ES2635432T3 - Generador de olas de gravedad superficiales y piscina de olas - Google Patents

Generador de olas de gravedad superficiales y piscina de olas Download PDF

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ES2635432T3 ES14000139.7T ES14000139T ES2635432T3 ES 2635432 T3 ES2635432 T3 ES 2635432T3 ES 14000139 T ES14000139 T ES 14000139T ES 2635432 T3 ES2635432 T3 ES 2635432T3
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Abstract

Una piscina de olas (100; 300; 400) que comprende: un canal (106) que contiene agua y que tiene un contorno de fondo que tiene una pendiente (204) que se eleva desde una zona profunda (202), incluyendo adicionalmente el contorno de fondo un banco (206) que es una extensión de la pendiente (204); una o más láminas (500; 600; 704; 906; 1006), al menos parcialmente sumergidas en el agua, estando disponible cada lámina (500; 600; 704; 906; 1006) verticalmente próxima a la zona de fondo (202) del canal (106) y adaptada para su movimiento en una dirección a lo largo de una longitud del canal (106), teniendo cada lámina (500; 600; 704; 906; 1006) una geometría de sección transversal curvilínea que define una superficie de ataque (502) que es cóncava alrededor de un eje vertical para proporcionar arrastre para generar una ola primaria lateralmente en el agua que hace contacto con la superficie de ataque de la lámina (500; 600; 704; 906; 1006) y que está adaptada para generar una ola solitaria hacia el banco (206) en el agua a partir del movimiento, y una superficie de salida (504), en la que la superficie de salida (504) se estrecha desde un ancho máximo de la lámina (500; 600; 704; 906; 1006) adyacente a la superficie de ataque (502) hasta un punto en un extremo de la lámina (500; 600; 704; 906; 1006) de modo que la superficie de salida (504) disminuya el arrastre de la lámina (500; 600; 704; 906; 1006) y minimice las olas oscilatorias que extiende la ola primaria a partir del agua que se mueve pasando por la superficie de ataque (502) de la lámina (500; 600; 704; 906; 1006), y en el que la superficie de salida (504) está configurada para recuperar el flujo para evitar la separación del flujo de agua en la ola y para mitigar el arrastre desde la lámina (500; 600; 704; 906; 1006) en el agua por el movimiento, y un mecanismo de movimiento que tiene una pista lo largo de la longitud del canal próxima a la zona profunda (202) del canal (106), el mecanismo de movimiento para mover las una o más láminas (500; 600; 704; 906; 1006) a lo largo de la pista en la dirección a lo largo de la longitud del canal (106) para generar una ola de gravedad superficial a partir de la ola solitaria por cada una de las una o más láminas (500; 600; 704; 906; 1006).

Description

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DESCRIPCION
Generador de olas de gravedad superficiales y piscina de olas Antecedentes
Las olas oceanicas se han usado recreativamente durante centenares de anos. Uno de los deportes mas populares en cualquier playa con olas bien formadas, rompientes, es el surf. De hecho, el surf y otros deportes de tabla se han hecho tan populares que el agua proxima a cualquier oleaje rompiente que sea adecuado para el surf esta normalmente abarrotada y sobrecargada con surfistas, de modo que cada surfista ha de competir por cada ola y la exposicion a la actividad es limitada. Adicionalmente, la mayor parte de la poblacion del planeta no tiene un acceso adecuado a las olas oceanicas que permita disfrutar del surf u otros deportes de olas oceanicas.
Otro problema es que las olas en cualquier punto son variadas e inconsistentes, con “conjuntos” ocasionales de olas agradablemente formadas a las que se desea montar, entremezcladas con olas menos deseables y, en algunos casos, indeseables. Incluso cuando un surfista se las arregla para ser capaz de montar en una ola seleccionada, la duracion del recorrido dura solo unos simples 2-30 segundos de promedio, teniendo la mayorfa de los recorridos entre 5 y 10 segundos de duracion.
Las olas superficiales oceanicas son olas que se propagan a lo largo de la interfaz entre el agua y el aire, la fuerza de reposicion se proporciona por la gravedad y por ello a menudo se denominan olas de gravedad superficiales. La FIG. 1 ilustra los principios que gobiernan las olas de gravedad superficiales que entran en aguas poco profundas. Las olas en el agua profunda tienen generalmente una longitud de ola constante. Cuando la ola interactua con el fondo, comienza a perder profundidad. Tfpicamente, esto sucede cuando la profundidad se reduce a mas de la mitad de la longitud de la ola, la longitud de la ola se acorta y la amplitud de la ola se incrementa. Cuando se incrementa la amplitud de la ola, la ola se convierte en inestable ya que la cresta de la ola se mueve mas rapido que el valle. Cuando la amplitud es aproximadamente el 80% de la profundidad del agua, la ola comienza a “romper” y tenemos el oleaje. Este proceso de elevacion y rotura depende del angulo de la pendiente y contorno de la playa, el angulo con el que las olas se aproximan a la playa, la profundidad del agua y las propiedades de las olas de agua profunda que se aproximan a la playa. Es posible la refraccion y enfoque de estas olas por los cambios en la topograffa del fondo.
Las olas oceanicas tienen generalmente cinco etapas: generacion, propagacion, elevacion, rotura y decaimiento. Las etapas de elevacion y rotura son las mas deseables para que las olas puedan montarse. Al ser el punto de rotura fuertemente dependiente de la relacion entre la profundidad del agua y la amplitud de las olas, tambien depende del contorno, profundidad y forma de la superficie del fondo y de la velocidad, longitud de la ola y altura de la ola, entre otros factores. En general, una ola puede caracterizarse de modo que caiga en uno de cuatros tipos de rotura principales: fofa, hueca o tubera, barra y orillera. De estos tipos de ola, las olas fofas son las preferidas por los surfistas principiantes mientras que las olas huecas son veneradas por los surfistas mas experimentados. Estos tipos de rotura se ilustran en la FIG. 2.
Se han ensayado varios sistemas y tecnicas para reproducir olas oceanicas en un entorno artificial. Algunos de estos sistemas incluyen el dirigir una lamina de agua de movimiento rapido, relativamente poco profunda, contra una forma de ola esculpida solida para producir un efecto en el agua que se pueda montar pero que no es realmente una ola. Otros sistemas usan paletas, cajas hidraulicas o neumaticas accionadas linealmente o simplemente grandes inyecciones controladas de agua para generar olas reales. Sin embargo, todos estos sistemas son ineficientes en la transferencia de la energfa a la “ola”, y ninguno de estos sistemas, por varias razones e inconvenientes, se han acercado a la generacion de una ola que reproduzca el tamano, forma, velocidad y rotura deseadas de las olas mas deseables que se desean montar, es decir olas que entran en aguas poco profundas que se sumergen, rompiendo con un tubo y que tienen una duracion relativamente larga y un frente suficiente para que el surfista maniobre.
El documento WO 2008/102035 A1 divulga un aparato para la generacion de olas para instalacion en un medio acuatico y que comprende al menos un perfil alargado que se mueve tangencialmente con respecto a un fondo a profundidad constante por medio de un mecanismo de activacion. En consecuencia, se forma una ola sobre el perfil y se mueve al unfsono con el perfil. El perfil se dispone para formar un angulo distinto a 90° con la direccion de movimiento, con la finalidad de generar una ola con una zona de escape, y por lo tanto surfeable. Adicionalmente el documento WO 00/05464 A1 divulga una piscina de olas que comprende un canal sin fin para la recepcion de agua y que tiene un interior y una periferia exterior. Se coloca una paleta de generacion de olas y se acciona a lo largo del canal para generar olas que se propagan a lo largo del canal. Adicionalmente se divulgan piscinas de olas en los documentos WO 2006/060866 A1, US 3.913.332 A, US 6.336.771 B1 y US 2003/198515 A1.
Sumario
El problema tecnico subyacente se ha resuelto por la materia objeto de las reivindicaciones independientes. Se definen realizaciones dependientes en las reivindicaciones dependientes.
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Este documento presenta un generador de olas y una piscina de olas que genera olas de gravedad superficiales que se pueden montar por un usuario sobre una tabla de surf.
En un aspecto, se describe un generador de olas para una piscina de agua definido por un canal que tiene una pared lateral. El generador de olas incluye una o mas laminas. Cada lamina se dispone verticalmente a lo largo de al menos una parte mayor de una pared lateral y se adapta para su movimiento en una direccion a lo largo de una longitud de la pared lateral. Cada lamina tiene una geometrfa de seccion transversal curvilfnea que define una superficie de ataque que se adapta para generar una ola en el agua a partir de su movimiento y una superficie de salida configurada para la recuperacion del flujo, para evitar la separacion del flujo de agua en la ola y mitigar el arrastre desde la lamina por el movimiento. El generador de olas incluye adicionalmente un mecanismo de movimiento conectado entre la pared lateral y las una o mas laminas para el movimiento de las una o mas laminas en la direccion a lo largo de la longitud de la pared lateral para generar una ola de gravedad superficial por cada una de las una o mas laminas.
En otro aspecto, se describe una piscina de olas. La piscina de olas incluye un canal que contiene agua y que tiene una pared lateral que tiene una altura, y un contorno de fondo que se inclina hacia arriba separandose de la pared lateral hacia un banco o playa. La piscina de olas incluye adicionalmente una o mas laminas, como se ha descrito de modo sustancial anteriormente. En algunas implementaciones, la piscina de olas incluye dos o mas laminas y, preferentemente, al menos cuatro laminas.
En otro aspecto mas, se divulga un generador de olas para la generacion de una ola de gravedad superficial. El generador de olas incluye una lamina tridimensional que tiene una geometrfa de seccion transversal curvilfnea que define una superficie de ataque que se adapta para generar una ola en el agua que se mueve pasando por la superficie de ataque, y una superficie de salida configurada para la recuperacion del flujo para evitar la separacion del flujo de agua en la ola y para mitigar el arrastre desde la lamina por el agua que se mueve pasando por la superficie de ataque.
Los detalles de una o mas realizaciones se exponen en los dibujos adjuntos y en la descripcion presentada a continuacion. Seran evidentes otras caracterfsticas y ventajas a partir de la descripcion y los dibujos, y a partir de las reivindicaciones.
Breve descripcion de los dibujos
Estos y otros aspectos se describiran ahora en detalle con referencia a los siguientes dibujos.
La FIG. 1 representa propiedades de las olas que entran en aguas poco profundas.
La FIG. 2 ilustra cuatro tipos generales de olas rompientes.
Las FIGS. 3A y 3B son vistas superior y lateral, respectivamente, de una piscina que tiene una forma anular.
La FIG. 4 muestra un contorno de fondo de una piscina.
La FIG. 5 ilustra una piscina en una configuracion anular, y un generador de olas sobre una pared interior de la piscina.
La FIG. 6 ilustra una seccion de una piscina en una configuracion anular, y que tiene un generador de olas dispuesto verticalmente a lo largo de una pared exterior.
Las FIGS. 7A y 7B son una vista en perspectiva y una vista en seccion transversal, respectivamente, para ilustrar una forma de una lamina para una seccion lineal de pared.
La FIG. 8 muestra la geometrfa relativa de la velocidad de la propagacion de la ola con respecto a la velocidad de la lamina.
La FIG. 9 ilustra una piscina con generador de olas en la que se situa una pared interior rotativa dentro de una pared exterior fija.
La FIG. 10 ilustra un generador de olas en el que se coloca una capa flexible sobre una pared exterior, y la pared
exterior incluye un numero de actuadores lineales a disponer alrededor de la longitud completa o la
circunferencia de la pared exterior.
La FIG. 11 ilustra un generador de olas que tiene una capa flexible colocada sobre una pared exterior.
La FIG. 12 ilustra un generador de olas que incluye una capa flexible que presiona una lamina entre ella misma y
la pared exterior.
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Los sfmbolos de referencia iguales en los diversos dibujos indican elementos iguales.
Descripcion detallada
Este documento describe un aparato, metodo y sistema para generar olas de una capacidad de surfeo deseada. La capacidad de surfeo depende del angulo de la ola, la velocidad de la ola, la pendiente de la ola (es decir lo pronunciado), tipo de rotura, pendiente y profundidad del fondo, curvatura, refraccion y enfoque. Se ha dedicado mucho detalle a las olas solitarias dado que tienen caracterfsticas que hacen que sean particularmente ventajosas para la generacion por el aparato, metodo y sistema presentado en el presente documento. Como se usa en el presente documento, la expresion “ola solitaria” se usa para describir una ola de agua poco profunda, u “ola de gravedad superficial” que tiene un unico desplazamiento de agua por encima de un nivel de agua medio. Una ola solitaria se propaga sin dispersion. Se asemeja mucho al tipo de ola que produce un surfeo favorable en el oceano. Una ola solitaria teoricamente perfecta surge a partir de un equilibrio entre la dispersion y la no linealidad, de modo que la ola pueda recorrer largas distancias mientras mantiene su configuracion y forma, sin obstruccion por olas que la contrarresten. Una forma de ola de una ola solitaria es una funcion de la distancia x y del tiempo t, y se puede caracterizar por la siguiente ecuacion:
h(x, t) = A sec h2
(x - ^+a) )
en donde A es la amplitud maxima, o altura, de la ola por encima de la superficie del agua, h0 es la profundidad del agua, g es la aceleracion de la gravedad y h(x,t) es la altura del agua por encima de h0. La longitud de una ola solitaria, aunque es teoricamente infinita, esta limitada por la elevacion de la superficie del agua, y se puede definir como:
L = ^ k
donde
k =
3A
4h3
PISCINAS
Los sistemas, aparatos y metodos descritos en el presente documento usan una piscina de agua en la que se generan olas de tipo solitario u otras de gravedad superficial. En algunas implementaciones preferidas, la piscina es circular o anular, estando definida por una pared exterior o borde que tiene un diametro de 60,96 m a 243,84 m (200 a 800 pies) o mas. Alternativamente, se puede usar una piscina redonda o circular que tenga un diametro de menos de 60,96 m (200 pies), sin embargo, se prefiere un diametro de 137,16 m a 152,40 m (450 a 500 pies). En una implementacion de ejemplo, la piscina es anular con una isla central circular que define un canal o depresion. En esta configuracion anular, la piscina tiene un diametro exterior de 152,40 m (500 pies) y un ancho del canal de al menos 15,24 m (50 pies), aunque el canal pueda tener un ancho de 30,48 m (100 pies) o mas, lo que puede producir 9,14 m - 21,34 m (30-70 pies) de longitud de ola que puede montarse.
En otra implementacion de ejemplo, la piscina puede ser un cuenco contiguo tal como una piscina circular sin una isla central. En la configuracion circular, la piscina puede tener un fondo que se inclina hacia arriba en el centro hasta un banco o repisa, y puede incluir una depresion mas profunda o conducir a una cafda poco profunda o superficie plana. En otras implementaciones mas, la piscina puede ser cualquier canal en bucle cerrado, curvilfneo, tal como una forma de circuito (es decir cfrculo truncado), oval, u otra forma redondeada. En otras realizaciones mas, la piscina puede incluir un canal abierto o cerrado en bucle lineal o curvilfneo a traves del que fluye el agua, y que puede o no usar un mecanismo de recaptura del agua o recirculacion y flujo.
Las FIGS. 3A y 3B son vistas, superior y en seccion transversal, respectivamente, de la piscina 100 de acuerdo con una implementacion anular. La piscina 100 tiene una forma sustancialmente anular que se define mediante una pared exterior 102, una pared inferior 104 y un canal de agua 106 entre, y definido por, la pared exterior 102 y la pared interior 104. En implementaciones anulares, la pared exterior 102 y la pared interior 104 pueden ser circulares. La pared inferior 104 puede ser una pared que se extiende por encima del nivel medio 101 del agua en el canal de agua 106 y puede formar una isla 108 u otro tipo de plataforma por encima del nivel medio 101 del agua. Como alternativa, la pared inferior 104 puede formar un arrecife o barrera sumergida entre el canal de agua 106 y una segunda piscina. Por ejemplo, la segunda piscina puede ser menos profunda para recibir olas de oleaje resultantes de las olas generadas en el canal de agua 106. La piscina 100 incluye adicionalmente un lateral 110. En algunas implementaciones, el lateral 110 puede incluir un circuito tal como un mono-carril u otro carril para la recepcion de un vehfculo motorizado y el vehfculo puede fijarse al menos a un generador de olas, preferentemente en la forma de una lamina movil, como se describe adicionalmente a continuacion. En otras implementaciones, la pared exterior 102, con o sin cooperacion con el lateral 110, puede alojar un generador de olas en la forma de una pared flexible o pared rotativa con laminas integradas, como tambien se describe adicionalmente a continuacion.
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GENERADOR DE OLAS
La FIG. 4 ilustra un contorno del fondo de una piscina, tanto si la piscina es lineal, curvilfnea, circular o anular, para un diseno de playa con pendiente crftica. El contorno del fondo incluye una pared lateral 200. La pared lateral 200 puede ser una pared lateral interior o una pared lateral exterior. La pared lateral 200 tiene una altura que se extiende al menos mas arriba que un nivel medio de agua y, preferentemente, se extiende por encima de una amplitud maxima, o altura, de una ola generada. La pared lateral 200 esta adaptada para acomodar un generador de olas, tal como una lamina que se coloque verticalmente sobre la pared lateral 200 y se mueva a lo largo de la pared lateral 200 lateralmente. El contorno del fondo incluye adicionalmente una zona profunda 202, que en algunas configuraciones se extiende al menos con longitud suficiente para acomodar el espesor de la lamina. La zona profunda 202 se puede extender mas alla que el espesor de la lamina. La interseccion de la pared lateral 200 y la zona profunda pueden tener tambien una pendiente, escalon u otra caracterfstica geometrica, o un mecanismo de pista/carril que participe en el guiado o accione el movimiento de la lamina. Se puede producir un oleaje que tenga una amplitud hasta la misma o incluso mayor que la profundidad de la zona profunda 202, sin embargo, la mayor parte de las olas de gravedad superficiales se convierten teoricamente en inestables con amplitudes del 80% de la profundidad del agua.
El contorno del fondo de la piscina incluye adicionalmente una pendiente 204 que se eleva hacia arriba desde la zona profunda 202. La pendiente 204 puede variar en angulo desde 1 a 16 grados y, preferentemente desde 5 a 10 grados. La pendiente 204 puede ser lineal o curvada y puede incluir hendiduras, ondulaciones u otras caracterfsticas geometricas. El contorno del fondo incluye adicionalmente un banco 206 o repisa. La superficie desde un punto sobre la pendiente 204 y el banco 206 proporciona la zona de ruptura primaria para la ola generada. El ajuste de la ola en la zona de rotura puede cambiar el nivel medio del agua. El banco 206 puede estar aplanado o curvado y puede variar hacia una zona plana poco profunda 208 aplanada, una fosa poco profunda 210 o una fosa profunda 212 o cualquier combinacion alternativa de las mismas. El banco 206 puede ser tambien una extension de la pendiente 204 para terminar directamente en una playa. La playa puede ser real o artificial. La playa puede incorporar sistemas de evacuacion del agua que en una implementacion tomarfan la forma de rejillas a traves de las que pasa el agua hacia abajo, pudiendo estas unirse a los sistemas generales de recirculacion y/o filtrado del agua. La playa puede incorporar tambien deflectores amortiguadores que ayudan a minimizar la reflexion de las olas y reducen el transporte y las corrientes a lo largo de la orilla.
El contorno del fondo se forma preferentemente a partir de un material rfgido, y se puede recubrir por un revestimiento sintetico. En algunas implementaciones, el fondo puede contener secciones de materiales mas blandos y mas flexibles, por ejemplo se puede introducir un arrecife de espuma que serfa mas maleable durante la limpieza. El revestimiento puede ser mas grueso en el banco 206 o dentro de la zona de rotura. El revestimiento puede formarse con una capa que sea menos rfgida que el material rfgido y puede incluso ser amortiguador de choques. La pendiente 204, banco 206 y/o otras regiones del contorno del fondo pueden formarse mediante una o mas inserciones extrafbles. Adicionalmente, cualquier parte del contorno del fondo puede ser configurable y ajustable dinamicamente, para cambiar la forma y geometrfa generales del contorno del fondo sobre la marcha, o bien a traves de mecanismos motorizados o bien paletas inflables u otros mecanismos de conformado dinamico similares. Por ejemplo, las inserciones o modulos extrafbles se pueden conectar con un suelo solido. Las inserciones o modulos pueden ser uniformes alrededor del cfrculo, o variables para la creacion de arrecifes recurrentes definidos por ondulaciones en la pendiente 204 o banco 206. En esta forma se pueden introducir modulos con forma particular en localizaciones especfficas para crear una seccion con una rotura del oleaje deseable.
La FIG. 5 ilustra una piscina 300 en una configuracion anular, y un generador de olas 302 sobre una pared interior 304 de la piscina 300. El generador de olas 302 es una lamina dispuesta verticalmente a lo largo de la pared interior 304 y movida en la direccion indicada para generar una ola W. La FIG. 6 ilustra una seccion de la piscina 400 en una configuracion anular y que tiene un generador de olas 402 dispuesto verticalmente a lo largo de una parte exterior 404. El generador de olas 402 se mueve en la direccion indicada, para generar una ola W, tal como se muestra. La colocacion de la parte exterior permite un enfoque mejor y olas mas largas que una colocacion en la pared interior, mientras que la colocacion de la pared interior permite velocidades de olas reducidas y posiblemente una capacidad de surfeo mejor. Los generadores de olas 302 y 402 se mueven preferentemente mediante un vehfculo energizado u otro mecanismo que se mantenga seco y separado del agua, tal como sobre un carril u otra pista, parte del cual puede estar sumergida.
Los generadores de olas se pueden configurar tambien para funcionar en el centro del canal, en cuyo caso habrfa playas tanto en la pared interior como en la exterior y el mecanismo de pista/carril estarfa soportado o bien desde una estructura elevada o mediante pilares.
lAminas
En implementaciones preferidas, las piscinas de olas descritas en el presente documento usan una o mas laminas para la generacion de olas de una capacidad de surfeo deseada. Las laminas se conforman para la generacion de olas en un flujo supercrftico, es decir, las laminas se mueven mas rapido que la velocidad de las olas generadas. La velocidad de una ola en agua poco profunda (cuando la profundidad del agua es comparable a la longitud de la ola)
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se puede representar por Vw :
Vw = Jg(h~+A)
en donde g es la fuerza de gravedad y h 0 es la profundidad del agua y A la amplitud de la ola. La supercriticidad se puede representar mediante el numero de Froude (Fr), donde un numero mayor de 1 es supercrftico y un numero menor de 1 es subcritico:
Fr =
Vf
Vw
en donde Vf es la velocidad de la lamina con relacion al agua.
Las laminas se adaptan para propagar la ola separandose de la parte de ataque de la lamina cuando el agua y la lamina se mueven relativamente entre si y para conseguir la transferencia mas directa de energfa mecanica a la ola a partir de ese movimiento. De esta forma, se forman oleajes ideales inmediatamente adyacentes a la parte de ataque de la lamina. Las laminas se optimizan normalmente para la generacion de la mayor altura de oleaje posible para una profundidad de agua dada, pero en algunas configuraciones puede ser deseable generar oleajes mas pequenos.
El procedimiento propuesto se basa en la adaptacion del desplazamiento impartido por la lamina en cada localizacion al campo de desplazamiento natural de la ola. Para una localizacion fija P a traves de la que pasara la lamina, si suponemos que la direccion normal a la lamina es x y el espesor de la parte de la lamina actualmente en P es X(t).
La tasa de cambio de X en el punto P se puede hacer coincidir con la velocidad promediada con la profundidad de la ola u . Esto se expresa en la ecuacion (1).
a.
d- = u( X,t) (1)
b. Aplicando el cambio de variable desde (x,t) a (0 = ct - X,t) donde c es la velocidad de la fase de la ola.
c.
dX = u (0( X)) d0 c - u (0( X))
En la ecuacion (2), la velocidad promediada por la profundidad de la ola u puede darse mediante muchas teorfas diferentes, por ejemplo la solucion de onda Solitaria de Rayleigh (Lord Rayleigh, On Waves., Phil. Mag., 1(1876), pags. 257-279), o la de Boussinesq (Boussinesq M.J., Theorie de l'intumescence liquide, appelee onde solitaire ou de translation, se propageant dans un canal rectangulaire, C.-R. Acad. Sci. Paris, 72(1871), pag. 755-59). Para el caso de ondas Solitarias que toman la forma de la ecuacion 3 y 4 a continuacion, se exploran varios ejemplos. Esta tecnica de diseno de laminas se puede aplicar tambien a cualquier otra forma de ola de gravedad superficial para la que hay una solucion conocida, calculada, medida o aproximada.
a.
h(0 = A sec h2(p02) (3)
b.
u(0) =
ch(0) h0 +h(0)
(4)
En este caso h(0) es la elevacion de la superficie libre desde el reposo, A es la amplitud de la ola solitaria, h0 es la profundidad media del agua, p es el coeficiente de decaimiento en la periferia y c es la velocidad de fase. Y u (0) la velocidad horizontal promediada por la profundidad. C y p diferiran para diferentes olas solitarias.
Combinando las ecuaciones (2) y (3) con (4) se obtiene la tasa de cambio del espesor de lamina con el tiempo en una posicion fija (5), y se relaciona con la forma de la lamina X(Y), a traves de la velocidad de la lamina Vf, mediante la sustitucion t=Y/VF
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
a.
X(t) =
f^tanh[p(ct - X(t)/2]
(5)
Un espesor maximo de la lamina viene dado desde (5) como:
i.
Tf =
hp
La longitud de la seccion activa de la lamina se puede aproximar entonces como:
i.
Lf = — I tanh-1(0,99 + —I
Pc L V h J
Son valores para C y p correspondientes a la ola solitaria de Rayleigh: i.
Pr
2
3—
4h02(a + h,)
y cr = Jg( A + h0)
En este ejemplo, para desplazamientos pequenos despues de la linealizacion de las formas de la lamina X(Y), se puede aproximar como.
a.
X (Y) = 2A h0tanh(pRcRY/2Vf)
R( ) h0pR h0 + A[1 -tanh2(pRcRY/2Vf)]
Esta solucion se puede aproximar tambien como una funcion de tangente hiperbolica.
Como se muestra en la configuracion de ejemplo en las FIGS. 7A y 7B, las laminas 500 son geometrfas tridimensionales, con forma curvilfnea que tienen una superficie de ataque 502, o “seccion activa X(Y)”, que genera una ola, y una superficie de salida 504 que funciona como una recuperacion de flujo para evitar la separacion del flujo y la disminucion del arrastre de la lamina 500 para conseguir una eficiencia energetica mejorada. La lamina 500 se conforma para obtener la mayor parte de la energfa en el modo de ola primaria, solitaria y minimiza la energfa en olas siguientes oscilatorias. Como tal, la lamina 500 impulsa un entorno inactivo para un generador de las olas y la lamina siguientes, si hay alguna. Cada lamina 500 puede contener actuadores internos que permitan su conformacion a morfologfas para producir diferentes olas y/o puede articularse de modo que tenga en cuenta cambios en la curvatura de la pared exterior en piscinas no circulares o no lineales. En algunas implementaciones, la morfologfa de la lamina permitira la inversion del mecanismo para generar olas mediante la traslacion de la lamina en la direccion opuesta.
Las laminas se conforman y forman en una geometrfa especffica en base a una transformacion en una funcion del espacio a partir de una analogfa con una ecuacion como una funcion del tiempo de funciones de tangente hiperbolica que definen matematicamente el recorrido de un piston en funcion del tiempo, cuando ese piston empuja una placa de ola para crear una ola en aguas poco profundas. Estas funciones de tangente hiperbolica consideran la posicion de la placa de la ola con relacion a la posicion de la ola generada en un modelo de generacion de olas largas, y produce un perfil aceptable tanto para olas solitarias como cnoidales. Estas tecnicas se pueden usar para generar cualquier ola de gravedad superficial en propagacion teniendo en cuenta la propagacion de la ola separandose en la separacion del generador durante la generacion (es decir se adapta a como esta cambiando la ola durante la generacion). La compensacion del movimiento de generacion a lo largo del tiempo ayuda a eliminar las olas oscilatorias siguientes, proporcionando un proceso de generacion mas compacto y eficiente. Se pueden definir otros tipos de olas distintos de las descritas en el presente documento.
El espesor de la lamina se relaciona con la amplitud (altura) de la ola y la profundidad del agua. En consecuencia, para una profundidad conocida y una amplitud deseada A, se puede determinar un espesor de la lamina, Ft, que es:
Para una ola solitaria de Rayleigh:
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Ft = 4
A( A + h0) 3
Para una ola solitaria de Boussenesq:
Ft = 4
Ah^
3
Para aguas poco profundas, una ola solitaria de segundo orden:
Ft = 4
A( A + h0)
A
----^ |1 + —
3 1 h,
La FIG. 8 muestra una geometrfa en seccion transversal de una lamina 600. Como un objeto tridimensional, la lamina 600 genera una ola que tiene una velocidad de propagacion y un vector Vw, en base a la velocidad del vector de la lamina Vf. Cuando la lamina se mueve en la direccion mostrada, y dependiendo de su velocidad, la ola se propagara hacia afuera con un angulo a de despegue, dado por sen a = Fr'1, de modo que para una profundidad de agua y una altura de ola dadas, el angulo de despegue se determina por la velocidad de la lamina, correspondiendo las velocidades mayores a angulos de despegue mas pequenos. Cuanto mas pequeno sea el angulo de despegue, mas larga sera la longitud de la ola a traves de la piscina.
La FIG. 9 ilustra un generador de olas 700 en el que se situa una pared interior 702 rotativa dentro de una pared exterior 706 fija. La pared interior 702 rotativa esta equipada con una o mas laminas 704 fijas que son generalmente del mismo tamano y forma que las laminas descritas anteriormente. Estas laminas embebidas pueden tener actuadores internos 708 para permitirles que conformen y cambien la forma de acuerdo con una variedad de formas de seccion transversal descritas anteriormente, adaptando de ese modo “puntos suaves” para diferentes velocidades y profundidades de agua.
La FIG. 10 ilustra un generador de olas 800 en el que se coloca una capa flexible 802 sobre una pared exterior 804, y la pared exterior incluye un cierto numero de actuadores lineales 806 dispuestos alrededor de la longitud completa o la circunferencia de la parte exterior 804, y fijados tambien a la pared flexible. La capa flexible 802 se puede hacer de goma o un material similar. Los actuadores lineales 806 son actuadores mecanicos o neumaticos, u otros dispositivos que tienen al menos una direccion de expansion y retraccion radial. Los actuadores lineales se accionan para crear una forma movil en la capa flexible 802 que se aproxime a la forma de las laminas tal como se han descrito anteriormente. La forma de la lamina se propaga a lo largo de la pared a una velocidad Vf de forma similar a la de una ola humana en un estadio de deportes.
La FIG. 11 ilustra un generador de olas 900 que incluye una capa flexible 902 colocada sobre una pared exterior 904. El espacio entre la capa flexible 902 y la pared exterior 904 define una lamina movil 906 sustancialmente como la descrita anteriormente, pero incluye rodillos en pistas 908 que se conectan tanto a la parte exterior como a la pared flexible. Los rodillos en las pistas 908 permiten que la lamina 906 entre suavemente en el espacio. Esta lamina movil 906 produce un movimiento radial de la pared flexible que se aproxima mucho a la forma de una lamina formada con un material separado, como se ha descrito anteriormente.
La FIG. 12 ilustra un generador de olas 1000 que incluye una capa flexible 1002 que se puede elevar separandose de la pared exterior 1004 para definir una lamina 1006. La lamina 1006 tiene actuadores internos 1010 que la permiten conformar su forma, para un movimiento de avance y retroceso. La lamina 1006 definida se mueve a traves de rodillos sobre pistas 1008 como se ha indicado anteriormente. En consecuencia, la capa flexible se puede conformar para aproximarse a las laminas descritas anteriormente, mientras protege a los actuadores y a los rodillos/pistas del agua, disminuyendo tambien al mismo tiempo el riesgo de una lamina movil separada en la que se pueden enganchar partes del cuerpo.
FLUJO MEDIO
En otras implementaciones, una piscina incluye un sistema para proporcionar un flujo o circulacion media. El sistema puede incluir varios de chorros de flujo a traves de los que se bombea el agua para contrarrestar o mitigar cualquier flujo de “rio lento” creado por las laminas moviles y/o ayudar a cambiar la forma de la ola rompiente. La circulacion media puede tener una variabilidad vertical u horizontal. Se pueden usar otros sistemas de flujo medio, tal como un mecanismo lateral, inferior en oposicion contra rotativa, u otro.
FONDO VIRTUAL
En algunas implementaciones, se situa un sistema de chorros proximos al fondo de la piscina sobre la pendiente que Simula que el agua es menos profunda de lo que realmente es, y por ello la ola rompe en aguas mas profundas de lo 5 normal. Estos chorros pueden ser posicionales de modo que generen tanto un flujo medio como turbulencias al nivel requerido. La distribucion de estos chorros puede cambiar tanto radialmente como cuando uno se mueve desde la pared exterior hacia la playa con mas chorros sobre la playa. Puede haber tambien una variacion azimutal en la naturaleza y cantidad de los chorros. Este sistema de chorros puede incorporarse tanto con el sistema de filtrado como con el sistema para proporcionar un flujo medio o mitigacion de rio lento. Se pueden anadir elementos de 10 rugosidad al fondo para impulsar la generacion de turbulencias que puedan impulsar cambios en la forma de la ola rompiente. La distribucion y tamano de los elementos de rugosidad serfa funcion tanto del radio como del azimut. Estos elementos de rugosidad pueden tomar la forma de generadores clasicos y novedosos de vortices.
Aunque se han descrito en detalle anteriormente algunas realizaciones, son posibles otras modificaciones. Otras 15 realizaciones pueden estar dentro del alcance de las reivindicaciones presentadas a continuacion.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Una piscina de olas (100; 300; 400) que comprende:
    un canal (106) que contiene agua y que tiene un contorno de fondo que tiene una pendiente (204) que se eleva desde una zona profunda (202), incluyendo adicionalmente el contorno de fondo un banco (206) que es una extension de la pendiente (204);
    una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006), al menos parcialmente sumergidas en el agua, estando disponible cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) verticalmente proxima a la zona de fondo (202) del canal (106) y adaptada para su movimiento en una direccion a lo largo de una longitud del canal (106), teniendo cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) una geometrfa de seccion transversal curvilfnea que define una superficie de ataque (502) que es concava alrededor de un eje vertical para proporcionar arrastre para generar una ola primaria lateralmente en el agua que hace contacto con la superficie de ataque de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) y que esta adaptada para generar una ola solitaria hacia el banco (206) en el agua a partir del movimiento, y una superficie de salida (504), en la que la superficie de salida (504) se estrecha desde un ancho maximo de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) adyacente a la superficie de ataque (502) hasta un punto en un extremo de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) de modo que la superficie de salida (504) disminuya el arrastre de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) y minimice las olas oscilatorias que extiende la ola primaria a partir del agua que se mueve pasando por la superficie de ataque (502) de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006), y en el que la superficie de salida (504) esta configurada para recuperar el flujo para evitar la separacion del flujo de agua en la ola y para mitigar el arrastre desde la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) en el agua por el movimiento, y un mecanismo de movimiento que tiene una pista lo largo de la longitud del canal proxima a la zona profunda (202) del canal (106), el mecanismo de movimiento para mover las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) a lo largo de la pista en la direccion a lo largo de la longitud del canal (106) para generar una ola de gravedad superficial a partir de la ola solitaria por cada una de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006).
  2. 2. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el canal (106) tiene forma anular.
  3. 3. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el canal (106) es lineal.
  4. 4. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el canal (106) es curvilfneo.
  5. 5. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el mecanismo de movimiento incluye adicionalmente:
    un vehfculo asociado con cada una de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) adaptado para un recorrido a lo largo de la pista; y
    un miembro de conexion fijado a cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) desde cada vehfculo.
  6. 6. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el canal (106) tiene una pared lateral (200) que tiene una altura, y en la que el contorno del fondo esta en pendiente hacia arriba separandose de la pared lateral (200) hacia el banco (206).
  7. 7. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) se dispone verticalmente a lo largo de al menos una parte principal de la pared lateral (200).
  8. 8. La piscina de olas (100; 300; 400) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el mecanismo de movimiento se conecta entre la pared lateral (200) y las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006).
  9. 9. Un generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000) para una piscina (100; 300; 400) de agua y que tiene un contorno de fondo que tiene una pendiente (204) que se eleva hacia arriba desde una zona profunda (202), incluyendo adicionalmente el contorno de fondo un banco (206) que es una extension de la pendiente (204), comprendiendo el generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000):
    una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) al menos parcialmente sumergidas en el agua, disponiendose verticalmente cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) proxima a la zona profunda (202) de la piscina (100; 200; 400) y adaptada para movimiento en una direccion en la piscina (100; 200; 400), teniendo cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) una geometrfa de seccion transversal curvilfnea que define una superficie de ataque (502) que es concava alrededor de un eje vertical para proporcionar arrastre para generar lateralmente una ola primaria en el agua que hace contacto con la superficie de ataque de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) y que esta adaptada para generar una ola solitaria hacia el banco (206) en el agua a partir del movimiento, y una superficie de salida (504), en la que dicha superficie de salida (504) se estrecha desde un ancho maximo de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) adyacente a la superficie de ataque (502) hasta un punto en un extremo de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) de modo que la superficie de salida (504) disminuya el arrastre de la lamina (500; 600; 704;
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    906; 1006) y minimice las olas oscilatorias que extienden la ola primaria a partir del movimiento del agua que pasa por la superficie de ataque (502) de la lamina (500; 600; 704; 906; 1006), y en el que la superficie de salida (504) se configura para la recuperacion de flujo para evitar la separacion del flujo de agua en la ola y para mitigar el arrastre desde la lamina (500; 600; 704; 906; 1006) por el movimiento; y
    un mecanismo de movimiento que tiene una pista que puede disponerse proxima a la zona profunda (202) de la piscina (100; 200; 400), el mecanismo de movimiento para mover las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) a lo largo de la pista en la direccion de generacion de una ola de gravedad superficial a partir de la ola solitaria por cada una de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006).
  10. 10. El generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000) de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que el mecanismo de movimiento incluye adicionalmente:
    un vehfculo asociado con cada una de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) adaptado para viajar a lo largo de la pista; y
    un miembro de conexion fijado a cada lamina (500; 600; 704; 906; 1006) desde cada vehfculo.
  11. 11. El generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000) de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que una longitud Lf de la superficie de ataque (502) de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) es:
    en donde A es una amplitud de la ola de gravedad superficial, h 0 es una profundidad media del agua, p es un coeficiente de decaimiento en la periferia, y c es una velocidad de fase.
  12. 12. El generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000) de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que un espesor Ft de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) es:
  13. 13. El generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000) de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que un espesor Ft de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) es:
  14. 14. El generador de olas (302; 402; 700; 800; 900; 1000) de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que un espesor Ft de las una o mas laminas (500; 600; 704; 906; 1006) es:
    imagen1
    imagen2
    imagen3
    imagen4
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