ES2586128B1 - Vela de perfil variable - Google Patents

Abstract

Vela de perfil variable. La vela puede variar entre una posición no operativa replegada, y una posición operativa desplegada, en la que determinan el perfil de la vela (2) y por tanto la superficie aerodinámica de contacto con el viento, caracterizada porque la vela comprende al menos un elemento de vela inflable (24) y rigidizable, accionable por unos medios de inflado (30) y de rigidización (29), entre una posición replegada, correspondiente dicha posición no operativa replegada, y dicha posición operativa desplegada, en la que la vela (2) inflada. El perfil de la vela está dividido en secciones (21, 22) a ambos lados de un eje (20), y comprende una estructura de soporte (23), sobre la cual están dispuestos dichos elementos de vela inflables (24), los cuales están constituidos por bolsas inflables (24), accionables por dichos medios de inflado (30) y de rigidización (29).

Description

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DESCRIPCION

Vela de perfil variable.

Sector tecnico de la invencion

La presente invencion se refiere a una vela de perfil variable, configurable entre una posicion no operativa replegada, y una posicion operativa desplegada, en la que determinan el perfil de la vela y por tanto la superficie aerodinamica de con-tacto con el viento.

La vela de perfil inflable de la presente invencion encuentra particular aplica-cion como elemento constitutivo de sistema de conversion de energla, y mas en concreto a un sistema para convertir la fuerza del viento en mares y oceanos en energla electrica y en combustible no fosil, gracias a la electrolisis del agua de mar en H2 y/o O2.

Antecedentes de la invencion

Es conocido en mecanica de fluidos que la eficiencia de las velas de tela es inferior a ala de las alas de los aviones. En estos, la diferencia entre la fuerza de sustentacion y el peso permite que el avion vuele, gracias a que la capa llmite ae-rodinamica del aire no se desprende del perfil. Por el contrario, en las velas con-vencionales en el sector naval, es el empuje del viento el que hincha la vela y pro-duce, por empuje, una fuerza resultante que permite el avance del buque o barco.

Durante largo tiempo se ha deseado una vela para navegacion acuatica que presente las ventajas de las alas de aviacion. Para ello ha habido numerosos inten-tos para proporcionar velas rlgidas de perfil aerodinamico de tipo aeronautico.

De entre ellos cabe citar los rotores tipo Flettner ya descritos en 1926 por Anton Flettner (FLETTNER, Anton Mein Weg zum Rotor, Leipzig (Kohler & Amelang, 1926)), ya citados, por ejemplo, en el documento de patente europea EP 040 597.

El documento WO2004024556 describe una vela rlgida que se compone de dos partes que pueden girar relativamente segun un eje vertical para determinar el intrados y el extrados de una vela a modo de un perfil aerodinamico de los empleados para las alas de la tecnica aeronautica.

El documento WO0189923 describe una vela rlgida de perfil aerodinamico articulada que comprende tres elementos verticales (o modulos), cada uno de los cuales esta formado por tres elementos horizontales (o secciones) mutuamente articuladas o extrados de ala o vela rlgida.

La patente FR2648426 describe un ala compuesta por una parte rlgida y una parte flexible que se escamotea en el interior de un alojamiento de la parte rlgida, permitiendo diferentes configuraciones aerodinamicas.

En la patente US7146918 se describe un sistema de generation de energla electrica e hidrogeno, a partir del agua de mar y de la energla eolica, en sistemas flotantes en el agua que comprenden velas rlgidas.

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El problema que presenta el sistema de generation de la US7146918, es que las velas son de dificil operation, control y regulation, y con ello la production de energia y H2 pierde rendimiento y predictibilidad. Por ejemplo, un problema importante es que si el viento vira 180° entonces se hace necesaria una operacion de giro de las velas, que puede ser dificultosa y peligrosa.

No obstante esta profusion de intentos, de los cuales se ha enumerado unicamente unos ejemplos ilustrativos, no se ha conseguido hasta la fecha un dispositivo versatil, economico y de facil operacion.

El documento EP2202144A1 describe una vela rigida de perfil configurable, con laminas elasticas de cerramiento, unida a la correspondiente pared en al menos una zona cercana a dicho canto extremo y medios de generacion y alimentation de aire a presion y de vado para inflar y desinflar las velas para modificar a voluntad el perfil de la vela. Esta vela aporta una solution a esta demanda.

La patente US8601966 describe velas de perfil aerodinamico, que se pliegan y despliegan a modo de acordeon, y que aportan otra solucion eficaz y de elevado rendimiento en la produccion de hidrogeno y otras especies qtimicas de elevado contenido entalpico. Las velas forman un conjunto formado por pares de velas opuestas, cada una de las cuales comprende unos mastiles extensibles, unas secciones que se desplazan longitudinalmente sobre dichos mastiles y unos paneles, articulados a las secciones y entre si, que conforman la superficie lateral de cada vela. Tales paneles son operativos entre dos posiciones: una position operativa desplegada, en que se encuentran esencialmente coplanarias y alineadas longitudinalmente en una direccion esencialmente vertical; y una posicion de reposo plegada, en que se encuentran apiladas a modo de fuelle, conjuntamente con las secciones, esencialmente horizontales.

No obstante la eficacia y versatilidad de la vela de la US8601966, el modo de plegado podria presentar inconvenientes de tipo mecanico y operativo, cuando se tratara de plegar o desplegar muy rapidamente, por ejemplo por cambio en las condiciones climaticas.

Una de las finalidades de la presente invention es proporcionar una solucion simultanea a los anteriores problemas e inconvenientes.

Explication de la invencion

A tal finalidad, el objeto de la invencion es una vela de perfil variable, de novedoso concepto y funcionalidad, que en su esencia se caracteriza por comprender al menos un elemento de vela inflable y rigidizable, accionable por unos medios de inflado y de rigidizacion, entre una posicion replegada, correspondiente dicha posicion no operativa replegada, y dicha posicion operativa desplegada, en la que la vela de perfil configurable esta inflada y rigida.

De acuerdo con otra caracteristica de la presente invencion, el perfil de la vela esta dividido en secciones a ambos lados de un eje, y comprende una estructura de soporte, sobre la cual estan dispuestos dichos elementos de vela inflables, los cuales estan constituidos por bolsas inflables, accionables por dichos medios de de inflado y de rigidizacion.

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La vela puede girar alrededor del eje, guiada en su parte inferior sobre un carro alrededor de unas gulas circulares.

El eje puede comprende una columna triangular de refuerzo, para dotar de mas inercia a la estructura de soporte.

Segun otra caracterlstica de la vela segun la invention, la misma esta recubierta exteriormente de un tejido tecnico que se adapta a la forma del perfil de la vela en cada momento, y que encierra el conjunto de las bolsas inflables.

Preferentemente, el perfil de la vela es en perfil de ala de avion.

Breve descripcion de los dibujos

En los dibujos adjuntos se ilustra, a tltulo de ejemplo no limitativo, una forma de realization de la vela de perfil variable objeto de la invencion. En dichos dibujos:

la Fig. 1, es una vista en perspectiva de un buque que incorpora las velas de la invencion;

la Fig. 2 es una vista de detalle segun II de la Fig. 1, que ilustra en especial un generador electrico, el sistema de production de hidrogeno/oxlgeno, movidos por la fuerza del viento que es recogida por las velas, con medios de almacenamiento de hidrogeno/ oxlgeno;

la Fig. 3 es una vista en planta de un perfil de vela segun la invencion, en su position replegada;

la Fig. 4 es una vista analoga de la Fig. 3, pero con el perfil de vela en posicion desplegada, con las bolsa inflables infladas;

la Fig. 5 es una visa en perspectiva de la vela rlgida de la Fig. 4;

la Fig. 6 es una vista en planta que ilustra el modo de inflado de un ejemplo de realizacion de la bolsa inflable de la vela de la presente invencion;

la Fig. 7 es una vista en perspectiva, correspondiente a la vista en planta de la Fig. 6; y

la Fig. 8 es una vista en perspectiva, similar a la de la Fig. 4, en la que se aprecia con claridad el forro 28 en la posicion desplegada de la vela.

Descripcion detallada de los dibujos

En dichos dibujos puede apreciarse la constitution y el modo operativo de una forma de realizacion la vela 2 de perfil variable, que puede configurarse entre una posicion no operativa replegada, y una posicion operativa desplegada, en la que determinan el perfil de la vela y por tanto la superficie aerodinamica de contacto con el viento.

En el ejemplo que se ilustra, la vela 2 esta montada conjuntamente con otras velas 2 identicas o semejantes, sobre un buque 1, que es impulsado por las velas 2 y que incorpora un sistema de generation y almacenamiento de energla, por ejemplo mediante generation y almacenamiento de hidrogeno, oxlgeno, metanol, etanol, amoniaco, etc.

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La invention se basa en la combination de la velocidad del viento con la alta densidad del agua, que hace que el rendimiento sea mucho mayor que el de cualquier otro sistema basado en el viento como fuente de energia primaria.

Se trata principalmente de un buque 1 especialmente disenado para la production de hidrogeno (y/u de oxigeno), obtenidos a partir de la electrolisis del agua del mar o lacustre, que incorpora las velas 2 de la invencion.

En los dibujos puede verse que el sistema para la produccion de hidrogeno a partir del agua marina, segun la presente invencion, comprende:

- un buque 1, disenado para y encargado de soportar todas las cargas estructurales necesarias y albergar el sistema de almacenamiento en su interior;

- provisto de las velas 2, encargadas de propulsar la embarcacion para que esta adquiera velocidad;

- turbinas 3 sumergidas, que giran a causa de la velocidad relativa entre la embarcacion y el agua y generan energia mecanica, alimentando a su vez a los equipos de electrolisis y los equipos auxiliares. Las turbinas 3 giran a causa de la velocidad relativa entre el buque 1 y el agua y generan energia mecanica, alimentando a su vez a equipos de generation de H2 5 y los equipos auxiliares del buque 1;

- un generador electrico 4 adaptado para convertir en electricidad la rotation las turbinas 3;

- un sistema de generacion de hidrogeno 5 a bordo para producir H2 y O2 a partir de la energia electrica generada por el generador 4;

- medios de almacenamiento 6, por ejemplo basados en contenedores ISO de H2 y O2 de alta presion (30 bar, 300 bares o superior).

Segun la presente invencion, son posibles diferentes variantes para el sistema de generacion de H2, entre ellas, y de modo no limitativo:

- por electroactivacion quimica (ECAS) del agua de mar en cartuchos de ECAS 11 por medio de la adicion de un electrolito. En este caso se puede alimentar con un electrolito adicional, o puede bastar la propia salinidad del agua marina; y

- un sistema por electrolisis del agua a traves de membranas de elementos 10 de filtration, microfiltracion y/o ultrafiltracion.

El proceso en que se genera y almacena H2 y O2 es el siguiente:

- el buque 1 abandona el puerto con el uso de un motor (no mostrado), ya sea convencional o de pila de combustible de hidrogeno y se dirige a un area con vientos de intensidad alta.

- Una vez alli, el buque 1 apaga el motor y navega a vela, utilizando las velas 2 desplegadas, siguiendo la direction de maxima intensidad del viento tan solo para

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adquirir una velocidad alta. A mayor velocidad del buque 1, mayor es la production de hidrogeno y de oxigeno.

- En este proceso, el buque adquiere velocidad relativa con el mar, que se aprovecha para generar energia mecanica gracias a las turbinas 3 sumergidas.

- Con esta energia mecanica, transformada en electrica, se alimentarian los sistemas de generation de hidrogeno 5 y los equipos auxiliares para realizar la electrolisis o electroactivacion quimica (ECA) del agua previamente acondicionada, separandola en hidrogeno y oxigeno u otras especies qwmicas en el caso de la ECA (por ejemplo Cl y sus compuestos).

- Los gases se almacenarian a bordo a presion, en estado gaseoso en un principio o mediante almacenamiento quimico o criogenico, en medios de almacenamiento 6 de gases, provistos en el ejemplo ilustrado (Figs 1 y 2), de tanques 7 de hidrogeno, oxigeno, etc.

- Cuando los tanques 7 o componentes quimicos de almacenaje (celulas) estan llenos, el buque 1 regresa al puerto para descargar y volver a iniciar el proceso.

Idealmente se espera trabajar con almacenamiento a presion estandar en contenedores ISO, que posteriormente podran ser descargados en cualquier puerto sin necesidad de infraestructuras especiales, aunque se preve que se pueda utilizar otros metodos para almacenar, como grandes tanques esfericos o elementos quimicos de almacenamiento (celulas).

De acuerdo con la invention, las velas 2 son velas rigidizables y de perfil configurable entre una position no operativa replegada (Fig. 3), y una position operativa desplegada (Figs. 1, 4 y 5), en la que determinan el perfil de la vela 2 y por tanto la superficie aerodinamica de contacto con el viento. Preferiblemente, las velas (2) en su forma inflada y rigidizada adquieren un perfil de ala de avion.

Cada vela 2 esta formada por elementos de perfil 100 (Figs. 3, 4 y 5), divididos en secciones 21, 22, iguales y pivotantes sobre una articulation 26 de tipo tubular, dispuestas a ambos lados de un eje 20, y comprenden una estructura de soporte 23, a modo de celosia, sobre la cual estan dispuestos unos elementos de vela 24, constituidos por bolsas inflables 24, accionables individual o colectivamente, por unos medios de inflado 30, entre una posicion desinflada, correspondiente a la posicion replegada, y una posicion inflada y rigida, correspondiente a la posicion desplegada, en la que determinan el perfil de la vela 2 y por tanto la superficie aerodinamica de contacto con el viento.

La estructura 23 en celosia, que tiene la forma del borde de salida del perfil aerodinamico, para cuando se tengan que armar los hinchables no haga falta trabajar con los de una mitad del perfil y puedan quedar completamente sin inflar.

Una vez fijadas y ancladas mutuamente ambas secciones 21 y 22 de los elementos de perfil 100, y fijados entre si los elementos de perfil 100, las velas 2 pueden girar alrededor del eje 20 guiadas en su parte inferior y superior sobre un carro 9 de rodamientos alrededor de unas guias circulares 12 de la cubierta 13 del buque 1, y sobre su eje giratorio superior.

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El eje 20 central y las secciones 21 y 22 en contacto con la misma, transmite los esfuerzos al conjunto del buque y recibe el montaje de la estructura de soporte 23 en celosla. Todos los elementos de perfil 100 se anclan a dicho eje 20 central.

Existen unos elementos verticales 27 en los dos bordes de la estructura de soporte que hacen de gula para un forro exterior 28 (Figs. 4 y 8), que pueden plegarse o bien debajo de la estructura, en cubierta, o bien en la parte superior. Este forro exterior 28 puede ser un tejido tecnico que se adapta a la forma del perfil de la vela 2 en cada momento, y que encierra el conjunto de las bolsas inflables 24. Para una mayor claridad, en las Figs. 1 y 5 se muestran las velas 2 desprovistas el forro exterior 28.

El eje 20 del modo de realization que se ilustra, comprende una columna triangular de refuerzo 32, para dotar de mas inercia a la estructura de soporte 23 en celosla. Figs. 2 a 5. La columna triangula de refuerzo 32 puede ser substituida por un elemento de forma diferente, pero con la misma funcion.

Como punto adicional, todo el conjunto de las velas 2 puede estar unido por una pasarela superior 8 (Fig. 1), que dote al conjunto de mayor inercia.

Como se ha dicho, para conformar la forma de perfil aerodinamica, el conjunto cuenta con una serie de elementos de vela inflables 24 que pueden hincharse a voluntad por unos medios de inflado 30, mediante aire a presion a traves de tuberlas y sistemas de presion comunes distribuidos por toda la estructura de soporte 23 en celosla de la vela 2, pudiendo adoptar con este sistema la vela 2 distintas formas y configuraciones en cada momento. Un ejemplo no limitativo del funcionamiento de los elementos de vela inflables 24 esta descrito seguidamente, con particular referencia a las Figs. 6 y 7:

El sistema de inflado 30 para configurar perfiles adaptables consta de bolsas inflables 24, preferentemente de material plastico (por ejemplo PVC), dotadas de un forro interior 25.

Dicha bolsa inflable 24 es tensada a traves de unos rodillos 31 motorizados que recogen o liberan la bolsa inflable 24, mientras el forro interior 25, el cual esta unido a la bolsa inflable 24 mediante una union termosoldada o similar, dispone de un tubo de inyeccion 32 de aire a presion, dicho tubo estara fijado a un armazon de la estructura de soporte 23 en celosla, que lo mantendra fijo en una position y que ademas hace de soporte para sujetar un marco interior 33.

Este marco interior 33 esta dispuesto dentro de la bolsa inflable 24 pero por fuera del forro 25 y tiene su analogo en un marco exterior 34, los cuales ejercen una funcion de guiado, pudiendo tensar y soltar "tela” de la bolsa inflable 24. El marco exterior 34 estara fijado a la estructura general al igual que el marco interior 33. Dicho marco, le otorga una estabilidad, posicionamiento, y rigidez a los esfuerzos tangenciales, que puede generar el viento.

La vela 2 formada a partir de las bolsas inflables 24 es tambien rigidizable. Para este fin, la bolsa inflable 24 dispone de unos medios de rigidizacion unas formas de hinchado con costuras de preformado 29 (Fig. 7), de manera que la bolsa inflable 24 crece o disminuye en volumen, pero con una forma rlgida y disenada de antemano, del mismo modo que los conocidos dispositivos “airbag’ de los automoviles. En las Figs. 4 y 5 se aprecia con claridad como las bolsas inflables 24 son entre si de diferentes formas y volumenes maximos, una vez adquirida la posicion operativa desplegada inflada y rlgida.

Con la invencion se resuelve la creacion de volumenes configurables y adaptables, para cualquier sistema que necesite de esta posibilidad, como pueden ser velas de perfil configurable, o palas para aerogeneradores.

5 Expertos en la tecnica apreciaran que las velas 2 del sistema de la invencion tienen una dualidad simetrica completa, ya se puede configurar las velas 2 hacia un lado u otro, y segun volumenes variables, haciendo innecesario que rote 180° caso de que el viento venga del lado contrario. Igualmente, para ciertas variaciones de la direccion o velocidad del viento, el buque del sistema de la presente invencion no requiere variar su direccion.

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Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invencion, asl como la manera de ponerla en practica, se hace constar que todo cuanto no altere, cambie o modifique su principio fundamental, queda sujeto a variaciones de detalle.

15 En este sentido, las velas rigidizables y de perfil configurable 2 de la presente invencion pueden adoptar otras formas de realizacion diferentes de la explicada en relacion con la realization preferida basada en elementos inflables o bolsas 24. La vela 1 tambien puede encontrar aplicaciones distintas de la aqul descrita relativa a su aplicacion en un buque 1 para un sistema de produccion de hidrogeno.

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Semejantemente, el numero de elementos de perfil 100, al igual que el de elementos de vela (o bolsas inflables) 24, puede ser cualquiera, incluido la unidad, quedando ello dentro del alcance de protection de las reivindicaciones.

Claims (7)

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   ES 2 586 128 A1

   REIVINDICACIONES

   1. Vela de perfil variable, entre una posicion no operativa replegada, y una posicion operativa desplegada, en la que determinan el perfil de la vela (2) y por tanto la superficie aerodinamica de contacto con el viento, caracterizada porque la vela (2) comprende al menos un elemento de vela inflable (24) y rigidizable, accionable por unos medios de inflado (30) y de rigidizacion (29), entre una posicion replegada, correspondiente dicha posicion no operativa replegada, y dicha posicion operativa desplegada, en la que la vela (2) inflada.
2. 2. Vela de perfil variable, segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el perfil de la vela (2) esta dividido en secciones (21, 22) a ambos lados de un eje (20), y comprende una estructura de soporte (23), sobre la cual estan dispuestos dichos elementos de vela inflables (24), los cuales estan constituidos por bolsas inflables (24), accionables por dichos medios de inflado (30) y de rigidizacion (29).
3. 3. Vela de perfil variable, segun la reivindicacion 2, caracterizada porque la vela (2) puede girar alrededor del eje (20).
4. 4. Vela de perfil variable, segun la reivindicacion 3, caracterizada porque la vela (2) puede girar alrededor del eje (20), guiada en su parte inferior sobre un carro (9) alrededor de unas gulas circulares (12).
5. 5. Vela de perfil variable, segun la reivindicacion 3, caracterizada porque el eje (20) comprende una columna de refuerzo (32), para dotar de mas inercia a la estructura de soporte (23).
6. 6. Vela de perfil variable, segun la reivindicacion 2, caracterizada porque la vela (2) esta recubierta exteriormente de un tejido tecnico que se adapta a la forma del perfil de la vela en cada momento, y que encierra el conjunto de las bolsas inflables (24).
7. 7. Vela de perfil variable, segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el perfil de las velas (2) es en perfil de ala de avion.