ES2543034A1 - Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas - Google Patents

Abstract

Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1) con la finalidad de obtener energía eléctrica de un flujo de aire, de instalación preferente en paraguas y sombrillas (0), y que consta de un subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100) y de un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200).

Description

Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas.

5 Objeto y sector de la técnica al que se refiere la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1) para su colocación preferente en paraguas y sombrillas, tanto de mano para uso portátil, como estacionarias para empleo en campings, playas, etc.,

10 permitiendo generar energía eléctrica a partir de la energía eólica captada por la tela cuando está extendida; el dispositivo (1) almacena la energía eléctrica en una batería para su uso preferentemente para recarga de teléfonos móviles, smartphones, tablets, libros electrónicos, ordenadores portátiles, etc., así como p.ej. alumbrado LED; el dispositivo (1) permite el plegado normal del paraguas y sombrilla.

15 La invención se sitúa en el sector técnico de las ingenierías eléctrica y de mecánica de fluidos.

Generalidades y estado de la técnica anterior más próximo

20 El diccionario de la lengua española (DRAE), en su 22a edición, define "paraguas" como un utensilio portátil para resguardarse de la lluvia, compuesto de un eje y un varillaje cubierto de tela que puede extenderse o plegarse; y define "sombrilla" como "quitasol", definiéndose este como especie de paraguas o sombrilla usado para

25 resguardarse del sol.

Un paraguas es un objeto para protegerse de la lluvia; está formado por una superficie cóncava desplegable, normalmente de tela impermeable o plástico, sujeta a una estructura de varillas dispuestas alrededor de un eje central rematado en uno de sus

3 O extremos por una contera que le sirve de apoyo, y por el otro lado terminado en un mango o puño, adecuado para llevarlo con una mano; existe una versión de bolsillo, que tiene varillas que se pliegan por dos o más sitios.

La potencia eólica teórica que desarrolla el flujo de aire captado por un paraguas o 35 sombrilla vendrá dada por la siguiente expresión:

1 3

P=_·p·S·v

2 eo

donde: P es la potencia (W), p es la densidad del aire (kg/m3), S es el área característica 4 O (m2) y Veo es la velocidad del viento (mis).

Para un área de captación circular, típica de un paraguas o sombrilla, tendremos:

rr. D2

S=-

siendo: D el diámetro de la tela extendida del paraguas o sombrilla.

Para una densidad del aire de 1,2 kg/m3, tendremos:

p = 047· D2 • Veo 3

,

El flujo de aire recorrerá el interior de la tela, por la parte cóncava, hasta llegar a un captador eólico (107), reconduciéndose dicho flujo de aire hasta llegar finalmente a una turbina eólica (1024). La energía del flujo de aire, salvo por las pérdidas en su movimiento, será constante, por 10 que la potencia producida por la turbina eólica (1024) viene dada por la siguiente ecuación:

donde: P es la potencia (W), Cp es el coeficiente de potencia dependiente de A, relación de velocidad periférica (TSR), y ~, que es el ángulo de paso (pitch angle), D es el diámetro de la tela extendida del paraguas o sombrilla (m), y Veo es la velocidad del viento (mis).

El coeficiente de potencia Cp puede alcanzar el valor teórico máximo de 16/27 (0,59) que es el llamado límite de Betz, aunque en la práctica el máximo valor se da en las turbinas HAWT de dos palas siendo de 0,47 (Femández, 2009; Patel, 2006).

Para un Cp de 0,47, la potencia mecánica en el eje de la turbina eólica (1024), viene dada por:

p = 0,472 • D2 . veo

Para el cálculo de la potencia específica, emplearemos un D = ~m, quedando:

p' = 0,28· veo 3

donde: P' es la potencia específica (W 1m2).

P.ej. para una Veo de 5 mis tendremos una P' de 35 W/m2•

La potencia media de un smartphone es de 5 W, por 10 que con un metro cuadrado de tela, es decir 1,13 m de diámetro, necesitaremos una Veo de 2,615 mis; si consideramos un rendimiento del generador eléctrico (1029) de 0,9 entonces necesitaremos una Veo de

2,7 mis.

En el estado de la técnica se desconoce si existe un dispositivo funcionalmente parecido, aunque resuelva los problemas técnicos de forma distinta, al que reivindica la presente invención.

En el estado de la técnica más cercana tenemos los siguientes documentos: En el documento de modelo de utilidad denominado DOl con número de publicación ESI074332U y fecha de presentación 22.12.2010 y titulado literalmente: "Sombrilla", se describe una sombrilla que presenta la particularidad de estar dotada de placas solares

5 para establecer una fuente de alimentación eléctrica de un enchufe, conector o similar, al que se pueden conectar distintos aparatos, dispositivos o equipos para su funcionamiento.

Estos dispositivos presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los 10 siguientes aspectos:

-

Elementos rígidos en contacto con la tela impermeable o lona, provocando puntos de debilidad en la misma;

15 -Requieren de una pluralidad de elementos auxiliares para fijación de los diferentes elementos al paraguas o sombrilla, siendo por tanto de laborioso montaje y desmontaje;

El dispositivo (1), que la invención preCOnIza, resuelve de forma plenamente 2 O satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.

Descripción detallada de la invención

25 Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1) que comprende los siguientes elementos con las siguientes características:

-

una primera parte denominada subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100) Y cuya función es reconducir adecuadamente el flujo de aire

3 O captado por la tela de un paraguas o sombrilla y hacerlo llegar hasta una turbina eólica (1024), para hacer que en su movimiento de giro arrastre un generador eléctrico (1029) con el fin de generar energía eléctrica;

-

una segunda parte denominada subsistema de almacenaje y alimentación

35 eléctrica (200) y cuya función es regular la carga y almacenar la energía eléctrica proveniente de un generador eléctrico (1029) en una etapa de almacenaje y alimentación eléctrica (2001), así como alimentar un receptor eléctrico mediante una clavija (2005).

4 O Las ventajas técnicas, respecto del estado de la técnica actual, que presenta la invención son:

./ No existen elementos rígidos en contacto con la tela impermeable o lona que provoquen puntos de debilidad en la misma;

,¡ Se permite la salida del flujo de aire turbinado evitándose la entrada de agua al interior del paraguas o sombrilla; ,¡ Dispositivo de fácil montaje y desmontaje tanto en paraguas o sombrillas existentes como en nuevos diseños en fábrica;

5 Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras con carácter ilustrativo y no limitativo.

10 Glosario de referencias

(ID

Paraguas o sombrilla (dispositivo cualquiera del estado de la técnica

anterior);

(!)

Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas;

15 (01)

Mango;

(02)

Bastón;

(03)

Tela impermeable;

(04)

Contera;

(100)

Subsistema de captación eólica y generación eléctrica;

2 O (101)

Manguito acoplador;

(102)

Subsistema de turbinado y generación eléctrica;

(1021) Contera turbina;

(1022) Entrada eólica turbina;

(1023) Salida eólica turbina;

25

(1024) Turbina eólica;

(1025) Carcasa turbina;

(1026) Cojinetes;

(1027) Eje;

(1028) Soporte;

3 O

(1029) Generador eléctrico;

(1030) Tomillo prisionero;

(1031) Cable eléctrico generador;

(1032) Regleta eléctrica;

(103)

Salida eólica;

35

(104) Caperuza eólica;

(105)

Contera caperuza;

(106)

Cable eléctrico bastón;

(107)

Captador eólico;

(108)

Cantonera;

40 (109)

Faldón;

(200)

Subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica;

(2001) Etapa de almacenaje y alimentación eléctrica; (2002) Soporte brida; (2003) Indicador carga batería;

45 (2004) Indicador descarga batería; (2005) Clavija;

Breve descripción de las figuras

Figura 1 (Fig.l).-muestra una vista en alzado de un paraguas o sombrilla (O),

cualquiera del estado de la técnica anterior;

5 Figura 2 (Fig.2).-muestra una vista en alzado de un dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1);

Figura 3 (Fig.3).-muestra una vista en alzado, de detalle, de un subsistema de

10 captación eólica y generación eléctrica (100) y, exterior simplificada, de un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200);

Figura 4 (Fig.4).-muestra una vista en alzado, de detalle, de un subsistema de

captación eólica y generación eléctrica (100);

15 Figura 5 (Fig.5).-muestra una vista en alzado, de montaje, de una contera caperuza (105);

Figura 6 (Fig.6).-muestra una vista en alzado, de detalle, de un subsistema de 2 O turbinado y generación eléctrica (102)

Figura 7 (Fig.7).-Fig.7A, muestra una vista en alzado de un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200); Fig.7B, muestra una vista en alzado, de detalle, del subsistema indicado.

25 Figura 8 (Fig.8).-muestra una vista en alzado de un faldón (109);

Figura 9 (Fig.9).-muestra un gráfico de vectores de velocidad del flujo que circula en un subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100). 30

Exposición detallada de un modo de realización preferente de la invención

Se describe detalladamente una realización preferente de la invención, de entre las distintas alternativas posibles, mediante enumeración de sus componentes así como de 35 su relación funcional en base a referencias a las figuras, que se han incluido, a título ilustrativo y no limitativo, según los principios de las reivindicaciones.

Figura 1 (Fig.l).-muestra una vista en alzado de un paraguas o sombrilla (O),

cualquiera del estado de la técnica anterior. La invención es de aplicación preferente

4 O tanto a paraguas y sombrillas de mano portátiles, como a paraguas y sombrillas grandes estacionarias o fijas de empleo en campings, playas, etc. Se pueden apreciar en la figura las siguientes partes fundamentales:

-

Mango (01); 45 -Bastón (02); -Tela impermeable (03);

-

Contera (04);

constando también un paraguas o sombrilla (O) de varillas, tacos de varilla y rayos; partes éstas que no se han referenciado por no ser necesarias para describir la invención 5 reivindicada.

Figura 2 (Fig.2).-muestra una vista en alzado de un dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1). Se puede apreciar en la figura que la invención consta de dos partes, diferenciadas por su diferente ubicación:

10 -Una parte situada en la contera (04) denominada subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100);

-

Otra parte situada en el bastón (02) denominada subsistema de almacenaje y 15 alimentación eléctrica (200);

Figura 3 (Fig.3).-muestra una vista en alzado, de detalle, de un subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100) y, exterior simplificada, de un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200).

20 Figura 4 (Fig.4).-muestra una vista en alzado, de detalle, de un subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100), que comprende:

-

Manguito acoplador (101); siendo su función unir mecánicamente la contera

25 (04) del paraguas o sombrilla (O) con una contera turbina (1021) de la invención (1); para ello se dota el interior del manguito de una rosca tipo terraja la cual puede auto-roscar (roscar sobre una superficie que no tiene rosca) sobre la contera (04) y de una rosca normal para roscar sobre la contera turbina (1021) que ésta se ha preparado con rosca; este sistema permite el fácil montaje y

3 O desmontaje del dispositivo (1) sobre un paraguas o sombrilla (O);

-

Subsistema de turbinado y generación eléctrica (102); siendo su función captar la energía eólica y convertirla en energía eléctrica;

35 -Salida eólica (103); hueco por donde sale el aire turbinado al ambiente exterior;

-

Caperuza eólica (104); sirve para alojar el subsistema (102) en su interior y sirve para sujetar la contera caperuza (105); su diseño con forma de campana permite reconducir el flujo de aire turbinado al exterior y evitar que entre el agua

4 O desde el exterior al interior del paraguas o sombrilla (O);

-

Contera caperuza (105); tiene la misma función que la contera (04) de un paraguas o sombrilla (O);

45 -Cable eléctrico bastón (106); permite mantener la continuidad eléctrica desde una regleta eléctrica (1032) hasta un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200); la regleta eléctrica (1032) permite el fácil montaje y desmontaje del dispositivo (1) sobre un paraguas o sombrilla (O);

-

Captador eólico (107); compuesto de tela impermeable y que tiene un extremo

5 libre rematado en una cantonera (108), disponiendo ésta de una capa adhesiva protegida por una cinta de protección. La cantonera (108) se fija, desprendiendo la cinta de protección de dicha capa adhesiva, a la tela impermeable (03) y una vez bien adherida, se recorta con un cúter o similar el trozo de tela impermeable

(03) que queda entre la cantonera (108) Y la contera (04). De este modo quedará

10 un orificio que comunicará el interior de la campana del paraguas con la entrada eólica turbina (1022). El sistema así descrito permite mantener la función de abrir y cerrar un paraguas o sombrilla (O). Opcionalmente para paraguas o sombrillas de gran envergadura se dota a la cantonera (108) de una cremallera, procediendo de forma similar para su fijación a la tela impermeable o lona.

15 -Faldón (109); compuesto de tela impermeable, es opcional, y sirve para reforzar el evitar la entrada de agua del exterior al interior de un paraguas o sombrilla (O).

2 O Figura 5 (Fig.5).-muestra una vista en alzado, de montaje, de una contera caperuza (105). Se fija mediante un tomillo prisionero (1030) la caperuza eólica (104) a la culata del generador eléctrico (1029). El resto del tomillo prisionero (1030), que queda libre, permite fijar la contera caperuza (105) al conjunto así formado.

25 Figura 6 (Fig.6).-muestra una vista en alzado, de detalle, de un subsistema de turbinado y generación eléctrica (102), que comprende:

-

Contera turbina (1021 );

30 -Entrada eólica turbina (1022); permite comunicar el flujo de aire que entra por el captador eólico (107) con una turbina eólica (1024);

-

Salida eólica turbina (1023); permite comunicar el flujo de aire que sale de una turbina eólica (1024) con el interior de una caperuza eólica (104);

35 -Turbina eólica (1024); cualquiera del estado de la técnica de tipo de eje horizontal pero con funcionamiento con eje vertical o inclinado (posición del paraguas o sombrilla (O);

4 O -Carcasa turbina (1025); aloja la turbina eólica (1024), soporta unos cojinetes (1026) Y soporta la contera turbina (1021); con forma de figura de revolución;

-

Cojinetes (1026); permiten el movimiento rotatorio de un eje (1027)

45 -Eje (1027); une mecánicamente la turbina eólica (1024) con el rotor de un generador eléctrico (1029);

-

Soporte (1028); tiene como función fijar un generador eléctrico (1029) a una carcasa turbina (1025);

5

- Generador eléctrico (1029); cualquiera del estado de la técnica,

preferentemente de

alterna de tipo multi-pol o de Imanes perman entes de

neodimio;

-

Tomillo prisionero (1030); dotado en un extremo de una ranura para su 10 atornillado;

-

Cable eléctrico generador (1031); permite mantener la continuidad eléctrica desde un generador eléctrico (1029) hasta una regleta eléctrica (1032);

15 -Regleta eléctrica (1032); permite la conexión y desconexión del cable eléctrico generador (1031) Y el cable eléctrico bastón (106);

Figura 7 (Fig.7).-Fig.7A, muestra una vista en alzado de un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200); Fig.7B, muestra una vista en alzado, de detalle, del 2 O subsistema indicado, que comprende:

-

Etapa de almacenaje y alimentación eléctrica (2001); tiene como función

regular la carga y almacenar la energía eléctrica proveniente de un generador

eléctrico (1029) en unas baterías recargables cualquiera del estado de la técnica,

2 5 así como regular la descarga de las mismas.

-

Soporte brida (2002); para sujetar la envolvente de la citada etapa al bastón (02);

3 O -Indicador carga batería (2003); preferentemente un LED bicolor, que indica con un color si se está produciendo generación eléctrica eólica y con otro color si las baterías están cargadas.

-

Indicador descarga batería (2004); preferentemente un LED monocolor, que indica si se está produciendo descarga de las baterías al haber conectado p.ej. un móvil;

-

Clavija (2005); preferentemente estándar para móviles;

4 O Figura 8 (Fig.8).-muestra una vista en alzado de un faldón (109); compuesto de tela impermeable, como se ha indicado anteriormente es opcional para reforzar el evitar la entrada de agua del exterior al interior de un paraguas o sombrilla (O).

Figura 9 (Fig.9).-muestra un gráfico de vectores de velocidad del flujo que circula en 45 un subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100); obtenido mediante técnicas numéricas computacionales de dinámica de fluidos; obsérvese a la izquierda de

la figura la escala gráfica que muestra el módulo de la velocidad del flujo de aire en mis; el caso mostrado corresponde a un in/et con 10 mis; obsérvese a la derecha los vectores de velocidad que marcan en dirección las líneas de corriente y en tamaño el módulo de la velocidad. Se ha comprobado por los valores numéricos de los vectores en

5 los diferentes puntos del recorrido del flujo de aire, que el diseño es óptimo.

Claims (4)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1) con

   la finalidad de obtener energía eléctrica de un flujo de aire, de instalación

   5

   preferente en paraguas y sombrillas (O), y que se caracteriza por constar de:

   -un subsistema de captación eólica y generación eléctrica (100) cuya función es

   reconducir adecuadamente el flujo de aire captado por la tela impermeable (03)

   de un paraguas o sombrilla (O) y hacerlo llegar hasta una turbina eólica (1024),

   10

   para hacer que en su movimiento de giro arrastre un generador eléctrico (1029)

   con el fin de generar energía eléctrica, y que dicho subsistema está formado por:

   -un manguito acoplador (1 01);

   15

   -un subsistema de turbinado y generación eléctrica (102) que comprende

   una contera turbina (1021), una turbina eólica (1024), una carcasa turbina

   (1025), unos cojinetes (1026), un eje (1027), un soporte (1028), un cable

   eléctrico generador (1031) y una regleta eléctrica (1032);

   20

   -una caperuza eólica (104);

   -una contera caperuza (105);

   -un cable eléctrico bastón (106);

   -un captador eólico (107);

   -una cantonera (108);

   25

   -un subsistema de almacenaje y alimentación eléctrica (200) cuya función es

   regular la carga y almacenar la energía eléctrica proveniente de un generador

   eléctrico (1029) en una etapa de almacenaje y alimentación eléctrica (2001), así

   como alimentar un receptor eléctrico mediante una clavija (2005), y que dicho

   3 O

   subsistema está formado por:

   -una etapa de almacenaje y alimentación eléctrica (2001);

   -un soporte brida (2002);

   -un indicador carga batería (2003);

   35

   -un indicador descarga batería (2004);

   -una clavija (2005).

2. 2.

   Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1),

   según la reivindicación primera caracterizado porque la cantonera (108)

   4 O

   dispone de una capa adhesiva protegida por una cinta de protección.

3. 3.

   Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1),

   según reivindicación primera, caracterizado porque la cantonera (108) dispone

   de una cremallera.

4. 4. Dispositivo eólico generador de electricidad para paraguas y sombrillas (1), según reivindicación primera, que se caracteriza porque se dispone de un faldón

   (109) compuesto de tela impermeable, para reforzar el evitar la entrada de agua del exterior al interior de un paraguas o sombrilla (O).