ES2861598T3 - Aparato para extraer energía del flujo de fluidos - Google Patents

Abstract

Un aparato para extraer energía, que comprende: una pista (102) que comprende secciones alargadas primera y segunda (104, 106), en donde la primera sección alargada (104) está situada por encima de la segunda sección alargada (106); un perfil aerodinámico (112, 230) que comprende una superficie de succión (236) y una superficie de presión (238), en donde el perfil aerodinámico (112, 230) está acoplado a la pista (102) de modo que la superficie de presión (238) se encuentra entre la superficie de succión (236) y la pista (102) y de modo que el perfil aerodinámico (112, 230) puede desplazarse a lo largo de la pista (102), y en donde el perfil aerodinámico (112, 230) se puede mover en direcciones opuestas cuando se acopla alternativamente a la primera sección alargada (104) y a la segunda sección alargada (106); un sistema de embridado (300) que acopla al menos una de las secciones alargadas primera y segunda (104, 106) a un ancla (306); y un generador de energía para aprovechar la energía de un viento atmosférico a través del movimiento del perfil aerodinámico (112, 230).

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato para extraer energía del flujo de fluidos

Campo de la divulgación

Esta divulgación se refiere en general a la energía renovable. Más específicamente, esta divulgación describe aparatos y métodos para extraer energía del flujo de fluidos.

Antecedentes de la invención

La extracción de energía del flujo de fluidos es una fuente importante de energía renovable. Los ejemplos convencionales incluyen la energía eólica y la hidroeléctrica. Parte de la técnica anterior aparece descrita en los documentos WO 2013/151678 A1, WO 2010/087600 A2 y WO 2007/070935 A1.

Los sistemas tradicionales para extraer energía del flujo de fluidos se basan principalmente en turbinas. En una turbina, una o más palas pueden girar alrededor de un punto central, que está rígidamente unido a un anclaje (habitualmente una torre). Las palas se ponen dentro del fluido que fluye, que induce una rotación de las palas, y la rotación se convierte en electricidad.

Las turbinas pueden sufrir una serie de inconvenientes. Por ejemplo, las fuerzas ejercidas sobre una turbina son proporcionales al cubo de la longitud de las palas de la turbina. A medida que las palas de la turbina aumentan de tamaño, las fuerzas destructivas (el momento de una torre, por ejemplo) se elevan al cubo. Por el contrario, la energía utilizable solo se eleva al cuadrado.

Esta ley del "cubo-cuadrado" impone restricciones significativas a la escala de las turbinas. Inevitablemente, la ganancia de energía adicional extraída de un tamaño mayor no se compensa con el coste de abordar un aumento de las fuerzas destructivas. Al menos por esta razón, la escala de la turbina es limitada.

Otras soluciones conocidas eliminan torres u otros anclajes rígidos. Ejemplos de tales sistemas de extracción de energía incluyen sistemas de energía eólica aerotransportada ("AWE", por sus siglas en inglés airborne wind energy). Habitualmente, estos sistemas son cuerpos aerodinámicos atados al suelo (una cometa, por ejemplo) que vuelan a altitudes superiores a la altura de las turbinas eólicas.

Hay dos mecanismos principales para extraer energía del movimiento de un AWE a través del aire: generación de energía a bordo y generación de energía basada en tierra. Un ejemplo del primero incluye una turbina en la cometa que genera electricidad de la misma manera que las turbinas discutidas anteriormente. Un ejemplo del último incluye una atadura larga unida a un tambor, donde el movimiento de la cometa desenrolla la atadura del tambor, lo que hace girar el tambor y un generador conectado, convirtiendo así la energía eólica en electricidad.

Los AWE también pueden sufrir una serie de inconvenientes. Por ejemplo, debido a que el sistema requiere una atadura en ángulo con el objeto en el aire, la energía extraída será una función de la energía disponible y el coseno del ángulo de atadura. De este modo, la energía extraída nunca puede igualar la energía disponible. Además, la atadura creará resistencia aerodinámica a medida que se mueva por el aire, ralentizando la cometa y reduciendo así la energía aprovechada. Por último, Los AWE de alto vuelo están sujetos a restricciones de aviación, que limitan su alcance geográfico (debido a zonas de exclusión aérea, por ejemplo) y presentan obstáculos regulatorios para su implementación.

Sumario

Los ejemplos de la divulgación están dirigidos a aparatos y métodos para extraer energía del flujo de fluidos que superan los inconvenientes identificados anteriormente. Como una ventaja a modo de ejemplo, la escala de los aparatos puede no estar limitada por una ley del cubo-cuadrado. Como otra ventaja a modo de ejemplo, los aparatos y métodos pueden no estar sujetos a pérdidas de coseno y/o resistencia aerodinámica de la atadura. Como otra ventaja a modo de ejemplo, los aparatos pueden no clasificarse como "dispositivos aerotransportados" a efectos de regulación.

En algunos ejemplos, un aparato para extraer energía incluye una pista y un perfil aerodinámico acoplado a la pista. La pista incluye secciones alargadas primera y segunda, donde la primera sección alargada está situada por encima de la segunda sección alargada. El perfil aerodinámico incluye una superficie de presión situada entre una superficie de succión y la pista, y el perfil aerodinámico se puede mover en direcciones opuestas cuando se acopla alternativamente a la primera sección alargada y a la segunda sección alargada.

Al enfrentar la superficie de succión hacia la pista, la pista puede estar orientada de modo que el perfil aerodinámico se mueva transversalmente con respecto a la velocidad del viento atmosférico. Este movimiento transversal puede permitir ventajosamente que el perfil aerodinámico se desplace a velocidades mayores que la velocidad del viento atmosférico. Es más, disponiendo la primera sección alargada por encima de la segunda sección alargada, un perfil aerodinámico que se desplaza en cualquiera de las secciones recibirá directamente el viento atmosférico; es decir, el viento incidente en un perfil aerodinámico no es perturbado por los perfiles aerodinámicos en la otra sección alargada. Esto puede permitir una mayor extracción de energía.

En algunos ejemplos adicionales, se acopla una brida a la pista y se ancla al suelo. El embridado puede permitir, de manera beneficiosa, menos soporte estructural, reduciendo el coste del aparato de extracción de energía.

El embridado también puede permitir, de manera beneficiosa, reducciones en las fuerzas destructivas en el aparato. Por ejemplo, se pueden distribuir tres o más bridas a lo largo de una sección alargada para reducir el momento en una longitud de la sección alargada.

En algunos ejemplos adicionales, un perfil aerodinámico se balancea aproximadamente a 90-y grados hacia el horizonte para compensar las fuerzas de un ángulo de brida a y grados hacia el horizonte.

En algunos ejemplos, un perfil aerodinámico tiene un primer balanceo hacia el horizonte cuando está acoplado a la primera sección alargada y un segundo balanceo diferente hacia el horizonte cuando está acoplado a la segunda sección alargada.

En algunos ejemplos, la pista incluye una terminal que conecta las secciones alargadas primera y segunda, donde el perfil aerodinámico desacelera cuando pasa de la primera sección alargada a la terminal y acelera cuando pasa de la terminal a la segunda sección alargada. Esto puede eliminar las fuerzas elevadas que acompañan al cambio de dirección. La desaceleración del perfil aerodinámico también puede aprovecharse como energía.

En algunos ejemplos, la pista incluye una terminal que conecta las secciones alargadas primera y segunda, en donde el perfil aerodinámico se guiña a medida que se desplaza a lo largo de la terminal.

En algunos ejemplos de la divulgación, un método de extracción de energía incluye proporcionar una pista, colocar la pista, acoplar una célula a la pista y aprovechar energía de un viento atmosférico a través del movimiento de la célula. Como se usa en el presente documento, una célula puede incluir un perfil aerodinámico y también puede incluir un fuselaje y un empenaje, por ejemplo. Una célula también puede ser simplemente un perfil aerodinámico. La pista puede incluir una primera sección alargada y una segunda sección alargada más baja que la primera sección alargada. La pista puede colocarse de modo que la célula se desplace transversalmente a un viento atmosférico.

Algunos ejemplos adicionales incluyen unir una brida a la pista y anclar la brida. Otros ejemplos más incluyen unir al menos tres bridas a la primera sección alargada. En algunos ejemplos, una de las bridas está en un ángulo de y grados hacia un horizonte y el método incluye balancear la célula en aproximadamente 90-y grados hacia el horizonte cuando está acoplada a la primera sección alargada.

En algunos ejemplos, el método incluye balancear la célula en un primer ángulo hacia un horizonte cuando la célula está acoplada a la primera sección alargada y balancear la célula en un segundo ángulo hacia el horizonte cuando la célula está acoplada a la segunda sección alargada, donde el primer ángulo es diferente del segundo ángulo.

Algunos ejemplos incluyen acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda, donde la célula desacelera cuando pasa de la primera sección alargada a la terminal y acelera cuando pasa de la terminal a la segunda sección alargada.

En algunos ejemplos, el método incluye acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda y guiñar la célula a medida que se desplaza a lo largo de la terminal.

En algunos ejemplos de la divulgación, un sistema de extracción de energía incluye una pista, una brida en ángulo de y grados hacia un horizonte y acoplada a la pista, y una célula acoplada a la pista y balanceada aproximadamente a 90-y grados hacia el horizonte.

En algunos ejemplos de la divulgación, un método de extracción de energía incluye proporcionar una pista, acoplar una célula a la pista, colocar la pista de modo que la célula se desplace transversalmente a un viento atmosférico, unir una brida a la pista y anclar la brida de modo que esté en ángulo de y grados hacia un horizonte, balancear la célula a aproximadamente 90-y grados hacia el horizonte y aprovechar energía del viento atmosférico a través del movimiento de la célula.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1A y 1B ilustran un aparato de extracción de energía a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. La figura 1A ilustra el aparato visto en una dirección de flujo de un viento atmosférico. La figura 1B ilustra el aparato en una vista lateral en corte.

La figura 2A ilustra una célula a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación.

La figura 2B ilustra una sección transversal de un perfil aerodinámico a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación.

La figura 2C ilustra una velocidad del viento relativo a modo de ejemplo de conformidad con un ejemplo de un objeto que se desplaza transversalmente.

Las figuras 3A y 3B ilustran un sistema de embridado a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. La figura 3A ilustra una vista lateral del sistema de embridado y la figura 3B ilustra una vista superior. La figura 3C ilustra las fuerzas en un sistema de extracción de energía cuando una célula se balancea 90 grados hacia la horizontal de acuerdo con los ejemplos de la divulgación.

La figura 3D ilustra una vista lateral de un balanceo a modo de ejemplo introducido en una célula de acuerdo con los ejemplos de la divulgación.

La figura 4 ilustra un método de extracción de energía de acuerdo con los ejemplos de la divulgación.

Descripción detallada

En la siguiente descripción de las realizaciones, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la misma, y en los que se muestra a modo de ilustración realizaciones específicas que se pueden poner en práctica. Ha de entenderse que pueden usarse otras realizaciones y que pueden hacerse cambios estructurales sin alejarse del alcance de las realizaciones divulgadas.

Ejemplos de la divulgación son aparatos que incluyen una pista y un perfil aerodinámico acoplado a la pista. La pista incluye secciones alargadas primera y segunda, donde la primera sección alargada está dispuesta por encima de la segunda sección alargada. El perfil aerodinámico incluye una superficie de presión que se encuentra entre una superficie de succión y la pista, y se puede mover en direcciones opuestas cuando se acopla alternativamente a la primera sección alargada y la segunda sección alargada.

En algunos ejemplos, los métodos de extracción de energía incluyen proporcionar una pista, colocar la pista, acoplar una célula a la pista y aprovechar energía de un viento atmosférico a través del movimiento de la célula. La pista incluye una primera sección alargada y una segunda sección alargada más baja que la primera sección alargada. La pista puede colocarse de modo que la célula se desplace transversalmente al viento atmosférico.

Las figuras 1A y 1B ilustran un aparato 100 a modo de ejemplo para extraer energía de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. La figura 1A ilustra el aparato visto en una dirección de flujo de un viento atmosférico 124. La figura 1B ilustra el aparato en una vista lateral en corte desde la línea discontinua de la figura 1A y mirando hacia el extremo 108. El aparato 100 incluye células 112 y 116 que se desplazan sobre una sección alargada superior 104 y una sección alargada inferior 106, respectivamente. Las secciones alargadas 104 y 106 son componentes de la pista 102, que también incluye las terminales 108 y 110.

Las células 112 y 116 están acoplados a la pista 102 a través de los transportadores 114 y 118. Las pistas están orientadas de modo que las células se desplacen transversalmente con respecto al viento atmosférico 124. Como se usa en el presente documento, se puede entender que un objeto se desplaza "transversalmente" cuando la dirección de desplazamiento del objeto no está alineada con la dirección de un viento atmosférico. El viento atmosférico puede ser un viento predominante, pero no tiene por qué ser tan limitado.

En algunos ejemplos, un objeto se desplaza transversalmente cuando su dirección de desplazamiento es perpendicular a la dirección de un viento atmosférico. En algunos ejemplos, un objeto se desplaza transversalmente cuando su dirección de desplazamiento es inferior a /- 45 grados desde una dirección que es perpendicular a la dirección de un viento atmosférico. En algunos ejemplos, un objeto se desplaza transversalmente cuando su dirección de desplazamiento es inferior a /- 20 grados desde una dirección perpendicular a la dirección de dirección de desplazamiento de un viento atmosférico.

En algunos ejemplos, un grado máximo de compensación de una dirección de desplazamiento perpendicular (en relación con el viento atmosférico) puede calcularse mediante un límite de las pérdidas de eficiencia. En algunos ejemplos adicionales, se puede usar un algoritmo para relacionar el grado de compensación (p) con el límite de pérdida de eficiencia (EL, por sus siglas en inglés, efficiency loss). Los algoritmos a modo de ejemplo pueden incluir EL = (1 - cos p) y EL = (1 - cos2 p). Para un límite de pérdida de eficiencia dado, se puede determinar el ángulo máximo de compensación.

Al desplazarse transversalmente, algunos ejemplos descritos en el presente documento pueden ser capaces de desplazarse mucho mayores que la velocidad del viento atmosférico. De manera adicional, al desplazarse a lo largo de secciones alargadas, algunas realizaciones pueden captar la energía eólica de áreas mucho mayores que la envergadura de las células. En algunos ejemplos, esa área de extracción de energía es la longitud combinada de las secciones alargadas multiplicada por la envergadura de la célula. Por el contrario, las turbinas eólicas se limitan a aprovechar energía eólica de un área de un círculo con un radio correspondiente a la extensión de las palas de la turbina.

Algunas realizaciones descritas en el presente documento también pueden proporcionar beneficios sobre los AWE. Por ejemplo, como algunas realizaciones no usan una atadura, no hay pérdidas de coseno asociadas con el aprovechamiento de energía eólica, ni pérdidas de energía debidas a la resistencia aerodinámica de la atadura. Así mismo, algunos ejemplos pueden no clasificarse como "dispositivos aerotransportados", en contraste con los AWE, y así evitar las desventajas de las regulaciones y restricciones de la aviación.

Volviendo a las figuras 1A y 1B, las células 112 y 116 se desplazan en direcciones opuestas 120 y 122 en las secciones superior e inferior 104 y 106, respectivamente. Las células cambian de la sección superior a la inferior a lo largo de la terminal 108 y de la sección inferior a la superior en la terminal 110. El desplazamiento a lo largo de una terminal también provoca un cambio en la dirección de las células. Mientras se desplaza a lo largo de una trayectoria correspondiente a la terminal, la célula se puede guiñar para lograr una orientación transversal deseada. En el aparato 100, una célula se guiña 180 grados (en un marco de referencia en la célula) cuando se desplaza a lo largo de una trayectoria correspondiente a la terminal.

Además, el cambio de dirección da como resultado que las células se desplacen con un primer balanceo hacia el horizonte cuando se desplacen en la sección alargada superior 104 y con un segundo balanceo hacia el horizonte cuando se desplacen en la sección alargada inferior 106. Más específicamente, cuando una célula en las figuras 1A y 1B se desplaza en la dirección 120, la célula se balancea 90 grados a estribor (en un marco de referencia terrestre). Cuando una célula se desplaza en la dirección 122, la célula se balancea 90 grados a babor. Al balancearse en diferentes ángulos cuando se desplaza en diferentes direcciones, algunos ejemplos de la divulgación permiten que las células se desplacen transversalmente en ambas direcciones a lo largo de las secciones alargadas y orienten la célula en un ángulo de ataque aerodinámicamente eficiente a un viento relativo (como se describe más adelante).

La electricidad puede captarse del movimiento de las células usando cualquiera de varios mecanismos (no mostrados) o una combinación de esos mecanismos. En algunos ejemplos, una resistencia aerodinámica en la célula puede convertirse en electricidad. Esto se puede lograr usando un motor o generador eléctrico, tal como, por ejemplo, una hélice en la célula. A medida que la hélice gira, se genera electricidad. Otros ejemplos pueden incluir un carro con ruedas (véanse, por ejemplo, los elementos 126 y 128 en la figura 1) que discurren a lo largo de la pista. A medida que las ruedas giran, se genera electricidad en un motor eléctrico en el carro. En algunos otros ejemplos, se conecta un cable u otra cinta transportadora a la célula y la energía se genera en el buje de la cinta transportadora en lugar de a bordo de la célula. Algunos ejemplos pueden incluir una disposición de piñón y cremallera, en donde el piñón está unido a la célula y la cremallera está en la sección alargada. En ejemplos adicionales, puede haber numerosos cables, cintas transportadoras, rieles, etc. en la pista, de modo que las diferentes velocidades de la célula se puedan captar de forma independiente y/o se puedan usar algunas cintas transportadoras para acelerar una célula, cuando sea necesario.

En algunos ejemplos, la electricidad se capta por inducción. Se puede instalar una bobina eléctrica en la sección alargada y un imán instalado en la célula. A medida que la célula se mueve, el imán induce una corriente eléctrica en la bobina que puede captarse como energía eléctrica. Tal disposición puede reducir de manera beneficiosa el número de piezas mecánicas, como engranajes y/o cables. En algunos ejemplos, la bobina eléctrica se enrolla alrededor de un núcleo. Se pueden usar múltiples bobinas en una sola sección alargada, de modo que las diferentes velocidades de la célula se puedan captar de forma independiente y/o de modo que se puedan usar algunas bobinas para acelerar una célula.

En algunos ejemplos, las células se mueven independientemente unas de otras. El sistema puede variar la velocidad de las células en diferentes secciones alargadas y/o variar el número de células en cada sección alargada en cualquier momento. En determinadas circunstancias de viento, puede ser beneficioso tener velocidades sustancialmente diferentes, por ejemplo, para aumentar la energía extraída del viento. En algunos ejemplos, velocidades del viento bajas pueden requerir un número relativamente grande de células que se desplazan relativamente lento y, por el contrario, velocidades del viento altas pueden requerir un número menor de células que se desplazan relativamente rápido. En algunos ejemplos, una dirección del viento que no es perpendicular a la dirección de desplazamiento de una célula puede requerir diferentes velocidades y/o un número diferente de células en las pistas. En algunos ejemplos, las variaciones de velocidad y/o número se introducen manualmente y en otros las variaciones se introducen automáticamente. En algunos otros ejemplos, una combinación de controles manuales y automáticos introduce las variaciones.

Para facilitar diferentes velocidades y/o diferentes números de células, las células pueden acumularse en las terminales cuando no se desplazan en las secciones alargadas. El número de células en una sección puede ser análogo a la solidez de una turbina eólica. Como se usa en el presente documento, se puede entender que la solidez incluye una medida del área que atraviesan las células o las palas de la turbina (área barrida) en comparación con el área ocupada por las células o las palas de la turbina, respectivamente. A diferencia de una turbina eólica, los ejemplos de la divulgación pueden cambiar la solidez de una condición de viento a otra y de una sección alargada a otra.

En algunos ejemplos, se pueden usar células con diferentes perfiles alares para diferentes condiciones de viento. Para las células que se desplazan en una dirección alineada con un viento atmosférico, puede ser ventajoso maximizar el área superficial para que la célula capte más energía. Por otro lado, las células que se desplazan transversalmente pueden beneficiarse de un perfil de sustentación/resistencia aerodinámica relativamente alto para aumentar la sustentación (y por lo tanto aumentar la velocidad transversal). Las células pueden almacenarse en un corral y cambiarse en respuesta a las condiciones del viento en un momento dado.

Dichos corrales al final de las secciones alargadas también se pueden usar para cambiar la relación del número de células que se desplazan en una dirección. Por ejemplo, un aparato con tres o más secciones alargadas puede proporcionar un número diferente de células que se desplazan en una dirección. Dicha disposición puede ser ventajosa cuando las condiciones del viento favorecen el desplazamiento de la célula en una dirección sobre la otra. Por ejemplo, cuando las células se desplazan en una dirección alineada con un viento atmosférico, puede ser ventajoso devolver las células (es decir, en la dirección contra el viento) a alta velocidad. La resistencia (y por lo tanto la energía suministrada) al desplazamiento en contra del viento se puede reducir utilizando un perfil de baja resistencia aerodinámica. Por el contrario, la velocidad a favor del viento puede ser relativamente lenta. Por consiguiente, para tres o más secciones alargadas, puede ser beneficioso destinar más secciones más alargadas para que se desplacen a favor del viento. La velocidad de las células en contra del viento puede elegirse de modo que las células se repongan en el corral en contra del viento al ritmo necesario para proporcionar el desplazamiento a favor del viento.

Los corrales pueden ser una subsección de las terminales o reemplazar las terminales. Los corrales pueden incluir rieles auxiliares, similares a los apartaderos para un tren. Las células pueden organizarse en el riel auxiliar e introducirse en las secciones alargadas según sea necesario. Un interruptor (manual o automático) puede guiar las células hacia los corrales según sea necesario.

La pista puede estar soportada en cualquier extremo por torres. Como se usa en el presente documento, puede entenderse que una pista incluye las secciones alargadas y las terminales que comprenden un bucle cerrado. Las torres pueden tomar cualquier tamaño o forma suficiente para soportar la pista. Las torres se pueden colocar al final de cada terminal, o se pueden colocar en puntos hacia dentro en la sección alargada/pista. En un ejemplo, una serie de pistas están dispuestas una al lado de la otra, cada una unida a dos torres (similar a las líneas eléctricas unidas a los postes de servicios públicos). De esta forma, se pueden soportar múltiples pistas y se puede poner fuera de servicio una pista individual por mantenimiento u otros problemas, sin perturbar la extracción de energía de otras pistas. En algunos ejemplos, las secciones alargadas pueden alargarse y soportarse mediante múltiples torres. En estos ejemplos, alargar las secciones (en lugar de proporcionar múltiples pistas) puede aumentar la eficiencia del sistema porque se reduce el número de terminales (por lo tanto, se reduce la pérdida total de energía en las terminales).

En algunos ejemplos, se apilan múltiples pistas una encima de la otra. En estos ejemplos, las células pueden desplazarse en direcciones contrarrotativas en pares de pistas, equilibrando los momentos de torsión que pueden ser causados por la rotación de las células en cada pista y/o la aceleración de las células en las terminales.

En algunos ejemplos, las secciones alargadas y/o las pistas completas están dispuestas una tras otra. En algunos ejemplos, las pistas están dispuestas a 90 grados entre sí, permitiendo así que las células se desplacen transversalmente para varias direcciones de viento atmosférico incidente. En otros ejemplos, las pistas están dispuestas en otros ángulos relativos entre 0 y 90 grados, incluyendo 15, 30, 45, 60 y 75 grados.

En algunos ejemplos, las secciones alargadas están dispuestas en una cuadrícula. Por ejemplo, las filas de secciones alargadas pueden discurrir de este a oeste y las columnas pueden discurrir de norte a sur. Cuando se ve desde arriba, las secciones alargadas pueden representar un patrón de tablero de ajedrez, con el suelo representando los "cuadrados" del tablero de ajedrez. Esta disposición permite la extracción de energía independientemente de la orientación de un viento atmosférico. En algunos ejemplos, las secciones alargadas pueden estar orientadas en múltiples triángulos equiláteros superpuestos. Esto puede permitir una mayor extracción de energía en varias orientaciones del viento atmosférico y también puede permitir que las secciones alargadas actúen como tirantes. Las secciones alargadas pueden compartir torres. De manera similar, las secciones alargadas pueden compartir células que se transfieren entre secciones alargadas, dependiendo de la orientación del viento atmosférico. Las secciones alargadas en diferentes orientaciones pueden alternar la elevación. Por ejemplo, si cada disposición norte-sur y esteoeste tiene cuatro secciones alargadas, entonces las disposiciones norte-sur pueden colocarse a 3, 9, 15 y 21 pies, mientras que las disposiciones este-oeste pueden colocarse a 6, 12, 18 y 24 pies. Este espaciamiento permitiría que las células con envergadura de menos de 6 pies se desplacen en cualquiera de las secciones alargadas sin chocar con otra sección alargada.

En algunos ejemplos, una o más pistas se pueden mover con relación al suelo u otro punto de referencia. Por ejemplo, una torre asociada con las pistas puede ser móvil y la otra fija de modo que la pista pivote alrededor de la torre fija. La torre móvil puede estar sobre ruedas y conectada a un motor para su transporte. De esta forma, algunos ejemplos pueden variar la compensación angular del desplazamiento de las células a la dirección del viento atmosférico incidente. Asimismo, algunos ejemplos con pistas móviles pueden reorientarse a una compensación angular deseada para varias direcciones del viento atmosférico.

La figura 2A ilustra una célula 200 a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. La célula 200 incluye las alas 202, el fuselaje 204 y el empenaje 210. El empenaje 210 incluye un estabilizador vertical 212 y estabilizadores horizontales 214.

Como se apreciará fácilmente, la célula 200 se ofrece como ejemplo y podrían emplearse numerosas variaciones sin desviarse del alcance de esta divulgación. Por ejemplo, algunas células pueden incluir solo un estabilizador horizontal o un estabilizador vertical. En algunas realizaciones, una célula no incluye un empenaje.

La figura 2B ilustra un perfil aerodinámico 230 a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. El perfil aerodinámico 230 puede estar acoplado a una pista directamente o puede ser parte de una célula más grande. En algunos ejemplos, el perfil aerodinámico 230 puede ser la sección transversal de las alas 202 descritas anteriormente con respecto a la figura 2A.

El perfil aerodinámico 230 representa una forma aerodinámicamente eficiente que proporciona un coeficiente de sustentación/resistencia aerodinámica útil. El perfil aerodinámico 230 incluye un borde de ataque 232, un borde de salida 234, la superficie de succión 236 y la superficie de presión 238. A medida que el viento relativo 240 pasa por el perfil aerodinámico 230, la forma induce una fuerza hacia arriba (como se ve en la figura 2B) sobre el perfil aerodinámico. La fuerza actúa sobre el perfil aerodinámico en una dirección desde el lado de presión hacia el lado de succión.

Como se usa en el presente documento, un perfil aerodinámico puede entenderse como cualquier objeto, o sección transversal de un objeto, que proporciona una fuerza dinámica en el flujo de un fluido. Estos incluyen, sin limitación, alas, velas y palas de turbina. Un perfil aerodinámico puede ser parte de un cuerpo más grande, con componentes adicionales. Por ejemplo, una célula puede incluir no solo un perfil aerodinámico, sino también un fuselaje y un empenaje, tal y como se ha descrito anteriormente con respecto a la figura 2A. En algunos ejemplos, la célula puede ser simplemente un perfil aerodinámico.

Cuando un perfil aerodinámico está diseñado con una superficie de presión y una superficie de succión, el perfil aerodinámico se puede orientar en una sección de una pista de modo que la superficie de presión se coloque entre la pista y la superficie de succión. Esta disposición puede permitir que el perfil aerodinámico se mueva transversalmente a mayor velocidad.

La cuerda 242 es una línea recta imaginaria que une el borde de ataque 232 y el borde de salida 234. El perfil aerodinámico está orientado en un ángulo de ataque a (244), que puede entenderse como el ángulo entre la cuerda 238 y la dirección del viento relativo 238.

Como se usa en el presente documento, el término "viento relativo" puede entenderse como la suma vectorial de la velocidad del viento creado y la velocidad vectorial del viento atmosférico. La figura 2C ilustra una velocidad 254 del viento relativo a modo de ejemplo de conformidad con un ejemplo de un objeto (no mostrado) que se mueve transversalmente. El vector 250 representa la velocidad respecto al suelo del objeto y el vector 252 representa la velocidad del viento atmosférico.

Para los fines de explicar la velocidad 254 del viento relativo, primero debe entenderse el "viento creado". La velocidad del viento creado es simplemente la magnitud de la velocidad 250 respecto al suelo, pero en dirección inversa. Para calcular la velocidad del viento relativo, la velocidad del viento creado y la velocidad 252 del viento atmosférico se suman vectorialmente para dar como resultado la velocidad 254 del viento relativo.

Volviendo a la figura 2B, se pueden emplear diversos ángulos de ataque. En algunos ejemplos, el ángulo de ataque se calcula como una función de la relación deseada de sustentación/resistencia aerodinámica. Por ejemplo, si una relación de sustentación/resistencia aerodinámica predeterminada requiere un ángulo de ataque de 6 grados, entonces, el cabeceo de la aeronave se modificará en función de la velocidad del viento atmosférico y la velocidad respecto al suelo. Si la velocidad del viento atmosférico es de 8 m/s y la velocidad respecto al suelo es de 50 m/s, entonces la velocidad del viento relativo estará a 9,09 grados (tan-1 (8/50)) hacia la pista. Para lograr un ángulo de ataque al viento relativo de 6 grados, el perfil aerodinámico estará en un ángulo a -3 grados hacia la pista.

En general, un ángulo de cabeceo relativo a la pista se puede determinar con la velocidad atmosférica, la velocidad respecto al suelo y un ángulo de ataque deseado. En primer lugar, el ángulo del viento relativo hacia la pista se determina a partir de la velocidad del viento atmosférico y la velocidad respecto al suelo. El ángulo del viento relativo se resta luego del ángulo de ataque deseado, para dar como resultado el ángulo de cabeceo deseado de la célula con relación a la pista.

El ángulo de ataque puede variar para diferentes condiciones de viento. Es decir, consideraciones como la extracción eficiente de energía y la integridad estructural limitada pueden determinar un ángulo de ataque deseado. El ángulo de ataque se puede controlar mediante el empenaje (es decir, mediante elevadores en los estabilizadores horizontales), o mecánicamente moviendo/reorientando el acoplamiento entre la pista y la célula.

En algunos ejemplos, el ángulo de ataque no tiene por qué ser el mismo cuando se desplaza en diferentes direcciones en secciones alargadas. Esto puede justificar un viento atmosférico que no es perpendicular a las secciones alargadas.

Se puede usar un empenaje para implementar un factor de seguridad para rachas, pasiva y/o automáticamente. Una racha aumenta el ángulo de ataque. La cola puede diseñarse de modo que una racha aumente la sustentación de la cola. Cuando la cola "se sustenta" (en relación con el viento), el ángulo de ataque de la célula disminuye y la inclinación de la célula vuelve a estar dentro de un intervalo predeterminado.

En algunos ejemplos, la célula se puede orientar selectivamente para generar poca o ninguna fuerza. Esto puede ser beneficioso para hacer frente a vientos excesivos o vientos mal dirigidos, y para tiempos de inactividad, tales como las operaciones de mantenimiento. Estableciendo el ángulo de balanceo en cero (en relación con el horizonte) y el ángulo de cabeceo en cero (o ángulo de ataque de sustentación cero), y permitiendo que la célula se guiñe libremente, la célula ejercerá poca fuerza en una pista.

En algunos ejemplos, se ancla un aparato de extracción de electricidad usando una o más bridas. Las figuras 3A y 3B ilustran un sistema de embridado a modo de ejemplo de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. La figura 3A ilustra una vista lateral del sistema de embridado 300 y la figura 3B ilustra una vista superior.

El sistema de embridado 300 incluye las bridas 308 y 310 acopladas a la sección alargada superior 302 y a la sección alargada inferior 304, respectivamente. En algunos ejemplos, las secciones alargadas 302 y 304 pueden ser las secciones alargadas superior e inferior descritas anteriormente con respecto a las figuras 1A y 1B.

Las bridas 308 y 310 están coancladas en el punto de anclaje 306. En algunos ejemplos, se pueden anclar dos bridas en diferentes puntos de anclaje. Las bridas 308 y 310 definen ángulos yi y Y2 con respecto a una línea de referencia que contiene el punto de anclaje 306. En algunos ejemplos, la línea de referencia puede ser el nivel del suelo, el horizonte u otra referencia física.

La figura 3B ilustra el sistema de embridado desde arriba, representando múltiples bridas unidas a cada sección alargada. La sección alargada 302 es la única sección alargada visible en la figura 3B debido a la alineación vertical de las secciones alargadas en este ejemplo.

Tal y como puede observarse en la figura 3B, el sistema de embridado 300 incluye las bridas 308, 314 y 318 distribuidas a lo largo de la sección alargada. Cada brida está unida a la sección alargada 302 en los puntos de anclaje 306, 312 y 316 respectivamente. La pluralidad de bridas divide la longitud 324 de la sección alargada 302 en las sublongitudes 320 y 322.

Tal y como se ha indicado anteriormente, la sección alargada 302 está ocultando la sección alargada 304 debido al punto de observación de la figura 3B. Por la misma razón, solo las bridas superiores 308, 314 y 318 se pueden ver en la figura 3B. El sistema 300 también incluye al menos la brida inferior 310 ocultada por la brida superior 308 y puede incluir bridas adicionales ocultadas por las bridas superiores 314 y 318.

Los sistemas de embridado de esta divulgación pueden distribuir de manera beneficiosa las fuerzas a favor del viento, reduciendo su efecto destructivo sobre el aparato de extracción de energía. En una turbina eólica, todas las fuerzas se concentran en el buje (o punto central), lo que provoca grandes momentos en la torre. Al menos por esta razón, la torre de una turbina eólica puede ser muy grande. En los aparatos descritos en el presente documento, las fuerzas a favor del viento se distribuyen en las múltiples células. Es más, el embridado distribuye las fuerzas a favor del viento en las sublongitudes de modo que cualquier sublongitud experimente un momento sustancialmente reducido.

Aunque las sublongitudes 320 y 322 son aproximadamente iguales en la figura 3B, otros ejemplos pueden incluir diferentes sublongitudes. Asimismo, aunque se ilustran tres bridas en la figura 3B, otros ejemplos pueden incluir cualquier número de bridas.

Cada sublongitud puede elegirse para tener en cuenta varias consideraciones. Por ejemplo, el área alar de la célula, la velocidad de la célula, la solidez del riel, etc. En algunos ejemplos, las sublongitudes se determinan como una función de uno o más de la densidad del fluido, el área de la célula, la velocidad del transportador en la pista, el coeficiente de sustentación de la célula y el módulo de elasticidad de la pista. En algunos ejemplos, las sublongitudes son de aproximadamente 2,5 metros cada una. En algunos ejemplos, el número de bridas está determinado por el número de células que se desplazan en una sección alargada al mismo tiempo y puede elegirse de modo que haya más sublongitudes que células que se desplazan al mismo tiempo.

En algunos ejemplos, se elige un sistema de bridas que se adapte al paisaje circundante y a los factores de implementación específicos. En algunos ejemplos, cada brida está anclada individualmente y discurre directamente desde el suelo hasta la pista. En otros ejemplos, la brida está configurada de manera similar a un puente atirantado: las bridas se unen a uno (o más) puntos de anclaje y luego se abren en abanico hacia los puntos de unión de los rieles. En otro ejemplo, las bridas están configuradas de manera similar a un puente colgante: un cable de suspensión forma un arco entre dos puntos de unión y las bridas individuales se unen a este arco. En otro ejemplo más, el sistema de bridas incluye un punto de anclaje volante. En este ejemplo, un cable de sujeción/atadura sube desde el suelo hasta un "ancla voladora" central. Las bridas se unen a este "ancla voladora" y se abren en abanico hacia la pista. En otro ejemplo, se instala un pilón auxiliar entre el punto de anclaje principal y la pista. Entonces, un cable de sujeción va desde el suelo hasta el pilón auxiliar en un ángulo grande, y luego se redirige (a través de bridas individuales o anclas agrupadas) a la pista. Al redirigir la brida, el pilón auxiliar absorbe algunas de las fuerzas descendentes, permitiendo que la longitud total de la brida sea más corta (o que el ángulo efectivo sea más bajo) reduciendo así las pérdidas de coseno debido a la elevación.

En algunos ejemplos, las bridas pueden tener diferentes longitudes para las secciones superiores e inferiores. Esto puede hacer que la pista se balancee en un ángulo de balanceo deseado, lo que luego puede forzar a la célula a un ángulo de balanceo deseado (véase la discusión sobre el ángulo de balanceo a continuación).

En algunas realizaciones, una sección alargada superior está unida rígidamente a una sección alargada inferior en los puntos de unión de las bridas. De nuevo, se pueden usar longitudes de brida diferenciales. Esta disposición también puede forzar a las secciones alargadas al ángulo adecuado. En comparación con los ejemplos del párrafo anterior, esta configuración acentúa ligeramente la longitud de las líneas (aumentando la separación), permitiendo un control más práctico.

Algunos ejemplos pueden incluir contrafuertes voladores de doble dirección cuando se van a aprovechar varias direcciones del viento atmosférico. En estos ejemplos, se puede poner una V invertida entre las secciones "en contra del viento" y "a favor del viento". Las secciones están unidas rígidamente a este contrafuerte, y los transportadores/células están unidos a las secciones de manera que solo pueden deslizarse. Dos bridas en contra del viento y dos bridas a favor del viento están unidas al contrafuerte de tal manera que pueden evitar todas las posibles orientaciones de la célula. De esta forma, es posible construir un aparato de doble dirección que también mantenga los rieles en el ángulo de balanceo adecuado.

El embridado puede introducir fuerzas adicionales en la pista. Por ejemplo, la figura 3C ilustra las fuerzas en un sistema de extracción de energía 350 cuando una célula 360 se balancea 90 grados hacia la horizontal de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. La célula 360 produce fuerzas en la dirección transversal (no mostrada) que se aprovecha como energía. La célula 360 está acoplada a la sección alargada 352 a través del transportador 358 y produce la fuerza (F^d) a favor del viento en la sección alargada 352.

La fuerza (FD) a favor del viento se equilibra mediante la brida 354. Sin embargo, la brida 354 está orientada en un ángulo y y, por tanto, la fuerza (F^b) de la brida actúa en un ángulo de 90-y desde la horizontal. Como resultado, la fuerza (F^b) de la brida tiene un componente horizontal (para equilibrar la fuerza a favor del viento de la célula) y un componente vertical. Este componente vertical, que no tiene contrapeso en el ejemplo de la figura 3C, tiende a tirar de la pista hacia abajo, lo que puede poner tensión en la pista.

En algunas realizaciones, se introduce un balanceo en la célula que está a menos de 90 grados de la horizontal. El balanceo puede orientar la célula con respecto al riel y la brida de modo que las fuerzas que actúan sobre la célula estén aproximadamente en la dirección de la brida.

La figura 3D ilustra una vista lateral de un balanceo a modo de ejemplo introducido en una célula 360 de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. Como anteriormente, la brida 354 está acoplada a una superficie del suelo en el punto de anclaje 356 y la brida 354 está en ángulo en y hacia la horizontal. Para equilibrar la fuerza de la brida, la célula 360 se balancea en un ángulo 9 hacia la horizontal (téngase en cuenta que aquí se hace referencia a la horizontal, pero se puede usar cualquier línea de referencia).

En el ejemplo de la figura 3D, la célula 360 se balancea en un ángulo 9=90-y. En algunas realizaciones, y puede no ser igual a 90-y, sino que se aleja varios grados de 90-y. En algunos ejemplos, un grado máximo de compensación de 90-y puede calcularse mediante un límite en las pérdidas de eficiencia. En algunos ejemplos adicionales, se puede usar un algoritmo para relacionar el grado de compensación (y) con el límite de pérdida de eficiencia (EL). Algoritmos a modo de ejemplo pueden incluir EL=(1-cos y). Para un límite de pérdida de eficiencia dado, se puede determinar el ángulo máximo de compensación. La compensación de grado máximo también puede estar limitada por la estructura de la pista. A medida que aumenta el ángulo entre el balanceo de la célula y la elevación de la brida, aumenta la tensión en la pista. Para un material dado, se puede calcular una compensación máxima para mantener la tensión en la pista dentro de un límite predeterminado.

La célula 360 está acoplada a la sección alargada 352 a través del transportador 358. El transportador 358 puede ser giratorio con respecto a la sección alargada 352 de modo que la célula 360 puede cambiar su ángulo con respecto a la sección alargada 352. Algunos transportadores pueden incluir un servo para orientar la célula al ángulo de balanceo deseado, como se discute con mayor detalle más adelante.

En algunos ejemplos, una sección alargada superior y una sección alargada inferior pueden tener diferentes ángulos de brida (véase la figura 3A) y, por tanto, diferentes balanceos en las células. A medida que la célula se desplaza a lo largo de la terminal, se debe introducir un cambio en el balanceo para que la célula pueda asumir el ángulo de balanceo correcto para la sección alargada. Esto se puede lograr guiñando la célula a 180 grados mientras también se balancea la célula una cantidad deseada a medida que la célula se desplaza a lo largo de la trayectoria correspondiente a la terminal. En algunas variaciones, la magnitud de este balanceo será la suma de los ángulos de las bridas.

En algunas realizaciones, el balanceo de la célula puede medirse y ajustarse en consecuencia. En algunos ejemplos, el balanceo puede medirse usando sensores unidos a la célula, o mediante un sistema de navegación inercial (tal como un giroscopio, un acelerómetro y un gps) integrado mediante un algoritmo de fusión de sensores, tal como un filtro kalman. La posición de la célula también puede detectarse a través de RFID u otras comunicaciones de campo cercano, con esas salidas utilizadas en el algoritmo de fusión del sensor. En algunas realizaciones, el balanceo de la célula se mide usando sensores mecánicos unidos al carro.

Hay varios mecanismos mediante los cuales se puede controlar el balanceo de la célula. En algunos ejemplos, la célula está equipada con alerones en sus alas. Manipulando los alerones, se puede controlar el balanceo de la célula. En algunas realizaciones, la sección alargada puede introducir un balanceo natural en la célula. Por ejemplo, se puede construir una sección alargada de material flexible que naturalmente se flexiona para balancear la célula y equilibrar las fuerzas de las bridas. En algunas realizaciones, una pista está unida de forma giratoria a las torres de soporte. De esta forma, la pista puede reorientarse naturalmente a un ángulo hacia la horizontal que corresponda a un balanceo apropiado en la célula. En algunos ejemplos, la unión de la célula al transportador puede estar compensada lateralmente desde un centro de presión para inducir un balanceo. Cuando se logra el balanceo deseado, la unión se puede restablecer al centro de presión. Algunas realizaciones controlan el balanceo atando las puntas de las alas de manera diferente al transportador. Por ejemplo, una atadura de estribor puede alargarse y una de babor acortarse, resultando en un balanceo hacia babor.

Aunque la descripción anterior se ha centrado principalmente en equilibrar las fuerzas de las bridas con las fuerzas aerodinámicas en la célula al determinar el ángulo de balanceo, también se pueden considerar otras fuerzas. Estas fuerzas pueden incluir la fuerza de la gravedad en la célula y en el transportador, la fuerza de gravedad en la sección alargada, la fuerza de la gravedad en las torres de soporte y en los contrafuertes, la fuerza de resistencia aerodinámica en la sección alargada y cualquier flotabilidad de los objetos conectados (como en una realización acuática o aerotransportada). En algunas realizaciones, la sección alargada tiene una forma aerodinámica para reducir la resistencia aerodinámica.

En algunos ejemplos aerotransportados, la fuerza gravitacional inducida por el peso del aparato puede equilibrarse mediante una sustentación inducida por las células. Dicho aparato puede elevarse primero a la altitud deseada usando una grúa, una aeronave o un dispositivo de flotabilidad, por ejemplo. Una vez a la altitud adecuada, puede utilizarse el viento para cambiar o mantener la altitud. Esto puede permitir, de manera beneficiosa, que las realizaciones aerotransportadas capturen vectores de viento de alta velocidad a grandes altitudes.

En algunos ejemplos, se pueden unir múltiples bridas a un solo punto en la pista y "abrirse en abanico" de modo que cada brida cree un ángulo diferente hacia la pista (cuando se ve desde arriba). Esta disposición puede compensar, de manera beneficiosa, las fuerzas aerodinámicas para varias direcciones de viento relativo.

En algunos ejemplos, los ángulos entre la pista y las bridas más externas y los ángulos entre los pares de bridas pueden ser iguales. En ejemplos adicionales, cada uno de los ángulos iguales puede ser de 180 grados dividido entre uno más el número de bridas (por ejemplo, 180/ ⁽ⁿ⁺¹⁾, donde n es el número de bridas). Por ejemplo, para dos bridas unidas al mismo punto, el ángulo entre las bridas puede ser de 60 grados y el ángulo entre cada brida y la pista puede ser de 60 grados. En otros ejemplos, los ángulos entre la pista y las bridas más exteriores y los ángulos entre los pares de bridas pueden no ser iguales.

Al unir múltiples bridas al mismo punto en la pista y disponer las bridas en diferentes ángulos hacia la pista, algunos ejemplos pueden mejorar la compensación de la fuerza aerodinámica para varias velocidades del viento atmosférico y velocidades del viento de la célula. Por ejemplo, si una célula se desplaza relativamente rápido en la pista, entonces el viento relativo puede ser aproximadamente paralelo a la orientación de una sección alargada (dando como resultado que la fuerza sea perpendicular a la sección alargada). En dicho escenario, múltiples bridas conectadas a un solo punto, y en diferentes ángulos, en la sección alargada permitirán que la fuerza se distribuya entre las bridas.

Por el contrario, si la velocidad de la célula es menor, el viento relativo puede no ser paralelo a la sección alargada (por lo que la fuerza puede no ser perpendicular a la sección alargada). En dicho escenario, la fuerza aerodinámica puede estar más alineada con una de las bridas y esa brida puede compensar la fuerza dinámica. Compárese esto con una realización de una sola brida, donde una fuerza no perpendicular (a la sección alargada) es solo parcialmente equilibrada por la brida.

Múltiples bridas en diferentes ángulos pueden permitir la optimización en diversas condiciones de viento. Por ejemplo, un viento atmosférico relativamente lento puede requerir una alta velocidad de la célula y un ángulo de ataque bajo en una dirección "en contra del viento", pero una velocidad de la célula baja y un alto ángulo de ataque en una dirección "a favor del viento".

Aunque la descripción anterior de embridado y balanceo inducido se centra principalmente en sistemas con dos secciones alargadas, un experto en la materia apreciará fácilmente que los conceptos se pueden aplicar a sistemas con una sola sección alargada o sistemas con múltiples secciones alargadas. Un experto en la materia también apreciará fácilmente que los conceptos de embridado y balanceo inducido descritos anteriormente se pueden aplicar a secciones no alargadas. La descripción anterior se aplica a cualquier disposición de un sistema que incluya una brida y una célula, donde la célula se puede balancear para compensar las fuerzas en la brida.

Pasando ahora a las terminales que conectan las secciones alargadas, se apreciará que la célula ejerce una fuerza centrífuga sobre la pista mientras cambia de dirección. Esta fuerza centrífuga puede requerir el refuerzo de la pista en las terminales.

Además de las fuerzas centrífugas en las terminales, también se introducen fuerzas aerodinámicas. Específicamente, la célula se puede guiñar en la terminal. Esto dará como resultado que la punta del ala exterior tenga una velocidad respecto al suelo mayor que la punta del ala interior. De este modo, la punta del ala exterior tiene un ángulo de ataque diferente. Por lo tanto, el ángulo de ataque aparente y la velocidad del viento aparente son diferentes en el lado interior y en el lado exterior. Esto puede resultar en más sustentación en el ala exterior que en el ala interior.

En algunas realizaciones, las fuerzas y las necesidades de posicionamiento en las terminales se abordan reduciendo la velocidad absoluta de la célula en las terminales. Esta desaceleración se puede aprovechar como energía.

En algunas realizaciones, la célula se balancea en las terminales para contrarrestar las fuerzas creadas por la guiñada. Por ejemplo, si los alerones exteriores se elevan y los alerones interiores se bajan, la sustentación exterior disminuirá y la sustentación interior aumentará. Esto puede servir para igualar la distribución de la sustentación y reducir el momento de balanceo que debe absorber la estructura.

Aunque la descripción de las realizaciones anteriores se ha ofrecido principalmente con respecto a pistas ancladas al suelo, la divulgación no es tan limitada. En algunos ejemplos, la pista puede estar aerotransportada o en alta mar.

Además, aunque principalmente se han discutido anteriormente células de un solo ala, algunas realizaciones pueden incluir aeronaves de múltiples alas tales como biplanos u otras células multiplano. Las alas pueden estar apiladas o dispuestas una detrás de la otra, o una combinación de ambas.

La figura 4 ilustra el método 400 de extracción de energía de acuerdo con los ejemplos de la divulgación. El método 400 incluye proporcionar una pista 402. La pista puede incluir una primera sección alargada y una segunda sección alargada más baja que la primera sección alargada. El método 400 incluye acoplar una célula a la pista 404 de modo que la célula se desplace transversalmente a un viento atmosférico.

En algunos ejemplos, el método de extracción de energía también puede incluir unir una brida a la primera sección alargada. La brida se puede anclar y colocar en un ángulo de y grados hacia un horizonte. El método también puede incluir balancear la célula en aproximadamente 90-y grados hacia el horizonte cuando está acoplada a la primera sección alargada. Algunos ejemplos pueden incluir más de una brida.

En algunos ejemplos, el método también puede incluir balancear la célula en un primer ángulo hacia un horizonte cuando la célula está acoplada a la primera sección alargada y balancear la célula en un segundo ángulo hacia el horizonte cuando la célula está acoplada a la segunda sección alargada, y en donde el primer ángulo es diferente del segundo ángulo.

Algunos métodos pueden incluir acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda, en donde la célula desacelera cuando pasa de la primera sección alargada a la terminal y en donde la célula acelera cuando pasa de la terminal a la segunda sección alargada. En algunos ejemplos, un método puede incluir acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda y guiñar la célula a medida que se desplaza a lo largo de la terminal.

Tal y como se ha indicado anteriormente, la divulgación no se limita a la energía eólica. Algunos ejemplos pueden incluir otros gases o fluidos. Las realizaciones de energía hidroeléctrica a modo de ejemplo pueden incluir una instalación fluvial o una instalación de energía mareomotriz. En algunos otros ejemplos, el aparato de extracción de electricidad puede estar unido a dispositivos flotantes, lo que puede crear sustentación. Mediante la manipulación del ángulo de balanceo (ya sea a través de la estructura o controles activos), el aparato se puede mantener a la profundidad o altura deseada para aumentar la captura de energía, por ejemplo. Cuando se usan en el presente documento, los términos que pueden sugerir una aplicación específica (como transversalmente y viento atmosférico) debe entenderse que tienen términos análogos en otros flujos de fluidos.

Es más, como se usa en el presente documento, el término "sección alargada" puede entenderse como cualquier estructura a la que se pueda acoplar una célula y desplazarse transversalmente distancias mucho mayores que el tamaño de la célula. Una sección alargada puede no ser necesariamente lineal y puede incluir curvas u otros aspectos no lineales. En algunas realizaciones, un aparato o método para extraer energía puede incluir una sola sección alargada o múltiples secciones alargadas dispuestas horizontalmente, en lugar de la orientación vertical descrita en el presente documento.

Aunque las realizaciones divulgadas se han descrito completamente con referencia a los dibujos adjuntos, cabe señalar que para los expertos en la materia resultarán evidentes diversos cambios y modificaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para extraer energía, que comprende:

una pista (102) que comprende secciones alargadas primera y segunda (104, 106), en donde la primera sección alargada (104) está situada por encima de la segunda sección alargada (106);

un perfil aerodinámico (112, 230) que comprende una superficie de succión (236) y una superficie de presión (238), en donde el perfil aerodinámico (112, 230) está acoplado a la pista (102) de modo que la superficie de presión (238) se encuentra entre la superficie de succión (236) y la pista (102) y de modo que el perfil aerodinámico (112, 230) puede desplazarse a lo largo de la pista (102), y en donde el perfil aerodinámico (112, 230) se puede mover en direcciones opuestas cuando se acopla alternativamente a la primera sección alargada (104) y a la segunda sección alargada (106);

un sistema de embridado (300) que acopla al menos una de las secciones alargadas primera y segunda (104, 106) a un ancla (306); y

un generador de energía para aprovechar la energía de un viento atmosférico a través del movimiento del perfil aerodinámico (112, 230).

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el sistema de embridado (300) comprende tres bridas (308, 314, 318) acopladas directamente a al menos una de las secciones alargadas primera y segunda (104, 106).

3. El aparato de la reivindicación 1, en donde el perfil aerodinámico (112, 230) tiene un primer balanceo hacia un horizonte cuando el perfil aerodinámico (112, 230) está acoplado a la primera sección alargada (104) y un segundo balanceo hacia el horizonte cuando el perfil aerodinámico (112, 230) está acoplado a la segunda sección alargada (106), y en donde el primer balanceo es diferente del segundo balanceo.

4. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pista (102) comprende además una terminal (108, 110) que conecta las secciones alargadas primera y segunda (104, 106), en donde el perfil aerodinámico (112, 230) desacelera cuando el perfil aerodinámico (112, 230) pasa de la primera sección alargada (104) a la terminal (108, 110), y en donde el perfil aerodinámico (112, 230) acelera cuando el perfil aerodinámico (112, 230) pasa de la terminal (108, 110) a la segunda sección alargada (106).

5. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pista (102) comprende además una terminal (108, 110) que conecta las secciones alargadas primera y segunda (104, 106), en donde el perfil aerodinámico (112, 230) se guiña a medida que se desplaza a lo largo de la terminal (108, 110).

6. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pista (102) comprende además una terminal (108, 110), comprendiendo el aparato además:

un segundo perfil aerodinámico (116) que puede moverse con una velocidad absoluta mayor en la primera sección alargada (104) que una velocidad absoluta del primer perfil aerodinámico (112, 230) en la terminal (108, 110).

7. El aparato de la reivindicación 1, en donde el sistema de embridado (300) distribuye las fuerzas a favor del viento provocadas por el perfil aerodinámico (112, 230) en al menos una de las secciones alargadas primera y segunda (104, 106).

8. El aparato de la reivindicación 7, en donde el sistema de embridado (300) comprende al menos uno de un sistema de bridas atirantadas, un sistema de bridas de cable de suspensión, un punto de anclaje volador y un pilón auxiliar.

9. El aparato de la reivindicación 1, en donde la primera sección alargada (104) está unida a la segunda sección alargada (106) en los puntos de unión de las bridas.

10. Un método de extracción de energía que comprende:

proporcionar una pista (102) que comprende una primera sección alargada (104) y una segunda sección alargada (106) más baja que la primera sección alargada; acoplar una célula (112, 116) a la pista, en donde la célula comprende una superficie de succión (236) y una superficie de presión (238), en donde la célula está acoplada a la pista de modo que la superficie de presión se encuentra entre la superficie de succión y la pista y de modo que la célula pueda desplazarse a lo largo de la pista;

disponer la pista de modo que la célula se desplace transversalmente a un viento atmosférico;

unir un sistema de embridado (300) a al menos una de las secciones alargadas primera y segunda; y anclar el sistema de embridado.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el sistema de embridado comprende tres bridas, comprendiendo además el método unir directamente las tres bridas a al menos una de las secciones alargadas primera y segunda.

12. El método de la reivindicación 10, que comprende además balancear la célula en un primer ángulo hacia un horizonte cuando la célula está acoplada a la primera sección alargada y balancear la célula en un segundo ángulo hacia el horizonte cuando la célula está acoplada a la segunda sección alargada, y en donde el primer ángulo es diferente del segundo ángulo.

13. El método de la reivindicación 10, que comprende además acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda, en donde la célula desacelera cuando pasa de la primera sección alargada a la terminal y en donde la célula acelera cuando pasa de la terminal a la segunda sección alargada.

14. El método de la reivindicación 10, que comprende además acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda y guiñar la célula a medida que se desplaza a lo largo de la terminal.

15. El método de la reivindicación 10 que comprende además:

acoplar una terminal entre las secciones alargadas primera y segunda; y

acoplar una segunda célula a la pista, en donde la segunda célula se puede mover con una velocidad absoluta mayor en la primera sección alargada que una velocidad absoluta de la primera célula en la terminal.