ES2547980B1

ES2547980B1 - Fuente, que aprovecha la diferencia de densidad de los fluidos, para la producción de energía renovable, mejorada

Info

Publication number: ES2547980B1
Application number: ES201400300A
Authority: ES
Inventors: Francisco Javier Rosende Barturen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: US20150293003A1; US9255869B2; ES2547980A1

Abstract

Mejoras a la patente P201000275 por Fuente, que aprovecha la diferencia de densidad de los fluidos, para la producción de energía renovable.#Los perfeccionamientos se refieren a la forma de introducir el aire, o fluido de menor densidad, en el conducto (2) mediante tubos separados unos de otros de forma que entre ellos exista agua, o fluido líquido, de manera que baña, al menos, parte de sus paredes. Es decir, como ramas de un ramo sumergido en el agua y que en los extremos en vez de flores salen las burbujas de aire producidas en la entrada de aire del final de la rama o tubo. Más concretamente a la forma de introducir el fluido de menor densidad mediante tubos que en su base están juntos, cercanos o son tangentes y en sus extremos de salida están separados. Es decir, formando un ramo, de manera que la distancia de separación de los extremos de los tubos, entre ejes de simetría, es aproximadamente el diámetro de la burbuja.

Description

MEJORAS A LA PATENTE P201000275 POR "FUENTE, QUE APROVECHA LA DIFERENCIA DE DENSIDAD DE LOS FLUIDOS, PARA LA PRODUCCiÓN DE ENERGíA RENOVABLE"

Sector técnico de la invención La presente invención se refiere a una serie de perfeccionamientos introducidos en la patente P201000275 relativa a una fuente, que aprovecha la diferencia de densidad de fluidos para la producción de energia renovable.

Antecedentes de la invención La patente P201000275 describe una fuente de energia renovable para la producción de energía mecánica o eléctrica que comprende un conducto sumergido en un fluido, generalmente agua, contenido en otro tubo o tanque, cuya sección de salida está aproximadamente al mismo nivel que la superficie libre del agua y su entrada a una cota inferior. El sistema incluye asimismo un elemento que introduce un fluido, de menor densidad, generalmente aire, en el interior de este conducto, mediante burbujas de tamaño uniforme yde tamano relativamente pequeno aproximadamente en la misma dirección del conducto y abarcando toda su sección lo que produce el ascenso de dicho fluido (mezcla aire-agua) hacia la superficie. El ascenso es debido al empuje hidrostático que ejerce el agua exterior al conducto (mayor densidad) desde la sección inferior del conducto al fluido que se encuentra en el interior de dicho conducto (mezcla aire-agua) de menor densidad. Así como también al empuje de Arquímedes de las burbujas de aire, en el seno del agua, que hay en el interior del conducto y cuyo empuje transmiten en parte al agua. La energía de este caudal inducido es la que se aprovecha, así como la presión estática y dinámica del fluido de menor densidad, generalmente aire, que se introduce a presión, estática y dinámica, en el conducto.

Descripción de la invención La invención se refiere a un generador que comprende un distribuidor configurado para introducir un segundo fluido de una segunda densidad, siendo la segunda densidad una menor densidad, y pudiendo ser el segundo fluido aire, en un conducto que contiene un primer fluido de una primera densidad, siendo la primera densidad una mayor densidad, y pudiendo ser el primer fluido agua. En la invención, cuando se menciona el segundo fluido de una segunda densidad o fluido de menor densidad, puede ser aire, y cuando se menciona el primer fluido de una primera densidad o fluido de mayor densidad, puede ser

agua. El distribuidor puede comprender una pluralidad de tubos. Los tubos tienen un primer extremo, configurado para recibir una entrada de un segundo fluido, de menor densidad, y un segundo extremo, configurado para expulsar un segundo fluido, de menor densidad. Los segundos extremos del tubo están conectados con el conducto. Los tubos están 5 dispuestos en forma de ramo, siendo cada tubo una rama del ramo, es decir, que los primeros extremos del tubo están próximos entre sí, a una distancia de entrada, de, unos de otros, mientras que los segundos extremos del tubo están más separados entre sí, a una distancia de salida, ds, unos de otros. La distancia de salida, ds, está configurada para que en el conducto, entre los segundos extremos, haya primer fluido, de mayor densidad,

10 que baña, al menos parte, de las paredes internas del conducto. Es decir, que la configuración de los tubos del distribuidor es como las de las ramas de un ramo y que en vez de flores, tiene segundos extremos por los que sale el segundo fluido que forma de burbujas de segundo fluido (aire) en el primer fluido (agua). El segundo fluido proviene de una entrada de segundo fluido (aire) al comienzo del tallo del ramo.

15 Los tubos pueden estar en su base juntos, cercanos o tangentes y en sus extremos de salida pueden estar separados. La distancia de salida, ds, determinada por la separación entre los ejes de simetria de los segundos extremos de los tubos, es aproximadamente el diámetro de la burbuja. Los tubos son del mismo diámetro interior y el segundo fluido, de menor densidad, que puede ser aire, está a la misma presión en todos los tubos, por lo que

20 las burbujas que se forman son de tamaño uniforme. Al ser la distancia entre ejes de simetria igual o algo superior al diámetro de las burbujas, las burbujas salen pegadas unas a otras. Con esta disposición se consigue la mayor área de sección de segundo fluido, que puede ser aire, frente a la del primer fluido, que puede ser agua, a fin de conseguir una proporCión de segundo fluido, que puede ser aire, superior a la del primer fluido, que puede

25 ser agua. El distribuidor de la invención consigue:

• Que la proporción de segundo fluido, que puede ser aire, sea superior a la de primer fluido, que puede ser agua en el interior del conducto con primer fluido (agua) y con burbujas de segundo fluido (aire). Esta mayor proporción de segundo fluido frente a primer

30 fluido permite un aumento considerable de la eficiencia de la fuente de energia renovable.

•: Una buena distribución de burbujas de segundo fluido (aire) en el primer fluido (agua).

•: Que las burbujas salgan aproximadamente en la dirección del conducto, lo que

permite aprovechar la energia cinética o presión dinámica, permitiendo también conseguir 35 grandes caudales de segundo fluido (aire) para una misma sección del conducto.

•: Burbujas de tamano uniforme, a fin de que la velocidad de ascenso sea igual en todas, con lo que se evitan choques y que se formen burbujas de mayor tamal'\o.

•: Escoger el tamaño de la burbuja que fundamentalmente depende de la sección interior del tubo y de las presiones estática y dinámica.

5 • Abarcar prácticamente toda la sección transversal del conducto, con pequeños huecos o intersticios con primer fluido, que puede ser agua, entre columnas de burbujas de segundo fluido, que puede ser aire. Una primera realización del distribuidor comprende un ramo de tubos. Una segunda realización del distribuidor comprende una pluralidad de canales de primer fluido en la

10 sección de entrada para conseguir una mejor distribución y formación de las burbujas. El conseguir una alta proporción de segundo fluido (menor densidad), que puede ser aire (burbujas), en el primera fluido (mayor densidad), que puede ser agua, es fundamental, pues aumenta, en todas las aplicaciones, la rentabilidad, ya que utilizando la misma cantidad de energía de funcionamiento del generador, aumenta la potencia y la eficiencia

15 del proceso, y en algunas aplicaciones esto es imprescindible o crítico, pues si no se consigue un alto porcentaje de segundo fluido, que puede ser aire (burbujas), no se obtiene rentabilidad por mucho que se aumente la longitud del conducto por el que discurren el primer fluido y el segundo fluido (a no ser que se utilice depresión a la salida). A fin de conseguir una mayor proporción de aire frente al agua, o del fluido de menor

20 densidad frente al fluido de mayor densidad, esto es, del segundo fluido frente al primer

fluida, la entrada de segunda fluido (aire) se realiza: Mediante ramos de tubos de forma que sus segundos extremos están distanciados aproximadamente el diámetro de burbuja a fin de conseguir la mayor área de salida de segundo fluido (aire) frente al area de la sección del primer fluido (agua) en una sección

25 transversal del conducto. Los segundos extremos de los tubos están situados a distintos niveles, a fin de conseguir que las burbujas de segundo fluido, que puede ser aire, sean tangentes unas a otras según un eje longitudinal del conducto, a fin de conseguir la mayor área de salida de segundo fluido, que puede ser aire, frente al área de la sección del primer

30 fluido, que puede ser agua, en un plano transversal del conduelo.

Descripción de las figuras Para completar la descripción que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención , se acompaña un juego de dibujos donde con carácter

35 ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1: Un generador que comprende un distribuidor de entrada de segundo fluido, de menor densidad, que puede ser aire, que comprende una pluralidad de conductos de primer fluido, de mayor densidad, que puede ser agua, para mejorar la distribución de burbujas del segundo fluido (aire) en el primer fluido (agua). Figura 2: Un generador análogo al de la Figura 1 donde el conducto de primer fluido con burbujas de segundo fluido tiene una sección reducida. Figuras 3A, 38, 3C, 3D, 3E (3A corte longitudinal, 38 corte transversal, 3C detalle de la Figura 3A, 3D sección en A-A, 3E detalle de la Figura 38): Generador que comprende una pluralidad de ramos de tubos de entrada de segundo fluido (aire) que desembocan en varios conductos de primer fluido (agua). La figura 3A muestra burbujas de segundo fluido (aire) en un conducto mientras que la figura 38 muestra burbujas en todos los conductos. La sección A-A de la Figura 3C ilustrada en la Figura 3D muestra la secciÓn de los primeros extremos (61) de los tubos (6) de la figura 3A. Hay un conducto por cada ramo. Con siete ramos y siete conductos. Figuras 4A, 48 (4A corte longitudinal, 48 corte transversal): Generador que comprende una pluralidad de ramos de tubos de entrada de segundo fluido (aire) que desembocan en varios conductos de primer fluido (agua). La figura 4A muestra burbujas de segundo fluido (aire) en un conducto mientras que la figura 48 muestra burbujas en todos los conductos. Hay un conducto por cada ramo. Con cuarenta y nueve ramos y cuarenta y nueve conductos. Figuras SA, 58 (5A corte longitudinal, 58 corte transversal): Generador que comprende una pluralidad de ramos de tubos de entrada de segundo fluido (aire) que desembocan en varios conductos de primer fluido (agua). La figura 5A muestra burbujas de segundo fluido (aire) en un conducto mientras que la figura 58 muestra burbujas en todos los conductos. Hay tantos conductos como tubos. Con siete ramos, cuarenta y nueve conductos y cuarenta y nueve tubos. Figura 6: Sección transversal de un conducto de primer fluido (agua) con burbujas de segundo fluido (aire) y con piezas para tapar huecos o intersticios. Figura 7: Sección transversal de un conducto de primer fluido (agua) y con piezas para tapar huecos o intersticios sin representar las burbujas. Figura 8: Alineaciones de burbujas tangentes unas a otras. Figuras 9A y 98 (9A corte longitudinal, 98 Sección en A-A): Ramo de tubos de entrada de segundo fluido (aire) que desembocan en un solo conducto de primer fluido (agua). El conducto tiene sección hexagonal y el ramo tiene treinta y siete tubos dispuestos confonne a la sección hexagonal del conducto. La figura 98 o sección en A-A de la figura 9A

muestra la sección transversal de los primeros extremos (61) de los tubos (6). Figura 10: burbujas de segundo fluido (aire) en conducto de primer fluido (agua). El conducto tiene sección hexagonal. Figura 11 : entradas de segundo fluido (aire) en el conducto de pri mer fluido (agua) de sección hexagonal, que dan lugar a las burbujas de la figura 10. Figura 12: aprovechamiento de los humos de escape mediante turbocompresor para producir aire a presión que se utiliza en la fuente de energía renovable (FER). Las referencias que aparecen en las figuras corresponden a los siguientes elementos:

(1): Primer fluido, de una primera densidad, de una mayor densidad, que puede ser agua

(2): Conducto dentro del primer fluido, que puede ser agua

(3): Salida del conducto

(4): Segundo fluido, de una segunda densidad, de una menor densidad, fluido gaseoso que puede ser aire, suministrado a presión estática y dinámica

(6): Tubos (tubos de entrada del segundo fluido)

(61): Primeros extremos de tubos (6)

(62): Segundos extremos de tubos (6)

(7): Sección de entrada de primer fluido, que puede ser agua, al conducto (directamente o a través de la turbina)

(8): Turbina

(81): Entrada a la turbina

(9): Generador eléctrico

(10): Pieza para direccionar el primer fluido, que puede ser agua

(14): Recipiente

(41): Desagüe

(42): Dispositivo de llenado automático por nivel de flotador

(106) Bandeja de recogida del agua

(107) Turbocompresor

(109) Cono o embudo de recogida

(1: 10) Canales para líquido en la entrada del segundo fluido, fluido gaseoso o aire

(1: 11) Burbuja de segundo fluido, que puede ser un fluido gaseoso o aire

(112) Piezas para rellenar los huecos entre burbujas (111) y las paredes del conducto con liquido y burbujas de segundo fluido, que puede ser un fluido gaseoso o aire (de) Distancia de entrada (d,) Distancia de salida (Pl) Primera profundidad (P2) Segunda profundidad. Realización preferente de la invención A continuación se muestran diferentes formas de realizaciones prácticas En la figura 1 se muestra una entrada de segundo fluido (aire) en forma de difusor o cónica, definida en la patente principal, que comprende una pluralidad de canales (110) para conseguir una mejor distribución y formación de las burbujas. En la figura 2 se muestra una entrada de segundo fluido (aire) similar a la de la figura 1 y con sección reducida del conducto (2) de agua con burbujas de segundo fluido (aire). En las figuras 3A y 38 se muestran varios ramos de tubos de entrada de segundo fluido (aire) que desembocan en varios conductos de primer fluido (agua). Con siete ramos y siete conductos (2), conectando cada ramo con un conducto (2). Todos los ramos y los conductos (2) se incluyen en el recipiente (14). Las burbujas (111) de segundo fluido (aire) se han representado mediante circunferencias, tanto en la sección transversal como en la sección longitudinal. Las entradas de segundo fluido (aire) o segundos extremos (62) de los tubos (6) del ramo son de un diámetro inferior al de las burbujas (111) Y están separados o tienen una distancia de salida (ds) entre ejes de simetría que es aproximadamente iguat at diámetro de las burbujas (111 ). El tamaño de las burbujas (111) es función, fundamentalmente, de la presión estática y dinámica y del diámetro interior de los tubos (6). El recorrido del segundo fluido en los tubos (6) o ramas es aproximadamente igual, a fin de que las pérdidas de carga en los tubos (6) o ramas sean aproximadamente también iguales. En la Fig. 3C puede verse que los segundos extremos (62) de tubos (6) centrales de cada ramo penetran más en los conductos (2) a fin de conseguir que las burbujas (111 ) sean tangentes unas a otras según un eje longitudinal del conducto (2). En otras palabras: 12a) los segundos extremos (62) de tubos (6) centrales de cada ramo penetran a una

primera profundidad (P1 ) en un conducto (2); 12b) los segundos extremos (62) de tubos (6) periféricos de cada ramo penetran a una

segunda profundidad (P2) en un conducto (2); 12c) la primera profundidad (P1 ) es menor que la segunda profundidad (P2). La proporción de aire que se puede conseguir, sin tapar los huecos entre las burbujas y las paredes del conducto (2), es de 51 ,8 %. Y tapando los huecos del 66,6 %. Ya que son 7 esferas de radio r en un cilindro de radio 3r y una altura de 2r. (al tapar huecos hay que restar a los 18 pi rJ, del volumen del cilindro, un volumen de 4pi r ). En la figura 3D se muestra una sección en A-A de la figura 3C. La figura 3D está ampliada en detalle para

35 poder indicar la distancia de.

En las figuras 4A y 48 se muestra un sistema similar al de la figura 3A y 38 sólo que en vez de siete ramos está constituido por cuarenta y nueve ramos, siete ramos en cada uno de los siete conductos (2). En las figuras 5A y 56 se muestran varios ramo de tubos de entrada de segundo fluido (aire) que desembocan en varios conductos (2) de primer fluido (agua). Con siete ramos, cuarenta y nueve conductos (2) y cuarenta y nueve tubos. Todos los ramos y los conductos se incluyen en el recipiente (14). Las burbujas (111) de segundo fluido (aire) se han representado mediante circunferencias, tanto en la sección transversal como en la sección longitudinal. Las entradas de segundo fluido (aire) o segundos extremos (62) de los tubos

(6) del ramo son de un diámetro inferior al de las burbujas (111) Y están separados o tienen una distancia de salida (ds) entre ejes de simetría que es aproximadamente igual al díámetro de las burbujas (111). El tamaño de las burbujas (111) es función, fundamentalmente, de la presión estática y dinámica y del diámetro interior de los tubos (6). Este sistema tiene el inconveniente de la gran cantidad de tubos (6) y conductos (2) a instalar, uno por cada entrada de segundo fluido (aire), pero permite conseguir burbujas alargadas. El porcentaje de burbujas de segundo fluido, que puede ser un fluido gaseoso o aire, es de 66,6 %, que representa una esfera de radio r frente a un cilindro de radio r y una altura de 2r. En este caso, una sola burbuja abarca la sección transversal de cada tubo (2), por lo que solo hay una profundidad P = P1 =P2 en cada conducto (2). En la figura 6 se muestra una sección transversal de un conducto de primer fluido (agua) con burbujas de segundo fluido (aire) en el que se han cerrado los huecos entre las burbujas (111) y la pared del conducto (2) mediante piezas (112) a fin de evitar que estos huecos se llenen del primer fluido, fluido liquido o agua, y con ello conseguir una mayor proporción de segundo fluido (aire) frente al primer fluido (agua) y, por tanto, conseguir una mayor eficiencia de la Fuente de Energía Renovable. En la figura 7 se muestra el mismo ejemplo de la figura 6 sin representar las burbujas (111) de aire. Las distancias de salida ds son mayores que los diámetros de los segundos extremos (62) de los tubos de entrada (6), ya que las entradas de segundo fluido al conducto (2) o segundos extremos (62) de los tubos (6) no son tangentes entre sí, sino que están separados una distancia, que para tubos adyacentes, coincide con el diámetro de la burbuja (ver figura 6). Por otro lado, los primeros extremos (61) de los tubos de entrada (6) son tangentes entre ellos, de forma similar a lo que se muestra en las figuras 3D y 96. Es decir, que las distancias (de) entre tubos adyacentes, de los primeros extremos (61 ), son iguales al diámetro del tubo. En la figura 8 se muestra alineaciones de burbujas (111) tangentes unas a otras.

Disposición utilizada tanto en el plano longitudinal como en el transversal a fin de conseguir

una mayor proporción de segundo fluido (aire), o volumen máximo, frente a la del primer

fluido (agua).

En las figuras 9A y 98 (98 Sección en A-A) se muestra un ramo de tubos (6) que

S: desembocan en un solo conducto (2) de primer fluido (agua) de sección poligonal

(hexagonal). La cota representada entre ejes de simetría de los extremos de salida (62) de

los tubos (6) no coincide exactamente con la distancia de salida ds • sino que es igual a

CY3 / 2) ds. ya que representa una proyección de ds sobre el plano de la figura. En la figura

11 se representa esta cota y la distancia exacta ds.

10: En la figura 10 se muestra el conducto (2), de sección hexagonal, y la disposición de las

burbujas, tangentes unas a otras, encajadas en la sección del conducto (2).

En la figura 11 se muestra el conducto (2) de sección hexagonal y la disposición de las

entradas de segundo fluido (aire) en el conducto (2) que dan lugar a las burbujas (1 11) que

se representan en la figura 10.

15: En la figura 12 se muestra una apllcación de la FER en la que se aprovechan los humos de

escape para producir aire a presión mediante un turbocompresor (107) que introduce el

aire a presión (estática y dinámica) en el interior del conducto (2) que inicialmente contiene

agua y que posteriormente contiene agua con burbujas de aire. Este agua con burbujas de

aire asciende por el conducto (2) debido a:

20: 1. Empuje de Arquímedes producido por las burbujas de aire.

2. El efecto vasos comunicantes entre el interior del conducto (2) que contiene agua con

burbujas de aire y el recipiente 14 que solo contiene agua.

3. El aire que entra a presión dinámica y estática.

Cuando llega a lo más alto sale del conducto (2) y es conducido por la pieza (10) que lo

25: direcciona a la bandeja separadora (106) y el aire sale y el agua desciende por el

recipiente (14). El flujo de agua es aprovechado por la turbina (8) que produce energía

eléctrica mediante el alternador (9). El agua entra al conducto de la turbina a través de la

entrada (81).

La entrada de segundo fluido (aire) al conducto (2) se representa esquemáticamente.

30: Representa cualquiera de los sistemas de entrada de las figuras 1 a 5, Ó la 9.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Mejoras a la patente P201000275 por "Fuente, que aprovecha la diferencia de densidad de los fluidos, para la producción de energía renovable" donde la fuente comprende: 1a) un recipiente (14) que contiene un primerfluido (1) de una primera densidad ; 1b) un suministro de un segundo fluido (4) de una segunda densidad; 1e) un conducto (2):

1c1) inmerso en el primer fluido (1); que comprende: 1c2) una sección de entrada (7); 1c3) una sección de salida (3);

caracterizadas por que comprende: 1 d) una pluralidad de tubos (6) dispuestos en forma de ramo configurados para introducir el segundo fluido (4) proveniente del suministro en la sección de entrada (7).
2. Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 1 caracterizadas por que los tubos (6) comprenden: 2a) un primer extremo (61) configurado para recibir una entrada de segundo fluido (4) proveniente de un suministro; 2b) un segundo extremo (62) configurado para expulsar el segundo fluido (4) en la sección

de entrada (7); donde: 2c) los primeros extremos (61) están separados entre si una distancia de entrada (de)

medida entre ejes de simetría de los tubos (6); 2d) los segundos extremos (62) están separados entre si una distancia de salida (ds) medida entre ejes de simetría de los tubos (6).
3.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 2 caracterizadas por que la distancia de salida (ds) es mayor que la distancia de entrada (de).
4.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 2 caracterizadas por que la fuente comprende: 4a) una pluralidad de conductos (2); 4b) una pluralidad de ramos; donde:

4c) los segundos extremos (62) de un ramo desembocan en la sección de entrada (7) de un mismo conducto (2).
5.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 4 caracterizadas por que cada ramo comprende siete tubos (6).
6.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 5 caracterizadas por que la fuente comprende siete ramos.
7.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 2 caracterizadas por que la fuente comprende: 7a) una pluralidad de conduclos (2); 7b) una pluralidad de ramos; donde: 7e) cada segundo extremo (62) de cada ramo desemboca en la sección de entrada (7) de un conducto (2) diferente.
8.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 2 caracterizadas por que la fuente comprende una pluralidad de piezas (112) para tapar huecos entre los segundos extremos (62) y una pared del conducto (2).
9.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 2 caracterizadas por que el conducto (2) tiene una sección transversal poligonal.
10.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 9 caracterizadas por que el conducto (2) tiene una sección transversal hexagonal.
11.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 9 caracterizadas por que el ramo comprende treinta y siete conductos (2).
12.

Mejoras a la patente P201000275 según reivindicación 2 caracterizadas por que: 12a} los segundos extremos (62) de tubos (6) centrales de cada ramo penetran a una primera profundidad (P1) en un conduelo (2);

12b) los segundos extremos (62) de tubos (6) periféricos de cada ramo penetran a una segunda profundidad (P2) en un conducto (2);

12c) la primera profundidad (P1) es menor que la segunda profundidad (P2).
13. Mejoras a la patente P201000275 segun reivindicación 1 caracterizadas por que la fuente comprende: 13a) una pluralidad de canales (110) configurados para conducir el primer fluido (1) desde

el recipiente (14) a la sección de entrada (7).