ES2527360B2 - Generador eólico oscilante neumático - Google Patents

Abstract

Generador eólico oscilante neumático consistente en una estructura (1), soportando unas alas (2) y (3) en posición vertical, que según su ángulo de ataque, ejercen hierras en diferentes direcciones, sobre la estructura (1). Estas hienas producen su oscilación y un elevado momento sobre la misma. La fuerza de este momento es transmitida a unos cilindros neumáticos (27), situados en unas torres (5) y (6), que comprimen el aire en etapas y a diferentes presiones.#A través de alas (2) y (3) circula helio, calentado mediante el calor de la compresión del aire. Este crea un empuje que ayuda a contrarrestar la inercia de la estructura (1).#El aire comprimido a diferentes presiones, es almacenado en irnos depósitos (46) y empleado en los cilindros neumáticos (27), para resistir la hierra del viento y elevar la presión en etapas, del aire comprimido almacenado, consiguiendo una baja velocidad de la estructura (1).

Description

Genmdor cólico oscilante neumático

5 Objeto de la 'avudóD

La invención se refiere a UD nuevo tipo de generador eólico oscilante para la producción de electricidad como uso fundamental, 8W'1qUC puede tener otras aplicaciones. Las principales caracterlsricas innovadoras consisten en almacenar energla en forma de aire comprimido mediante un sistema neumático y poseer una gran adaptación a las

10 condiciones de:! viento.

CUlpO de aplicación de ¡alDveacióD

15 La invención se encuadn! en el sector de las energías renovables, y dentro de éstas en el aprovechamiento de la energía del viento y de las corrientcs I1t\I.rinas para producir electricidad fu ndamentalmente, asl como otro tipo de energías.

20 ADlecedCDIe5 de ¡a ¡aYudó",

Acrualmente las energías renovables presentan un desarrollo considerable, debido a la esperanza que la sociedad deposita en ellas. Las consecuencias de graves problemas como el calentamiento global. la contaminación, el agotamiento de las encrglas fósil es. etc., están demandando Iml búsqueda de fuentes de energia renovables limpias y

25 baratas. Dentro de btas. las m{is desarrolladas son las que utilizan la fuerza del viento.

La industria ha desarrollado como sistema para aprovechar el viento el aerogenerador de eje horizontal con tres aspas. Estos aparatos han alcanzado un gran desarrollo en potencia y tamano. Con el objetivo de awnentar su rendimiento, últimamente se está comenzando su instalación en el mar, cerca de la costa, mediante plataformas

30 flotantes ancladas al fondo marino. Aún con estos adelantos, estos sistemas tienen unas serias desventajas. Primero, el no aprovechamiento de todo el !"<lngo de vdocidades dd viento ni su potencia. La curva de potencia de estos aparatos es plana cuando éstos alcanzan la potencia nominal y asl se mantiene para velocidades mayores. Segundo, necesitan emplazamientos de instalación en los cuales el viento circule con regímenes laminares sin que exista interferencia entre ellos. Tercero, precisan grandes alturas de torre para evitar las turbulencias del suelo, encareciendo

35 el coste de la máquina, ya que el cenlrO de gravedad está situado muy elevado. Por esta circunstancia, para su utilización en el mar necesitan unas plataformas grandes y estables, debiendo estar sólidamente fijadas al fundo marino. Cuarto. producen contaminación acústica asl como interferencias con la muna. Quinto, sin duda, c:I mayor inconveniente de estos aparatos es que son incapaces de almacenar la energla producida por el viento. Este es el motivo principal por el cual los aerogeneradores de eje horizontal marinos actuales no pueden operar en medio del

40 océano, donde existe la mAxima energía cólica. Sexto, debido a su dmo especifico para producir electricidad, estos aparatos son incapaces de ser utilizados en OlrOs usos con un rendimiento adecuado, lo cual limita el empico de la cncrgla cólica al 6mbito de la producción eléctrica.

Seria por lo tanto deseable, disei\ar una rntiquina que solucione las carencias de los aerogeneradores actuales. Para 45 lo cual la presente invención trata de resolver los citados problemas combinando las siguientes innovaciones:

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I~ Emplea unas alas aerodin{unicas instaladas en posición vertical distribuidas en filas y columnas en una estrucrura, para captar la fuerza aerodimÚllica del viento incluida la fuerza de resistencia, produciéndose un movimiento oscilante en la estructura generado por [a variación del ángulo de ataque de las alas.

2° La estructura crea un gran momento de fuerza en el eje de giro de la misma. que se transmite a unos cilindros neumáticos para obtener aire comprimido.

3° Las alas aerodinámicas contienen gas helio, calentado con el calor sobrante de la compresión. Como consecuencia se prod~ una fuerza de sustentación que compensa la inercia al movimiento de la estructura en cada inicio de su ciclo de oscilación. con Jo cual la estructura inicia su desplazamiento con vientos muy débiles.

4° Se utilizan para comprimir el aire unos cilindros neumáticos colocados en paralelo, complementados con unos depósitos y sistemas de regulación para almacenar el aire a las presiones qu e se logren alcanzar. La compresiÓD del aire en los cilindros se realiza en etapas, consiguiéndose así el funcionamiento de la invención resistiendo a las altas velocidades de vienlo, con una baja velocidad de movimiento de su estructura.

S" Debido a la utilización del aire comprimido en su funcionamiento, la invención con unas adaptaciones, es capaz de desalar agua marina, purificar aguas residuales, oblenet" agua del aire atmosférico y generar calor.

Todas estas innovaciones consiguen que la invención funcione con todo el rango de velocidades de viento y con regímenes turbulentos de viento. La curva de potencia de la inven:ión es parecida a la curva de potencia del viento. Con su baja velocidad de operación no produce contaminación acústica, ni interferencias con la fauna y aprovecha las alIas velocidades de viento. Es posible instalarla en una plataforma flotante en medio del océano, debido a su bajo cenrro de gravedad. Al ser UD dispositivo neumático, no tiene restringida su utilización solamente a la generación de electricidad. La principal innovación es sin duda, el almacenamiento de la energia producida.

Por parte del solicitante se desconoce la existencia de alguna invención en el estado de la tecnica que reúna las novedosas características presentes en la invención aquí propuesta y cuyos elementos caracterizadores se detallan a continuación..

Descripción de la Invención

El generador eólico oscilante neumático consiste en una estructura que soporta unas alas aerodinámicas, distribuidas en la misma en filas y columnas. Esta estructura, a partir de ahora se denominará estructura alar. Esta posee dos ejes de giro, uno horizontal y otro vertical, como indica la figura 1. El viento, al incidir en las alas aerodinámicas, crea una fuerza sobre éstas que se transmite a la estnx:tura alar. Como consecuencia, se prod~ el giro de la estructura alar alrededor de su eje de giro horizontal. Este giro de la estructura alar tiene lugar en el plano vertical que ella misma define y a la <lelecha e izquierda de su posiciÓD vertical de equilibrio, limitado este giro por la unión mecánica de la estructura alar con el resto de la invención. El giro de la estructura alar entre las dos posiciones en las que está limitado el movimiento de giro, define el ciclo de oscilación de la invención. Este giro produce un elevado momento de fuerza, debido a la situación vertical y su distrlbu;ión en filas y columnas de las alas aerodinámicas en la estnx;tura alar, constituyendo una de las caracteristicas fundamentales de la invención. La figura

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I muestra, con carácter ilustrativo y no limitativo, una tqJreSentación en perspectiva de una posible realilllCión de la invención, en la cual se indican los ejes de giro de la esttuctura alar y los ejes de giro de las alas aerodinámicas.

Las alas aerodinámicas se dividen en dos clases: unas alas rigidas y otras alas globo. Estas últimas son Hexibles y poseen un gran tamafto y volumen. Las alas rigidas se sitúan en la parte infenor de la estructura alar y su nlÍmero varia según eltal1lllll.o y polencia de la invenci6n. Las alas g lobo se sitúan en la parte superior de la estructurn alar y su número varia según el tamaikl y potencia de la invención. Cada ala, tanto las rlgidas como las globo, gira alredeoor de un eje vertical. situado en la estructura alar, mediante unos medios de accionamiento, como por ejemplo unos motores neumáticos, como indica la figura 1. El giro de cada ala es independiente del giro de las dem{¡s alas. La estructura alar tiene un segundo eje de giro, en este caso vertical como indica la figura l. Este eje de giro vertical lo define el giro de un elemento estructural giratorio, como por ejemplo una tone móvil, mediante un medio de accionamiento, como por ejemplo un TIKItor neumático, sobre un elem:nto estructural fijo que lo s('lJKlrta, como por ejemplo una torre fija. La torre móvil, contiene el eje de gilO horizontal de la estructura alar y por lo tanto soporta ésta.

El giro independiente de las alas en su eje. combinaoo con el gilo de la estructura alar en tomo a su eje vertical, produce un cambio del ángulo de ataque de las alas y por lo tanto, un cambio de dirección y sentido de la fuerza aerodinámica que actúa sobre las alas y como consecuencia, la estructura alar cambia de dirección y sentioo de desplazamiento. Los dos giros anteriores. tienen lugar al principio y al final del ciclo de oscilación, con el objeto de oonseguir el cambio de sentido de giro de la estructura alar y su oscilación de izquierda a derecha.

El momento de fuerza producido por la oscilación de la estrucnnB alar, se transmite mediante un sistema de transmisión de fuerza al sistema de accionamiento de un sistema de cilindros neumáticos, los cuales comprimen el aire antes de ser almacenado en un medio de almacenamiento, COTIKI por ejemplo unos depósitos. El aire es comprimido en etapas sucesivas mediante la gestión de un circuito neumático. Este introduce ain; a una presión <k1enninada por la velocidad del viento en los cilindros neumáticos. consiguiendo que estos se resistan a la fuerza ejercida por el viento. Esta es la principal característica fundamental de la invención.

El giro de cada ala se regula independientemente, consiguienoo que sobre las alas se ejerza la máxima fuerza aerodinámica, incluida la fuerza de resistencia. Esta es una de las caracteristicas fundamentales de la invención.

Por el interior de las alas aerodinámicas, circula gas helio calentado con el calor genentdo en la compresión del aire en el sistema de cilindros neumáticos. El gas helio a elevada temperattlra produce un empuje ascensional, cuyo momento compensa el momento del peso de la estructurn alar en el inicio del ciclo de oscilación de la misma Esta es otra de las caracteristicas fundamentales de la invención.

Después de definir los elemeruos y caracteristicas fundamentales de la invención, se describen a continuación más detalladamente estas caracteristicas fundamentales, asl coTIKIlas características y elementos adicionales.

Una de las caJlIcteristicas fundamentales de la invención es el aprovechamiento de la fuerza de resistencia aerodinámica A continuación se describen los movimientos de giro necesarios para lograr esta carncterlstica.

Las fuerzas aerodinámicas sobre el ala son: la fuerza de sustentación FL = 112"d'CL'S'V 2 donde d es la

densidad del aire, eL es el coeficiente de sustentación del perfil del ala, S es la superficie del ala y V es la velocidad

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del viento, y la fuerza de resistencia aerodinémica FR = 1/2·d·CR·g·V::Z donde d es la densidad del aire. CR es

el coeficiente de resistencia del perfil del ala, S es la superficie del ala y V es la vdocidad del viento. La figura 2

representa el esquema de fuerzas sobre las alas y de éste. se deduce la direcci6n del movimiento de la esttucrura alar. De la suma de las dos fuerzas obtenemos la fuerza total ejercida sobre el ala. como se observa en la figurn 2(a). El ángulo de ataque a, se busca de tal fonna que el eL sea máximo, ya que éste depende del ángulo de ataque, como

puede verse en la figura 3. El coeficiente de resistencia también será muy alto. lo cual no es un inconveniente. debido a que la fueT7.8 de resistencia se emplea en el movimiento de las alas. los perfiles aerodinámicos simétricos de las alas se eligen en fwu:ión de las caraclensticas del viento en la zona de operación de la invención.

En la figura 2(b) el ala tiene el ángulo de ataque máx.imo a. La fuena total sobre las alas FTI nos produce el

de5plu.amiento de las mismas y de su estructura alllr en la dirt:eeión determinada por FTI, como indica la figura 2(b).

Si se modifica el ángulo de ataque, al final del ciclo de oscilación, de las alas con el mismo valor de a con valor negativo, como indica la figura 2(c). la dirección de la fuerza total cambia de sentido. Esto provoca que las alas y su estructura alar se muevan en sentido contrnrio, en la dirección de Fu. De esta manera se consigue lUl movimiento de oscilación de la estructura alar alrededor de su eje de giro horizontal.

Como las fuerzas FTl y Fu no están en la misma línea de acción, como indica la figura 2(d), es necesario que la

torre móvil. que soporta y hace girar la estructura alar, gire en tomo al eje vertical un ángulo de 2a a lo largo de cada

ciclo de oscilación de la estructura alar. para situarse en la línea de acción de las fuerzas FTI y Fu alternativamente. De esta forma se consigue aprovechar también la fuemt de resistencia aerodinámica sobre las alas, disminuyendo sobre todo las cargas no deseadas sobre la estructura alar. Las alas deben girar, independientemente unas de otras, alrededor de su eje de giro longitudinal para mantener el IÚlgulo de ataque correcto en cada punto del recorrido de oscilaciÓn, ya que el plano de movimiento de las alas no es perpendicular a la dirección del viento. Coo los movimientos anteriores, las alas se mantienen en su posición óptima para conseguir la máxima fuerza aerodinámica posible del viento. Estos movimientos son controlados en todo momento por lUl medio informátiC(!o Con esta solución, la invención es también más adaptable a las condiciones del vielllo, ya que se puede controlar la fuerza ejercida por cada ala independientemente ajustando su ángulo de ataque, lo cual pennite liberar el movimiento de las alas cuando la velocidad del viento sea excesiva.

La figura 5 muestra, con carácter ilustrativo y no limitativo, la sección en aIzado de lUla posible realización de la invención. Dicha figura 5 sm de utilidad en la comprensión de la siguiente descripción, ya que detalla todos los componentes de la invención. A continuación se: detalla la forma de operar de los cilindros neumt\ticos, su circuito neumático y depósitos, para lograr que la invención comprima y almacene el aire en etapas que es sin duda la principal caracteristica de la invencióIl

Los cilindros IlCllIMticos, como mlle5tra la figura 13 con carticter ilustrativo y no limitativo, están constituidos por una parte fija o cuerpo del cilindro por cuyo interior se desplaza una parte móvil o pistón de empuje, unidas ambas a los extremos de un medio flexible, como por ejemplo un fuelle flexible, el cual debido a la disminución de su volumen intemo (producido por el desplv.amiento del pistbn de empuje). eleva la presión del aire contenido en SIl interior. Este aire es introducido y extraído del fuelle flexible mediante un medio de conducción de fluidos, como por

ejemplo una tubería.

,

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La estructura alar se une con el accionamiento de los cilindros neumáticos a través de unos medios de transmisión de fuerzas, como por ejemplo unas barras artü.:uladas. Los cilindros neumáticos se dividen en dos grupos., como ejemplo en una posible realIzaCIón de la invención: los cilindros superiores y los cilindros inferiores. situados los superiores en la zona superior de la torre fija y los inferiores en la zona inferior de ésta. Los dos grupos de cilindros neumáticos están fijados a un eje estrucrural. situado en el centro de la torre fija. Los pistones de los cilindros neumáticos son accionados alternativamente mediante una unión desplazable. como por ejemplo una corredera, a la que los pislOnes eslán conectados. La corredera se une a través de un sistema de palancas con la estructura alar. Como indica la figura 5. la corredera al desplazarse hacia arriba por el eje estrucUJral, debido a la fuer.za que le transmite el sistema de palancas, acciona los cilindros superiores oomprimienoo aire y acciona los inferiores aspirando aire. Esto sucede cuando la estructunl alar realiza su ciclo de reoorrido hacia la derecha. Cuando la estructunl alar realiza su ciclo de recorrickl hacia la izquierda. la corredera se desplaza hacia abajo y acciona los cilindros inferiores comprimiendo aire y acciona los superiores aspirando aire.

La velocidad de giro de la estructura alar es variable. En general será lo más baja posible, porque los cilindros neumáticos se: resisten y se oponen al movimiento de la estructura alar al llenarse de aire a la presión nc:ccssria para resistir a la fuerza del viento. La consecuencia de esta resistencia es el aumento de la presión, de este aire, en los cilindros neumáticos y este aire, a una presión más elevada que la inicial, es almacenado en los depósitos de aire comprimido. La invención puede operar con vientos extremadamente fuertes, llenando los cilindros neumáticos con elevadas presiones de aire, consiguiendo un movimiento de la estructura alar muy lento, el cual es muy adecuado para este tipo de vientos. Es posible llenar cada cilindro independientemente, con la presión requerida, para que la invención resista al viento y comprima el aire. Es decir, se puede utilizar en cada rmmento los cilindros que sean necesarios y desactivar los que 00 se uti licen en función de la fuerza del viento.

El número de depósitos donde se: almacena el aire comprimida puede ser cualquier número y CUllJlto mayor sea éste: mejor capacidad de regulación de almacenamiento existe. De esta forma se almacena aire de forma independiente: y lo que es más importante, al extraer aire para generar electricidad o para el funcionamiento de la propia invención, la presión solo disminuye del depósito del que se extrae el aire, manteniendo la presión en los demás. El volumen de los depósitos depende del tamaño y potencia de la invencióIL Los depósitos están interconectados entre ellos y con los cilindros neumáticos mediante electroválvulas, reguladores de presión y válvulas antirretomo, que constituyen el circuito neumático, todo ello controlado por el medio infonnático de la invención el cual extrae e introduce el volumen de aire a la presión necesaria en los cilindros y depósitos.

Como es necesario reponer el aire que se extrae de los depósitos para producir energía, éste se obtiene aspirando el aire del exterior a presión atmosférica por medio de los cilindros neumáticos. En esta circunstancia, los cilindros no oponen resistencia en su recorrido inicial y la velocidad de la estructura alar es elevada, kta depende de las presiones a la que comprimen el aire los cilindros neumáticos. Si la fuerza del viento es considerable, se introduce una alta presión en los cilindros, con el fin de fre nar el movimiento de la estructura alar pero sin llegar a detenerla. De esta fonna se consigue elevar la presión del aire situado en el interior del cilindro y producir aire comprimido a mayor presión que la inicial. Debido al elevado numero de cilindros neumáticos trabajanoo a la vez y a distintas presiones, algunos de ellos pueden obrcner aire: del exterior mientras otros comprimen aire procedente de los depósitos para incrementarlo de presión. Se consigue así, la compresión en etapas del aire abnosférico con una lenta velocidad de la

estructura alar.

Para lograr que la estructura alar supere la inercia al movimiento en los casos de vientos muy débiles. al final del ciclo de oscilación se mantienen algunos cilindros neumáticos llenos de aire, realizando la función de muelles

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neumf¡ticos. Al llegar al final de su recorrido, la estructura alar rebota y cambia su sentido de movimiento cJl1leZ8ndo un lUIevo ciclo. la estructura alar cuando sea preciso, se puede colocar también en la posiciÓn de equilibrio o en otras, utilizando algún cilindro neumitico como actuador neumático con el fin de lograr el desplll7llmiento de la estructura alar.

Dependiendo del tamaflo de la invención, el número de cilindros neumáticos sm mayor o menor. A mayor número de cilindros tendrá mayor regulación ~pecto al viento.

Se describe a continuación, detalladamente, la ultima de las caracterisricas principales de la invención. Las atas contienen gas helio que ejerce un empuje vertical, el cual contrarn:sta en parte el peso de la estructura alar. De esta manera disminuye la inercia al movimiento de la estructura alar en cada inicio de su recorrido de oscilación. Las alas globo simadas en la parte superior de la estructura alar poseen un gran volumen y son flexibles. similares a los globos aerostáticos, pero conservando su forma aerodinámica y contienen más gas helio debido a su ligero armazón Íl'tlcmo. Por lo tanto, éslaS contienen una cantidad mas elevada de gas helio que las alas rígidas y tanilién la fuerza de empuje producida por el gas helio es mayor en btas. Las . Ias rígidas situadas en la parte inferior de la estructura .lar son mis rígidas y acrodinimicas que las alas gtobo, conteniendo menos gas helio debido a su armazón más resistente y voluminoso. Corro indica la figura 4, los em~jes generados por el gas belio, producen unos momentos de fuerzas en sentido contrario al momento producido por el peso de la estructura alar. Estos momentos de empuje se suman al momento producido por la resultante de las fueI7.8S aerodinámiCls generadas por las alas, para 'Iue la estructura alar inicie el movimiento al principio del ciclo. Al contribuir estos momentos de empuje en la disminución de la inercia al movimiento, a\ principio de Clda ciclo, la mínima fuer7JI aerodinámica necesaria para la oscilación de la invención disminuye y tambien su mínima velocidad de operaciÓn. El momento producido por el gas helio es mayor en las alas globo, debido a\ empuje mb elevado genenda en éstas y • su mayor distancia del punto de .plicación del empuje al eje de giro de la estructura alar.

El gas helio circula por un circuito cerrado compuesto por: las alas rígidas, las alas globo y unos inten.::ambiadores de calor de dos tipos. El primer tipo de estos intercambiadores, cuyo número depende del número de cilindros neumáticos y depósitos. transmiten el calor sobrante de la compresiÓn del aire en [os cilindros neumáticos al gas helio, el cual, al circular por el interior de las alas almacena el calor en [as mismas. El gas helio, al calentarK' y disminuir su densidad, ejerce un e~uje ascensional mayor. También se emplea como fluido caloportador para la refrigeración del aire comprimido en cada etapa de compresión, antes de almacenarlo en los depósitos a diferentes presiones. El scgtmdo tipo, es un intercambiador de Cllor que mediante el gas helio, devuelve el calor almacenado en las alas al aire comprimido almacenado en los depósitos. Wltcs de ser utilizado por un motor neumiltico que a su vez acciona un generador eléctrico.

Se describen a continuación, las características adicionales de la invención y los elementos necesarios que las posibilitan.

El revestimiento exterior de las alas rígidas es trmlSpaFente a bI radiaci6n infuarroja y ultravioIet.. de la luz solar y su armazón absorbe Cllor, dehK10 a su color oscuro, con el objeto de oonseguir un aporte extra de calor p3Il1 el helio que circula por ellas y como consecuencia una elevación de la fuerza de e~uje. El revestimiento de las alas globo, situadas en la parte superior de la eslrucrura alar, está realilBdo en lUl medio resistente al calor, como por ejemplo tejido calorífugo, con el fin de resistir las elevadas temperaturas del gas helio caliente que tiende: a posicionarse en la zona más elevada.

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Las alas aerodinámicas contienen los medios estructurales principales de la estructura alar, con el fin de evitar que el viento cree resistencias indeseadas en esta. Estos medios estructurales son unas vigas de la misma longitud que el ala. Estas vigas son de mayor tamaño en las atas rígidas que en las alas globo, debido a que estas ultimas se sitúan al final de la estructura atar. Las vigas se tmtO por medio de la tensión de unos medios tensores, como por ejemplo unos cables que discurren por el interior de estas vigas. Se consigue así, que la estructura alar quede tensada y adquiera una gran resistencia a la Hexión. Dicha flexión es producida por la fuerza det viento, la inercia al IIWvimiento y la inercia al frenado. Se obtiene así una estructura alar muy ligera y como consecuencia el rendiooento de la invención se incremenra. En las realizaciones de la invención de reducido tamaflo y reducida JXItencia. esta característica 00 es necesaria, aunque si recomendable.

En las realizaciones de la invención con una elevada potencia, la estructura alar necesita una elevada longitud y

altura. Debido a esta circunstancia. se generan grandes fuerzas de inercia en e! momento de frenado, al final del recorrido de oscilación, ya que e! extnlmo superior de la estructura alar alcanza altas velocidades, y por lo tanto una gran Hexión de la estructura alar llegando a fracturar la misma, aún teniéndola tensada. Para evitarlo. la invención incorpora un sistema de retención y frenado de la estructura alar. Este consiste en un medio de retención, como por ejemplO un cable. fijaoo en su principio y final, en la parte superior de la estructunl alar que tnmscurre a lo largo de la misma por unos medios de guiado. como por ejenwlo WIOS pasaoores en unos arbotantes. Estos alejan el cable de retención de la estructura alar. La figura 8 muestra, con carácter ilustrativo y no limitativo, una representación en perspectiva de una posible realización de la invención, en la cual se detalla e! sistema de retención con su cable de retención. En el exterior de la estructura alar, dicho cable. transcurre por otros medios de guiado, como por ejemplo mas poleas, equipadas con WIOS medios de frenaoo, como por ejenwlo unas zapatas neurnéticas, con el objeto de bLoquear el cable de retención al final del ciclo de oscilación de la estructura alar.

Existe un sistema de frenado del movimiento de oscilación de la estructura alar e inmovilización de la misma, consistente en un medio de frenado, como por ejemplo un freno con zapatas neumáticas situado en la corredera que acciona los cilindros neumáticos, el cual actúa sobre el eje estructural al que los cilindros neumáticos van unidos. El sistema de frenado es necesario en los cambios bruscos de dirección del viento, con el objetivo de conceder tiempo a la invención para orientarse de nuevo en la dirección favorable del viento y cuando sea prc:\:iso que la invención esté en reposo. Es imprescindible su uso cuanoo cesa el viento o éste disminuye rápidamente de velocidad. En estos casos se frena para evitar un retroceso en el movimiento de la estructura alar debido a la presión existente dentro de! fuelle neumático, que desplazaria e! pislÓn de empuje del cilindro neumático hacia arriba. Con este frenado se concede tiempo para que la invención se reoriente y corrija la presión en los cilindros neumáticos.

La invención está disd\ada par1I extraer energía de un Huido en movimiento, por lo tanto también puede extraer energia de las conientes marinas. Con este fin. la invención se fija en el fondo marino mediante pilotes. Su funcionamiento es similar a la versión de energia eólica., excepto por unas diferencias. La principal consiste en que el gas helio no se emplea en esta versión, siendo sustituido por aire y por lo tanto, el empuje ascensional lo produce el aire contenioo en el ala hidrodinámica. Las alas hidrodinámicas son todas iguales en esta versión y su Hotabilidad es regulada introduciendo agua en ellas, sustituyendo al aire generador del empuje ascensional. La refrigeración del aire comprimido se obtiene a través de intercambiadores de calor, con el agua marina. El aire atmosférico, necesario para el funcionamiento de la invención, se capta empleando un medio de captación que emerja de la superficie marina.

como por ejenwlo 1m esnórquel Hotante.

Se describen a continuación las caracteristicas de otras aplicaciones de la invención, cuyo objetivo no es la obtención de energía eléctrica.

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Una de las aplicaciones es la obtención de agua, medianlc la condensación del vapor de agua del aire atmosfenco. Con este fin, el aire comprimido de los depósitos, se uti liza en lID medio de accionamiento, como por ejemplo Wl motor neumático para accionar el compresor de refrigerante de una bomba de calor, en cuyo evaporador se condensa el vapor de agua contenido en el aire armosférico enfriado. El calor generado en el condensador se transfiere al gas belio, incrementando su temperatura y su empuje. Los olIm puntos de obtención de agua son los depósitos, los colectores de éstos y sobre todo en Jos intercambiadores de calor. En estos puntos, el aire comprimido al reducir su temperatura condensa su vapor de agua.

Otra aplicación de la invención es la purificación de aguas residuales y la desalación de agua de mar. Para estos fines existen dos opciones:

La primera emplea la capacidad de la invención como generadom de vacío. Este se logra comunicando los cilindros en su carrera de expansión con los depósitos, donde se realiza el vacio progresivamente. según aumenta el número de ciclos de expansión. El aire extraldo de los depósitos en la carrera de expansión, es expulsado a la abnósrera en la carrera de compresión. El vacío se almacena en los depósitos ya ~e si partimos de la presión abnosrérica en ellos, en cada oscilación de la invención se extnle una cantidad de aire y la depresión en ellos ¡ni aumentando prog~ivamente. El vacío de los depósitos se utiliza en un evaporador de vaclo, en el que se purifican aguas residuales o se desala el agua del mar. El calor ~ees necesario evacuar del condensador de vapor de agua, con el fin de conseguir la condensación de esta, se extrae y se traspasa al gas helio en un inten:ambiador con el objeto de conseguir más sustentación en las alas. La invención también se puede emplear como máquina para producir vaclo y emplearlo en los procesos donde sea necesario.

La segunda opción emplea la invención en su funcionamiento nonnal, es decir, produciendo aire comprimido, utilizando la presión almacenada en los depósitos para desalinizar el agua del mar o purificar aguas residuales mediante ósmosis inversa. En este caso se utilizan unos medios de tnlnsmisión de presión aire-agua, como por ejemplo un moIor neumático conectado a una bomba de presión de agua, con el fin de elevar la presión del agua a tratar hasta la presión osmótica necesaria, empleando el aire comprimido almacenado en los depósitos de la invención.

Otra aplicación de la invención, consiste en aportar un sistema de calefilcción en las zonas de fuertes y frias vientos. La obtención de calor se consigue mediante el calor sobrante de la compresión de los cilindros neumáticos y el extnlído del terreno mediante una bomba de calor. Esta, comprime su gas refrigerante por medio del aire comprimido almacenado en los depósitos. En esta aplicación, el calor sobrante de la compresión del aire no es cedido al gas helio, debido a que las alas aerodinámicas no pueden almacenar calor. Si as! fuera, el calor seria cedido rápidamente al frlo viento circundante por el exterior de las alas aerodinámicas. Por lo tanto, el empuje adicional del gas helio calentado es inexistente en esta aplk~ción.

Como ultima caracterlstica, cabe seftalar que en las aplicaciones de la invención descritas anterionnente, en las cuales el aire comprimido de los depósitos se emplea en el accionamiento de un medio mecánico, se incorpora un intercambiador de calor, gas helio-aire comprimida. Este eleva la temperatura del aire comprimido de los depósitos, antes de su utilización, por medio del calor del gas helio almacenado en las alas aerodinámicas. Esta carar;.terfstica permite aumentar el rendimiento del medio mecánico.

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Descripdb de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las caracteristicas de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integmnte de dicha descripción un juego de dibujos en donde oon caricter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.-Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización preferente de la invención, con sus tres ejes de giro represenrados.

Figura 2.-Muestra una representación del esquema de fuer7-lls aerodinámicas que actúan en las alas de la invención. Figura 3.-Muestra una gráfica que representa, a modo de ejemplo, la variación de los coeficientes aerodinámicos con respecto al ángulo de ataque de las alas de la invenciÓll. Figura 4.-Muestra el esquema de cómo el momento de la fuerza de empuje ascensional, ejercida por el gas helio, contrarresta el momento del peso de la invención. Figura 5.-MueslTa una vista en alzado de un ejemplo de realización de la invención, mostrando sus componentes. Figura 6.-Muestra UDlI vista en perspectiva de la estructura alar, mostrando sus componentes. Figure 7.-Muestra una vista en planta de una sección de una viga estructural y cómo las tuberlas y conducciones eléctricas se alojan en su interior. Figura 8.-Muestra UDlI vista en alzado de la invención con su sistema de retención antiflexión y sus componentes. Figure 9.-Muestra una vista en perspectiva y una sección en alzado de un ala mostrando su annazón y las cámal1lS de gas helio que forman parte de ella. Figura 10.-Muestra una vista en alzado del sistema de bra7.os articulados que trarulmiten la fuerza de la estructura alar hacia el sistema de cilindros neumáticos. Figura 11.-Muestra una vista en alzado y perspectiva del sistema de cilindros neumáticos con sus accionamientos. Figura 12.-Muestra una vista de una sección en alzado de la corredera del sistema de cilindros neumáticos y su sistema de freno. Figura 13.-Muestra UDlI vista en alzado de la sección de un cilindro Deumético con su sistema de ruedas guía y la ruber1ade aire comprimido que comunica el interior del cilindro con el exterior. Figura 14.-MueslTa UDa vista en alzado de una sección de la carcasa de refrigeración del cilindro neumático con sus componentes.

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Figura 15.-Muestra el C5querr\a de conexiones de enl11lda y salida de los depósitos de aire comprimido.

Figura 16.-Muestra el esquema del colector de salida de los depósitos de aire comprimido con sus componentes y sus conexiones.

Figura 17.-Muestra el esquema del circuito neumático situado a la entrada de los depósitos de aire comprimido con sus componentes y conexiones.

Figura 18.-Muestra el esquema de la realizlICión de la invención dedicada a la producción de agua y aire frlo.

Figura 19.-Muestra el esquema de la realización de la invención dedicada a la producción de calor, utilizable en los sistemas de calefacción.

15 Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención. Se describe a continuación detalladamente los componentes de la realización preferente de la invención mostrados en las figuras. La invención puede realizarse en el tamalio y potencia que se desee, desde máquinas muy pequeñas de una

20 sola ala y dos cilindros neumáticos hasta máquinas de considerables dimensiones, con gran número de alas de gnm longitud y una elevada cantidad de cilindros neumáticos, con el fin de obtener una alta regulación y potencia.

La figura 1 muestra la vista en perspectiva de la realización de la invención que a continuación se describe y la figura S muestra la sección vertical de la misma mostrando todos sus cO!l1>Onentes. COIll) inruca la figura 1 Y figura 25 s, esta realización se centra en una máquina con doce alas rlgidas (2) y dos alas globo (3). Las alas rlgidas (2) se sitúan en grupos de cuatro en la parte inferior de la estructura alar (1) y están construidas sobre un annazón rigido de materiales compuestos y un revestimiento exterior de plástico rígido, ambos muy ligeros. En el espacio existente entre el annaZÓn y el revestimhmto t,;irwla gas helio. Las lilas rígidas (2) tienen en ~"s extremos unos planos antiturbulencias (8) perpendiculares al ala que disminuyen las turbulencias y mejoran la fuerza aerodinámica en los 30 extremos del ala. Están equipadas con motores neumáticos de ala (9) con el fin de variar su ángulo de ataque respecto al viento, situados en las alas cerca de los planos antitumulencias (8~ Las alas rlgidas (2) giran en tomo a las vigas cilindricas ( 10), éstas son el eje de giro de las alas rígidas (2) Y la parte fundamental de la estructura alar (1). Las alas globo (3) se sitúan en la parte superior de la estructura alar (1) y están construidas con un armazón menos rígido de materiales compuestos y un revestimiento flexible de tejidos muy ligeros. Timen también planos antiturbulencias (8) 35 y motores neumáticos de ala (9). Giran en tomo a sus vigas cillndricas (10) siruadas en su interior. Los armazones de las alas (2) son de color negro. El revestimiento exterior de las alas globo (3) está reali7.ado en un tejido aluminizado, resistente a altas temperaturas. El revestimiento exterior de las alas rígidas (2) está realizado en policarhonato transparente. El sistema infonnático de la invención distribuye el gas belio según su temperatura, mediante un sistema de electroválvulas y roberías, en la:¡ alas aerodinámicas (2) y (3). La distribución se realiza mediante la alnua,

40 a mayor temperatura mayor altura. La estructura alar (1) está construida en materiales compuestos con el fin de conseguir la mayor ligereza posible. Está constituida por las vigas (10), las piezas de unión (12) y los arbotantes (13).

Como indica la figura 6, que muestra la estructura alar (1) en el interior de un ala (2) y (3) con todos sus componentes. ésta es una viga (1 O) vertical estrucrural de forma cilíndrica, con el objeto de servir de eje de giro de las 45 alas (2) y (3). Las vigas (lO) contienen los engranajes (11), movidos por los motores neumáticos (9) causantes del

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movimiento de las alas (2) y (3). Por el interior del hueco cilíndrico centnl de las vigas (10) circulan: las tuberías suministnldoras de gas helio a las alas (2) y (3), los circuitos eléctricos de electrová.lvulas y sensores y las tubcrlas de aire comprimido de los motores neumáticos (9). Las vigas (10) se unen con las piezas de unión (12), las cuale$ terminan en unos arbotantes (13), (más adelante se explica su función). La unión es elbtica mediante j W\lBS de neopreno, con el propósito de absorber las vibraciones, y tomillos (14). Existe una pieza de unión (12) por cada ala

(2) y (3), se ww:n entre ellas y oon los arbotantes (13) mediante los tomillos (1 5). Con esta solución se logra construir máquinas del tamailo y polencia que se desee tmiendo piezas de uni6n (12), arbotantes (13), vigas (10), alas (2) y (3) Y cilindros neumátioos (27), lodos ellos de un tamafto estándar, excepto las vigas (10). Estas varian con la altura de la estructura aJar (l). Según disminuye la altura son más pesadas y resistentcs. Repartidos de forma circular por el interior de las vigaas (10), existen unos huecos cillndricos (16) conteniendo cables de acero (17) que discurren por toda la Iongirud de IIIS vigas (10). Estos unen, al tensarse, todas IIIS vigas (10). Sus extremos se conectan a placas tenSOl1ls situadas al principio yal final de la estructul1l alar ( 1). En la figura 6 se observan los rodamientos ( 18) de giro del ala.

La figura 7 muestra el acoplamiento del motor ncurMtico (9) fijo en el ala, con el engranaje (11) situado en la viga ( 10). En la misma fiHUJll se observan las tubcrias de helio, aire co~rimido, cables eléctricos que discurren por el interior de la viga (10) Y los huecos de los cables (16).

Como muestran la figura 1, la figura S Ysobre todo la figura 8 que detlllla el sistema de retención y frenado de la estructura ajar (1) con todos sus componentes, los cuales son descritos a continuación.

El sistema consiste en un cable de retención ( 19), que fijado en la parte superior de la estructura alar (1), transcurre por unos pasadores situados en el extrerm de cada arbotante (13), localizados en las piezas de unión (12) de las vigas ( 10). En la parte inferior de la invención, el cable de retención (19) tnmsrurre por dos poleas (20), sujetas por los brazos (21). Estas poleas (20) pueden bloquear el cable (19), mediante el blo~o neurMtico (22) y su zapata (24), que lo aprisiona. El cable de retención (19) también discurre por el interior de la torre cónica (S) y es desviado por wus gulas (no se representan en IIIS figuras para no complicar las mismas) para evitar los mecanismos del interior de la torre móvil (S). Las dos poleas (20) se bloquean al final de cada ciclo de oscilación, como indica la figura 8 que muestnt la posición de inclinación derecha, sujetando el cable de retención (19) Y ~ste, a su Ve7., sujeta la estructura alar (1) en su posición de frenado, manteniCndose recta y evitando su flexión. El cable de retención (19) se mantiene tenso mediante los tensores neumáticos (23) lo cual proporciona una sujeción adicional a la estructura alar ( 1) en todo el ciclo de oscilación. Los arbotantes (13) son de longitud creciente según se acercan a la parte inferior de la estructura alar (l). AsI se aleja el cable de retención (19) del eje de oscilación y se consigue más capacidad de retención.

Como indican la figura 1 y la figura 5, al aplicarse las fuerzas aerodinamicas en las alas (2) y (3) generadas por el viento, la estructura alar (1) gira en lomo al eje de giro (25). Debido a la elevada longitud de la estructura alar (1), se obtiene un elevado brazo de par de fuerza, lo cual crea 1m gran momento de fuerza en tomo al eje de giro (2S). El alto par se aplil.:al v la bvrrv (26), unida a la estructura alar (1) mediante una articulación (4).

La estructura alar ( 1), aparte del eje de giro (2S) horizontal, contiene un eje de giro vertical que orienta la estructura alar (1) en la dirección adecuada con respecto al viento, para producir la máxima fuerza aerodinámica. El giro vertical lo crea la torre móvil (S), al pivotar sobre la torre fija (6) mediante los rodamientos (28). La torre móvil

(S) es despla7.ada por el motor neumático (29), fijo en la torre fij a (6), que engrana con 1m engranaje circular (30), fijo en la torre m6vi l (S), a lo largo de su perímetro interno.

ES 2 527 360 Al ES 2 527 360 Al

La figur1l 9(b) muestra un ala rigida (2) que deja a la vista su interior, debido a que su revestimiento exterior es

transparente. Las alas aerodinámicas (2) y (3), están divididas en diferentes secciones estancas (3 1). según indica la

figura 9(b). La figura 9(a). muestra una de estas secciones estancas (31) con sus componentes. Cada sección estanca

5

(31) se divide a su vez en dos cámaras a lo largo de su longitud. Las paredes interiores de las cámaras constituyen el

annazbn de las alas. El de las alas rigidas (2) es mAs pesado y resistente que el de las alas globo (3). La cámara de la

derecha (32) es la entrada de gas helio caliente, que entra t n clla mediante una electroválvula de entrada (33).

conectada a su vez al colector de enlrada (34), que conecta con IOdas las electrovélvulas de enlnlda de todas las

secciones estancas (31). El gas helio se inlroduce en el co lector de entrada (34) mediante la tuberia flexible (35). En

JO

la cámara de la derecha (32), el gas helio asciende por convección. AllJegar a la parte superior (36), conexión de las

dOs cámaras, el gas desciende por la cám8.Tl1 de la izquierda (37), desembocando por su electroválvula de salida (38)

al oolector de salida (39) y mediante la tubería flexible de salida (40) se dirige a los intercambiadorcs de calor (41). Si

existen escapes de gas helio en una sección estanca (31), el detector de presión y tempemtura de la sección estanca

(42), situaoo en la parte superior (36), k:I comunica al sistema infonnático de la realización de la invención, el cual

15

cierra las electroválvulas de enlnlda (33) y salida (38). De esta fonna solo pierde gas helio la sección afectada.

El gas helio eleva su lemperanJra al circular por los inlercambiadores de calor (41), según irxlica la figura 5, estos y

los circuitos neunúilicos de los depósitos (46) se conectan con la estructura alar (1) medianle las tuberías rlgidas (48)

de helio, aire comprimido y eléctricas y las tuberias flexibles (49) de helio, aire comprimido y eléctricas. Las rlgidas

20

(48), siluadas en el interior de la torre fija (6) y lorre móvil (5), discurren por dentro del eje estructural (50) del

sistema de cilindros. Más tarde se unen con la estructura alar (l) mediante las ruberías flexibles (49). Por el interior

de las vigas (10), discurren las tuberías de gas helio rigidas (48), que alimentan y recogen el gas de las alas (2) y (3).

En la ruberia de entrada de gas helio a los intercambiadores (41), existe una bomba de presión auxiliar (43) con el fin

de imprimir velocidad al gas helio cuanoo su movimiento por convección sea insuficiente. Existen unos depósilos de

25

helio (44) con un sistema de electroválvulas de tres vlas y reguladores de presión (45), con el fin de suministrar gas

cuando la presión en el sistema disminuye y extraer gas cuando aumenta la presión. El sistema de intercambio de

calor (41) está dividido en tres grupos. El primero, consiste en unas carcasas cilíndricas (88) que contienen los

cilindros neumfiticos (27), según indica la figura 14, por las que circula aire a presión atmosterica, con el propósilo de

disminuir la temperatura de los cilindros neumáticos (27}. El segunoo, consisle en unos intercambiadores de calor,

30

aire atmosfenoo-gas helio, que emplean el calor extraído en el primer grupo para precaleular el gas helio fifo

proveniente de las alas (2) y (3). El tercero, consiste en un intercambiador de calor de alta presión (104), aire

comprimido-gas helio, que utiliza el calor del aire comprimido (a la salida de los cilindros neumáticos (27» para

transmitirlo al gas helio, precalentado en el segundo grupo. Una vez refiigeraoo, el aire comprimido es almacenado

en los depósitos (46). Existe una enmadorn auxiliar (41) con el objeto de suplir a los intercambiadores de calor

35

anteriores en el caso de fallo.

La figura 10 muestra el sistema de barras articuladas empleadas para transmitir la fuerza del momento genemdo en

la estructura alar (1) a la OOTTedera (60) que acciona los cilindros neumáticos (27).

40

La articulación (4) une la estrucrura alar (1) con la barra (26), unida a s u vez con la barra (59), a traves de la

articulación (58). La barra (59) se une con la corredera (60) que acciona los cilindros neumáticos (27). La barra (59)

contiene lID eje de giro (61), fijado en la torre móvil (5) mediante el soporte (62). Como muestran la figura 5 y la

figura 11 , las articulaciones se completan con el eje estructural (50) del sistema de cilindros newnáticos fijado en los

cimientos de la realización de la invención, que es el eje de giro de la corred.en (60).

45

La figura 11 muestra el sistema de accionamiento de 105 cilindros neumáticos, el cual se describe detalladamente a continuación.

Según indica la figura 11, la corredera (60) se desplaza por el eje (SO) y empuja los accionadores de los cilindros (63). Gira en lOmo al eje (SO). cuando la estructura alar (1) gira verticalmente IDOvlda por la torre móvil (S) a la que va solidamente unida por el eje horizontal (25). El giro de la corredera (60) se produce por su Wlión al sistema de barras articuladas cuando estas giran obligadas por la torre móvil (5) y la estructura alar ( 1) a las que van unidas. La corredera (60) está solidamente unida a unos manguitos (64), los cuales atraviesan los accionadores de los cilindros

(63)

y giran libres dentro de ellos. Los IIUIllguilos (64) tenninan en unos collarines (65), que al girar libres por la superficie de los accionadores de los cilindros (63), arrastran a estos en su desplazamiento vertical.

Cuando la corredera (60) se desplaza hacia arriba, empujando el accionador (63) de los cilindros superiores. comprimiendo el aire contenido en ellos, debido al collañn (65) inrerior, empuja también hacia arriba el accionador de cilindros (63) inrerior llenando de aire los cilindros inreriores. Cuando la corredera (60) se desplaza hacia abajo, empujando el accionador (63) de los cilindros inreriores, comprimiendo el aire contenido en ellos, debido al cOllarín

(65)

superior, empuja también hacia abajo el accionador de cilindros (63) superior llenando de aire los cilindros superiores. Cuando la estructura alar (1) gire de izquierda a derecha, la corredera (60) se desplaza hacia arriba comprimiendo aire en los cilindros superiores. Cuando la estructura alar (1) gire de derecha a izquierda, la corredera

(60)

se desplaza hacia abajo COl11'rimiendo aire en kls cilindros inferiores.

La figura 12 muestra el sistema de frenado de la estructura alar (1), el cual es descrito a continuación detalladamente. La corredera (60) incorpora un sistema de frenado, como indica la figura 12, consistente en dos cilindros neumiricos con zapatas (66), alimentados por las tuberias Oexibles (67) conectadas con el circuito neumirico de control del sistema de frenado gestionado por el sistema inronnitico. Las zapatas (66) abrazan el eje (SO) Y frenan el movimiento de la corredera (60) y del conjunto de barras transmisoras de fuw..as a las que se encuentra unida y por consiguiente detiene el movimiento de la estructura alar (1). Las poleas de retención (20), mostradas en la figura 8, pueden frenar la estructura alar también en el caso de un fallo en el freno neumático. En la figura 12 se observan los rodamientos de la corredera (70).

Los materiales de fabricación son: la torre móvil (S), la torre fija (6), los ejes (25), (SO) Y (61), las barras de las articulaciones (26) y (59). la corredera (60), accionadores (63). manguitos (64) y collarines (65) se reali7JIn en acero. Todos los motores neumáticos y pistones de freoo (66) se construyen en acero inoxidable para obtener mayor resistencia. En los intercambiadores de calor, se construye la parte de baja presión en cobre y la de alta presión en acero inoxidable.

Los cilindros neuméticos se reúnen en dos grupos de ocho cilindros neumáticos (27) cada uno, el grupo superior y el grupo inrerior, como se ve en la figura 11 , unidos los cilindros neumiticos (27) en paralelo por los accionadores de los cilindros (63).

La figura i3 rnuestrala sección longitudinal de un cilindro neumitico (27) con todos sus componentes. El cilindro neumático (27) consta de un cuerpo del cilindro (76) fijado solidamenle a las bases estructurales (71). Como indica la figunl. 13, las bases estructurales (71) se unen mediante el eje estructum.l (SO). El ClJe1l)O del cilindro (76) contiene el pistón de empuje (69) y ambos están unidos por medio del fuelle Oexible (68) fabricado en caucho sintético el cual, al descender el pistón de empuje (69), comprime el aire de su interior. El pistón de empuje (69) es accionado por el eje de presión (72), unido solidamente a su vez con el accionador de los cilindros (63), segim indica la figura 11. En el

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¡x:rImetro del cilindro. se disponen dos grupos de ruedas (85) de cuatro ruedas cada uno, como indica figura 13. que dirigen y mantienen al pistón de empuje (69) en su carrera. En [a base del cuerpo del cilindro (76) existe la tubería de aire (87), por la que se extrae y se introduce aire de la cám8rl1 formada por el fuelle (68) y cstA unida con el circuito

neumático (99).

Cada cilindro neumático (27) se aloja en el intenor de una carcasa cilíndril;8. (88), como muestran la figura 1I Y la figura 14. En esta existen unos ventiladores axiales (89) en la parte S~eriofe inferior, como muestra la figura 14, con el fin de lograr que el aire atmosférico en~ del exterior por la parte superior. El aire aumenta de tempeI1ltura con el calor sobrante de la compresión en los cilindros y se conduce, por la parte inferior a naves de los conductos (90), hasta el intercambiador de calor de baja temperantm aire atmosférico-gas helio. Allí el aire cede su calor al gas helio para precalentarlo, cuando este retoma de las alas (2) y (3). antes de ser enviado a los intercambiadores de alta presión (104). El aire, ya frio, es expulsado al exterior.

La figura 1 S Y la figura 16, muestran los depósitos (46) Y sus conexiones,. las cuales son descritas a continuación detalladamente. El aire comprimido en los cilindros neumáticos (27), según la figura S, se almacena en los depósitos de aire comprimido (46) cuyo número es de 16. Existe un depósito por cada cilindro. Como muestra la figura lS, tit!nen fonna cilindrica y son de acero con el fin de almacenar grandes presiones, ocupando el mínimo espacio. Los 16 depósitos (46), según describe la figura IS, están conectados unos con otros por su parte superior e inferior. La salida de aire comprimido se sitúa en la parte superior de los depósitos y la entrada de aire comprimido se sitúa en la parle inferior.

Las salidas, como indican la figura 15 y la figura 16, de los depósitos (46) están equipadas, cada una, con válvulas 8DlÍrretomo y reguladores de presión motori7.ados con electroválvulas, y todo ello está controlado por el sistema informático de la reaJi7Jlción de la invenci6n; se llamará a este conjlUlto grupo regulador (91) desde ahora para simplificar. Todas las salidas de los depósitos (46) están conectadas medianle un colector de salida (92), cuya primera saJida (93), equipada también con lUl grupo regulador (91), conecta con el motor neum!tico (94) que acciona el generador eléctrico (9S). La presi6n y caudal de aire entregado al motor neumático (94) es regulado por el sistema inforrntitico para conseguir que el generador (9S) gire con las revoluciones y par adecuado, utilizando la presión almacenada en los dep6sitos (46) mediante sus grupos reguladores (91). La segunda salida (96), del colector de salida (92), está conectada a través de un grupo regulador (91) con el colector de cilindros (97). Esle tiene 16 derivaciones (98), que conectan con los 16 cilindros., equipadas cada una con un grupo regulador (91). De esta forma el sistema informático llena con aire comprimido cualquier cilindro y a cualquier presión que se precise.

Las erttn!das, como indica la figura 1S, de los depósilOs (46) están equipadas, cada una, con un grupo regulador

(91) Yse conectan con los intercambiadores de calor de alta presión (104) ya continuación con el circuito neumático

(99). A cada circuito neumático (99) se conectan cuatro cilindros neumáticos (27), a través de las tuberias de aire (86). El circuito neumático (99) a su vez se conecta con 4 depósitos (46). Como existen 16 depósitos (46), el número de circuitos neunúiticos (99) es cualTo. Cada uno de ellos se conecta con el colector de cilindros (97) mediante las 4 derivaciones (98) que le COtTeSpOflde y con la enlrBda de aire a presión almosfenca, a través de un filtro y dt!Shumidificador (100).

la figura 17 muestra el esquema del circuito neunúitico (99), el roal se describe a continuación detalladamente. La tuberia flexible (86) de cada cilindro se conecta con lUla electroválvula de 4 vías (101) que selecciona entre 3 opciones: la entrada de aire al cilindro, la salida de aire del cilindro y el cierre del cilindro a traves del cierre de la tuberia flexible (86). Esta última opción se emplea cuando se comprime toda la carrera del cilindro y se libera el aire

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comprimido al final de la carreT3.. La otra opción de compresión del aire en el cilindro, es conectar la salida del cilindro al regulador de presión motoriudo del grupo regulador (91). situado antes del depósito (46). Se comprime el aire hasta que se alcanza la presión seLeccionada en el grupo regulador (91) y al continuar comprimiendo. se libera aire del cilindro para mantener la presión seleccionada. Siempre se tiene que cumplir que la presión en el cilindro sea mayor que la del dep6t;ito (46), debido a las válvulas antirretomo instaladas.

La entnlda de aire al cilindro, a través de [a electroválvula (101), está regulada por la electroválvula de 3 vías (102), con una válvula antirretomo en su entrada, que selecciona entre la derivación (98), proveniente del colector de cilindros (97), y la entrada de aire exterior a presión atmosfenca a través del filtro de aire deshumidificador (100).

La salida de aire del cilindro, a través de la electroválvula (101), primero tnmscurre por una válvula antirretomo para continuar por una electroválvula de 6 vías (103), que conecta con los 4 intercambiadores de alta presión (104) situados., cada uno, antes de los 4 depósitos (46). También la electroválvula de 6 vías (103) conecta oon la entrada de aire exterior (100) con el fin de dejar los cilindros libres en su recorrido. A cada intercambiador de alta presión (104) llegan ruberlas de los 4 cilindros que se conectan a Wl colector situado en su entrada., por lo tanto los cuatro intercambiadores de alta presión (104) representados en la figura 17 tienen cuatro colectores, uno por cada intercambiador de alta presión (1 04).

Las electroválvulas de tres vías (102), de cuatro vías (101) Yde seis vías (103) del circuito neumático (99), son de caudal variable; con el fín de conseguir una mayor regulación.

En las figums 00 están representados los circuitos eléctricos con d propósito de 00 complicar los esquemas. pero todas las electroválvulas, reguladores de presión rootorizados y sensores de presión, de posición, de temperatura, de velocidad de viento etc., están conectados con el sistema infonnático.

Otra caracteristica de la realización de la invención es la obtención de agua. Esta se obtiene al remgerar el aire comprimido en los intercambiadores de calor y en los depósitos., aunque en estos últimos en menor cantidad. El aire comprimido se enma prácticamente en los intercambiado res. El agua se extnle mediante los purgadores de agua. Los de los intercambiadores (105) son más grandes que los de los depósitos ( 106) y el del colector de salida de los depósitos (1 07). que extraen menos agua.

Otras ralizadones preferentes de la Invendón

La figurn 18 muestra el esquema y componentes de la aplicación de la reall7llCión de la invención que obtiene agua del aire abnosférico y cuyo funcionamiento se describe a continuación detalladamente. El agua se obtiene de dos maneras. La primera, al bajar la temperatura del aire comprimido y condensarse el vapor de agua de dicho aire en los intereambiadores de calor de alta presión (104), en los depósitos (46) y en el colector de salida (92). La segunda. mediante una adaptación de la realización de la invención que la convierte en una oomba de calor que enfHa el aire abnosférico y extrae de éste el vapor de ligua que contiClle. El compresor de refriger.mte de la bomba de calor (11 S), como indica la figura 18, está unido a un motor neumático (94) alimentado oon el aire comprimido de los depósitos (46). El motor newnático (94) y el compresor (115) pueden ser susriruidos por un turbocompresor. El refrigerante, al evaporarse en el evaporador (117). extrae el calor del aire que circula a través del evaporadot (117). El condensador (118), al condensar el refrigerante; evacua el calor del refrigerante hacia el gas helio que circula dentro del intercambiador gas reliigerante-gas helio ( 119). Este calor se transmite, transportado por el gas helio, hacia las alas

(2) Y (3) donde se almacena. El aire que circula a través del evaporador (117), al enfriarse, condensa el vapor de agua

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que contiene y éste se recupera, en forma de agua liquida. por la tuberla (120). Esta se une, junio con la tuberia proveniente de los purgadores del intercambiador de calor de [os cil indros con el gas helio (104), depósitos de aire

(46) Ycolector de salida (92), coo el depllsiw de agua de condensación (121). El calor que exlT8e la bomba de calor del aire se transfiere al gas helio con 10 que se aumenta la fuerza de sustentación en las alas (2) y (3). La función del

5 intercambiador final (135) &erá descrita con detalle mis adelante. El aire &in y seco que expulsa el evaporador (117) se puede utilizar para proveer de aire de entrada I otro generlldor eólico oscilante neUlIllttico., aumentando el rendimiento de compresión de esta última máquina. También el aire frío y seco es posible emplearlo en procesos de refrigeración.

10 La figura 19 muestra el esquema y componentes de la aplicación de la realización de la invención destinada a generar calor y cuyo funcionumienlO detallado se describe a continuación detalladamente. El aire a alta presiÓn, almacenado en los depósitos (46), se envia al regulador (91). Este aire, debido a la baja temperatura a la que pueden estar sometidos los depósitos (46). es necesario calentarlo en el inten:ambiador aire-agua (2 10). Este obtiene el calor necesario del pozo (206), a tnlvb de las tuberias de agua (211) que contienen anticongelante. El aire, ya calentado.

15 acciona la turbina del turbocompresor (199), cuyo compresor eleva la presión del gas refrigerante. Este gas se licua en el condensador (202), cediendo su calor al aire del sistema de calefil.cciÓn circulante a través del condensador (202). A l. salida de ~,el gas liquido disminuye su presión en la vilvul. de expansión (203) y en el evaporador

(204) se gasifica, capturando el calor cedido en el intercambiador de calor gas-agua (20S). Este traspasa al gas el calor proveniente del pozo (206), a travb de las tuberias (201) con anticongellUlte. Dicho gas. ya con baja presión,

20 complela el ciclo regresando al twbocompresor (199). A la salida de los cilindros neumáticos (27) el aire con alta presión, mediante el circuito neumitico (99) cede, en el intercambiador de calor aire-aire (200), el calor adquirido en la compresión al aire del sistema de calefacción. El ]Xlm (206) se perfon en elterm'lO y el alor atrapado por la bomba de calor es el calor del subsuelo.

2 5 En las aplic.ciones de la realización de la invención descritas anteriormente en las cuales el aire comprimido de los depósitos (46) se emplea en el accionamiento de un motor ncumático (94). conectado a un generador eléctrico (95) o a un compresor de gas refrigerante (11 S), se incorpora un intercambi.dor final (135), gas helio-aire oomprimido.

Como mue$tllln la figura 16 Y la figunt 18, el circuito de gas helio del inten:ambiador fi nal (135) se inten:ala en la

30 tuberia de salida de gas helio de las alas (2) y (3), con el fin de que el calor almacenado en las alas (2) y (3), procedente del resto de intercambiadores a traVés de la tuberia de entnlda de gas helio a las alas, se transmita al aire comprimido frio procedente de los depósitos (46) que circula por el circuito de aire comprimido del intercambiador final (135). El aire comprimido sale del intercambiador final (135), con dirección al motor neumático (94), con mayor temperatura y por lo tanto mayor volumen, consiguiendo asi aumentar el rendimiento del motor neumático (94). El

35 sistema inrOrtrÚltico, puenteando la tuberia de salida de gas helio de las alas (2) y (3) mediante la electrOwlvula de treS vías (1 16) y por lo tanlO anulando la fimciÓD del intercambiador final (135), rqula el calor almacenado en las alas (2) y (3) en el caso de que éste sea escaso, repartiéndolo entre crear sustenlllCión en las allS (2) y (3) o aumentar el rendimiento del motor neumático (94). En la aplicación de la inveoción preparada para la genenaciÓD de electricidad, el iDterc:ambiador final (135) Y el grupo rrK'IlOf neumático (94}-gcnaadur elé<:trico (95) se sitúa m el

40 exterior de la realización de la invención. El intercambiador final (135) se une con la realización de la invención, como indican la figura S, figura 16 y figura 18, mediaDte la tuberia de salida de helio caliente (137), la tuberia de entrada de helio fiío (138) y la tubena de salida de aire comprimido (139). En el caso de dos o mAs genemdores eólicos oscilantes neumáticos operando jwlIos y co!l1)3rtiendo grandes depósitos de aire comprimido y un grupo motor neutnático-genmdor eléctrico de elevada potencia, exisrirl. un intercambiador final compartido de grnn

45 tamal\o. Este se alimenta del gas belio caliente procedente de las tuberías de salida de gas helio (137) de cada

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máquina. enviándole ya enfriado hacia las tuberias de entrada de gas helio (138) de cada m!quina. Estas dos tuberlas de gas helio (137) y (138) Y la ruberia de salida de aire comprimido (139) de la invención hacia el depósito de aire general se observan en la figura 5. Como esta figuT3 .5 es un esquema general de la realización de la invención, no.se representan el inten:ambiador final (135), el motor neumático (94) y el generador eléctrico (95). Las tuberias de gas helio y aire comprimido de cada máquina se unen en colectores. antes de llegar o partir del inlerCRmbiador final y del depósito de aire general.

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Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   1. Generador eólico oscilante neumático, del tipo que consta de una estructura (1), [a cual soporta unas alas aerodinámicas (2) y (3) con perfil aerodinámico silnttrico, que al cambiar su ángulo de ataque con respecto al viento, éste produce una fuerza cambiante de dirección y sentido. cuyo efecto es la oscilación de la estructura (1), orientándose ésta en la dirección más favorable al viento mediante su giro alrededor de un eje vertical y definido este eje por el giro de una torre móvil (5), soporte de la estructura (1). sobre una torre fija (6) , caracterizado por el hecho de que las alas aerodinámicas (2) y (3) varían su ángulo de ataque indepmdienlemenle unas de otras a través de un medio mecMico, distribuyéndose en filas y colunmas en la estructura (1), estando simado el eje de variación del ángulo de ataque de las mismas en posición vertical en la estructura (1), [a cual oscila alrededor de un eje de giro horizontal (25) situado en su zona inferior. siendo éste [a unión de la torre móvil (5) y la estrucrura (1), produciendo esta oscilación un elevado momento de fuerza que es empleado en accionar mediante un sistema de mmsmisión de fuerzas, dos grupos de uno o más cilindros neumáticos (27) cada uno, situados en la torre fija (6), en el interior de cada uno de estos cilindros neumáticos (27) un pistón de empuje (69) se desplaza por la camisa de un CUCJ'110 de cilindro (76), en estos cilindros neumáticos (27) alternativamente se comprime aire en uno de los grupos mientras que en el otro se aspira aire, debido a la variación de volumen de un fuelle flexible (68) situado en el interior de los cilindros neumáti cos (27) y unido por sus extremos al pistón de empuje (69) y al cuCJ'110 de los cilindros (76), este aire comprimido se almacena en unos depó5itos (46) y es empleado por un circuito neumático (99), constituido por electroválvulas, reguladore5 de pre5ión y válvulas antirretomo conectados por unas tuberias, en el llenado de los cilindros neumáticos (27) antes de cada compresión, estando la presión de esle aire detenninada y calculada según la velocidad del viento por un 5istema irúonnático, con el fin de que los cilindros neumáticos (27) en su carrera de compresión, mediante la fuerza ejercida por la pre5ión de este aire, resistan la fuerza ejercida por el viento y como consecuencia eleven la presión inicial de este aire de fOnDa escalonada, siendo almacenado este aire en los depósitos

   (46)

   según sus diferentes presiones alcanzadas; porque combinando la variación del ángulo de ataque de las alas aerodinámicas (2) y (3), independientemente unas de otras, con el giro de la esttuctura (1) alrededor de su eje vertical y calculados y dirigidos estos movimientos por el b;stema infonnático existente, se consigue el máximo aprovechamiento de las fuerzas aerodi námicas., incluida la resistencia aerodinAmica; porque las alas aerodinámicas

   (2)

   Y (3) contienen en su interior gas helio, el cual ejerce una fuerza de empuje ascensional produciendo en la estructura (1) un momento de empuje que se opone al momento del peso de la estructura (1), ayudando este momento de empuje a disminuir la inercia al movimiento al principio de cada ciclo de oscilación, siendo las alas aerodinámicas

   (3)

   de mayor tamaño, volumen y flexibilidad que las alas aerodinámicas (2) y al estar situadas las alas aerodinámicas

   (3)

   en la parte superior de la estructura alar (1), crean un momento de empuje ascensional superior al de las alas (2); y porque la mayor parte del calor generado en la oompresión del aire en los cilindros neumático¡; (27) se extrae por medio de unos intercambiadores de calor (104), disminuyendo éstos la temperarura de dicho aire antes de almacenarlo en los depósito¡; (46) y cediendo tstos el calor al gas helio que circula por ellos, este gas helio caliente es enviado hacia las alas aerodinámicas (2) y (3), produciendo un aumento adicional del empuje ascensional al circular por ellas, debido a la disminución de la densidad del gas helio al elevar.óe su temperulunt.

2. 2. Generador eólico oscilante neumiltico, segím reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el reve~timientD exterior de las alas aerodinámicas rlgidas (2) es transparente a la radiación infrarroja y ultravioleta de la luz solar y los annazones de las alas aerodinámicas rlgidas (2) son de color oscuro, incrementando la fuerza de empuje ascensional producida; y porque el revestimiento exterior de IIIS alas aerodinámicllS globo (3) esul reali7.ado en tejido resistente a las altas temperaturas del gas helio almacenado en IIIS mismas.

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3. 3. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las alas aerodinl'lmicas (2) y (3) contienen la pane principal de [a estrucrura (I) que \as soporta, estando está dividida en unas vigas (10) estructurales unidas por la tensión de unos cables (17) que discurren por el interior de las mismas,

   5 consiguiendo la estructura (1) mayor resistencia a la flexión con menor peso.
4. 4. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incoIJlOl8 un sistema de retención que frena y retiene la estructura (1) al final de cada ciclo de oscilación, consistente en un cable de retención (19), que fijado en su principio y final en la parte superior de la estructura (1). traoscurre a lo largo de la

   10 misma por unos pasadores de unos arbotantes (13) Y en el exterior de la estructura (1) transcurre por unas poleas (20) que disponen de unas zapatas (24) con el fin de frenar y bloquear el cable de retención (19).

   S. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el movimiento

   de oscilación de la estructum (1) se detiene e inmoviliza mediante un fiem con zapatas neumáticas (66) situado en la 1 S corredera (60), que actúa sobre el eje estructuml (SO).
5. 6. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en su openlción submarina para aprovechar la fuerza de las corrientes acuáticas, emplea un medio de captación del aire atmosrérico de alimentación del sistema neumático, el cual sobresale de la superficie acuática, siendo también

   20 utilizado este aire en las alas aerodinámicas (2) como sistema de flotabilidad de las mismas, con el objeto de contrarrestar su inercia al movimiento.
6. 7. Generador cólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que complementado con una bomba de calor cuyo compresor de gas refrigerante (115) es accionado mediante el aire:

   2S comprimido de los depósitos (46), produce agua obtenida por condensación del vapor de agua del aire atmosrérico en el evaporador (117) , en los depósitos (46), en los intercambiadores de calor (104) y colectores (92); y porque el calor generado en el condensador (118) de la bomba de calor, se transfiere al gas helio con el fin de aumentar el empuje pn:xIucido por este.

   30 8. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que utilizando los cilindros neumáticos (27) en su carrera de expansión y comunicados con los depósitos (46), se realiza el vaclo en los cilindros neumáticos, almacenando éste en el interior de los depósitos (46) progresivamente.
7. 9. Generador cólico oscilante neumático. según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en su

   35 operación como compresor de aire: utilizable en la depuración de aguas residuales y desalación de agua de mar mediante ósmosis inversa, emplea unos medios de transrerencia de presión, los cuales transfieren la presión del aire comprimido procedente de los depósitos (46) al agua, con el fin de utilizar esta en el proceso de ósmosis inversa.
8. 10. Generador eólico oscilante nenmitico, según reivindicación 1, l;llracterlzado por el hecho de que el calor

   40 producido dW1lnte la compresión del aire en los cilindros neumáticos (27), unido al calor extraido del subsuelo mediante una bomba de calor, cuyo compresor (199) es accionado mediante la energla del aire comprimido almacenado en los depósitos (46), se emplean en un sistema de calefacci6n o en otros fines.

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9. 11. Generador eólico oscilante neumático, según teivindicaci6n 1, elractcriudo por el hecbo de que el calor contenido en el gas helio almacenado en las alas ar;rodinámicas (2) y (3), se transmile por medio de un intercambiador fin.1 (135), gas belio-aire ~rimido, al aire comprimido con baja tempel1ltunl procedente de los depósitos (46), anles de su utilización para accionar un medio IJleCt¡nico, consiguierxlo aumentar el rendimiento de

   5 éste.

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