerrada, fijado o engranado al menos a una rueda giratoria, que tiene fijados a lo largo de su longitud, y través de un eje giratorio, una serie de recipientes, de tal forma que se descarga agua, proveniente de un dispositivo de bombeo que no utiliza energía eléctrica, en el/los recipientes que van pasando por la parte superior del mecanismo, punto de carga, produciendo el desplazamiento hacia la parte inferior del mecanismo de los recipientes llenados (por la acción de la gravedad), los cuales arrastran dicho elemento tipo cadena que, a su vez, hace rotar la rueda o ruedas a las que está fijado o engranado. El eje de al menos una de las ruedas anteriores se puede
acoplar a un mecanismo que aproveche la fuerza mecánica del movimiento angular de dicha rueda. Asimismo, se puede acoplar al menos el eje de una de estas ruedas al eje de un alternador eléctrico para la generación de electricidad.
Los recipientes, al llegar a la parte inferior del
mecanismo,
descargan su contenido de agua en la parte
inferior
del mecanismo. Esta agua descar gada es
conducida
al citado dispositivo de bombeo sin energía
eléctrica.
Constituyendo en este caso un circuito
cerrado.
También se puede descargar el agua sobre un río o balsa de agua donde se encuentra la toma de agua del dispositivo de bombeo sin energía eléctrica. Siendo en este caso un circuito abierto.
Los recipientes, una vez sin agua, siguen su recorrido hasta el punto más alto del mecanismo, o punto de carga.
Como dispositivo de bombeo y descarga del agua en la zona de carga del mecanismo sin utilización de energía eléctrica, se puede utilizar un ariete hidráulico convencional y su tubo de elevación, o un ariete hidráulico también objeto de la presente invención que supera los inconvenientes presentes en el ariete hidráulico tradicional descrito anteriormente, incorporándose de manera ecológica y eficientemente en este mecanismo de generación de energía eléctrica. El dispositivo ariete hidráulico objeto de la presente patente comprende esencialmente: un tubo de alimentación en cuyo extremo aguas abajo se sitúa una válvula de retención extrema; una válvula de retención intermedia situada en un tubo que sobresale en dirección ascendente desde un punto intermedio de dicho tubo de alimentación; un deposito de presurización situado por encima de dicha válvula de retención intermedia que contiene en su interior elementos deforrnables sueltos; y, un tubo de elevación de agua cuya torna esta situada entre dicha válvula de retención intermedia y dicho depósito de presurización. Los componentes de este ariete hidráulico son piezas de fontanería de uso común de manera que estos componentes están diseñados para soportar muchos
años
de servicio, por lo que el mantenimiento de este
dispositivo
se reduce a una limpieza periódica, y en
caso
de romperse algún elemento, su sustitución es
sencilla.
Resulta así, un ariete muy fácil de ajustar mediante la elección de diferentes contrapesos y amplitudes de carrera. Los elementos deforrnables sueltos depositados dentro del depósito de presurización sirven para mantener el colchón de aire de modo permanente sin riesgo de fugas y mantenimiento y revisiones continuas o cercanas en el tiempo.
A la hora de realizar la instalación en el río, embalse
o circuito cerrado descrito anteriormente, hay que tener en especial consideración que lo que realiza el trabajo es la masa de agua acelerándose en el tubo de alimentación adquiriendo energía cinética. El ariete hidráulico sólo es un mecanismo que genera golpes. El mecanismo se encarga de hacer que automáticamente se repitan los ciclos de apertura y cierre brusco. Las sobrepresiones resultantes del golpe de ariete se liberarán con una entrada neta de agua en la cámara de amortiguación a través de la válvula de retención intermedia.
El ariete hidráulico siempre tiene una ligera pérdida de agua, por tanto, habrá que utilizar parte de la energía eléctrica O mecánica generada para bombear esa agua perdida en el ariete hidráulica de vuelta al circuito.
De esta forma, se pueden colocar generadores de electricidad de diverso tamaño en diferentes lugares y en lugares más o menos difíciles de acceder, mediante el uso de diversos arietes hidráulicos y tubos de elevación que son especialmente adecuados para su aplicación en lugares remotos donde no hay acceso a energía eléctrica
o motores eléctricos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se incluyen las siguientes figuras con el fin de facilitar la comprensión de la invención:
Figura 1: esquema de funcionamiento de un mecanismo cerrado para producir energía mecánica y/o eléctrica mediante recipientes de agua situados en una cadena cerrada, alimentados por el agua descargada por el conducto de elevación de un ariete hidráulico.
Figura 2: esquema de funcionamiento de un mecanismo abierto para producir energía mecánica y/o eléctrica mediante recipientes de agua situados en una cadena cerrada, alimentados por el agua descargada por el conducto de elevación de un ariete hidráulico.
Figura 3: esquema de funcionamiento de un mecanismo cerrado para producir energía mecánica mediante una noria.
Figura 4: esquema de funcionamiento de una mecanismo abierto para producir energía mecánica mediante una noria.
Figura 5: vista de un corte según un plano axial de los elementos constitutivos del ariete hidráulico objeto de la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A continuación se detalla el funcionamiento de una realización preferente de la invención, que habrá de entenderse en sentido amplio y no limitativo, para ello, se comienza con una descripción detallada del funcionamiento de un dispositivo que incorpora un ariete hidráulico clásico conocido en el estado de la técnica.
En las figuras 1 y 2, se observa un ariete hidráulico que, a través de su conducto de elevación (20), descarga el agua elevada en una zona de carga (A) sobre unos recipientes (200) que están unidos mediante un eje giratorio a una cadena (201), estando esta cadena (201) engranada a un piñón o rueda dentada inferior (202) y a dos ruedas superiores (203,204). El eje (210) del piñón inferior (202) puede estar acoplado al eje de un
alternador (no representado) para la generación de energía eléctrica, o a un mecanismo que emplee la energía mecánica del movimiento angular (ro) de dicho eje (210). Los recipientes (200) que van recibiendo la descarga de agua van descendiendo con la fuerza de la gravedad haciendo girar la rueda o piñón inferior (202).
Estos recipientes cuando llegan a la parte interior de la rueda o piñón (202) descargan su contenido de agua, a través de cualquier mecanismo que provoque el volcado del contenido de los recipientes conocido en el estado de la técnica y que no es objeto de la presente invención, ya sea sobre el propio río (101'), embalse o agua estancada (masa cuasi-infinita de agua), como se observa en la figura 2, desde la que hay una acometida
desde
la que se proporciona el agua o caudal de
alimentación
(1) para el ariete hidráulico. Los
recipientes
(200) una vez descargados comienzan su
ascenso por la rotación de la cadena (201) hasta volver a ser cargados con agua proveniente del ariete hidráulico en la zona de carga (A) situada en la parte superior de la cadena (201). Por tanto, los recipientes
(200) vacíos suben por su menor peso y bajan los recipientes llenos de agua por la fuerza de la gravedad.
En la figura 1 se muestra una alternativa consistente en que el agua de alimentación (1) del caudal del ariete hidráulico es únicamente el agua derramada por los recipientes (200) tras haber sido previamente cargados como se ha explicado anteriormente, constituyendo un circuito cerrado.
En las figura 3 y 4 se observan, respectivamente, las alternativas a las figura 1 y 2 en la que los recipientes (200') que reciben el agua del conducto o tubo de elevación (20) del ariete hidráulico están situados en la periferia de una noria (202') que hacen girar en su movimiento descendiente.
En la figura 5 se observa un corte según un plano axial de los elementos constitutivos del dispositivo ariete hidráulico objeto de la presente invención. La diferencia principal con el ariete hidráulico clásico y conocido en el estado de la técnica es la utilización, de manera sencilla, de elementos deformables sueltos
(23) en el interior del depósito de presurización (25) como colchón de aire en lugar de aire comprimido, proporcionando así un dispositivo o dispositivo de ariete hidráulico de fácil mantenimiento y muy económico. Así, los elementos constitutivos del dispositivo ariete hidráulico con elementos deformables sueltos (23) en el interior de su depósito de presurización (25) mostrado en la figura 4 son: un tubo de alimentación rígido (1) de más de 2 m de largo y de
de diámetro roscado en su extremo aguas abajo para instalar una unión cónica macho para acoplar el ariete a través de una unión cónica ( 2) hembra de 1quot; conectada
11
por su extremo opuesto a una curva (3) de a 45° roscas macho, que a su vez se conecta por su otro
11
extremo a una llave de corte mariposa (4) de , macho
11 111
hembra que se acopla a una ( 5) de hembra a 90 o.
11
En la parte inferior de esta ( 5) se suelda una pletina (6) de hierro negro de 60 x 200 x 6 mm que actúa como base del propio ariete hidráulico. En el extremo
quot;T 11
situado en la horizontal aguas debajo de la ( 5) se
acopla una curva (7) de 1quot; macho a 90° que a su vez se conecta en su extremo opuesto a una válvula de retención extrema (8) York de 1quot; con émbolo preferiblemente metálico, el cual está en contacto con una varilla empujadora (12) calibrada de latón, de 8 mm de diámetro y de 300 mm de longitud, roscada en ambos extremos, estando el extremo inferior de la misma roscado a unas tuercas (9) de M-8 cincadas. A continuación de la válvula de retención extrema ( 8) se acopla una rosca doble (10) de 1quot; macho y a continuación de ésta una cruceta (11) de 1quot; a 90° hembra. El agua que la válvula de retención extrema (8) deja pasar cuando está abierta rebosa a través de esta cruceta (11). La parte superior de la cruceta (11) está acoplada a una reducción (13) de 1quot; macho y 0,5quot; hembra de latón a continuación de la cual se acopla un racord (14) tipo ovalillo de O, 5quot; macho y 12 mm hembra de latón que abraza la parte inferior de un tubo de guía (15) de cobre rígido de 12 mm de diámetro, de 1 mm de pared y 150 mm de largo en el que se aloja la mayor parte de la varilla empujadora(12), la cual también atraviesa la rosca doble (10), la reducción (13) y el racord (14). El extremo superior de la varilla (12) sobresale más allá del tubo (15) y a la misma se acopla un empujador para la apertura de la válvula de retención (8). El empujador se acopla a la varilla (12) a través de dos arandelas (16) anchas cincada de M-8 entre las cuales se sitúa un contrapeso (17) ajustable consistente en varias tuercas
o arandelas grandes. El conjunto arandelas (16) anchas cincadas y el contrapeso (17) se inmoviliza mediante tuercas extremas cincadas de M-8 (18). En la parte superior de la quot;Tquot; ( 5) se acopla una rosca doble (10' ) de 1quot; macho en cuyo extremo superior se acopla una
válvula de retención intermedia (8') de tipo York de 1quot; y en cuya salida se acopla otra rosca doble (10quot;) de 1quot; macho en cuyo extremo opuesto se acopla una segunda quot;Tquot; (5') de 1quot; hembra a 90°. En la salida superior en 5 sentido vertical de esta segunda quot;Tquot; (5' ) se acopla, a través de una rosca doble (10''') de 1quot; macho, un deposito (25) o cámara-colchón de aire con dispositivos deformables sueltos (23) constituido por una reducción
(21) de 1quot; hembra y 3quot; hembra unida a una tubo (22) de
10 3quot; de diámetro y 400 mm de longitud roscado en ambos extremos que presente en su parte superior un tapón (24) de 3quot; hembra. A la salida en sentido horizontal de la segunda quot;Tquot; (5' ) se acopla un enlace mixto (19) de 1quot; macho tubo de polietileno B/D de 0,5quot; que mantiene unido
15 un tubo (20) de polietileno B/D de O, 5quot; que actúa como conducto o tubo de elevación de agua.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    l. Generador de energía mecánica (co) por un circuito
    hidráulico, caracterizado por unos recipientes (200, 200') que reciben una descarga de agua en una zona de carga (A) elevada procedente de un tubo de elevación (20) de un dispositivo de bombeo; dichos recipientes estando unidos mediante un eje giratorio a un elemento que se desplaza por el peso de la gravedad de dichos recipientes (200, 200') llenos de agua; dicho elemento estando acoplado, al menos, a una rueda (202,202') con un eje (210).
  2. 2.
    Generador de energía mecánica (co) por un circuito hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho eje (21 O) está acoplado al eje de un alternador eléctrico.
  3. 3.
    Generador de energía mecánica (co) por un circuito hidráulico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho elemento desplazado por los recipientes (200) es una cadena
    (201), y dicha rueda (202) es una rueda dentada.
  4. 4.
    Generador de energía mecánica (co) por un circuito hidráulico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicho elemento desplazado por los recipientes (200') es la superficie exterior de una noria (202'), y dicha rueda es el cuerpo de la noria misma.
  5. 5.
    Generador de energía mecánica (ro) por un circuito hidráulico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los recipientes
    (200,200') descargan su contenido de agua en la parte inferior de la rueda (202,202') sobre una masa cuasi-infinita de agua donde se encuentra una toma de agua del tubo de alimentación (1) de dicho dispositivo de bombeo de agua.
  6. 6.
    Generador de energía mecánica (ro) por un circuito hidráulico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el agua de alimentación de dicho dispositivo de bombeo es prácticamente el contenido descargado por los recipientes (200' 200').
  7. 7.
    Generador de energía mecánica (ro) por un circuito hidráulico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo de bombeo es del tipo que no utiliza energía eléctrica.
  8. 8.
    Dispositivo ariete hidráulico, utilizado como
    dispositivo de bombeo en el generador de energía mecánica (ro) de las reivindicaciones anteriores, del tipo que comprende: un tubo de alimentación (1) en cuyo extremo aguas abajo se sitúa una válvula de retención extrema (8); una válvula de retención intermedia (8') situada en un tubo que sobresale en dirección ascendente desde un punto intermedio de dicho tubo de alimentación ( 1) ; un deposito de presurización (25) situado por encima de dicha
    válvula de retención intermedia (8'); y, un tubo de elevación de agua (20) cuya toma esta situada entre dicha válvula de retención intermedia (8' ) y dicho depósito de presurización (25), caracterizado porque
    5 dicho depósito de presurización (25) contiene en su interior elementos deformables sueltos (23).
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