ES2946795B2 - Instalación para la transformación de energía - Google Patents

Instalación para la transformación de energía

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Description

DESCRIPCIÓN
Instalación para la transformación de energía
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a una instalación para la transformación de energía, aprovechando la energía potencial (gravedad), así como la flotabilidad (principio de arquímedes), para obtener energía eléctrica.
El objeto de la invención es proporcionar una instalación de fácil construcción, fácilmente escalable, económica, ecológica, totalmente previsible y programable.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se conocen sistemas que aprovechan la energía potencial para generar energía eléctrica, aunque son tecnologías incipientes.
Las más desarrolladas usan la gravedad como almacenamiento de energías renovables.
Utilizan cuerpos pesados en altura. Para alcanzar dicha altura se utiliza la energía producida por los sistemas renovables en horas de menor demanda.
En estas horas se suben los pesos y se almacenan para cuando la demanda sea de mayor cantidad y entonces dejar caer estos pesos y con la fuerza de la gravead en la caída, mueven un generador y éste produce energía eléctrica.
Uno de estos sistemas utiliza bloques de hormigón en forma de torre.
También se conocen sistemas parecidos, en los que se utilizan pozos o antiguas minas para hacer descender pesos. Cuando hay excedente de producción, los utilizan para subir los pesos y así tenerlos listos en los momentos de más demanda.
En el caso de la flotabilidad, también hay algunos proyectos e investigaciones que utilizan la flotabilidad como fuente para generar energía.
En todos los casos se precisa de una fuente de energía para el movimiento de ascenso de los cuerpos pesados. El problema de estas formas de almacenamiento es que dependen de la climatología. Esto hace que no sean previsibles, y que todos estos sistemas sea necesario combinarlos con otros sistemas de generación o de transformación para evitar imprevistos. Igual sucede con las baterías y con las presas de bombeo. Por ejemplo, la presa de bombeo precisa de energía externa para poder elevar el agua al envase superior.
Así pues, hasta la fecha, la única energía que es accesible y previsible en cualquier momento es la producida por la quema de combustibles fósiles, que evidentemente, supone un problema medioambiental muy importante, por la emisión de gases contaminantes y de efecto invernadero.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La instalación de la invención resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en base a una solución sumamente eficaz, presentando un funcionamiento totalmente previsible y programable los trescientos sesenta y cinco (365) días del año en función de las necesidades o de la demanda en cada momento, y siendo cien por cien (100%) ecológica, con cero (0) emisiones y sin depender de la climatología.
Para ello, la instalación se basa en una serie de estaciones de generación en forma de cascada en las que se combinan y aprovechan los efectos de la gravedad y la flotabilidad.
En cuanto a la flotabilidad, siempre que se disponga de un contenedor con un líquido, ésta es permanente y se ejerce cuando un cuerpo introducido en el líquido es de menor densidad. Igual sucede con la gravedad, cualquier cuerpo en suspensión de mayor densidad que el aire tiende a caer, siendo esta circunstancia también permanente.
Pues bien, la instalación de la invención parte de una primera altura o cota máxima de la instalación, obtenida, o mediante la construcción de una estructura o bien, aprovechando la elevación del terreno, sobre la que se establece una primera piscina, denominada piscina superior central o común, donde se hace una primera elevación de agua mediante uno o varios sistemas de bombeo mecánicos o eléctricos, o una combinación de ambos.
A partir de esta cota o altura, y como se ha dicho con anterioridad, se establecen una serie de estaciones de generación en forma de cascada, es decir, escalonadamente en altura en sentido descendente, en las que en cada estación de generación se define una piscina a modo de esclusa. A dichas piscinas, una en cada estación de generación, en lo sucesivo las denominaremos, esclusas, para distinguirlas de la piscina superior central o común.
Siguiendo el orden de dichas esclusas en orden descendente, el agua almacenada en la piscina superior central o común llena la esclusa de la primera estación de generación y a su vez, dicha esclusa llenará la esclusa de la segunda estación de generación, y así sucesivamente en forma de cascada.
Dentro de cada esclusa se establece una plataforma flotante y en la parte superior de la esclusa un depósito de elevación con la salida de un tubo en vertical.
La plataforma flotante cuenta con un émbolo que entra dentro del depósito de elevación. Al llenar la esclusa de agua, la plataforma sube por flotación y empuja el émbolo que a su vez hace presión en el agua del depósito de elevación haciendo efecto jeringa y elevando el agua a una altura determinada.
Así pues, inicialmente la esclusa estará vacía, y el depósito de elevación y el tubo llenos, de manera que la esclusa se va llenando con el agua de la estación de generación inmediatamente superior o, en caso de tratarse de la primera estación de generación, se llenará de la piscina superior central o común.
Esto provoca que la plataforma flotante empiece a subir por la propia flotación de sí misma, impulsando el agua que había en el depósito de elevación hasta una altura preestablecida.
El agua elevada se utiliza como peso gravitatorio, descargándose sobre el depósito superior o también llamado depósito nodriza que a su vez se encarga de llenar uno o varios depósitos móviles que se vinculan a una transmisión de tipo polea que hace girar el correspondiente generador eléctrico.
Para optimizar el proceso, se ha previsto que la polea que mueve el generador esté vinculada a los depósitos móviles mencionados en el párrafo anterior, mediante cables u otros elementos equivalentes que hacen de contrapesos, de manera que un depósito móvil sube y el otro depósito móvil baja. El que baja está lleno de agua y su peso mueve el generador.
Estos depósitos móviles incluyen medios para su vaciado selectivo, de manera que el depósito móvil que sube siempre está vacío y es arrastrado por el depósito móvil que está lleno, que se desplaza en sentido descendente por su propio mayor peso. El llenado del depósito móvil que baja se hace por medio del depósito nodriza (que está situado en la parte superior de la estación de generación) y el vaciado del depósito móvil que baja, se hace a través de un mecanismo que vuelve a evacuar el agua en el depósito de elevación.
Cuando ha terminado el ciclo de la primera esclusa, el agua pasa a la segunda esclusa, repitiendo todo el ciclo en dicha esclusa elevando el agua del depósito de elevación, y luego pasa a la tercera esclusa, y así sucesivamente repitiendo el ciclo en cada estación de generación, hasta el número de esclusas o estaciones de generación que haya en la instalación.
A partir de esta estructuración, se derivan las siguientes ventajas:
• Se puede generar energía en cualquier momento, se acciona el sistema o se apaga a convenir.
• Sin dependencia de la climatología.
• Se puede crear una planta en cualquier sitio, aunque no haya agua. El agua se puede transportar ya que siempre es la misma.
• La planta de producción se puede construir en el lugar próximo al consumo, sin necesidad de transportar la energía eléctrica a larga distancia. Además, se facilita mucho la construcción al estar cerca de los núcleos industriales o urbanos, sin necesidad de desplazar grandes maquinarias ni abrir caminos por las montañas. Las energías limpias en la actualidad se producen donde las condiciones climatológicas son óptimas y no en proximidad al consumo.
• Se puede construir una planta con varias secciones y poner en marcha según necesidades. También parte de la planta puede ir en un foso para disminuir la altura (un aerogenerador mediano mide más de 100 metros).
• Cualquier zona industrial o ciudad puede tener una o varias plantas y depender sólo de este sistema, ya que es un sistema totalmente autónomo y que puede funcionar 24 horas todos los días del año.
• Es una instalación totalmente flexible y escalable en cuanto a dimensiones porque la dimensión de la instalación y el número de estaciones de generación estarán en función de la cantidad de energía que se decida producir.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista esquemática de una instalación para la transformación de energía realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención.
La figura 2.- Muestra una vista esquemática en alzado frontal de una de las estaciones de generación participan en la instalación de la invención.
La figura 3.- Muestra un detalle de la estación de la figura 2 a nivel de su zona inferior, en una fase inicial de funcionamiento.
Las figuras 4 y 5.- Muestran sendas vistas similares a la de la figura 3, pero en posiciones operativas distintas del sistema.
La figura 6.- Muestra, finalmente un detalle ampliado de la zona inferior de una de las estaciones de la instalación.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como en la instalación de la invención se establece una piscina superior central o común (1) situada en la cota más alta de la instalación, que puede disponerse sobre una estructura metálica o bien aprovechando las elevaciones del terreno.
Esta piscina superior central o común (1) se rellena de agua a través de un circuito cerrado de tuberías (13-13’) asistido por un equipo de bombeo (14).
Pues bien, junto a la piscina superior central o común (1) se establecen una serie de estaciones de generación (12) dispuestas en cascada que, de forma escalonada, se conectan hidráulicamente en serie, si bien el llenado de las mismas es secuencial de acuerdo con la sistemática que se expondrá a continuación.
Tal y como se puede observar en la figura 2, en cada estación de generación participa una esclusa (2) destinada a ser rellenada controladamente mediante el agua de la piscina superior central o común (1) si se trata de la primera estación de generación, o bien de la esclusa situada inmediatamente por encima de ésta, si se trata de la segunda y siguientes estaciones de generación.
En seno de la esclusa (2) se establece una plataforma flotante (3) desplazable verticalmente por flotación a través de un sistema de guiado (6).
Paralelamente en dicha esclusa se dispone un depósito de elevación (4) que se comunica superiormente con un tubo vertical (5) de menor sección, que discurre a través de una estructura de soporte (16) y que se remata superiormente en un depósito nodriza (7) hacia el que se eleva el agua por la propia flotación de la plataforma, la cual dispondrá de un émbolo (11) que juega en el seno del depósito de elevación (4).
Sobre el depósito nodriza (7) se establece un equipo generador de energía eléctrica, tal como una turbina o similar asociado a una polea (8) que se acciona en uno u otro sentido de giro a través de dos depósitos móviles (9-10).
Estos depósitos móviles cuentan con medios para su llenado selectivo desde el depósito nodriza (7), y vaciado de éstos, en el depósito de elevación (4).
A partir de esta estructuración, y de acuerdo con las figuras 3 a 5, la operativa es la siguiente:
Secuencia 1 (figura 3), la esclusa (2) está vacía, el depósito de elevación (4) y el tubo vertical (5) están llenos.
Secuencia 2 (figura 4), se procede al llenado de la esclusa (2) y la plataforma flotante (3) comienza a subir empujando el agua del depósito de elevación (4) hacia arriba por efecto jeringa a través del tubo vertical (5).
Secuencia 3 (figura 5), la plataforma flotante (3) se ha elevado hasta la parte superior de la esclusa y el agua que había en el depósito de elevación ha subido hasta el depósito nodriza (7) mostrado en la figura 2.
Para calcular el empuje necesario para elevar una cantidad de agua determinada, tendremos que tener el volumen de dicha cantidad de agua más la densidad de la plataforma y el pistón, más la cantidad de agua que hay en el tubo de elevación (éste se carga antes de iniciar el ciclo y siempre permanece cargado), más los rozamientos.
Una vez utilizada el agua que se ha elevado desde el depósito de elevación como peso gravitatorio, ésta vuelve al depósito de elevación para ser usada en la siguiente elevación y así sucesivamente. El agua es siempre la misma.
Volviendo nuevamente a la figura 2, el agua elevada al depósito nodriza (7) se utiliza como peso gravitatorio, descargándose alternativamente sobre uno u otro depósito móvil (9-10), de manera que un depósito móvil sube y el otro depósito móvil baja. El depósito móvil que baja está lleno de agua y su peso mueve el generador, mientras que el depósito móvil que sube está siempre vacío y es arrastrado por el depósito móvil que está lleno, que se desplaza en sentido descendente por su propio mayor peso.
Cuando ha terminado el ciclo de la primera esclusa, el agua pasa a la segunda esclusa y se repite el ciclo en esta segunda esclusa elevando el agua del depósito de elevación y así sucesivamente a la tercera y siguientes esclusas, hasta el número de esclusas o estaciones de generación que haya en la instalación.
Sólo resta señalar por último que la instalación es escalable y puede multiplicarse y distribuirse en planta de forma perimetral, ya sea radial, en forma de estrella, o con cualquier otra distribución alrededor de una piscina superior central o común, en orden a maximizar el número de estaciones de generación que participen en la misma, distribuidas en diferentes cascadas alimentadas de la misma piscina superior central o común, pudiendo conformar diferentes formas en función de la orografía o de las necesidades de la instalación.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1a.- Instalación para la transformación de energía, caracterizada porque está constituida a partir de una piscina superior central o común (1) situada en la cota más alta de la instalación, que se alimenta de agua a través de un circuito cerrado de tuberías (13-13’) asistido por un equipo de bombeo (14), piscina superior central o común (1) junto a la que se establecen una serie estaciones de generación (12) dispuestas en cascada, de forma escalonada en altura, que se conectan hidráulicamente en serie y cerrando el circuito hidráulico, estaciones de generación (12) en las que participa una esclusa (2) alimentada por la piscina superior central o común (1) o por la estación de generación inmediatamente situada por encima de ésta, esclusa (2) en la que se establece una plataforma flotante (3) desplazable verticalmente por flotación a través de un sistema de guiado (6), y que cuenta con un émbolo (11) desplazable verticalmente en el seno de un depósito de elevación (4) que se comunica superiormente con un tubo vertical (5) que discurre a través de una estructura de soporte (16) y que se remata superiormente en un depósito nodriza (7) receptor del agua elevada por flotación de la plataforma flotante (3), depósito nodriza (7) junto al que se dispone un equipo generador de energía eléctrica, tal como una turbina o similar, accionado mediante una polea (8), desplazable angularmente mediante dos depósitos móviles (9-10) vinculados entre sí a modo de contrapesos por un cable o elemento equivalente, depósitos móviles que cuentan con medios para su llenado selectivo desde el depósito nodriza (7), y vaciado de éstos en el depósito de elevación (4).
    2a.- Instalación para la transformación de energía, según reivindicación 1a, caracterizada porque presenta una distribución en planta en la que la piscina superior central o común (1) se dispone centradamente, y perimetralmente a ésta, y se pueden distribuir en múltiples alineaciones de cascadas en diferentes direcciones, pudiendo conformar diferentes formas en función de la orografía o de las necesidades de la instalación.
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