ES2901231T3 - Sistema y aparato bidireccionales para generar potencia - Google Patents

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ES2901231T3 ES17752456T ES17752456T ES2901231T3 ES 2901231 T3 ES2901231 T3 ES 2901231T3 ES 17752456 T ES17752456 T ES 17752456T ES 17752456 T ES17752456 T ES 17752456T ES 2901231 T3 ES2901231 T3 ES 2901231T3
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Peter Roberts
Robert Kettle
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Abstract

Un aparato (10) para su uso en la generación de electricidad a partir de un flujo de agua bidireccional, que comprende una estructura de base (12); una tubería de flujo primaria (20) que define un primer paso de flujo a través de la estructura de base (12); una tubería de flujo secundaria (22) que define un segundo paso de flujo a través de la estructura de base (12), en donde el primer y el segundo pasos de flujo están configurados para un flujo bidireccional; comprendiendo la tubería de flujo primaria: una sección convergente (26); una cámara de mezcla (30), estando la sección convergente (26) conectada a un primer extremo de la cámara de mezcla (30) para definir un venturi entremedias; y una sección difusora (32) conectada a un segundo extremo de la cámara de mezcla (30); comprendiendo, además, el aparato: una abertura (28) en la tubería de flujo secundaria (22) dispuesta para proporcionar una comunicación fluídica entre el segundo paso de flujo y la cámara de mezcla (30); una turbina (24) conectable a un generador y dispuesta para ser hecha rotar por un flujo de agua desde el segundo paso de flujo; y, un mecanismo de control (62) para dirigir el flujo de agua desde el segundo paso de flujo a través de la abertura (28) hacia la cámara de mezcla (30), donde el agua que fluye desde una primera dirección fluye hacia la cámara de mezcla (30) desde un extremo de la estructura de base (12) y el agua que fluye desde una segunda dirección fluye hacia la cámara de mezcla (30) desde el extremo opuesto de la estructura de base (12); y en donde el mecanismo de control (62) puede bloquear el flujo a través de la totalidad de la longitud del segundo paso de flujo y puede controlar la dirección del agua de modo que toda el agua que ingrese a las tuberías de flujo primarias y secundarias se descargue a través de la tubería de flujo primaria.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y aparato bidireccionales para generar potencia
Campo técnico
Esta invención se refiere a sistemas y aparatos para generar potencia a partir del movimiento de un cuerpo de agua. En particular, la invención se refiere a un aparato bidireccional para generar potencia a partir de un flujo de agua, tal como un estuario de marea, una laguna de marea o flujo de río de marea, conocidos de manera colectiva en el presente documento como "flujo de marea".
Antecedentes de la técnica
Se han propuesto diversos sistemas para generar potencia a partir de flujos de agua.
Algunos sistemas requieren presas, presas derivadoras u otras estructuras artificiales, para bloquear el flujo de agua a través de un cuerpo de agua y crear un salto de agua detrás de la presa derivadora. Una vez que la altura del salto de agua es suficiente, el agua almacenada se libera para que fluya a través de unas turbinas para generar potencia eléctrica, convirtiendo, de este modo, la energía potencial almacenada en el agua en potencia útil. Estos a veces se denominan dispositivos "de salto de marea" o "de carrera de marea".
Otros sistemas se han centrado en desarrollar turbinas bidireccionales que se pueden situar directamente en el flujo de agua y que pueden funcionar tanto en mareas de reflujo como de crecida. Estas turbinas se pueden utilizar con presas derivadoras de marea o funcionar en entornos de corriente libre. Sin embargo, puede haber problemas con la eficiencia de las turbinas diseñadas para funcionar en flujos procedentes de diferentes direcciones. El documento FR1055437 divulga un sistema para generar energía a partir de flujos de marea que tiene dos trayectorias de flujo en forma de S a través de una turbina central, cada una de las cuales tiene una entrada y unas salidas. El documento GB2503250 divulga una configuración de tubería en tubería, en donde la tubería interior comprende la turbina y la tubería exterior comprende un venturi.
La presente invención proporciona un sistema bidireccional alternativo que se puede utilizar para producir electricidad a partir de flujos de marea en ambas direcciones.
Divulgación de la invención
La invención generalmente reside en un aparato bidireccional para su uso en la generación de electricidad a partir de flujos de marea del agua.
Por consiguiente, un primer aspecto de la invención comprende un aparato para generar electricidad a partir de un flujo de agua de marea que comprende:
una estructura de base;
una tubería de flujo primaria que define un primer paso de flujo a través de la estructura de base;
una tubería de flujo secundaria que define un segundo paso de flujo a través de la estructura de base;
comprendiendo la tubería de flujo primaria:
una sección convergente;
una cámara de mezcla, estando la sección convergente conectada a un primer extremo de la cámara de mezcla para definir un venturi entremedias; y
una sección difusora conectada a un segundo extremo de la cámara de mezcla;
comprendiendo, además, el aparato:
una abertura en la longitud de la tubería de flujo secundaria dispuesta para proporcionar una comunicación fluida entre el segundo paso de flujo y la cámara de mezcla;
una turbina conectable a un generador y dispuesta para ser hecha rotar por un flujo de agua desde el segundo paso de flujo; y,
un mecanismo de control para dirigir el flujo de agua desde el segundo paso de flujo a través de la abertura hacia la cámara de mezcla, en donde el agua que fluye desde una primera dirección fluye hacia la cámara de mezcla desde un extremo de la estructura de base y el agua que fluye desde una segunda dirección fluye hacia la cámara de mezcla desde el extremo opuesto de la estructura de base; en donde el mecanismo de control puede bloquear el flujo a través de la totalidad de la longitud del segundo paso de flujo y puede controlar la dirección del agua de modo que toda el agua que ingrese a las tuberías de flujo primarias y secundarias se descargue a través de la tubería de flujo primaria.
El primer y el segundo pasos de flujo están configurados para un flujo bidireccional. El aparato puede funcionar como un dispositivo bidireccional, capaz de generar electricidad a partir de un cuerpo de agua que puede fluir en direcciones opuestas. Esto minimiza el tiempo de inactividad cuando se puede generar electricidad a partir de un flujo de marea del agua. La electricidad se puede generar durante las mareas de reflujo y de crecida.
Durante su uso, cuando el agua fluye en una primera dirección, el agua puede fluir hacia la cámara de mezcla desde un primer extremo de la estructura de base y se puede impedir que fluya hacia fuera del paso de flujo secundario en el segundo extremo de la estructura de base. Cuando el agua fluye en una segunda dirección, el agua puede fluir hacia la cámara de mezcla desde el segundo extremo de la estructura de base y se puede impedir que fluya hacia fuera de la tubería de flujo secundaria en el primer extremo de la estructura de base.
Durante el funcionamiento, existe comunicación fluídica entre un primer paso de flujo y un segundo paso de flujo. Las tuberías de flujo primarias y secundarias están configuradas de tal manera que, durante su uso, el agua desde un primer paso de flujo y un segundo paso de flujo se pueden combinar en la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria y fluir hacia fuera de la tubería de flujo primaria.
El aparato comprende preferentemente una pluralidad de tuberías de flujo primarias y una pluralidad de tuberías de flujo secundarias, en donde cada tubería de flujo primaria está ubicada adyacente a al menos una tubería de flujo secundaria. El número de tuberías de flujo primarias y secundarias dependerá del tamaño del aparato y/o del tamaño del cuerpo en el que se utilizará el aparato. Cada tubería de flujo primaria está conectada a al menos una tubería de flujo secundaria y cada disposición de tubería de flujo primaria/tubería de flujo secundaria tiene al menos una turbina. En una realización, cada tubería de flujo primaria está en comunicación fluídica con dos tuberías de flujo secundarias. Alternativamente, cada tubería de flujo primaria puede estar en comunicación fluídica con una tubería de flujo secundaria.
Las tuberías se extienden horizontalmente a través de la estructura de base, teniendo cada tubería una primera abertura en un primer extremo de la estructura de base y una segunda abertura en el segundo extremo de la estructura de base. Cuando un flujo de marea es en una primera dirección, la primera abertura será el extremo de entrada y la segunda abertura de la tubería de flujo primaria será el extremo de salida. Cuando un flujo de marea es en la segunda dirección, la segunda abertura será el extremo de entrada y la primera abertura de la tubería de flujo primaria será el extremo de salida.
La sección convergente se estrecha desde la primera abertura en un extremo de la tubería hasta un primer extremo de la cámara de mezcla. La sección difusora es una segunda sección convergente y se estrecha desde la segunda abertura en el segundo extremo de la tubería hasta el segundo extremo de la cámara de mezcla.
Tanto la primera como la segunda secciones convergentes están configuradas como difusoras, de tal manera que, cuando el agua fluye a través de las tuberías en una primera dirección, la segunda convergente actúa como sección difusora y, cuando el agua fluye a través de las tuberías en una segunda dirección, la primera sección convergente actúa como sección difusora. Las secciones difusoras disminuyen la velocidad del agua que fluye hacia fuera de la tubería.
Un tubería de flujo primaria y una tubería de flujo secundaria están conectadas entre sí a través de unas aberturas respectivas a lo largo de su longitud, de tal manera que el fluido pueda fluir desde la tubería de flujo secundaria hacia la tubería de flujo primaria.
La cámara de mezcla puede tener al menos una abertura a lo largo de su longitud. La cámara de mezcla está en comunicación fluida con una tubería de flujo secundaria a través de la abertura. Como tal, cada tubería de flujo primaria puede tener al menos tres aberturas. Unas aberturas de extremo en cada extremo de la tubería de flujo primaria para recibir agua desde el flujo de marea de agua y al menos una abertura a lo largo de la longitud de la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria para permitir una comunicación fluida con la tubería de flujo secundaria.
En algunas realizaciones, cada tubería de flujo primaria puede tener cuatro aberturas. La cámara de mezcla puede tener dos aberturas, permitiendo cada abertura de la cámara de mezcla una comunicación fluida con la misma tubería de flujo secundaria o permitiendo cada abertura de la cámara de mezcla una comunicación fluida con una tubería de flujo secundaria diferente.
Las tuberías de flujo secundarias pueden tener al menos una abertura a lo largo de su longitud para permitir que estén en comunicación fluida con la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria. Como tal, cada tubería de flujo secundaria tiene al menos tres aberturas. Unas aberturas de extremo en cada extremo de la tubería de flujo secundaria para recibir agua desde el flujo de marea de agua y al menos una abertura a lo largo de la longitud de la tubería de flujo secundaria para permitir una comunicación fluida con la tubería de flujo primaria. La abertura de la tubería de flujo primaria está ubicada en la sección central de la tubería de flujo secundaria. En algunas realizaciones, la tubería de flujo secundaria tiene cuatro aberturas, la tubería de flujo secundaria puede tener dos aberturas a lo largo de su longitud, permitiendo cada abertura a lo largo de la longitud de la tubería de flujo secundaria una comunicación fluida con la misma tubería de flujo primaria o permitiendo cada abertura a lo largo de la longitud de la tubería de flujo secundaria una comunicación fluida con una tubería de flujo primaria diferente.
El mecanismo de control es un mecanismo de control de fluido y controla la dirección del flujo a través del segundo paso de flujo. El mecanismo de control de fluido puede bloquear el flujo de agua a través de la totalidad de la longitud del segundo paso de flujo. El mecanismo de control de fluido puede controlar la dirección del agua de modo que toda el agua que ingrese a las tuberías de flujo primarias y secundarias se descargue a través de la tubería de flujo primaria.
El aparato puede comprender unos mecanismos de control de flujo pasivos y/o activos para controlar la dirección del flujo de agua a través del dispositivo.
Mecanismo pasivo significa que la tubería de flujo secundaria tiene un tamaño y una forma para impedir que el agua se extraiga desde el extremo aguas abajo de la tubería de flujo secundaria. Por ejemplo, el diámetro y/o el área de la sección transversal de la tubería de flujo secundaria se pueden seleccionar para proporcionar una velocidad de agua que garantice que no exista un gradiente de presión estática a lo largo de la tubería de flujo secundaria. Esto puede ayudar a impedir que el flujo de agua se extraiga desde el extremo aguas abajo de la tubería de flujo secundaria hacia la cámara de mezcla.
Un mecanismo de control de flujo físico puede ser un mecanismo de control de flujo móvil que dirija un flujo de agua desde el segundo paso de flujo a través de la abertura hacia la cámara de mezcla, siendo el mecanismo de control móvil entre una primera posición, en la que permite que el agua fluya hacia la cámara de mezcla desde el primer extremo de la estructura de base, y una segunda posición, en la que el agua fluye hacia la cámara de mezcla desde el segundo extremo de la estructura de base.
En una primera posición, el mecanismo de control de fluido dirige los flujos de agua desde un extremo del segundo paso de flujo hacia la cámara de mezcla. En la primera posición, el mecanismo de control de fluido puede bloquear el agua que ingresa al extremo opuesto del segundo paso de flujo. En una segunda posición, el mecanismo de control de fluido dirige el flujo de agua desde el extremo opuesto del segundo paso de flujo hacia la cámara de mezcla. En la segunda posición, el mecanismo de control de fluido puede bloquear el agua que ingresa al primer extremo del segundo paso de flujo.
En una realización, un mecanismo de control de flujo puede ser un deflector móvil o un cilindro que tiene un paso de flujo a su través que tiene una abertura en un lado en el extremo inferior del cilindro y una abertura en el extremo superior en el lado opuesto del cilindro.
Las tuberías de flujo secundarias pueden estar ubicadas en el lado o por encima de las tuberías de flujo primarias. Preferentemente, la turbina está ubicada en la tubería de flujo secundaria. Cada tubería de flujo secundaria puede comprender dos turbinas. Las dos turbinas pueden estar ubicadas en extremos opuestos de las tuberías. En una realización adicional, cada disposición de tubería de flujo primaria y de tubería de flujo secundaria comprende una turbina ubicada en el segundo paso de flujo. Preferentemente, la turbina está ubicada en un colector que conecta una de las tuberías de flujo primarias a una de las tuberías de flujo secundarias.
En una realización, las tuberías de flujo secundarias están ubicadas a los lados de las tuberías de flujo primarias para formar una matriz horizontal de tuberías de flujo primarias y secundarias, y en donde cada tubería de flujo secundaria comprende dos turbinas, una primera turbina ubicada en un primer extremo de la tubería de flujo secundaria y una segunda turbina ubicada en un segundo extremo de la tubería de flujo secundaria. Las turbinas pueden rotar en torno a un eje sustancialmente horizontal.
La tubería de flujo secundaria comprende una sección central ubicada entre el primer y el segundo extremos de la tubería de flujo secundaria, en donde, en la sección central, la tubería de flujo secundaria se divide en un primer canal de flujo y un segundo canal de flujo, y en donde el primer y el segundo canales de flujo están en comunicación fluídica con la cámara de mezcla de una tubería de flujo primaria.
En una realización, el primer canal de flujo y el segundo canal de flujo de cada tubería de flujo secundaria están en comunicación fluida con la misma tubería de flujo primaria.
El aparato puede comprender una primera cámara impelente que conecta la parte superior de la cámara de mezcla al primer canal de flujo de una tubería de flujo secundaria y una segunda cámara impelente que conecta la parte inferior de la cámara de mezcla de cada tubería de flujo primaria al segundo canal de flujo de la tubería de flujo secundaria. El agua ingresa a la primera cámara impelente desde el primer canal de flujo y, luego, se descarga a la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria. El agua ingresa a la segunda cámara impelente desde el segundo canal de flujo y, luego, se descarga a la cámara de mezcla de la misma tubería de flujo primaria.
Un mecanismo de control de flujo controla el flujo a través de la tubería de flujo secundaria. El aparato puede comprender un mecanismo de control de flujo pasivo para dirigir el agua a través del aparato. El mecanismo de control de flujo se puede disponer estructuralmente de tal manera que no exista un gradiente de presión entre cada extremo de la tubería de flujo secundaria. El diámetro y/o el área de la sección transversal de la tubería de flujo secundaria se pueden configurar de tal manera que no exista un gradiente de presión estática a lo largo de la longitud de la tubería de flujo secundaria y la cámara impelente esté configurada para tener una presión baja con respecto a la presión en el extremo aguas abajo de la tubería.
En una realización, un mecanismo de control de flujo puede estar ubicado en la tubería de flujo secundaria y permitir el flujo de fluido en una primera dirección, es decir, hacia la tubería de flujo primaria, e impide que el flujo de fluido en una segunda dirección, es decir, que continue a través de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control puede ser un deflector móvil. El deflector de control de flujo puede comprender un canal para dirigir el agua desde el paso de flujo secundario hacia el paso de flujo primario.
La cámara de mezcla puede comprender unos deflectores de control de flujo horizontales móviles situados para dirigir el flujo de agua desde las cámaras impelentes hacia la cámara de mezcla.
En una realización, el primer canal de flujo y el segundo canal de flujo de cada tubería de flujo secundaria están en comunicación fluida con diferentes tuberías de flujo primarias. El primer canal de flujo dirige el agua hacia una primera tubería de flujo primaria. El segundo canal de flujo dirige el agua hacia una segunda tubería de flujo primaria.
El primer canal de flujo de una tubería de flujo secundaria está configurado para descargar agua hacia la cámara de mezcla de una primera tubería de flujo primaria y el segundo canal de flujo de la tubería de flujo secundaria está configurado para descargar agua hacia una segunda tubería de flujo primaria. La primera y la segunda tuberías de flujo primarias pueden estar ubicadas en lados opuestos de la tubería de flujo secundaria.
Un mecanismo de control de flujo controla el flujo a través de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control de flujo puede estar ubicado en la tubería de flujo secundaria y permite el flujo de fluido en una primera dirección, es decir, hacia la tubería de flujo primaria, e impide que el flujo de fluido en una segunda dirección, es decir, que continue a través de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control puede ser un deflector móvil. El deflector de control de flujo puede comprender un canal para dirigir el agua desde el paso de flujo secundario hacia el paso de flujo primario.
En una realización, cada tubería de flujo secundaria está ubicada por debajo de una tubería de flujo primaria. Una matriz horizontal de tuberías de flujo primarias está formada por encima de una matriz horizontal de tuberías de flujo secundarias. Cada tubería de flujo primaria está conectada a una tubería de flujo secundaria. Cada disposición de tubería de flujo primaria/tubería de flujo secundaria comprende una turbina ubicada en el flujo secundario.
El aparato comprende, además, un colector que conecta la tubería de flujo secundaria a la tubería de flujo primaria ubicada por encima, en donde la turbina está ubicada en el colector. La turbina puede rotar en torno a un eje sustancialmente vertical.
Al ubicar la turbina en el colector, la electricidad se puede generar a partir de un flujo bidireccional, tal como un flujo de marea, utilizando una turbina en la trayectoria de flujo secundaria.
La tubería de flujo primaria comprende una cámara impelente móvil en la cámara de mezcla, y en donde el flujo desde la tubería de flujo secundaria es extraído hacia la cámara impelente a través del colector.
La cámara impelente móvil está ubicada de tal manera que el flujo de agua a través de la tubería de flujo primaria puede fluir alrededor de los lados de la cámara impelente y que tiene una abertura en la dirección del flujo, a través de la cual se descarga el agua desde la tubería de flujo secundaria para mezclarse con el flujo a través de la tubería de flujo primaria.
La cámara impelente móvil es móvil entre una primera posición, de tal manera que la abertura de la cámara impelente esté en una primera dirección del flujo, y una segunda posición, de tal manera que la abertura de la cámara impelente esté en una segunda dirección del flujo.
La cámara impelente móvil está conectada al mecanismo de control de flujo de tal manera que el movimiento del mecanismo de control de flujo entre su primera y su segunda posiciones mueve la cámara impelente entre su primera y su segunda posiciones.
El mecanismo de control puede ser un deflector móvil. El deflector de control de flujo puede comprender un canal para dirigir el agua desde el paso de flujo secundario hacia el paso de flujo primario.
En otra realización, el mecanismo de control de flujo puede tener la forma de un tambor sustancialmente cilíndrico que tiene una abertura en un lado en su extremo inferior y una abertura en su otro lado en su extremo superior. La abertura de salida en la superficie cilíndrica del extremo superior puede liberar agua hacia la tubería de flujo primaria y la abertura de entrada en la superficie cilíndrica del extremo inferior recibe agua desde la tubería de flujo secundaria. Otro aspecto de la invención es un sistema para generar agua a partir de un flujo de agua bidireccional que comprende un aparato como se ha descrito anteriormente y al menos una barrera ubicada en la parte superior de la estructura de base. Las barreras se extienden a través de la estructura de base ortogonales al eje central de las tuberías de flujo primarias y secundarias.
Preferentemente, la al menos una barrera es una barrera móvil ubicada en la parte superior de la estructura de base, y en donde la barrera móvil es móvil entre una primera posición elevada y una segunda posición bajada.
Preferentemente, el sistema comprende dos barreras móviles, en donde la primera barrera móvil está ubicada en el primer extremo de la estructura de base y la segunda barrera móvil está ubicada en el extremo opuesto de la estructura de base.
En la siguiente descripción, los términos "aguas arriba" y "aguas abajo" se utilizan para definir ubicaciones relativas de características del aparato. Las direcciones aguas arriba y aguas abajo se definen con respecto a la dirección en la que fluye el agua a través del aparato durante su uso. El extremo aguas arriba se puede considerar la región de entrada y el extremo aguas abajo se puede considerar la región de salida.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos:
las figuras 1 a 3 muestran vistas esquemáticas en sección de la invención;
la figura 4 muestra una vista en sección de la invención;
la figura 5 muestra una vista superior en sección de la invención;
las figuras 6 y 7 muestran vistas frontales de la invención;
la figura 8 muestra un ejemplo de un mecanismo de control de flujo para su uso con la invención;
la figura 9 muestra una vista en sección de parte de la invención;
la figura 10 muestra una vista esquemática en corte de la invención;
las figuras 11 y 12 muestran vistas en sección de la invención;
la figura 13 muestra una vista esquemática de la invención;
las figuras 14-17 muestran vistas en sección de la invención;
la figura 18 muestra una vista esquemática superior de la invención;
la figura 19 muestra una vista en sección de la invención;
la figura 20 muestra una vista esquemática de la invención;
la figura 21 muestra una vista en corte de la invención;
la figura 22 muestra una vista frontal de la invención;
la figura 23 muestra una vista lateral en sección de la invención;
la figura 24 muestra una vista superior en sección de la invención;
las figuras 25a-f muestran dibujos esquemáticos del uso de una realización de la invención en un cuerpo de agua que tiene un flujo de marea; y
las figuras 26a-f muestran dibujos esquemáticos del uso de una realización de la invención en un cuerpo de agua que tiene un flujo de marea.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia a la figura 1, un sistema bidireccional 10 de acuerdo con la invención para convertir un flujo de agua de marea en electricidad comprende una estructura de base 12 para situarse a través de la anchura de un cuerpo de agua. Unas barreras móviles 14 están situadas en la parte superior de la estructura de base 12 para definir un lado aguas arriba y un lado aguas abajo. Durante su uso, las barreras móviles proporcionan una diferencia de salto entre los lados aguas arriba y aguas abajo de la barrera.
La estructura de base 12 comprende una matriz de tuberías 20, 22 que proporcionan unos pasos de flujo para el agua a través de la estructura de base y están configuradas para un flujo de agua bidireccional, y unas turbinas 24 para generar potencia a medida que el agua fluye a través del aparato. Cada tubería de flujo secundaria está conectada al menos a una tubería de flujo primaria de tal manera que el agua pueda fluir desde la tubería de flujo secundaria hacia la tubería de flujo primaria. El sistema crea una reserva de energía potencial hidráulica, que se convierte en energía eléctrica a medida que fluye a través del aparato.
Haciendo referencia a las figuras 1-12, en una primera realización de la invención, el aparato 10 comprende una estructura de base 12 que tiene una matriz de tuberías de flujo primarias 20 y una matriz de tuberías de flujo secundarias 22. Cada tubería de flujo primaria está ubicada entre dos tuberías de flujo secundarias. Las tuberías de flujo primarias proporcionan un paso de flujo desde el lado aguas arriba de la barrera hasta el lado aguas abajo de la barrera 14. La tubería de flujo secundaria alimenta un flujo de agua hacia la tubería de flujo primaria. Como se muestra en las figuras 1-12, cada tubería de flujo primaria 20 está conectada a dos tuberías de flujo secundarias, de tal manera que el agua pueda fluir desde las tuberías de flujo secundarias hacia la tubería de flujo primaria.
Tanto las tuberías de flujo primarias como las secundarias reciben agua desde el cuerpo de agua. El agua que sale de las tuberías de flujo primarias es un flujo mixto de agua que ha ingresado al aparato a través tanto de las tuberías de flujo primarias como de las tuberías de flujo secundarias.
Haciendo referencia a las figuras 3 y 11, cada tubería de flujo primaria 20 comprende una primera sección convergente 26 que se estrecha desde su abertura 28 en un primer extremo de la estructura de base hacia una cámara de mezcla 30 que define una sección de venturi. Una segunda sección convergente 32 se estrecha desde su abertura 34 en el segundo extremo de la estructura de base hacia el segundo extremo de la cámara de mezcla 30. La cámara de mezcla comprende unas aberturas 36 para recibir agua desde las tuberías de flujo secundarias adyacentes.
Tanto la primera como la segunda secciones convergentes están configuradas como difusoras. Cuando el agua fluye a través de la tubería de flujo primaria en una primera dirección 38, el agua ingresa a la tubería de flujo primaria a través de la abertura 28 hacia la primera sección convergente 26, y la segunda sección convergente 32 es la sección difusora.
Cuando el agua fluye a través de la tubería de flujo primaria en una segunda dirección 40, el agua desde el cuerpo de agua ingresa a la tubería de flujo primaria a través de la abertura 34 hacia la segunda sección convergente, y la primera sección convergente es la sección difusora.
Como se muestra en las figuras 1, 2 y 6, las secciones convergentes y difusoras tienen una forma de sección transversal sustancialmente rectangular. Las paredes laterales de las secciones difusoras y convergentes de la tubería de flujo primaria son sustancialmente verticales, expandiéndose las secciones convergentes 26, 32 en el plano vertical hacia las aberturas 28, 34 de la tubería. Como se muestra en las figuras 3 y 7, las secciones convergentes 26, 32 pueden tener unas secciones transversales sustancialmente circulares, las cuales divergen en la dirección de la abertura de tubería.
Haciendo referencia a las figuras 5 y 10, las tuberías de flujo secundarias 22 están ubicadas sustancialmente en paralelo a las tuberías de flujo primarias 20. Cada tubería de flujo secundaria comprende dos turbinas 24 ubicadas en extremos opuestos de la tubería. Una primera turbina está ubicada en la sección aguas arriba 42 de la tubería de flujo secundaria. Una segunda turbina está ubicada en la sección aguas abajo 44 de la tubería de flujo secundaria. Las palas de la turbina rotan en torno al eje sustancialmente horizontal de la turbina. Las turbinas están conectadas a un generador (que no se muestra).
Las turbinas se pueden conectar al mismo o a diferentes generadores. La rotación de las turbinas impulsa el generador, produciendo, de este modo, potencia útil.
Una sección central 46 está ubicada entre las dos turbinas que contienen las secciones aguas arriba y aguas abajo 42, 44. La tubería de flujo secundaria está conectada a la tubería de flujo primaria de modo que esté en comunicación fluida con las tuberías de flujo primarias adyacentes a través de la sección central.
La tubería de flujo secundaria está provista de un único paso de flujo en las secciones aguas arriba 42 y aguas abajo 44 y dos pasos de flujo en la sección central.
En la sección central, la tubería de flujo secundaria se divide en un primer canal de flujo 48 y un segundo canal de flujo 50. El primer canal de flujo y un segundo canal de flujo comprenden cada uno una abertura 52 que permite que la tubería de flujo secundaria esté en comunicación fluida con la tubería de flujo primaria adyacente.
Haciendo referencia a las figuras 5, 9 y 10, el primer canal de flujo está en comunicación fluida con una primera tubería de flujo primaria ubicada en un primer lado de la tubería de flujo secundaria y el segundo canal de flujo está en comunicación fluida con una segunda tubería de flujo primaria ubicada en un segundo lado de la tubería de flujo secundaria, de tal manera que la tubería de flujo secundaria esté en comunicación fluida con dos tuberías de flujo primarias, ubicadas en lados opuestos de la tubería de flujo secundaria. Sin embargo, la tubería de flujo secundaria ubicada en el borde de la estructura de base únicamente alimentará agua hacia una tubería de flujo primaria.
El primer canal de flujo está dirigido lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria hacia una abertura de la tubería de flujo primaria. El segundo canal de flujo está dirigido lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria hacia una abertura de la tubería de flujo primaria, y en una dirección opuesta al primer canal de flujo. Las aberturas en el primer y el segundo canales de flujo proporcionan una comunicación fluida con las tuberías de flujo primarias adyacentes.
La sección aguas arriba 54 del primer canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas arriba de la tubería de flujo secundaria en un ángulo lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria. La sección aguas abajo 56 del primer canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas abajo de la tubería de flujo secundaria en un ángulo lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria. Las secciones aguas arriba 54 y aguas abajo 56 del primer canal de flujo 48 se unen en una abertura 52.
La sección aguas arriba 58 del segundo canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas arriba de la tubería de flujo secundaria en un ángulo lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria, y en una dirección opuesta a la sección aguas arriba del primer canal de flujo. La sección aguas abajo 60 del segundo canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas abajo de la tubería de flujo secundaria en un ángulo lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria y en una dirección opuesta a la sección aguas arriba del primer canal de flujo. Las secciones aguas arriba 58 y aguas abajo 60 del segundo canal de flujo 50 se unen en la abertura 52.
Un mecanismo de control de flujo 62 está ubicado en las aberturas 52 del primer y del segundo canales de flujo 48, 50. El mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde el un lado del aparato hacia la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria adyacente e impide que el agua fluya hacia la otra sección de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control de flujo se puede mover entre dos posiciones, en función de la dirección del flujo a través del aparato.
En una primera posición, como se muestra en las figuras 5 y 9, el mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde la primera sección (aguas arriba) 42 del aparato hacia la cámara de mezcla 30 de la tubería de flujo primaria 20 adyacente y bloquea eficazmente que el agua fluya hacia la segunda sección (aguas abajo) 44 de la tubería de flujo secundaria. Cuando el agua fluye en la dirección opuesta, el mecanismo de control de flujo se puede mover a una segunda posición (que no se muestra). En una segunda posición, el mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde la segunda sección del aparato hacia la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria adyacente y bloquea eficazmente que el agua fluya hacia la primera sección de la tubería de flujo secundaria.
El mecanismo de control de flujo puede tener la forma de un deflector. El deflector puede rotar en función de la dirección del agua que fluye a través del aparato.
Haciendo referencia a la figura 8, el deflector de control de flujo puede tener una forma de cilindro sustancialmente circular que comprende un canal 72 que, durante su uso, puede dirigir el flujo de agua desde la tubería de flujo secundaria hacia la tubería de flujo primaria.
En la primera posición, el primer extremo del canal deflector 72 se alinea con la (primera) sección aguas arriba 54, 58 de los canales de flujo 48, 50, y el segundo extremo del canal deflector 72 está dirigido a la abertura del canal de mezcla, de tal manera que el agua pueda fluir desde la primera sección 42 de la tubería de flujo secundaria hacia el canal deflector y, luego, hacia la cámara de mezcla. Se impide que el agua fluya hacia las (segundas) secciones aguas abajo 56, 60 de los canales de flujo 48, 50 y hacia la segunda sección 44 de la tubería de flujo secundaria.
En la segunda posición (que no se muestra), cuando el agua fluye en la dirección opuesta, el segundo extremo del canal deflector se alinea con el (segundo) extremo aguas abajo 56, 60 de los canales de flujo, y el primer extremo del canal deflector está dirigido a la abertura de la cámara de mezcla, de tal manera que el agua pueda fluir desde la segunda sección 44 de la tubería de flujo secundaria hacia el canal deflector y, luego, hacia la cámara de mezcla. Se impide que el agua fluya hacia las (primeras) secciones aguas arriba 54, 58 de los canales de flujo 48, 50 y hacia la primera sección 42 de la tubería de flujo secundaria.
Las turbinas ubicadas en la tubería de flujo secundaria pueden ser cualesquiera turbinas adecuadas utilizadas en la generación de electricidad a partir de un flujo de agua. Por ejemplo, las turbinas que se pueden utilizar incluyen turbinas de hélice y del tipo Kaplan.
En la figuras 13-18, se muestra una realización adicional de la invención. Esta realización de la invención comprende una estructura de base 12 que tiene una matriz de tuberías de flujo primarias 20 y una matriz de tuberías de flujo secundarias 22. Cada tubería de flujo primaria 20 está ubicada entre una tubería de flujo secundaria 22 y otra tubería de flujo primaria 20. Las tuberías de flujo primarias proporcionan un paso de flujo desde una ubicación aguas arriba hasta una ubicación aguas abajo de la barrera. La tubería de flujo secundaria alimenta un flujo hacia la tubería de flujo primaria. Una barrera (que no se muestra) está ubicada a través de la anchura de la estructura de base 12. Cada tubería de flujo primaria 20 está conectada a una tubería de flujo secundaria, de tal manera que el agua pueda fluir desde la tubería de flujo secundaria hacia la tubería de flujo primaria.
Tanto las tuberías de flujo primarias como las secundarias reciben agua desde el cuerpo de agua. El agua que sale de las tuberías de flujo primarias es un flujo mixto de agua que ha ingresado al aparato a través tanto de las tuberías de flujo primarias como de las tuberías de flujo secundarias.
Haciendo referencia a la figura 15, cada tubería de flujo primaria comprende una primera sección convergente 26 que se estrecha desde su abertura 28 en un primer extremo de la estructura de base hacia una cámara de mezcla 30 que define una sección de venturi. Una segunda sección convergente 32 se estrecha desde su abertura 34 en el segundo extremo de la estructura de base hacia el segundo extremo de la cámara de mezcla.
La cámara de mezcla comprende unas aberturas 36 para recibir agua desde la tubería de flujo secundaria adyacente. Las cámaras impelentes 64 se extienden en ambos lados de la cámara de mezcla 30 hacia la estructura de base. La cámara de mezcla recibe el flujo secundario desde la tubería de flujo secundaria a través de las cámaras impelentes.
Tanto la primera como la segunda secciones convergentes están configuradas como difusoras. Cuando el agua fluye a través de la tubería de flujo primaria en una primera dirección 38, el agua ingresa a la tubería de flujo primaria a través de la primera sección convergente 26, y la segunda sección convergente 32 es la sección difusora.
Cuando el agua fluye a través de la tubería de flujo primaria en una segunda dirección 40, el agua ingresa a la tubería de flujo primaria a través de la segunda sección convergente 32, y la primera sección convergente 26 es la sección difusora.
Las secciones convergentes tienen una forma de sección transversal sustancialmente rectangular. Las paredes laterales de las secciones difusoras y convergentes de la tubería de flujo primaria son sustancialmente verticales, expandiéndose las secciones convergentes en el plano vertical.
Las tuberías de flujo secundarias están ubicadas sustancialmente en paralelo a las tuberías de flujo primarias. Cada tubería de flujo secundaria comprende dos turbinas ubicadas en extremos opuestos de la tubería. Una primera turbina está ubicada en la sección aguas arriba 42 de la tubería de flujo secundaria. Una segunda turbina está ubicada en la sección aguas abajo 44 de la tubería de flujo secundaria. Las palas de la turbina rotan en torno al eje sustancialmente horizontal de la turbina. Las turbinas están conectadas a un generador (que no se muestra). Las turbinas se pueden conectar al mismo o a diferentes generadores. La rotación de las turbinas impulsa el generador, produciendo potencia útil.
Haciendo referencia a las figuras 16 y 17, una sección central 46 de la tubería de flujo secundaria está ubicada entre las dos turbinas que contienen las secciones aguas arriba y aguas abajo 42, 44. La tubería de flujo secundaria está en comunicación fluida con una tubería de flujo primaria adyacente a través de la sección central.
En una sección central, la tubería de flujo secundaria se divide en un primer canal de flujo 48 y un segundo canal de flujo 50. El primer canal de flujo y un segundo canal de flujo comprenden cada uno una abertura que permite que la tubería de flujo secundaria esté en comunicación fluida con la tubería de flujo primaria adyacente a través de las cámaras impelentes 64.
El primer canal de flujo y el segundo canal de flujo están en comunicación fluida con la misma tubería de flujo primaria. El primer canal de flujo está en comunicación fluida con la tubería de flujo primaria a través de la primera cámara impelente. El segundo canal de flujo está en comunicación fluida con la tubería de flujo primaria a través de la segunda cámara impelente.
El primer canal de flujo está dirigido verticalmente hacia arriba y a través desde el eje central de la tubería de flujo secundaria hacia la primera cámara impelente. El segundo canal de flujo está dirigido verticalmente hacia abajo y a través desde el eje central de la tubería de flujo secundaria hacia la segunda cámara impelente, y en una dirección opuesta al primer canal de flujo. Unas aberturas 52 en el primer y el segundo canales de flujo proporcionan una comunicación fluida con las tuberías de flujo primarias adyacentes a través de la primera y la segunda cámaras impelentes 64.
La sección aguas arriba 54 del primer canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas arriba de la tubería de flujo secundaria en una dirección lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria. La sección aguas abajo 56 del primer canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas abajo de la tubería de flujo secundaria en una dirección lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria. Las secciones aguas arriba y aguas abajo del primer canal de flujo se unen en la abertura con la cámara impelente 64.
La sección aguas arriba 58 del segundo canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas arriba de la tubería de flujo secundaria lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria, y en una dirección opuesta a la sección aguas arriba del primer canal de flujo. La sección aguas abajo 60 del segundo canal de flujo desvía el agua desde la sección aguas abajo de la tubería de flujo secundaria lejos del eje central de la tubería de flujo secundaria y en una dirección opuesta a la sección aguas arriba del primer canal de flujo. Las secciones aguas arriba y aguas abajo del segundo canal de flujo se unen en la abertura 52 con la cámara impelente 64.
Unos mecanismos de control de flujo dirigen el flujo de agua desde el primer y el segundo canales de flujo hacia la cámara impelente e impiden que el agua fluya hacia el lado aguas abajo del primer y del segundo canales de flujo, de tal manera que toda el agua en la tubería de flujo secundaria se descargue hacia la tubería de flujo primaria.
El mecanismo de control de flujo permite que el agua desde la tubería de flujo secundaria pase hacia la cámara impelente 64. Entonces, el agua se descarga sobre la totalidad de la anchura de la abertura de la cámara impelente hacia la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria. El agua se descarga desde la cámara impelente superior 64 hacia la parte superior de la cámara de mezcla y desde la cámara impelente inferior 64 hacia la parte inferior de la cámara de mezcla. El flujo secundario se mezcla desde los bordes exteriores del flujo primario en la cámara de mezcla antes de que el flujo se descargue hacia la sección difusora y fuera de la tubería.
El mecanismo de control de flujo dirige el flujo hacia la cámara de mezcla. La baja presión en la cámara impelente impide que el flujo se desvíe hacia el lado aguas abajo de la tubería de flujo secundaria. Se impide que el flujo se extraiga desde la entrada de la tubería de flujo secundaria aguas abajo y que se recircule a través del dispositivo, ya sea pasivamente, o desde un control de flujo separado en la entrada de tubería de flujo secundaria en el extremo de entrada aguas abajo de la tubería. El control pasivo se logra geométricamente. El diámetro de la tubería de flujo secundaria se puede diseñar para proporcionar una velocidad de agua determinada que garantizará que no exista un gradiente de presión estática a lo largo de la tubería de flujo secundaria y, por lo tanto, no se extraiga el flujo desde el nivel de agua aguas abajo. La geometría es tal que el flujo se acelera a través de la sección aguas arriba 42 de la tubería de flujo secundaria, hasta una velocidad específica que reduce la presión estática en los canales de flujo aguas arriba 54 y 58 hasta la de la presión en el nivel de agua aguas abajo.
En una realización adicional, un mecanismo de control de flujo está ubicado en las aberturas del primer y del segundo canales de flujo de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde un lado del aparato hacia la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria adyacente e impide que el agua fluya hacia la otra sección de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control de flujo se puede mover entre dos posiciones, en función de la dirección del flujo.
En una primera posición, el mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde la primera sección (aguas arriba) 42 del aparato hacia la cámara impelente 64 y la cámara de mezcla 30 de la tubería de flujo primaria 20 adyacente y bloquea eficazmente que el agua fluya hacia la segunda sección (aguas abajo) 44 de la tubería de flujo secundaria. Cuando el agua fluye en la dirección opuesta, el mecanismo de control de flujo se puede mover a una segunda posición. En la segunda posición 44, el mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde la segunda sección del aparato hacia la cámara impelente 64 y la cámara de mezcla 30 de la tubería de flujo primaria adyacente y bloquea que el agua fluya hacia la primera sección 42 de la tubería de flujo secundaria 20.
Se puede utilizar un deflector de control de flujo en la tubería de flujo secundaria para dirigir el flujo hacia la cámara de producción. Un mecanismo de control de flujo está ubicado en las aberturas del primer y del segundo canales de flujo. El mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde el un lado (aguas arriba) del aparato hacia la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria adyacente e impide que el agua fluya hacia la otra sección (aguas abajo) de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control de flujo se puede mover entre dos posiciones, en función de la dirección del flujo.
Haciendo referencia a la figura 15, los deflectores de control de flujo horizontales 66 están situados a través de la abertura de las cámaras impelentes 64 para dirigir el agua hacia la cámara de mezcla 30. Los deflectores de control de flujo horizontales pueden pivotar en torno a un eje central para controlar la dirección en la que se descarga el agua hacia la cámara de mezcla. Los deflectores de control de flujo horizontales se pueden mover entre dos posiciones de tal manera que la descarga del agua desde la cámara impelente hacia la cámara de mezcla sea en la dirección del flujo de agua a través del aparato.
A modo de ejemplo, cuando el agua fluye hacia el aparato en una primera dirección 38, los deflectores de control de flujo horizontales se pueden mover a una primera posición de tal manera que el flujo de agua desde la cámara impelente se descargue hacia la cámara de mezcla en la primera dirección para mezclarse con el flujo primario que fluye a través del aparato en la misma dirección. Cuando el agua fluye hacia el aparato en una segunda dirección, los deflectores de control de flujo horizontales se pueden mover a una segunda posición de tal manera que el flujo de agua se descargue desde la cámara impelente hacia la cámara de mezcla en la segunda dirección para mezclarse con el flujo primario que fluye a través del aparato en la misma dirección.
El deflector dirige el flujo desde las tuberías de flujo secundarias a lo largo de las caras superior e inferior de la cámara de mezcla, ocupando el flujo primario principal el área central de la cámara de mezcla.
Los deflectores están separados del control de flujo en la entrada de las tuberías de flujo secundarias y son para dirigir el flujo en la cámara de mezcla. Cuando los deflectores se sitúan en una tercera posición, pueden impedir el flujo desde la cámara impelente hacia la tubería de flujo primaria. Por ejemplo, cuando los deflectores se sitúan sustancialmente horizontalmente, pueden detener todo el flujo desde la tubería de flujo secundaria hacia la tubería de flujo primaria.
En las figuras 19- 24, se muestra una realización adicional de la invención. En esta realización de la invención, el aparato comprende una estructura de base 12 que tiene una matriz de tuberías de flujo primarias 20 y una matriz de tuberías de flujo secundarias 22. La matriz horizontal de tuberías de flujo primarias está ubicada por debajo de la matriz horizontal de tuberías de flujo secundarias. Las tuberías de flujo primarias proporcionan un paso de flujo desde una ubicación aguas arriba hasta una ubicación aguas abajo de la barrera. Cada tubería de flujo primaria está conectada a una tubería de flujo secundaria. La tubería de flujo secundaria alimenta un flujo de agua hacia la tubería de flujo primaria ubicada por encima de esta. Una barrera se extiende a través de la anchura de la estructura de base. Como se muestra en las figuras 19-24, cada tubería de flujo primaria 20 está conectada a una tubería de flujo secundaria, de tal manera que el agua pueda fluir desde la tubería de flujo secundaria hacia la tubería de flujo primaria.
Tanto las tuberías de flujo primarias como las secundarias reciben agua desde el cuerpo de agua. El agua que sale de las tuberías de flujo primarias es un flujo mixto de agua que ha ingresado al aparato a través tanto de las tuberías de flujo primarias como de las tuberías de flujo secundarias. Cada tubería de flujo primaria comprende una primera sección convergente 26 que se estrecha desde su primera abertura 28 en un primer extremo de la estructura de base hacia una cámara de mezcla 30 que define una sección de venturi. Una segunda sección convergente 32 se estrecha desde una segunda abertura 34 en el segundo extremo de la estructura de base hacia el segundo extremo de la cámara de mezcla 30. La cámara de mezcla comprende una abertura para recibir agua desde la tubería de flujo secundaria adyacente.
Tanto la primera como la segunda secciones convergentes están configuradas como difusoras. Cuando el agua fluye a través de la tubería de flujo primaria 20 en una primera dirección 38, el agua ingresa a la tubería de flujo primaria a través de la primera sección convergente 26, y la segunda sección convergente 32 es la sección difusora.
Cuando el agua fluye a través de la tubería de flujo primaria en una segunda dirección 40, el agua ingresa a la tubería de flujo primaria a través de la segunda sección convergente 32, y la primera sección convergente 26 es la sección difusora.
Las secciones convergentes 26, 32 tienen una forma de sección transversal sustancialmente rectangular. Las paredes laterales de las secciones convergentes de la tubería de flujo primaria son sustancialmente verticales, expandiéndose las secciones convergentes en el plano vertical desde la cámara de mezcla.
La tubería de flujo secundaria está en comunicación fluida con la tubería de flujo primaria a través de su sección central. Las tuberías de flujo secundarias 22 están ubicadas sustancialmente en paralelo a las tuberías de flujo primarias 20 y el colector 68 conecta la tubería de flujo secundaria 22 a la tubería de flujo primaria 20 ubicada por encima. El colector 68 permite que la tubería de flujo secundaria esté en comunicación fluida con su tubería de flujo primaria por encima. El colector se extiende desde una sección central de la tubería de flujo secundaria hasta la tubería de flujo primaria.
Una turbina está ubicada en el colector y conectada a un generador (que no se muestra). Las palas de la turbina pueden rotar alrededor de un eje sustancialmente vertical. La turbina puede ser, por ejemplo, una turbina de hélices o del tipo Kaplan.
La tubería de flujo secundaria comprende un mecanismo de control de flujo que se puede mover entre una primera y una segunda posiciones para dirigir el agua hacia el colector y a través de la turbina hacia la cámara de mezcla e impedir que el agua fluya a través de toda la tubería de flujo secundaria y salga a través de la sección aguas abajo de la tubería de flujo secundaria. El mecanismo de control de flujo puede tener la forma de un tambor de extremo abierto que tenga un lado abierto y un lado cerrado. El lado abierto recibe agua desde la tubería de flujo secundaria hacia el tambor. El lado cerrado bloquea eficazmente el flujo de agua a través de la longitud de la tubería de flujo secundaria y dirige el agua a través del extremo abierto del tambor hacia la cámara de mezcla de la tubería de flujo primaria. El tambor se puede extender a través del colector hasta la abertura de cámara de mezcla, proporcionando un paso de flujo desde el flujo secundario hasta la tubería de flujo primaria.
El mecanismo de control de flujo se puede mover entre dos posiciones, en función de la dirección del flujo. En una primera posición, el mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde la primera sección (aguas arriba) del aparato hacia el colector y bloquea eficazmente que el agua fluya hacia la segunda sección (aguas abajo) de la tubería de flujo secundaria. Cuando el agua fluye en la dirección opuesta, el mecanismo de control de flujo se puede mover a una segunda posición. En la segunda posición, el mecanismo de control de flujo dirige el flujo desde la segunda sección del aparato hacia el colector y bloquea eficazmente que el agua fluya hacia la primera sección de la tubería de flujo secundaria. En esta segunda posición, la segunda sección será, ahora, la sección aguas arriba y la primera sección será la sección aguas abajo.
Una cubierta móvil forma una cámara impelente 70 en la cámara de mezcla en torno a la abertura de las cámaras de mezcla, comprendiendo el colector la turbina. El flujo de agua desde la tubería de flujo secundaria es extraído hacia la cámara impelente después de fluir a través de la turbina en el colector. El árbol de la turbina se extiende a través de la cámara impelente hasta un generador (que no se muestra).
La cámara impelente móvil está ubicada centralmente en la cámara de mezcla de tal manera que el flujo de agua a través de la tubería de flujo primaria pueda fluir alrededor de los lados de la cámara impelente. La cámara impelente tiene una abertura en forma de ranura, a través de la cual se descarga el agua recibida desde la tubería de flujo secundaria para mezclarse con el flujo de agua primario que fluye a través de la tubería de flujo primaria. La cámara impelente puede rotar de tal manera que la abertura de la cámara impelente se pueda ubicar de modo que el flujo desde la cámara impelente se descargue hacia el centro del flujo primario. La cámara impelente comprende unos deflectores externos 74 en el lado opuesto a la abertura. Los deflectores externos 74 tienen forma triangular y dirigen el agua alrededor de los lados de la cámara impelente 70.
El mecanismo de control de flujo está conectado a la cámara impelente ubicada en la cámara de mezcla y la cámara impelente puede rotar cuando el mecanismo de control de flujo se mueve entre su primera y su segunda posiciones.
El mecanismo de control de flujo incluye la cubierta que forma la cámara impelente y los deflectores externos. El tambor se puede extender hacia la cámara de mezcla, estando la parte superior del tambor configurada como cámara impelente que tiene una abertura para liberar agua hacia la cámara de mezcla. Todo el mecanismo rota entre la primera y la segunda posiciones. El tambor de lado abierto está conectado a la cámara impelente de modo que la rotación del tambor haga rotar la cámara impelente. En la primera posición, el lado abierto del tambor está orientado hacia una primera dirección y la abertura de la cámara impelente hacia el paso de flujo primario está orientado hacia una segunda dirección. En una segunda posición, el lado abierto del tambor está orientado hacia una segunda dirección y la abertura de la cámara impelente hacia el paso de flujo primario está orientado hacia una primera dirección.
Como se muestra en la figura 23, la turbina puede estar ubicada en la porción de colector del tambor. La turbina rota independientemente del tambor y la cámara impelente a medida el agua fluye.
El aparato es particularmente útil en entornos de aguas poco profundas. Donde existe únicamente una única matriz horizontal de tuberías, por ejemplo, como se muestra en las figuras 1-18, el aparato se puede utilizar sin una gran excavación de lecho en grandes proyectos de infraestructura en profundidades de agua de hasta medio metro o menos, en función del tamaño de las tuberías y las turbinas utilizadas. Donde existen dos matrices horizontales de tuberías, una matriz ubicada por encima de la anterior, por ejemplo, como se muestra en las figuras 19-24, el aparato se puede utilizar sin una gran excavación de lecho en grandes proyectos de infraestructura en profundidades de agua de un metro o menos, en función del tamaño de las tuberías y las turbinas.
Donde el lecho de río o marino se puede bajar y perfilar mediante excavación local a la alineación del aparato, no existe una limitación de profundidad de agua. Se pueden utilizar múltiples matrices de tuberías de flujo primarias y secundarias. El número de tuberías en cada matriz dependerá del tamaño del cuerpo de agua en el que se utilizará el aparato. Cada aparato podría comprender únicamente dos o tres tuberías, comprendiendo la estructura de base una disposición de tubería de flujo primaria y secundaria. Preferentemente, la estructura de base comprende una matriz de disposiciones de tuberías de flujo primarias y secundarias, por ejemplo, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más tuberías de flujo primarias y secundarias.
Si bien las secciones convergentes y difusoras se muestran con unas secciones transversales sustancialmente circulares o rectangulares, se pueden utilizar otras secciones convergentes/difusoras y cámaras de mezcla y combinaciones de formas. Las tuberías de flujo secundarias pueden tener secciones transversales sustancialmente circulares en sus aberturas. Sin embargo, también se contemplan otras formas de sección transversal. La forma de sección transversal de las tuberías de flujo secundarias puede cambiar a lo largo de la longitud del paso de flujo. Por ejemplo, la trayectoria de flujo secundaria puede pasar de tener una sección transversal circular en las aberturas de la tubería de flujo secundaria a una sección transversal rectangular en los canales de flujo secundarios en la región central.
Las tuberías están configuradas, es decir, por su tamaño y forma, de tal manera que aproximadamente un 80 % del volumen del agua que ingresa al aparato fluirá hacia las tuberías de flujo primarias y aproximadamente un 20 % del volumen del agua que ingresa al aparato ingresará hacia las tuberías de flujo secundarias. El 100 % del volumen de agua que ingresa al aparato sale del aparato a través de las tuberías de flujo primarias.
Haciendo referencia a las figuras 1, 12, 19, 20, 23 y 25, el sistema comprende dos barreras móviles ubicadas en la superficie superior de la estructura de base. Las barreras se extienden ortogonalmente al eje central de las tuberías primarias y secundarias, a través de la estructura de base. Una primera barrera móvil está ubicada en el primer extremo de la estructura de base. La segunda barrera móvil está ubicada en el extremo opuesto de la estructura de base.
Cada una de las barreras móviles se puede mover entre una primera posición elevada y una segunda posición bajada. En la posición elevada, la barrera bloquea que el agua fluya sobre la parte superior del aparato y crea una diferencia de salto desde los lados aguas arriba y aguas abajo de la barrera. En cambio, el agua es dirigida a través de la matriz de tuberías. Las tuberías proporcionan un paso de flujo para el agua a través de la estructura de base desde el lado aguas arriba de la barrera hasta el lado aguas abajo de la barrera. En la posición bajada, el agua puede fluir sobre la parte superior de la barrera y la estructura de base.
Cuando el agua fluye desde una primera dirección, la primera barrera móvil ubicada en el extremo aguas arriba de la estructura de base se eleva y la segunda barrera móvil ubicada en el extremo aguas abajo de la estructura de base se baja. Cuando el agua fluye desde una segunda dirección, la segunda barrera móvil ubicada en el extremo aguas abajo de la estructura de base se eleva y la primera barrera móvil ubicada en el extremo aguas arriba de la estructura de base se baja.
Si bien se ha descrito que la presente invención comprende dos barreras móviles, una en cada extremo de la estructura de base, el sistema también puede comprender una barrera.
Las barreras móviles pueden ser, por ejemplo, barreras inflables y/o placas de presa o compuertas hechas funcionar hidráulicamente. La barrera móvil se extiende a través de la anchura de la estructura de base.
Cuando se utilizan barreras inflables, se pueden fijar unos globos de caucho a los bordes de la estructura de base de hormigón. Los globos se pueden llenar con un fluido, tal como agua o gas, para elevar la barrera. Cuando se baja la barrera, el fluido se puede liberar del globo. Ejemplos de barreras inflables son las suministradas por Dyrhoff UK Ltd (véase, por ejemplo, el documento GB2521876). Otras barreras pueden comprender inflables tubulares utilizados con compuertas con bisagras. Los tubulares inflables están ubicados en un lado de las compuertas. La inflación de los componentes tubulares eleva las compuertas; el desinflado de los componentes tubulares baja las puertas.
Al proveer al sistema de barreras móviles, las barreras se pueden bajar cuando no están en uso y mejoran el aspecto del entorno. Si bien el sistema se describe haciendo referencia a barreras móviles, en su lugar, se podrían utilizar barreras fijas, por ejemplo, un muro de hormigón, ubicado a través de la anchura de la estructura de base. Si bien se expone que el sistema tiene una barrera en cada sección de extremo de la estructura de base o una única barrera a través de la sección central de la estructura de base, cada barrera que se extiende a través de la anchura de la estructura de base puede estar compuesta por componentes alineados por separado. Por ejemplo, múltiples, es decir, uno, dos, tres o más, compuertas o placas de presa accionadas hidráulicamente o de manera inflable se pueden alinear a través de la anchura de la base para formar una barrera.
El sistema se puede utilizar como se muestra en la figura 25. Durante una marea baja, el nivel de agua en ambos lados del sistema puede estar por debajo de la estructura de base y las barreras estar ambas bajadas (figura 25a). Durante una marea creciente, la barrera aguas abajo se eleva para mantener la diferencia de salto preferente a medida que la marea sube (figuras 25b-c). Durante una marea alta (figura 25d), la barrera aguas abajo se baja y la barrera aguas arriba se eleva y está lista para el siguiente ciclo de marea. La barrera aguas arriba permanece elevada a medida que la marea baja hasta que se establece la diferencia de salto preferente (figura 25e). A medida que la marea continúa bajando, la barrera aguas arriba se baja para mantener la diferencia de salto preferente, hasta que se baja por completo (figura 25f). Estando ambas barreras ahora bajadas durante una marea baja, el sistema está listo para el próximo ciclo de marea. Dado que se puede establecer una diferencia de salto tanto en una marea creciente como en una marea decreciente, el sistema se puede utilizar para generar electricidad a partir de flujos de marea en ambas direcciones.
Cuando el agua fluye desde una primera dirección 38, por ejemplo, una marea creciente, la primera barrera se eleva. La barrera a través del cuerpo de agua proporciona una diferencia de salto entre el primer lado (aguas arriba) de la estructura de base y el segundo lado (aguas abajo) de la estructura de base. El agua desde el primer lado (aguas arriba) de la barrera fluye a través de las tuberías de flujo primarias. Un flujo de agua primario ingresa a la primera sección (convergente) y fluye hacia la cámara de mezcla y, luego, fuera de la segunda sección convergente (difusora). Se induce un flujo secundario a través de las tuberías de flujo secundarias y el agua fluye a través de la primera sección de las tuberías de flujo secundarias hacia las tuberías de flujo primarias, que impulsa la rotación de la turbina, generando electricidad a través de una disposición de toma de potencia mecánica o eléctrica.
Cuando el flujo del agua se invierte y fluye en la segunda dirección 40, por ejemplo, en una marea decreciente, la segunda barrera se eleva y la primera barrera se puede bajar. La barrera a través del cuerpo de agua proporciona una diferencia de salto entre el segundo extremo de la estructura de base y el primer extremo de la estructura de base. El agua desde el segundo lado de la barrera fluye a través de las tuberías de flujo primarias. Un flujo de agua primario ingresa a la segunda sección (convergente) y fluye hacia la cámara de mezcla y, luego, fuera de la primera sección convergente (que, ahora, actúa como sección difusora). Se induce un flujo secundario a través de las tuberías de flujo secundarias y el agua fluye a través de la segunda sección de las tuberías de flujo secundarias hacia las tuberías de flujo primarias, que impulsa la rotación de la turbina, generando electricidad a través de una disposición de toma de potencia mecánica o eléctrica.
La figura 26 ejemplifica un sistema de acuerdo con la invención que comprende una barrera fija. Como se muestra en las figuras 26a-fa, la barrera está ubicada a través de la estructura de base y mantiene una diferencia de salto entre los lados aguas arriba y aguas abajo de la estructura de base durante las mareas crecientes, figuras 26b y c, y las mareas decrecientes, figuras 26e y f.
Una zona de baja presión en el venturi de la tubería de flujo primaria induce el flujo secundario a través de la tubería de flujo secundaria, hacia la tubería de flujo primaria. Tanto el flujo de agua primario como el secundario ingresan a la cámara de mezcla, donde se pueden mezclar los dos flujos. El flujo mixto ingresa a la sección difusora (primera o segunda sección convergente, en función de la dirección del flujo) y la velocidad del flujo de agua disminuye a medida que es movido a través de la sección difusora. A medida que el agua fluye a través de la sección difusora, el flujo recupera su salto estático y pierde su salto dinámico antes de salir de la sección difusora aguas abajo. Esto preserva el bajo salto estático en el venturi.
De este modo, el sistema puede generar electricidad a partir de un flujo de agua en dos direcciones. Por ejemplo, el sistema se puede utilizar como una presa derivadora de marea a través de un río o un estuario de marea. Los sistemas son particularmente adecuados para su uso en entornos donde únicamente es posible obtener una baja diferencia de salto.
El sistema también permite preservar la forma de la señal de marea, al mismo tiempo que se genera electricidad a partir de un flujo de marea. El sistema no detiene el flujo de agua, como en un dispositivo convencional de salto de marea o de carrera de marea, ya que el agua puede continuar fluyendo a través del dispositivo durante las mareas crecientes y decrecientes a pesar de la presencia de las barreras para mantener la diferencia de salto.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato (10) para su uso en la generación de electricidad a partir de un flujo de agua bidireccional, que comprende
una estructura de base (12);
una tubería de flujo primaria (20) que define un primer paso de flujo a través de la estructura de base (12);
una tubería de flujo secundaria (22) que define un segundo paso de flujo a través de la estructura de base (12), en donde el primer y el segundo pasos de flujo están configurados para un flujo bidireccional;
comprendiendo la tubería de flujo primaria:
una sección convergente (26);
una cámara de mezcla (30), estando la sección convergente (26) conectada a un primer extremo de la cámara de mezcla (30) para definir un venturi entremedias; y
una sección difusora (32) conectada a un segundo extremo de la cámara de mezcla (30); comprendiendo, además, el aparato:
una abertura (28) en la tubería de flujo secundaria (22) dispuesta para proporcionar una comunicación fluídica entre el segundo paso de flujo y la cámara de mezcla (30);
una turbina (24) conectable a un generador y dispuesta para ser hecha rotar por un flujo de agua desde el segundo paso de flujo; y,
un mecanismo de control (62) para dirigir el flujo de agua desde el segundo paso de flujo a través de la abertura (28) hacia la cámara de mezcla (30), donde el agua que fluye desde una primera dirección fluye hacia la cámara de mezcla (30) desde un extremo de la estructura de base (12) y el agua que fluye desde una segunda dirección fluye hacia la cámara de mezcla (30) desde el extremo opuesto de la estructura de base (12); y
en donde el mecanismo de control (62) puede bloquear el flujo a través de la totalidad de la longitud del segundo paso de flujo y puede controlar la dirección del agua de modo que toda el agua que ingrese a las tuberías de flujo primarias y secundarias se descargue a través de la tubería de flujo primaria.
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de tuberías de flujo primarias (20) y una pluralidad de tuberías de flujo secundarias (22), en donde cada tubería de flujo primaria (20) está ubicada adyacente a al menos una tubería de flujo secundaria (22).
3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en donde las tuberías de flujo secundarias (22) están ubicadas a los lados de las tuberías de flujo primarias (20) para formar una matriz horizontal de tuberías de flujo primarias (20) y secundarias (22), y en donde cada tubería de flujo secundaria (22) comprende dos turbinas (24), una primera turbina (24) ubicada en un primer extremo de la tubería de flujo secundaria (22) y una segunda turbina (24) ubicada en un segundo extremo de la tubería de flujo secundaria (22).
4. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3, en donde la tubería de flujo secundaria (22) comprende una sección central ubicada entre el primer y el segundo extremos de la tubería de flujo secundaria, en donde, en la sección central, la tubería de flujo secundaria comprende un primer canal de flujo (48) y un segundo canal de flujo (50), y en donde el primer (48) y el segundo (50) canales de flujo están en comunicación fluídica con la cámara de mezcla (30) de una tubería de flujo primaria (20).
5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el primer canal de flujo (48) y el segundo canal de flujo (50) de cada tubería de flujo secundaria (22) están en comunicación fluida con la misma tubería de flujo primaria (20).
6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende una primera cámara impelente (64) que conecta el primer canal de flujo (48) a la parte superior de la cámara de mezcla (30) y una segunda cámara impelente (64) que conecta el segundo canal de flujo (50) a la parte inferior de la cámara de mezcla (30) de cada tubería de flujo primaria (20), opcionalmente en donde la cámara de mezcla (30) comprende unos deflectores de control de flujo horizontales móviles (66) situados para dirigir el flujo de agua desde las cámaras impelentes (64) hacia la cámara de mezcla (30).
7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el primer canal de flujo (48) y el segundo canal de flujo (50) están en comunicación fluida con diferentes tuberías de flujo primarias (20).
8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el primer canal de flujo (48) de una tubería de flujo secundaria (22) está configurado para descargar agua hacia la cámara de mezcla (30) de una primera tubería de flujo primaria (20) y el segundo canal de flujo (50) de la tubería de flujo secundaria (22) está configurado para descargar agua hacia una segunda tubería de flujo primaria (20).
9. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde cada tubería de flujo primaria (20) está en comunicación fluídica con dos tuberías de flujo secundarias (22); o en donde, cada tubería de flujo primaria (20) está en comunicación fluídica con una tubería de flujo secundaria (22).
10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en donde cada tubería de flujo secundaria (22) está ubicada por debajo de una tubería de flujo primaria (20).
11. El aparato de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende un colector (68) que conecta la tubería de flujo secundaria (22) a la tubería de flujo primaria (20) ubicada por encima, en donde la turbina está ubicada en el colector, opcionalmente
en donde la tubería de flujo primaria (20) comprende una cámara impelente móvil (70) en la cámara de mezcla (30), y en donde el flujo desde la tubería de flujo secundaria (22) es extraído hacia la cámara impelente a través del colector (68).
12. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en donde:
- la cámara impelente móvil (70) está ubicada de tal manera que el flujo de agua a través de la tubería de flujo primaria (20) puede fluir alrededor de los lados de la cámara impelente (70) y que tiene una abertura en la dirección del flujo, a través de la cual se descarga el agua desde la tubería de flujo secundaria (22);
- la cámara impelente móvil (70) es móvil entre una primera posición, de tal manera que la abertura de la cámara impelente (70) sea en una primera dirección del flujo, y una segunda posición, de tal manera que la abertura de la cámara impelente (70) sea en una segunda dirección del flujo; y/o
- la cámara impelente móvil (70) está conectada al mecanismo de control de flujo de tal manera que el movimiento del mecanismo de control de flujo entre su primera y su segunda posiciones mueve la cámara impelente (70) entre su primera y su segunda posiciones.
13. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el mecanismo de control de flujo (62) es móvil entre una primera posición, en la que el agua fluye hacia la cámara de mezcla (30) desde un extremo de la estructura de base (12), y una segunda posición, en la que el agua fluye hacia la cámara de mezcla (30) desde el extremo opuesto de la estructura de base (12).
14. El aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el mecanismo de control de flujo es un deflector móvil, opcionalmente,
en donde el deflector de control de flujo comprende un canal (72) para dirigir el agua desde el paso de flujo secundario hacia el paso de flujo primario.
15. Un sistema de generación para su uso en la generación de agua a partir de un flujo de agua bidireccional, que comprende un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14; y al menos una barrera (14) ubicada a través de la parte superior de la estructura de base (12).
16. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende al menos una barrera móvil (14) ubicada en la parte superior de la estructura de base (12), y en donde la barrera móvil (14) es móvil entre una primera posición elevada y una segunda posición bajada; además, opcionalmente en donde el sistema comprende
dos barreras móviles (14), en donde la primera barrera móvil (14) está ubicada en el primer extremo de la estructura de base (12) y la segunda barrera móvil (14) está ubicada en el extremo opuesto de la estructura de base (12).
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