ES2897123A1 - Procedimiento y dispositivo para la captación de energía undimotriz - Google Patents

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Abstract

Es un procedimiento y dispositivo para a captación de energía undimotriz basado en descompasar el movimiento de los elementos captadores respecto al de las olas mediante el bloqueo y liberación de los mismos de manera programada, provocando el desequilibrio de las fuerzas actuantes sobre ellos, produciéndose una transferencia de energía potencial hacia los mencionados elementos captadores. Cuando se permite e inicia el movimiento de los elementos captadores, la energía potencial que han adquirido se transforma en energía cinética destinada a la generación eléctrica. El movimiento de los elementos captadores está gobernado por un sistema de monitoreo y control del sistema de bloqueo que establece el régimen de funcionamiento del dispositivo en función de las señales recibidas de los medios de detección de parámetros característicos de las olas y del movimiento de las partes móviles de la instalación

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para la captación de energía undimotriz
Sector de la técnica
La invención se encuadra en el sector técnico de las energías renovables, más concretamente en la captación de la energía procedente de las olas de mares y océanos, también conocida como energía undimotriz.
Antecedentes de la invención
Las "olas” son el resultado de la acción continuada del viento sobre la superficie de los océanos y mares en abierto. Tienen la particularidad de desplazarse grandes distancias, a cambio de una mínima pérdida de energía, por lo que el viento que las origina puede ser del mismo lugar donde se lleva a cabo el aprovechamiento energético o muy distante al mismo.
Actualmente, las técnicas de captación de energía undimotriz se están desarrollando a un ritmo más lento que otras existentes para la captación de energías renovables como son la energía eólica y solar.
El motivo fundamental es el elevado coste tanto de construcción como de mantenimiento en relación con la energía que actualmente son capaces de captar de las olas. Por ello, todos los esfuerzos para hacer más atractiva esta tecnología de generación de energía limpia e inagotable, deben ir encaminados a aumentar la relación entre la Energía Absorbida y el Coste Total.
Existen numerosas tecnologías de aprovechamiento de la energía de las olas. La clasificación de las mismas se puede llevar a cabo atendiendo a criterios de diferentes autores y a las siguientes variables: ubicación, tamaño y orientación, extracción de energía y principio de captación. Por tanto, tendríamos:
Según su Ubicación:
a) En costa u on-shore: el dispositivo se encuentra apoyado, bien sea sobre el fondo del mar o en un dique. Las instalaciones son más fácilmente construidas, instaladas y visitadas, sobre todo para mantenimiento, aunque tienen como contrapartida que están más visibles de cara al público.
b) Cerca de la costa o near-shore: se encuentran normalmente a profundidades de entre 10 y 25 metros, y pueden estar tanto apoyados sobre el fondo del mar como de manera flotante.
c) Fuera de la costa u off-shore: están ubicados a profundidades superiores a los 40 metros, y pueden estar tanto sumergidos como flotantes. Tienen la gran ventaja de producir mayor cantidad de energía eléctrica y tener menor impacto visual desde la costa, pero tienen como contrapartida el disponer de un acceso peor para llevar a cabo labores de mantenimiento.
Según su Tamaño y Orientación:
a) Absorbedores puntuales: se trata de dispositivos que tienen un tamaño pequeño si se compara con el de la ola incidente. Tienen una forma cilíndrica, y por tanto son indiferentes a la dirección de la ola. Captan la energía no solo de la onda incidente sino también la de un entorno más o menos cercano. Su disposición en el mar suele ser agrupados en línea.
b) Atenuadores: se colocan de manera paralela a la dirección de avance de la ola, siendo unos dispositivos largos de tal manera que extraen energía de manera progresiva y por los dos lados. Están menos expuestos a daños y a anclajes que los que se comentan a continuación.
c) Terminadores o totalizadores: están colocados de manera perpendicular a la dirección de avance de las olas, es decir, paralelo al frente de olas. Su objetivo es intentar captar la energía de una sola vez.
Según la Extracción de energía:
a) Flotadores: las olas mueven los dispositivos que se encuentran flotando sobre la superficie de agua, apoyados en una masa sumergida o anclados en el fondo.
b) Depósitos: se trata de una serie de elementos que se llenan con el agua del mar.
Posteriormente, el agua retorna nuevamente al mar, accionando previamente una turbina.
c) Balsas o pontones: son aquellos dispositivos que aprovechan el movimiento relativo con relación a las olas.
d) Neumáticos: con el movimiento de las olas, se comprime y descomprime aire, siendo éste el encargado de accionar una turbina.
e) Dispositivos móviles articulados: se mueven con las olas actuando sobre un motor hidráulico.
Según el Principio de captación:
a) Columna de agua oscilante (OWC: Oscillating Water Column): se trata de un dispositivo formado por una cámara abierta por abajo por donde entra el agua del mar empujada por la fuerza de las olas, de tal manera que comprime aire, accionando una turbina. El vaciado de la cámara permite también la generación de electricidad.
b) Cuerpos activados por olas: se trata de dispositivos que se mueven por la acción de las olas, de manera relativa entre dos cuerpos, o absoluta entre un cuerpo y una referencia fija.
c) Sistemas de rebosamiento: consiste en la existencia de un depósito por encima de la cota de la superficie del agua del mar, que se llena por la acción de las olas, de tal manera que al vaciarse mueve una turbina que es la encargada de la generación de energía eléctrica.
Según su Posición relativa al agua:
a) Fijos o flotantes: aquellos que están flotando sobre la superficie del agua del mar. b) Semisumergidos: son aquellos que se encuentran por debajo de la superficie del agua del mar, de manera discontinua o continua (referido al tiempo), como de manera parcial o total (referido a la parte que sobresalga por encima de dicha superficie).
c) Sumergidos: todos aquellos dispositivos que se encuentran siempre por debajo de la superficie del agua del mar.
Todos estos dispositivos que tratan de absorber energía undimotriz mediante el accionamiento de elementos mecánicos, hidráulicos, neumáticos, etc., y que acaban activando un generador eléctrico, siempre lo hacen bajo los parámetros o características propias de las olas que los atraviesan, es decir, su longitud de onda, periodo, altura, etc. Es decir, todos estos dispositivos tratan de captar la energía cinética de las olas.
Por tanto, una boya que sube y baja con el paso de una ola, lo hace a la velocidad que la ola sube y baja. El aire que se comprime por la subida del nivel del mar dentro de una cámara, lo hace a la velocidad con la que dicha ola asciende por el interior de dicha cámara. El dispositivo neumático que se comprime cuando una ola se sitúa sobre él, lo hace a medida que la ola va ganando altura y se descomprime a medida que la ola se aleja, etc.
Otro inconveniente con el que nos encontramos en la captación de energía undimotriz, son las duras condiciones meteorológicas y marinas a las que los dispositivos tienen que enfrentarse, lo que provoca un altísimo coste en mantenimiento y reparación de elementos.
Por otro lado, también dependiendo del diseño, muchos de los dispositivos existentes tienen los elementos de generación de energía bajo el agua, lo que también genera altísimos costes de instalación y mantenimiento.
Explicación de la invención
La invención se refiere a un nuevo procedimiento y dispositivo para la captación de energía undimotriz y posterior conversión en energía eléctrica, capaz de aumentar la energía absorbida en comparación con los dispositivos actuales, aprovechando la energía potencial de las olas en lugar de su energía cinética, transfiriéndosela a los elementos captadores (flotadores, boyas, etc.) y desarrollando éstos su desplazamiento con mayor potencia, aumentando así la generación eléctrica y por tanto la rentabilidad de la instalación.
Fundamentos teóricos
Como apuntan las leyes de la física, el Trabajo (W) de una fuerza aplicada a cualquier cuerpo se obtiene del producto de la componente de la Fuerza (F) en la dirección del movimiento por el Desplazamiento (d) de dicho cuerpo, es decir:
W = F • d
Del mismo modo, la física define la Potencia (P) como el Trabajo (W) generado por unidad de Tiempo (t), teniendo:
P = w / t = F • d / t
Si seguimos avanzando y observamos la fórmula anterior, Desplazamiento (d) / Tiempo (t) equivale a Velocidad (v), por lo que también tendríamos la expresión:
P = F • v
Si identificamos las magnitudes anteriores en los procedimientos y técnicas para la captación de energía undimotriz, por ejemplo en un elemento captador consistente en una boya que se desplaza con el movimiento de las olas, tenemos que:
- El Desplazamiento (d) corresponde con la Altura de la Ola (H), que en definitiva será el recorrido que hará el elemento captador en sus ascensos y descensos.
- El tiempo (t), corresponde con el tiempo transcurrido desde que el elemento captador pasa de su parte más alta a la más baja y viceversa.
- La Fuerza (F) de ascenso corresponde sensiblemente con el Empuje (E) que experimenta el elemento captador por tener una parte sumergida y la Fuerza (F) de descenso corresponde con el Peso (P) que suele ser igual a la mitad de su volumen lleno de agua, consiguiendo de esta forma que el Trabajo (W) de subida y de bajada del elemento captador sea idéntico, y venga dado por la expresión siguiente:
W = E • H = P • H
De este modo y de manera aproximada, se podría decir que el elemento captador desarrolla su Desplazamiento (d), manteniendo el equilibrio Empuje (E) = Peso (P).
Sin embargo, observando la formulación, se deduce que cuanto mayor sea la Fuerza (F) y el Desplazamiento (d) y a su vez, menor sea el tiempo (t) en el que se produce dicho desplazamiento, mayor será la Potencia (P) generada, siendo éste el objetivo fundamental del nuevo procedimiento y dispositivo descrito en el presente documento.
Siguiendo con el ejemplo de un dispositivo de captación de superficie mediante boyas (elemento captador) y centrándonos en el objeto de la presente invención, la forma de aumentar la magnitud Empuje (E) en el movimiento ascendente de la ola, sería provocando que la boya vaya aumentando su volumen sumergido a medida que la ola se acerca, rompiendo así su equilibrio Empuje (E) = Peso (P), aumentando así la fuerza actuante sobre la boya. De este modo, se induce en la boya la energía potencial de la ola (en este caso negativa).
En el sentido contrario, para aumentar la magnitud Peso (P) en el movimiento de descenso, volveremos a romper el equilibrio Empuje (E) = Peso (P) dejando la boya suspendida mientras la ola va descendiendo, aumentando nuevamente la fuerza actuante sobre la boya.
La otra magnitud que necesitamos aumentar es la velocidad (v) durante el desplazamiento (d), es decir, debemos hacer que la boya se mueva en sentido ascendente y descendente más rápido que la velocidad con la que la ola pasa de su cresta a su valle y viceversa.
Esto se consigue aumento la fuerza actuante sobre la boya, proceso descrito en los párrafos anteriores, aumentando por tanto la aceleración (a) con la que ésta iniciará su movimiento y que se traducirá en un aumento de su velocidad.
Tenemos las fórmulas:
I F = m • a y Vf2 Vo2 = 2 • a • Al
Se deduce por tanto que, cuanto mayor sea el Sumatorio de Fuerzas (IT) y teniendo una masa (m) constante (la de la boya), mayor será la aceleración (a). Y por consiguiente, cuanto mayor sea la aceleración (a), mayor será la velocidad final (Vf) que alcanzará la boya en su desplazamiento (Al), partiendo de su situación de reposo (Vo).
Por ello, el nuevo procedimiento y dispositivo, se centra en el modo y tiempo en la que los elementos captadores (flotadores, boyas, etc.) interactúan con las olas, en la morfología de dichos elementos captadores orientada a aumentar la energía captada y minimizar el rozamiento durante su desplazamiento, en los dispositivos de regulación y/o almacenamiento de energía, así como en la ubicación de los elementos mecánicos, hidráulicos y eléctricos buscando minimizar los costes de inspección y mantenimiento de dichos equipos.
Explicación del nuevo procedimiento
El nuevo procedimiento que aquí se describe se centra en aprovechar la energía potencial de las olas al paso de éstas por los dispositivos generadores de energía, haciendo que los elementos móviles o captadores (boyas, flotadores, etc.) adquieran dicha energía potencial para posteriormente liberarla y cederla al dispositivo.
El modo en el que el nuevo procedimiento consigue que los elementos captadores adquieran la energía potencial de las olas, es provocando descompasar el movimiento de dichos elementos captadores con respecto al movimiento ascendente y descendente de las olas, impidiendo que los repliquen de manera simultánea, rompiendo así el equilibrio Empuje (E) = Peso (P).
Para descompasar el movimiento, se utilizan equipos de bloqueo que impiden el desplazamiento de los elementos captadores mientras las olas van ganando o perdiendo altura a su paso por ellos.
El momento adecuado para activar y/o liberar el bloqueo de los elementos captadores, es en los instantes en los que las olas están próximas a sus zonas más altas (crestas) y/o sus zonas más bajas (valles), maximizando la energía potencial adquirida y posteriormente liberada.
Este procedimiento aprovecha además los desplazamientos máximos adquiridos por la boya hasta su detención, ya que se añaden los esfuerzos generados al siguiente movimiento. A modo de ejemplo, cuando la boya cae con fuerza y se sumerge hasta detenerse, los frenos se activan en cuanto el dispositivo detecta que la boya inicia el ascenso, este volumen sumergido generado por la velocidad de caída se añadirá al volumen sumergido provocado por la siguiente ola, aumentando considerablemente la fuerza en el siguiente movimiento de ascenso. A través de este nuevo procedimiento, conseguimos aumentar enormemente la fuerza y velocidad con la que se mueven los elementos captadores con respecto a como lo hacen cuando están "libres” sin ningún tipo de bloqueo y replican el movimiento de las olas.
Se acompaña el siguiente croquis ilustrando la posición en la "vertical” que tendría el elemento captador al paso de una ola, bajo las condiciones de funcionamiento de los dispositivos actuales y bajo el nuevo procedimiento explicado anteriormente. Las zonas sombreadas indican el volumen que queda sumergido y posteriormente emergido que hacen romper el equilibrio entre las fuerzas de Empuje (E) y Peso (P).
Posición del elemento captador en dispositivos actuales,
Con Equilibrio Empuje = Peso
Figure imgf000007_0001
Posición del elemento captador bajo el nuevo procedimiento,
Sin Equilibrio Empuje = Peso
Figure imgf000007_0002
La ventaja de este procedimiento es la facilidad de adaptación en todo momento a las características y parámetros del oleaje (altura de ola, velocidad, longitud, periodo, etc.), programándose bajo los criterios que optimicen la captación.
Por ello, cualquier dispositivo podrá trabajar bajo distintos regímenes de funcionamiento como podrían ser; que estuviera totalmente libre (digamos al estilo de los dispositivos actuales); que funcionen los bloqueos sólo en el movimiento de subida (movimiento más explosivo si la masa de la boya es muy pequeña); que sólo funcionen los bloqueos en el movimiento de bajada para lo que interesarían boyas más pesadas y que funcionasen los bloqueos en los dos sentidos tal y como se ha explicado anteriormente, etc.
Otra forma de operar sería que la boya estando en su parte más baja y anclada, fuese liberada sin ceder ésta energía alguna al dispositivo, de modo que alcance mayor altura debido a la gran aceleración generada, y que desde la altura alcanzada inicie su bajada ahora sí entregando energía al dispositivo.
Para mejor comprensión del nuevo procedimiento, y ver un ejemplo de aplicación, nos apoyaremos en el nuevo dispositivo, también parte integrante de la presente solicitud de patente.
Explicación del nuevo dispositivo
El nuevo dispositivo está configurado para funcionar en los términos del procedimiento explicado en los párrafos anteriores, por el que se consigue descompasar el movimiento del elemento captador respecto al movimiento de la ola mediante el bloqueo del mismo, adquiriendo éste su energía potencial.
El nuevo dispositivo se compone de una estructura principal que albergará todos los equipos y absorberá los esfuerzos provocados por el oleaje. Dispondrá de distintos accesos y cámaras de trabajo para facilitar las labores de montaje y mantenimiento, la instalación de los distintos equipos, etc. Sustentará tantos elementos captadores como sean diseñados, pudiendo estos estar acoplados a un mismo eje común o de manera individual y aislada.
La estructura principal tiene adosadas unas columnas estabilizadoras fijas, cuya función es la de proteger las boyas, confinándolas y dirigiendo su movimiento vertical facilitado por una serie de rodamientos.
Estas columnas dispondrán de unas coronas más anchas para la instalación de cables y elementos auxiliares como, rodamientos, sistemas de frenado, medios de detección de los parámetros del oleaje, etc., estando en todo momento protegidos del mar. Estas coronas tendrán unos portones exteriores para el mantenimiento y sustitución de dichos elementos.
En el interior de las columnas estabilizadoras se acoplan las boyas, que están diseñadas de manera que estando en equilibrio (sin la acción de las olas) tengan gran parte de su cuerpo emergido del agua, de modo que adquieran el mayor volumen posible sumergido al paso de las olas a través de ellas, adquiriendo así su energía potencial. Por ello, las boyas se diseñarán en función de la zona donde se vaya a instalar el dispositivo, optimizando su coste en función de los parámetros característicos del oleaje en esa zona, adaptándose incluso a la carrera de marea del emplazamiento.
Se implantarán de manera que su movimiento sea, en la medida de lo posible, totalmente vertical evitando así pérdidas por tener que desplazar masas de agua. Sus extremos tendrán forma aerodinámica para minimizar el rozamiento durante los desplazamientos y opcionalmente forma de cono asimétrico, para presionar la boya hacia la estructura principal, concretamente contra los engranajes. La boya dispondrá de una cremallera vertical en toda su longitud, en la zona de contacto con los engranajes primarios situados en la estructura principal.
Esta boya dispondrá de unos refuerzos estructurales en su interior, principalmente en la zona de contacto longitudinal con los rodamientos estabilizadores. Adicionalmente, se incorporarán unas guías a toda su longitud que ayudarán a mantener su alineación formando parte a su vez, del sistema de bloqueo.
Las boyas transmiten su movimiento vertical a los engranajes primarios. Estos engranajes se acoplan a la estructura principal a través de su eje central que, además de estar apoyado en los rodamientos que suportan su peso, atraviesa el sistema de bloqueo principal e incorpora una corona encargada de transmitir el par de fuerzas al eje acumulador, de manera directa o mediante un sistema de transmisión (correas, cadenas, etc.), en función del diseño deseado.
El sistema de bloqueo principal es el encargado de provocar que la boya se frene y se libere, según se ha explicado en el procedimiento anterior. Para ello, el dispositivo dispone de un sistema inteligente que se explica más adelante. Los equipos de bloqueo consisten en medios o sistemas de frenado como frenos de disco, pestillos, cuñas o similares, diseñados para los esfuerzos a soportar.
Este sistema de bloqueo también estará programado para situaciones de emergencia, fuerte oleaje, roturas, etc., que pongan en peligro la integridad del dispositivo. Igualmente podrá activarse de manera manual o telemática en el momento que se necesite para operaciones de inspección y mantenimiento.
Siguiendo con la transmisión de fuerzas, los elementos de transmisión (correas, cadenas, etc) girarán en un sentido y otro con la subida y bajada de la boya, por lo que se acoplarán al eje acumulador mediante unos rodamientos de piñón libre (transmiten par de fuerza en un sentido de giro pero no en el otro), para que la transmisión sobre el eje acumulador sea siempre en un único sentido.
El eje acumulador que podrá estar instalado de forma horizontal o vertical según el diseño deseado, es el encargado de recibir el par de fuerzas transmitido por el engranaje, ya sea de manera directa o a través de los medios de transmisión comentados anteriormente (correas, cadenas, etc.). Se instalarán en su eje los mencionados rodamientos de piñón libre en un sentido y otro de giro, de modo que, en el movimiento ascendente de la boya parte de los rodamientos transmitan par de fuerzas al eje lento y la otra mitad no, teniendo el proceso inverso en el movimiento descendente de la boya.
El eje acumulador tiene acoplado un volante de inercia o similar, capaz de almacenar energía cinética y que sirve para regular la energía transmitida por las olas durante los periodos de oscilación de las mismas así como durante los tiempos de bloqueo de la boya. Este eje acumulador se conecta al eje lento mediante el correspondiente medio de transmisión (engranaje, correas, etc.).
El eje lento que también podrá ser vertical u horizontal en función del diseño deseado, recibirá la entrada de tantos ejes acumuladores como sean instalados y estará apoyado en unas bases con rodamientos, que además de soportar su peso y favorecer el movimiento de giro con la mínima pérdida de rendimiento, garantizarán su posicionamiento. En función del diseño deseado, también podrá realizar funciones de volante de inercia o acumulador de energía en función de su masa, diámetro, etc., trabajando de manera independiente o en paralelo con los ejes acumuladores.
A partir de este punto, el proceso de generación eléctrica y su evacuación es similar al que se produce en los aerogeneradores, es decir, que el eje lento transmite su fuerza y velocidad a una multiplicadora aumentando ésta la velocidad de giro del eje rápido encargado éste de producir el movimiento del generador eléctrico.
Para la implementación del procedimiento en el nuevo dispositivo, se le dotará de una instrumentación inteligente compuesta por un lado del sistema de monitoreo y control principal que será programable manual y/o telemáticamente, y por otro, de unos dispositivos de detección de parámetros característicos de las olas y del movimiento de las partes móviles de la instalación que, actuando como transductores, emitirán las correspondientes señales que permitirán gobernar la generación de energía.
El sistema de monitoreo y control principal (procesador, microcontrolador o similar) utilizará las señales recibidas a través de los detectores para dos funciones principalmente.
La primera de ellas es la establecer el régimen de funcionamiento al que empezará a trabajar el dispositivo en función de la programación establecida, (por ejemplo, cuando las señales indiquen que el oleaje es muy pequeño establecerá un régimen de trabajo sin bloqueos, es decir, dejando la boya libre).
La segunda función será, una vez establecido el régimen de funcionamiento, dar las correspondientes órdenes de bloqueo y liberación de la boya activando los frenos, en función de las señales del oleaje y del movimiento de las partes móviles de la instalación.
Los medios para la detección de los parámetros característicos de las olas y el movimiento de las partes móviles de la instalación podrán ser sistemas inteligentes como sensores de presión, de movimiento, boyas auxiliares, medidores láser de distancias, etc.
A modo de ejemplo, cuando la boya sube entregando su energía y quiere empezar el movimiento de bajada, los sensores de movimiento lo detectan y automáticamente activan los frenos inmovilizando la boya. Cuando lo sensores de presión detectan que la ola se encuentra próxima a su valle, la boya es liberada. Cuando la boya cae y se hunde tras haber cedido su energía al dispositivo, se detiene y empieza a subir, los sensores de movimiento lo detectan y vuelven a bloquear la boya, liberándola nuevamente cuando los sensores de presión detectan que la siguiente ola está llegando a su cresta.
Con este procedimiento conseguimos romper el equilibrio Empuje (E) = Peso (P) ya explicado anteriormente, adquiriendo los elementos captadores la energía potencial de las olas.
La ventaja competitiva que aporta la nueva invención es que mejora enormemente la rentabilidad de la captación de energía undimotriz en comparación con los dispositivos actualmente existentes, ya que por un lado consigue aumentar la energía absorbida aprovechando la energía potencial de las olas y por otro, permite disponer fuera del agua y totalmente ajeno a las inclemencias meteorológicas y marinas, todos los dispositivos de transmisión y generación, con la salvedad del elemento captador. Esta circunstancia facilita las operaciones de mantenimiento ahorrando en costes además de evitar la rotura de los componentes más sensibles del dispositivo.
El nuevo procedimiento y dispositivo puede adaptarse a múltiples configuraciones variando el número de elementos captadores instalados, el número de ejes receptores, etc., incluso pudiéndose conectar en serie sobre plataformas marinas cediendo los elementos captadores toda la energía a un solo eje lento.
En cuanto a su implantación, cabe indicar que puede instalarse en diques, plataformas marinas, buques, apoyado en el fondo del mar o con tecnología flotante actualmente utilizada en los aerogeneradores off-shore. Otra opción es aprovechar las propias estructuras de los aerogeneradores off-shore y de las plataformas marinas como estructura principal, acoplándole únicamente los elementos captadores y los mecanismos, aprovechando así toda su infraestructura y líneas de evacuación, haciendo esta tecnología enormemente más rentable.
Otra ventaja del nuevo procedimiento y dispositivo es la capacidad de trabajar bajo distintos regímenes de funcionamiento en función del oleaje existente en cada momento optimizando así la generación de energía eléctrica.
Otra ventaja del dispositivo es la posibilidad de situar los engranajes primarios alrededor y a distintas alturas de la estructura principal, posibilitando la implantación de más boyas y a distintos niveles, aumentando por tanto la energía captada y adaptándose mejor a las carreras de marea.
Otra ventaja del nuevo procedimiento, es que puede implantarse en la mayoría de los dispositivos actuales, simplemente diseñando y dotándole del correspondiente sistema de bloqueo.
Breve descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista frontal del dispositivo de la invención según la realización preferente.
Figura 2.- Muestra una vista lateral del dispositivo de la invención según la realización preferente.
Figura 3.- Muestra una vista en planta del dispositivo de la invención según la realización preferente.
Figura 4.- Muestra una sección del dispositivo de la invención según la realización preferente por el corte AA’ de la Figura 3.
Figura 4.1.- Muestra una ampliación de los mecanismos de la Figura 4.
Figura 5.- Muestra una sección del dispositivo de la invención según la realización preferente por el corte BB’ de la Figura 4.
Figura 6.- Muestra una sección del dispositivo de la invención según la realización preferente por el corte CC’ de la Figura 4.
Figura 7.- Muestra una sección del dispositivo de la invención según la realización preferente por el corte DD’ de la Figura 6.
Figura 7.1.- Muestra una ampliación de los mecanismos de la Figura 7.
Figura 8.- Muestra una sección del dispositivo de la invención según la realización preferente por el corte EE’ de la Figura 6.
Figura 8.1.- Muestra una ampliación de los mecanismos de la Figura 8.
Figura 9.- Muestra una sección del dispositivo de la invención según la realización preferente por el corte FF’ de la Figura 6.
Figura 9.1.- Muestra una ampliación de los mecanismos de la Figura 9.
A continuación se proporciona una lista de los distintos elementos representados en las figuras que integran la invención:
1 = Estructura principal
2 = Columnas estabilizadoras
3 = Elemento captador
4 = Rodamientos
5 = Coronas
6 = Cremallera longitudinal
7 = Engranajes primarios
8 = Cono asimétrico
9 = Eje de engranaje primario
10 = Rodamiento de apoyo
11 = Dispositivo de bloqueo
12 = Corona final
13 = Eje acumulador
14 = Correas o cadenas
15 = Piñón libre
16 = Volante de inercia
17 = Engranaje cónico
18 = Eje lento
19 = Bases de apoyo
20 = Multiplicador
21 = Eje rápido
22 = Generador eléctrico
23 = Dispositivos de detección (sensores)
24 = Equipos de frenado complementario
25 = Guía longitudinal
26 = Sistema de monitoreo y control principal
Realización preferente de la invención
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
El nuevo dispositivo captador de energía undimotriz tiene una estructura principal (1), compuesta por dos columnas estabilizadoras (2) fijas y de protección de las boyas (3), donde se instalan unos rodamientos (4), concretamente en sus coronas (5).
Esta estructura principal albergará al resto de equipos encargados de la generación eléctrica, que procedemos a describir:
- Se instalarán dos elementos captadores o boyas (3) que dispondrán de una cremallera longitudinal (6) en toda su longitud, en la zona de contacto con los engranajes primarios (7) situados en la estructura principal. Los extremos de las boyas tendrán forma de cono asimétrico (8) y varias guías longitudinales (25).
- Se instalarán dos engranajes primarios (7) por cada boya, que son los encargados de recibir en una primera fase, el par de fuerzas generado por éstas. Estos engranajes tienen un eje alargado (9) de modo que le permite atravesar los rodamientos de apoyo (10), el dispositivo de bloqueo principal (11) así como albergar una corona final (12), encargada de transmitir el par de fuerzas a los ejes acumuladores (13), mediante unas correas o cadenas (14). Estas correas girarán en un sentido y otro con la subida y bajada de la boya, por lo que se acoplarán a los ejes acumuladores (13) mediante unos rodamientos de piñón libre (15).
- Los ejes acumuladores (13) tienen acoplado un volante de inercia (16) capaz de almacenar energía cinética y que sirve para regular el movimiento durante el periodo de oscilación de las olas y bloqueo de las boyas. Los ejes acumuladores (13) están acoplados mediante un engranaje cónico (17) al eje lento (18), que recibirá la entrada de los dos ejes acumuladores (13).
- El eje lento (18), está apoyado en unas bases (19) con rodamientos. Este eje lento (18) también podrá actuar como volante de inercia en función del diseño deseado. Este eje lento (18) se acopla a una multiplicadora (20) aumentando ésta la velocidad de giro del eje rápido (21) encargado de producir el movimiento del generador eléctrico (22).
- Se instalarán sensores de presión (23) en las coronas (5) y de movimiento en las partes móviles de la instalación, que enviarán las señales al sistema de monitoreo y control principal (26), que activará el régimen de funcionamiento y los sistemas de bloqueo instalados en el engranaje primario (7).
- Adicionalmente al sistema de bloqueo principal (11) indicado anteriormente, se instalarán otros equipos de frenado complementario (24) en las columnas estabilizadoras (2) concretamente en sus coronas (5). Estos presionarán una guía longitudinal (25) instalada en la boya.
Comentarios sobre su aplicación industrial
Como se puede deducir de la explicación del nuevo procedimiento y dispositivo, la aplicación industrial para la puesta en marcha de este procedimiento y dispositivo está totalmente garantizada.
Existen desde fabricantes de estructuras metálicas y navales a una cada vez más potente infraestructura y dotación de equipos para el trasporte e instalación de estructuras marinas.
Esta industria sería la encargada de la fabricación de los elementos con un marcado carácter estructural, como sería la estructura principal con sus coronas, las boyas o parte ellas, engranajes, etc.
Igualmente hay gran variedad de fabricantes de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos, implicados en instalaciones similares, con multitud de mecanismos interrelacionados.
La utilización de los sensores industriales está siendo clave en el desarrollo de la llamada Industria 4.0, materializándose en unas instalaciones industriales cada vez más “inteligentes” haciéndolas cada vez más eficientes, por lo que cada vez existen más empresas especializadas en este tipo de dispositivos.
Esta industria abastecería los ciertos componentes del dispositivo como son rodamientos, los sistemas de frenado, correas o cadenas, multiplicadoras, sensores de presión, boyas auxiliares, medidores láser y/o dispositivos electrónicos similares.
Del mismo modo, para la parte eléctrica y de generación hay multitud de compañías especializadas en el suministro e instalación de componentes eléctricos como grupos electrógenos, líneas eléctricas de evacuación ya sean marinas o terrestres, etc.
La cada vez más creciente necesidad de aumentar el consumo de energía procedente de fuentes renovables, está provocando la proliferación de muchas empresas especializadas en el sector de la energía eólica off-shore, cuya inversión e infraestructuras es cada vez mayor, permitiendo así aprovechar sinergias haciendo este nuevo procedimiento y dispositivo mucho más rentable, aprovechando incluso parte de las instalaciones de la energía eólica off-shore como serían su estructura principal, líneas de evacuación eléctrica, etc.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para la captación de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos caracterizado por descompasar el movimiento del elemento captador con respecto al de las olas bloqueando dicho elemento mientras las olas van alcanzando sus zonas altas (crestas) y sus zonas bajas (valles), rompiendo así el equilibrio entre las fuerzas actuantes sobre el elemento captador y produciéndose en este proceso una transferencia de energía potencial de las olas hacia al elemento captador. Cuando el elemento captador es liberado e inicia su desplazamiento se produce la transformación de dicha energía potencial en energía cinética, aprovechándose ésta para la generación de energía eléctrica.
2. Un procedimiento para la captación de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 1, caracterizado por el empleo de medios de detección de los parámetros característicos de las olas y del movimiento de las partes móviles de la instalación para el envío de señales a los medios de monitoreo y control de los sistemas de bloqueo que gobernarán los movimientos de los elementos captadores.
3. Un procedimiento para la captación de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 1 y 2, caracterizado por poder establecer distintos regímenes de funcionamiento en el sistema de bloqueo pudiendo; bloquear los elementos captadores sólo cuando las olas van ganando altura; bloquear los elementos captadores sólo cuando las olas van perdiendo altura; bloquear los elementos captadores tanto cuando la ola gana altura como cuando la pierde; dejando los elementos captadores sin ningún tipo de bloqueo.
4. Un procedimiento para la captación de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 1, 2 y 3, caracterizado porque los medios de monitoreo y control del sistema de bloqueo pueden manejarse se manera manual y/o automática, pudiéndose programar a distancia.
5. Un dispositivo generador de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos caracterizado tener una estructura principal (1) con unas columnas estabilizadoras (2) donde, se insertan los elementos captadores (3), que en su movimiento transfieren la fuerza y velocidad a los engranajes primarios (7) situados en la estructura principal.
Los engranajes primarios (7), tienen un eje alargado (9) de modo que atraviesa los rodamientos de apoyo (10) que lo sustenta, el sistema de bloqueo principal (11) y una corona final (12), encargada de transmitir el par de fuerzas al eje acumulador (13) de manera directa o mediante unos medios de transmisión (14). El eje acumulador (13) está acoplado mediante un engranaje (17) al eje lento (18).
El eje lento (18), está apoyado en unas bases (19) con rodamientos, que además de soportar su peso mantienen el correcto alineamiento del mismo. Este eje lento se acopla a una multiplicadora (20) aumentando ésta la velocidad de giro del eje rápido (21) encargado de producir el movimiento del generador eléctrico (22).
Se complementa el sistema de bloqueo principal (11) indicado anteriormente, instalando otros equipos de frenado complementario (24) en las columnas estabilizadoras (2) concretamente en las coronas (5). Estos presionarán una guía longitudinal (25) instalada en el elemento captador que ayudarán así mismo, a que ésta no pierda su alineamiento.
Para gobernar el movimiento del elemento captador (3) se instala un sistema de monitoreo y control de los sistemas de bloqueo (26), encargado de establecer el régimen de funcionamiento del dispositivo y de enviar las señales de frenado y liberación del elemento captador en función de la programación establecida y de las señales recibidas de los medios de detección de los parámetros característicos de las olas (23) y de movimiento de las partes móviles de la instalación.
6. Un dispositivo generador de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 5, caracterizado por tener unas columnas estabilizadoras (2) verticales fijas adosadas donde se insertan los elementos captadores (3). Estas columnas disponen de unas coronas (5) en las que se insertan los medios de detección de los parámetros característicos del oleaje (23), los sistemas de rodamiento (4), y/o de frenado (24), entre otros.
7. Un dispositivo generador de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 5, caracterizado por tener un elemento captador (3) con parte de su volumen emergido en estado de equilibrio según diseño, encargado de generar el desequilibrio de fuerzas actuantes al quedar sumergido al paso de las olas, con sus extremos en forma asimétrica (8), que presionen el elemento captador (3) hacia la estructura principal (1) durante los desplazamientos y que tiene dispuesta una cremallera longitudinal (6) para la transmisión del movimiento a los engranajes primarios (7). Del mismo modo, dispone de unas guías longitudinales (25) que aseguran el posicionamiento y formando parte del sistema de bloqueo complementario (24).
8. Un dispositivo generador de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 5, caracterizado por tener un engranaje primario (7) con un eje alargado (9) de modo que le permite atravesar los rodamientos de apoyo (10) incorporados, el dispositivo de bloqueo principal (11) así como albergar una corona final (12), encargada de transmitir el par de fuerzas al eje acumulador (13), mediante unos medios de transmisión (14).
9. Un dispositivo generador de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 5, caracterizado por tener un eje acumulador (13) con acoplamiento de piñones libres (15) para favorecer el giro de dicho eje acumulador (13) en el sentido deseado, así como por tener acoplado de un volante de inercia (16) para regular la producción de energía durante el periodo de las olas y los bloqueos de los elementos captadores.
10. Un dispositivo generador de energía undimotriz mediante el desplazamiento de elementos captadores al paso de las olas a través de ellos según reivindicación 5, caracterizado por tener un eje lento (18) capaz de recibir mediante los correspondientes engranajes (17) y a distintas alturas, todas las entradas de ejes acumuladores (13) que sean diseñadas en el dispositivo, pudiendo realizar funciones de volante de inercia de forma independiente o complementaria a las de los ejes acumuladores.
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