MX2009000329A - Convertidor de energia de oleaje. - Google Patents

Abstract

Se describe un aparato 44 convertidor de energía de oleaje, y su sistema 50 de anclaje por tensión asociado. El aparato 44 convertidor de energía de oleaje comprende una estructura 45 soportadora alargada, diseñada para extenderse por encima de un nivel medio de agua en el océano. La estructura soportadora 45 tiene un miembro sumergido 46, provisto en conexión con ella, por debajo del nivel medio del agua. Un miembro flotador 48 de flotabilidad positiva, está montado deslizablemente sobre la estructura soportado 45, a fin de que se pueda mover en una dirección vertical. El aparato 44 comprende también un generador eléctrico lineal 49 que tiene un estator provisto en conexión con la estructura soportadora 45, y un translador integrado en el cuerpo del miembro flotador 48. El movimiento diferencial del miembro flotador 48 con respecto a la estructura soportadora 45 da por resultado la generación de energía eléctrica por el generador eléctrico lineal 49. El sistema de anclaje por tensión 50 comprende un cable 51 que se extiende desde un medio de lastre 52 hasta un miembro 53 de contrapeso, adaptado para ser suspendido desde el miembro sumergido 46, a través de un mecanismo de polea 54. El sistema 50 de anclaje por tensión permite que el aparato 44 sea "sintonizado" con las condiciones oceánicas prevalentes.

Description

CONVERTIDOR DE ENERGÍA DE OLEAJE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a convertidores de energía de oleaje para convertir la energía de las olas del océano a energía eléctrica y, en particular, aunque no de manera exclusiva, se refiere a dichos convertidores de energía de oleaje, que funcionan sobre los principios de flotabilidad, de presiones hidrodinámicas y de oscilación. La invención se refiere con mayor particularidad a un sistema de anclaje por tensión para un convertidor de energía de oleaj e .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Al comienzo del tercer milenio está incrementándose la preocupación pública en todo el mundo acerca de la sustentabilidad . A medida que el público se da cuenta de que los combustibles fósiles son un recurso energético finito, se ha vuelto más urgente la búsqueda de fuentes renovables de energía limpia. El calentamiento global y el cambio del clima han enfocado la atención sobre la necesidad de reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Una de las fuentes de energía renovables más promisorias es la energía de las olas. Se estima que el potencial de energía en todo el mundo desarrollado por las olas es de 2 teravatios, que equivalen a un recurso mundial de alrededor de 2000 TWh por año, suficiente para muchos de los requisitos de energía eléctrica del mundo. Si bien ha habido el deseo de dominar la energía de las olas durante cientos de años, los intentos anteriores han encontrado éxito limitado. Los éxitos han sido a escala pequeña, del orden de decenas a cientos de kilovatios, en lugar de los cientos de megavatios necesarios. Una de las principales dificultades en el pasado ha sido el diseño de una unidad que sea suficientemente robusta para resistir la enorme fuerza que poseen las olas del océano. En condiciones tormentosas, la energía de las olas puede ser masiva, lo que provocaría la destrucción de muchos de los sistemas basados en tierra o en la costa, de la técnica anterior. El enfoque típico de la técnica anterior para extraer la energía de las olas ha sido usar una turbina o un sistema hidráulico. Ha habido algunos intentos de usar un generador rotatorio accionado directamente, así como un generador lineal accionado directamente. Sin embargo, las unidades más comunes de extracción de energía de la técnica anterior son columnas de agua oscilantes y generadores rotatorios hidráulicos enlazados. Éstos son usados típicamente en instalaciones cerca de la costa, en la costa o en aguas poco profundas. Otra desventaja principal de dichos sistemas de la técnica anterior es la necesidad de estar cerca de la costa, donde la pérdida de energía para las olas en la línea del litoral es elevada debido a pérdidas fricciónales, por lo que se pierde la mayor parte de la energía de las olas que se encuentran presentes en el agua "profunda" . Se desarrolló la presente invención con vistas a proveer un sistema de anclaje por tensión y un convertidor de energía del oleaje, que pudiera ser usado cerca de la costa o mar adentro, para extraer una cantidad máxima de la energía de las olas del océano. Se dan referencias a la técnica anterior en esta memoria descriptiva únicamente para fines ilustrativos, y no se deben tomar como una admisión de que la técnica anterior es parte del conocimiento general común en Australia ni en ninguna otra parte.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la presente invención se provee un sistema de anclaje por tensión para un aparato que convierte la energía de las olas del océano a una forma más utilizable; teniendo el aparato una estructura con un miembro sumergido, provisto en conexión con él, debajo del nivel medio del agua; comprendiendo el sistema de anclaje: un miembro flexible, alargado, que se extiende desde un medio de lastre a un medio de equilibrio, adaptado para ser suspendido desde el miembro sumergido por medio de un mecanismo de polea; y medios atenuadores, para aplicar una acción atenuadora al movimiento del miembro sumergido; aplicando los medios atenuadores la acción atenuadora al miembro flexible alargado, por medio del mecanismo de polea. De preferencia los medios de equilibrio comprenden una embarcación que tiene una masa provista en relación con ellos, para proveer una fuerza de equilibrio opuesta, aplicada al miembro sumergido a través del miembro flexible alargado . De preferencia, los medios de equilibrio comprenden una embarcación de flotación ajustable, que tiene una masa provista en relación con ellos; donde la flotación de los medios de equilibrio se puede ajustar para hacer variar la fuerza de flotación aplicada al miembro sumergido por medio del miembro flexible alargado. De preferencia se puede ajustar la flotación de los medios de equilibrio bombeando aire hacia la embarcación de flotación por medio de una manguera de aire. Ventajosamente el sistema de anclaje comprende adicionalmente un portador de anclaje, y el miembro sumergido de la estructura está adaptado para atracar con el portador de anclaje. De preferencia el miembro sumergido está asegurado al portador de anclaje mediante un mecanismo asegurador. De preferencia los medios atenuadores y el mecanismo de polea están alojados en el portador de anclaje. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención se provee un aparato para convertir la energía del oleaje del océano a una forma más utilizable; comprendiendo el aparato: una estructura soportadora alargada, diseñada para extenderse por encima de un nivel medio de agua, que tiene un miembro sumergido, provisto en relación con ella, debajo del nivel medio de agua, y un medio de flotación, para permitir que la estructura soportadora flote en el océano, en una orientación generalmente vertical; un miembro flotador, de flotabilidad positiva, montado deslizablemente en la estructura soportadora, de manera que se pueda mover en una dirección vertical; estando provisto el miembro flotador de una superficie de plano hidrodinámico adaptada para convertir un componente horizontal del movimiento del oleaje a un movimiento vertical del miembro flotador; incrementando de esa manera la capacidad extractora de energía del miembro flotador; y medios de extracción de energía provistos en relación con la estructura soportadora y el miembro flotador, de manera que cuando el movimiento de las olas provoque un movimiento diferencial adecuado entre el miembro flotador y la estructura soportadora, dichos medios de extracción de energía conviertan la energía incidente a una forma más utilizable . Típicamente, el miembro flotador tiene una sección transversal horizontal alargada, con un extremo frontal y un extremo posterior; estando adaptado el extremo frontal para orientarlo hacia la dirección general de una ola que se aproxime. De preferencia el extremo frontal está estrechado para formar una puta. De preferencia la superficie de plano hidrodinámico es uno de entre una pluralidad de superficies de plano hidrodinámico sustancialmente paralelas, que se extienden sustancialmente perpendiculares a y a lo largo de, primero y segundo lados respectivos del miembro flotador. De preferencia dichas superficies de plano hidrodinámico están inclinadas hacia abajo desde el extremo frontal al extremo posterior del miembro flotador; donde las partículas de agua de una ola son forzada hacia abajo por las superficies del plano hidrodinámico, creando fuerzas hidrodinámicas que actúan hacia arriba sobre las superficies del plano hidrodinámico, que son añadidas a una fuerza ascendente que actúa sobre el miembro flotador, debido a su flotabilidad positiva . De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee un miembro flotador mejorado en un aparato para convertir la energía del oleaje del océano a energía utilizable; comprendiendo el miembro flotador: un miembro de flotación positiva, montado deslizablemente en una estructura soportadora, de manera que se pueda mover en una dirección vertical, en respuesta al movimiento de las olas, y que tiene una superficie de plano hidrodinámico, adaptada para convertir un componente horizontal del movimiento de las olas a un movimiento vertical del miembro flotador; incrementando de esa manera la capacidad extractora de energía del miembro flotador. De preferencia, el aparato para convertir la energía del oleaje comprende adicionalmente medios de anclaje para anclar la estructura al lecho marino. En una modalidad, el miembro sumergido y el medio de flotación están adaptados para tener una flotación sustancialmente neutra durante el uso; y los medios de anclaje comprenden un amarre adaptado para prevenir que el aparato sea arrastrado por la corriente, pero que permita el seguimiento automático de las direcciones prevalentes del oleaje. En otra modalidad, los miembros sumergidos y los medios de flotación están adaptados para tener una flotabilidad sustancialmente positiva durante el uso; y dichos medios de anclaje comprenden un sistema frenador para aplicar una acción de freno a la estructura soportadora por medio de los medios de anclaje. De preferencia, dicho sistema de frenado está adaptado para incrementar la acción frenadora cuando aumenta la energía extraída por los medios de extracción de energía; de manera que el movimiento diferencial entre el miembro flotador y la estructura soportadora pueda llevarse al máximo, y optimizarse la cantidad de energía utilizable generada. Inversamente, cuando se está extrayendo poca energía o ninguna, por los medios de extracción de energía, el sistema de frenado no aplica acción frenadora y se pueden reducir al mínimo las tensiones mecánicas sobre la estructura soportadora cuando los medios de anclaje están en punto muerto. En una modalidad, los medios de anclaje comprenden un cable que se extiende desde medios de lastre hasta los medios de equilibrio, suspendidos desde la estructura soportadora por medio de un mecanismo de polea. Típicamente, el sistema de freno aplica una acción frenadora al cable por medio del mecanismo de polea. De preferencia dicho sistema de freno es activado por solenoide; siendo suministrada la energía eléctrica para el solenoide por el generador eléctrico lineal, a través de un circuito en derivación. De preferencia el sistema de frenado es controlado por computadora . En toda esta memoria descriptiva, a menos que el contexto lo exija de otra manera, se entenderá que el término "comprender" o variaciones tales como "comprende" o "que comprende" implican la inclusión de un entero señalado o de un grupo de enteros, pero no la exclusión de ningún otro entero o grupo de enteros. De igual manera se debe entender que el término "de preferencia", o las variaciones tales como "preferido" implican que es conveniente un enero señalado o un grupo de enteros, pero que no son esenciales para el funcionamiento de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Se comprenderá mejor la naturaleza de la invención a partir de la siguiente descripción detallada de varias modalidades especificas del sistema de anclaje por tensión y del convertidor de la energía del oleaje, dadas a manera de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos anexos, en los que: La figura 1 es una vista en perspectiva frontal y superior de una primera modalidad de un aparato convertidor de la energía del oleaje, de acuerdo con la presente invención . La figura 2 es una vista en perspectiva superior y frontal del aparato convertidor de la energía del oleaje, de la figura 1, con su sistema de anclaje por tensión asociado, de acuerdo con la invención. La figura 3 es un alzado frontal del aparato convertidor de la energía del oleaje de la figura 2. La figura 4 es una vista en perspectiva superior y frontal del sistema de anclaje por tensión empleado con el aparato convertidor de la energía del oleaje de la figura 1. La figura 5 es una vista en perspectiva trasera, inferior, de un portador de anclaje, incorporada en el sistema de anclaje por tensión de la figura 4. Las figuras 6a y 6b ilustran el aparato convertidor de la energía del oleaje de las figuras 1 y 3, en la cresta y el valle, respectivamente, de una ola que se aproxima. Las figuras 7a y 7b ilustran el funcionamiento del aparato convertidor de la energía del oleaje, de las figuras 1 y 2, durante las variaciones en el nivel medio del agua. La figura 8 es una vista en perspectiva superior de una segunda modalidad de un aparato convertidor de la energía del oleaje, con su sistema de anclaje por tensión asociado, de acuerdo con la invención. La figura 9 es una vista en perspectiva superior, parcialmente transparente, de los medios de equilibrio que son parte del sistema de anclaje por tensión asociado con el aparato convertidor de la energía del oleaje de la figura 8. La figura 10 es una vista en perspectiva ampliada del aparato convertidor de la energía del oleaje y del sistema de anclaje por tensión asociado, de la figura 8. La figura 11 es una vista superior en perspectiva, parcialmente transparente, de una primera modalidad de un portador de anclaje, que forma parte del sistema de anclaje por tensión asociado con el aparato convertidor de la energía del oleaje, de la figura 8. La figura 12 es una vista superior en perspectiva, parcialmente transparente, de una segunda modalidad de un portador de anclaje, que forma parte del sistema de anclaje por tensión de acuerdo con- la invención, que puede estar asociado con un aparato convertidor de la energía del oleaje. La figura 13 es una vista superior en perspectiva de una tercera modalidad de un aparato convertidor de la energía del oleaje, con su sistema de anclaje por tensión asociado, de acuerdo con la invención. La figura 14 es una vista superior en perspectiva de una cuarte modalidad de un aparato convertidor de la energía del oleaje, con su sistema de anclaje por tensión asociado, de acuerdo con la invención.

La figura 15 es una vista inferior en perspectiva de una quinta modalidad de un aparato convertidor de la energía del oleaje, con su sistema de anclaje por tensión asociado, de acuerdo con la invención; y La figura 16 es una vista superior en perspectiva de una sexta modalidad de un aparato convertidor de la energía del oleaje, con su sistema de anclaje por tensión asociado, de acuerdo con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La energía, dentro de una ola del océano, se propaga por medio de dos energías ortogonales; a saber, las energías horizontal y vertical. La energía vertical está contenida dentro del movimiento vertical de las partículas de agua que se encuentran dentro de la ola, y que se conoce como elevación, y posee la mitad de la energía disponible de la ola. La energía horizontal está contenida en el movimiento horizontal de las partículas de agua que se encuentran dentro de la ola, y se conoce como impulso, y también posee la mitad de la energía de la ola. Para que tenga lugar la extracción de la energía del oleaje, es necesario que haya absorción de energía de una o de ambas de estas energías ortogonales. El movimiento de elevación describe el movimiento en el eje de las z (o hacia arriba y hacia abajo) de la ola, y como tal, tiene una correlación muy elevada con la energía vertical que hay dentro de una ola. La condición amigable de la elevación con la altura de la ola la hace un medio popular y potencialmente eficiente para extraer la energía vertical de una ola. La extracción de la energía vertical en una ola puede ser implementada en un convertidor de energía del oleaje (WEC) , usando un solo cuerpo de elevación o dos cuerpos de elevación. Un solo cuerpo de elevación utiliza una masa flotante en la parte superior de la superficie del agua, para extraer la energía vertical de una ola. A fin de extraer la energía hay necesidad de que haya un movimiento diferencial, generalmente en el caso de un solo cuerpo de elevación, el segundo marco de referencia es el lecho del océano. Al utiliza el lecho del océano como marco de referencia, es posible obtener la máxima cantidad de movimiento relativo y, como resultado, la máxima cantidad de energía extraída en una escala de frecuencias tan amplia como sea posible. Se puede obtener la implementación de un solo cuerpo de elevación a través de dos configuraciones básicas. La primera es como una boya que flota encima del agua, con una conexión que enlaza la boya a su marco de referencia; entonces la boya se moverá con las olas en la superficie del océano, produciendo el movimiento diferencial con respecto al marco de referencia. La segunda configuración utiliza una estructura fijada al lecho del océano; esta estructura está localizada ya sea por debajo o por encima del nivel medio del agua, y tendrá una boya conectada a ella; entonces, esta boya oscilará con las olas en la superficie del agua, lo que producirá un movimiento diferencial contra el marco de referencia fijo. En un diseño de doble cuerpo de elevación, se usa el movimiento diferencial entre dos cuerpos que oscilan para generar energía, en oposición al movimiento relativo de un cuerpo con relación a un punto de referencia fijo, como en un diseño de un solo cuerpo de elevación. Sin embargo, un análisis de la eficiencia del diseño de doble cuerpo de elevación, como un sistema de oscilación, en un rango de frecuencias típico de las olas del océano, indica que un diseño de doble cuerpo de elevación no es práctico para cualquier extracción seria de la energía de las olas. Esto está confirmado por el hecho de que no hay instalaciones comerciales que usen este tipo de movimiento diferencial. Las versiones comerciales existentes de un uso de boya de elevación utilizan diversas implementaciones de un solo cuerpo oscilante. El otro aspecto del movimiento del oleaje, pertinente para la presente invención, es el del impulso. Tal como se mencionó con anterioridad, el impulso es el movimiento a lo largo del eje de las x, y es muy adecuado para la extracción de energía de la energía horizontal de una ola. Un cuerpo impulsor es capaz de extraer la mitad de la energía de la ola, es decir, el componente horizontal de energía de una ola. Combinando la elevación y el impulso, teóricamente es posible extraer el 100 por ciento de la energía del oleaje del océano. Claramente hay un beneficio gigantesco al utilizar medios capaces de extraer la energía de estos dos vectores. En realidad, esto sólo puede ser alcanzado en teoría, ya que otros factores, tales como la no linealidad de las olas, el oleaje multidireccional y otras variables incluyen en el movimiento del cuerpo. Las modalidades preferidas de la presente invención buscan típicamente aprovechar tanto la elevación como el impulso, a fin de obtener una extracción óptima de la energía del oleaje. Ventajosamente, el WEC de la invención emplea una aleta hidrodinámica o plano hidrodinámico para acceder a la energía horizontal en una ola del océano. Se puede usar un plano hidrodinámico para desviar la masa de agua que se desplaza en la ola y, de esa manera, producir una fuerza neta en alguna dirección. Las modalidades preferidas del EC de la presente invención emplean típicamente un diseño de cuerpo de elevación y de impulso que utiliza grados múltiples de libertad para extraer la energía de las olas del océano que se desplazan. El WEC convierte estos movimientos de elevación y de impulso de las partículas de agua en fuerzas verticales que, a su vez, mueven el trasladador de un generador eléctrico lineal en un movimiento diferencial con su estator. El generador eléctrico lineal convierte este movimiento diferencia a una diferencia de potencial inducida, que se puede aplicar a una carga, permitiendo de esa manera que se efectúe un trabajo útil con la energía caótica de un oleaje del océano. En las modalidades preferidas del WEC de la presente invención la respuesta a la elevación no solamente se usa para convertir la energía que existe dentro de una ola. En la presente invención, también se puede usar la respuesta a la elevación para "sintonizar" o "afinar" las frecuencias de operación, de tal manera que las frecuencias por debajo de su frecuencia afinada experimenten una atenuación mínima. Un sistema de anclaje por tensión, de acuerdo con la invención, es empleado en asociación con el WEC para obtener esta capacidad de afinación. Dicho uso novedoso de la elevación aumenta la posibilidad de sobrevivencia del WEC sin sacrificar la eficiencia de la extracción de energía. Este enfoque es diferente del de los dispositivos de la técnica anterior, que únicamente usan la respuesta a la elevación del cuerpo o de los cuerpos para generar su energía. Por claridad, una respuesta a la elevación es la oscilación vertical experimentada por un cuerpo en respuesta a la elevación de una ola. Una respuesta a la elevación es un artefacto únicamente de flotabilidad y masa. Una modalidad posible del sistema de anclaje por tensión, de acuerdo con la invención, también puede ser usado por sí mismo para extraer energía de la elevación de una ola, tal como se describe con mayor detalle más adelante. Un diseño preferido del EC es aquel que tiene únicamente un miembro movible (o de trabajo) ; ese miembro está localizado por encima del nivel medio del agua dentro de lo que se denomina comúnmente la zona de chapoteo. El sistema es un sistema oscilatorio que utiliza las fuerzas derivadas de la elevación y el impulso de las partículas de agua que están dentro de la ola. Esas fuerzas son usadas luego para impulsar hacia abajo la estructura parcialmente sumergida, mientras que el flotador se impulsa hacia arriba. Un sistema de anclaje por tensión de preferencia está asociado con el WEC para tensar la estructura sumergida con relación al lecho del océano. El movimiento opuesto de los dos cuerpos asegura la cantidad máxima de movimiento diferencia y, por consiguiente, la cantidad máxima de energía extraída de la ola. Una primera modalidad del aparato 10 convertidor de energía de la presente invención está ilustrada en las figuras 1 a 7 de los dibujos anexos; comprende una estructura 12 soportadora alargada, diseñada para extenderse por encima de un nivel medio de agua en el océano. El aparato 10 usa las fuerzas de elevación, de impulso, la flotabilidad y las fuerzas hidrodinámicas, para extender la máxima extracción teórica de energía del 50 por ciento de un solo cuerpo de elevación al 100 por ciento. La estructura soportadora 12 tiene la forma de un marco o bastidor que tiene un miembro sumergido 14, provisto en conexión con ella, por debajo del nivel medio del agua. La estructura soportadora 12 también está provista de medios de flotación para permitir que la estructura soportadora flote en el océano, en una orientación generalmente vertical. En la modalidad ilustrada el medio flotador tiene la forma de un tanque de flotación 16, provisto dentro del miembro sumergido 14, como se describirá con mayor detalle más adelante. En esta modalidad, el tanque de flotación 16 está normalmente lleno con suficiente aire para dar al miembro sumergido 14 una flotabilidad total positiva. Por lo tanto, se hará referencia a ello en esta modalidad como un miembro 14 sumergido, de flotación positiva (PBSM) . La flotabilidad del PBSM 14 se extiende más allá del nivel medio del agua, de manera que si se elevara el nivel del agua, también se incrementaría la fuerza de flotación asociada. En una modalidad alternativa, el miembro sumergido 14 está lleno con suficiente aire para garantizar que el miembro sumergido tenga una masa total igual a la masa del agua que desplaza; es decir, que tenga una flotabilidad neutra . El aparato 10 comprende adicionalmente un miembro flotador 18, de flotabilidad positiva, montado deslizablemente en la estructura soportadora 12, de manera que se pueda mover en un generador eléctrico 20 lineal, vertical, que tiene un estator 22 provisto en conexión con la estructura soportadora 12, y un trasladador 24 provisto en conexión con el miembro flotador 18. El estator 22 de esta modalidad es de construcción plana, alargada, y se extiende verticalmente a lo largo de un plano central de la estructura soportadora 12, desde el miembro sumergido, de flotación positiva (PBSM) 14, por debajo del nivel medio del agua, a una posición por encima del nivel medio del agua. En esta modalidad, el trasladador 24 está integrado en el cuerpo del miembro flotador 18, como se describirá con mayor detalle más adelante. La energía eléctrica generada por el generador eléctrico lineal 20 es derivada a través de un terminal de energía eléctrica 26, provisto en el extremo superior del estator 22, puede ser llevada a la costa por medio de un cable subacuático adecuado (no mostrado) o mediante transmisión inalámbrica (microondas ) . El miembro flotador 18 del PBSM 14 es un miembro de flotación y tiene una densidad equivalente a la mitad del agua que desplaza. Típicamente también tiene un volumen menor que, o igual a, el volumen del miembro sumergido 14. La combinación de estos dos parámetros hace que la masa del miembro de flotación 18 sea menor que o igual a la mitad de la masa del PBSM 14. La flotabilidad del PBSM 14 provee una fuerza de oposición suficiente para contrarrestar la fuerza descendente producida por el generador 20 eléctrico lineal, en su carrera de retorno hacia abajo. El miembro flotador 18 es libre para moverse verticalmente a lo largo del estator 22 por medio de guías de baja fricción. Esas guías de baja fricción pueden estar implementadas típicamente como un cojinete sellado, rodeado por un manguito de plástico o de hule (no visible) situado en el miembro flotador 18, con un canal o guia correspondiente situado en el estator 22. Otras configuraciones posibles para las guias de baja fricción serán evidentes para las personas con experiencia en la materia. Cuando el movimiento de la ola provoca un movimiento diferencial adecuado entre el miembro flotador 18 y la estructura soportadora 12, el trasladador 24 es trasladado con relación al estator 22, y el generador eléctrico lineal 20 genera energía eléctrica. De preferencia se provee el miembro flotador 18 de una superficie 30 de aleta hidrodinámica / plano hidrodinámico, adaptada para convertir un componente horizontal del movimiento de la ola, a un movimiento vertical del miembro flotador 18; acrecentando de esa manera la capacidad de extracción de energía del miembro flotador 18. El miembro flotador 18 tiene una sección transversal horizontal alargada, con un extremo frontal 32 y un extremo posterior 34; estando adaptado el extremo frontal 32 para mirar en la dirección general de una ola que se aproxime. El extremo frontal 32 está estrechado a una punta en forma de V. De preferencia la superficie 30 del plano hidrodinámico es una de entre una pluralidad de superficies 30 de plano hidrodinámico, sustancialmente paralelas, que se extienden perpendicularmente a, y a lo largo de primero y segundo lados, respectivos, del miembro flotador 18. Las superficies 30 del plano hidrodinámico están inclinadas hacia abajo, desde el extremo frontal 32 al extremo posterior 34 del miembro flotador 18. Esta configuración asegura que las partículas de agua de una ola que se aproxime sean forzadas hacia abajo por las superficies 30 del hidroplano, creando fuerzas hidrodinámicas que actúan hacia arriba sobre las superficies 30 del plano hidrodinámico, que se añaden a una fuerza ascendente que actúa sobre el miembro flotador, debido a su flotabilidad. El PBSM 14 también tiene una sección transversal horizontal alargada, con un extremo frontal 36 y un extremo posterior 38; estando adaptado el extremo frontal 36 para mirar hacia la dirección general de una ola que se aproxima. El extremo frontal 36 está estrechado a una punta en forma de V y el BSM 14 tiene un casco en forma de V, parecido a una lancha, como se puede ver muy claramente en la figura 1. De preferencia, el PBSM 14 tiene una superficie superior 40 sustancialmente plana, que está inclinada hacia arriba desde el extremo frontal 36 hacia el extremo posterior 38 del miembro sumergido; donde las partículas de agua que se encuentran en una ola que se aproxima desde el frente, son forzadas hacia arriba por la superficie superior plana 40, lo que crea una fuerza descendente que actúa sobre el PBSM 14. El PBSM 14 está diseñado de manera que la resistencia al movimiento descendente del miembro se reduzca al mínimo, en la medida de lo posible. Por otra parte, el movimiento ascendente del PBSM 14 (y por consiguiente, de toda la estructura soportadora 12) es impedido mediante el uso de fuerzas hidrodinámicas derivadas de la fuerza viscosa de la superficie superior plana 40 que se mueve en una dirección ascendente y la fuerza de amarre del sistema de anclaje por tensión. Cuando las partículas de agua que se encuentran en la cresta de una ola encuentran el miembro flotador 18, son forzadas hacia abajo por las superficies 30 del plano hidrodinámico. Esto produce una fuerza ascendente sobre el miembro flotador 18. Por otra parte, cuando las partículas de agua encuentran el PBSM 14, son orzadas hacia arriba por la superficie superior inclinada 40. Esto produce una fuerza descendente sobre el PBSM 14. Por consiguiente, cuando una ola encuentra el aparato 10, habrá una fuerza ascendente que actúa sobre el miembro flotador 18 y una fuerza descendente que actúa sobre el PBSM 14, debidas al movimiento horizontal de la ola. La fuerza descendente aplicada al PBSM 14 tendrá la oposición del atenuador provisto por el generador eléctrico lineal 20. El resultado de la fuerza ascendente aplicada al miembro flotador 18 a través de sus plano hidrodinámicos 30 y de la flotabilidad, es un movimiento ascendente del trasladador 24 del generador eléctrico lineal 20. Por medio de la interacción de estas fuerzas de flotación e hidrodinámicas, es posible elevar al máximo el movimiento diferencial entre el miembro flotador 18 y la estructura soportadora 12, a fin de llevar al punto óptimo la energía extraída de la ola por el aparato 10. Para contrarrestar la fuerza de flotación ascendente sobre el PBSM 14, se ha inventado un sistema de anclaje por tensión novedoso, del cual está ilustrada una modalidad preferida, en la forma del medio de anclaje 60, en las figuras 4 y 5. El sistema 60 comprende un lastre 62 para anclar el dispositivo y un medio equilibrador 64 para contrarrestar el exceso de flotabilidad del PBSM 14. El lastre 62 y el medio de equilibrio 64 están conectados por medio de una cadena o un cable 66, que pasa a través de un mecanismo de polea 68, localizado en la parte inferior del PBSM 14 (ver la figura 5) . Un medio atenuador, que tiene la forma de un sistema de frenado mecánico 70, está provisto en conexión con el mecanismo de polea 68, si bien se puede utilizar algún otro medio atenuador, tal como un atenuador eléctrico o hidráulico o neumático. El sistema de frenado aplica una acción frenadora o atenuadora al cable, por medio del mecanismo de polea 68. El sistema de frenado 70 aplica efectivamente una acción de frenado al PBSM 14 y, por lo tanto, a la estructura soportadora 12 del aparato 10, por medio del medio de anclaje 60. El sistema de frenado 70 es activado típicamente por solenoide; suministrándose la energía eléctrica para el solenoide (no mostrado) por medio del generador eléctrico lineal 20, por intermedio de un circuito de derivación. Por lo tanto, el sistema de frenado 70 no se acoplará si no se está produciendo electricidad. La proporción de frenado dependerá de la cantidad de corriente que se está produciendo. Si se está satisfaciendo una demanda pequeña de energía, o la frecuencia del oleaje está fuera de los parámetros de funcionamiento del generador eléctrico lineal 20, entonces el sistema de frenado 70 estará desconectado. Sin embargo, a medida que la energía producida se incrementa, también lo hará el frenado, elevando así al máximo el movimiento diferencial entre los dos miembros y optimizando la cantidad de energía producida. De preferencia el sistema de frenado es controlado por computadora. La figura 6 ilustra la operación del sistema de frenado 70. Cuando una ola de la frecuencia deseada pasa a través del aparato 10, el miembro flotador 18 se moverá hacia arriba debido a su flotabilidad positiva, y las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre las superficies 30 del plano hidrodinámico (figura 6a) . En este modo de extraer energía del oleaje, el generador eléctrico lineal 20 está produciendo energía eléctrica y esto dará por resultado la aplicación de una acción frenadora con el sistema 70 de frenado al cable 66 del medio de anclaje 60. Por consiguiente, el medio de equilibrio 64 no se moverá y el PBSM 14 permanecerá estacionario. Por otra parte, cuando el miembro flotador 18 regresa a su posición descendida, como se muestra en la figura 6b, produce energía eléctrica, debido a la flotabilidad excesiva del PBSM 14 mantenido en su posición por el sistema de frenado 70. Cuando el sistema de frenado 70 está desconectado, el medio equilibrador 64 es capaz de moverse libremente hacia arriba o hacia abajo sobre el cable 66. Por medio de este simple sistema de control es posible implementar un medio efectivo y adaptable para controlar el movimiento del PBSM 14. Al acoplar el sistema de frenado 70 únicamente cuando se está produciendo energía, se obtendrá una disminución general en la tensión innecesaria sobre el sistema durante los tiempos en que no se está produciendo energía. El sistema de frenado 70 puede tener un interruptor de contactos (no visible) situado en la parte superior del PBSM 14, que estará abierto si el miembro flotador 18 se mueve en la extensión de su movimiento permisible. Una vez que se abre el interruptor, se abrirá la derivación al solenoide, permitiendo de esa manera que el PBSM 14 se eleve en altitud y alivie la tensión ascendente provista por el miembro flotador 18. Este ajuste de altitud continuará hasta el momento en que se obtenga el equilibrio. El medio de anclaje 60 está diseñado para ser un sistema de ajuste totalmente automático, que mantendrá el nivel medio del agua del aparato 10 a un nivel consistente.

Si el aparato 10 se mueve fuera de la distancia más corta entre el lastre y el PBS , entrará en juego una fuerza de corrección que regresará el sistema a la distancia más corta entre los dos puntos. Esa fuerza de corrección será una fuerza totalmente automática, debida a la fuerza de gravedad. El sistema de control automático del aparato 10 es de tal naturaleza, que todas las frecuencias de oleaje fuera de la escala de operación previamente definida, serán dejadas pasar por la estructura soportadora 12, y no sólo por el miembro flotador 18. Este enfoque permitirá que el sistema se calibre automáticamente a si mismo para el nivel medio de agua prevalente; permitiéndole que se ajuste a las fluctuaciones de las mareas, los incrementos bruscos de las tormentas y otros fenómenos de baja frecuencia, que si no estuvieran planificados podrían conducir a la destrucción del convertidor de la energía del oleaje. La figura 7 ilustra esta calibración automática del aparato 10 al nivel medio del agua. En este caso, la frecuencia del oleaje está fuera de la escala de operación previamente definida del aparato 10 y, por consiguiente, el miembro flotador 18 permanece esencialmente estacionario con relación al PBSM 14, independientemente del nivel del agua y no hay un movimiento diferencial para producir energía eléctrica por medio del generador eléctrico lineal 20. Por lo tanto, el sistema de frenado 70 permanece inactivo y el sistema de anclaje 60 está en punto muerto El medio de equilibrio 64 se mueve hacia arriba y hacia abajo con los cambios en el nivel medio del agua, tal como se muestra en las figuras 7a y 7b, respectivamente. En esta modalidad, se implementa el medio de anclaje en la forma de un portador de anclaje 72, en el que el PBSM 14 de la estructura soportadora 12 está adaptada para atracar en el uso. La figura 5 ilustra una modalidad preferida del portador de anclaje 72. El PBSM 14 está asegurado en el portador 72 de anclaje por medio de un mecanismo asegurador adecuado, que puede asegurar automáticamente el PBSM 14 cuando atraca en el portador de anclaje 72. En la modalidad ilustrada, el PBSM 14 es asegurado manualmente al portador de anclaje 72 por medio de pernos aseguradores 74. El sistema de frenado 70 y el mecanismo de polea 68 de preferencia están alojados en el portador 72. Todos los componentes requeridos para implementar el aparato convertidor de energía de esta modalidad pueden ser alojados en el portador de anclaje 72. El portador de anclaje 72 de preferencia tiene su propio tanque de flotación 76 (no visible, que puede ser llenado o evacuado con aire comprimido, cuando se requiera subir o bajar el portador 72 en el agua durante las situaciones de atraque, mantenimiento u operación. El medio de equilibrio 64 de los medios de anclaje 60 será esencialmente una masa, aun cuando se pretende que el equilibrador no sea una masa completamente inerte. De preferencia el medio de equilibrio 64 comprende una sustancia más densa que el agua (por ejemplo, concreto) y una cámara de aire interna (no visible) . La cámara de aire está diseñada de manera que, cuando se llene, provea suficiente flotabilidad para levantar el medio de equilibrio 64 a la superficie del agua. Cuando se llena con agua la cámara de aire, aumentará masa adicional al sistema, incrementando de esa manera el funcionamiento del sistema para frecuencias más bajas. Otro aspecto del medio de equilibrio 63 es su capacidad para volver a llenar la cámara interna con aire, ya sea remotamente y/o directamente. Cuando se vuelve a llenar la cámara de aire, el medio de equilibrio ascenderá a la superficie del agua, de una manera tal, que el portador 72 se localice en la parte superior del medio de equilibrio 64, lo que permite que se efectúe una extracción o un mantenimiento en el PBSM 14. Un segundo uso del medio de equilibrio 64 es como un sistema de funcionamiento automático. El funcionamiento del sistema será tal, que se fijará el medio de anclaje 60, que incluye el lastre 62 y el medio de equilibrio 64. El medio de equilibrio 64 será dejado en su estado flotante hasta el momento en que el aparato 10 esté listo para ser puesto en funcionamiento. Cuando el aparato 10 va a ser puesto en funcionamiento, se fijará al portador expuesto 72, después de lo cual se llenará con agua el medio de equilibrio 64, fijando automáticamente el aparato 10 en su posición correcta de trabajo, sin necesidad de buzos ni de equipo altamente especializado. Esta manera novedosa de poner en funcionamiento el aparato 10 ayudará a mantener al mínimo los costos de la puesta en funcionamiento, el retiro de funcionamiento, las reparaciones y el mantenimiento. Una configuración alternativa es para que el medio de equilibrio 64 sea construido únicamente de material más denso que el agua (tal como concreto, y que el portador 72 sea la cámara flotante ajustable, usada para subir y bajar el medio de equilibrio 64. El generador eléctrico lineal 20 usado por el aparato 10 está diseñado para proveer la respuesta óptima a la frecuencia y la fuerza electromotriz (EMF) para permitir que se extraiga la mayor cantidad de energía del oleaje del océano. Esta optimización se obtiene igualando los parámetros de funcionamiento del generador eléctrico lineal 20 con los requerimientos de atenuación del sistema mecánico, de tal manera que se obtenga la atenuación crítica del sistema oscilante cuando el sistema se encuentra bajo carga completa . El generador eléctrico lineal 20 dentro del aparato 10 es de tal tipo que el estator 22 es parte de un sistema de cuerpo oscilante, que se encuentra en un marco de referencia predominantemente estacionario, mientras que el trasladador 24 está conectado al marco de referencia predominantemente movible. En la modalidad ilustrada, el estator 22 está conectado al miembro sumergido 14, mientras que el trasladador 24 está conectado al miembro flotador 18. En realidad, estas dos partes se estarán moviendo, aunque para seguir las convenciones de designación populares, los términos "estator" y "trasladador" se usarán para referirse a las estructuras predefinidas del WEC. Como los movimientos del estator 22 y del trasladador 24 son subjetivos, las localizaciones del alambre de cobre, los imanes y el material magnético permeable también pueden estar localizados ya sea en el estator o en el trasladador. La ubicación de estos materiales dependerá de los requerimientos específicos y de los criterios de diseño de la implementación del aparato. El aparato 10 convertidor de la energía del oleaje está configurado de tal manera que pueda ser remolcado fácilmente por una embarcación, lo que le permite ser puesto en funcionamiento fácil y rápidamente. El casco en forma de V del PBSM 14 facilita el remolque efectivo del aparato 10 convertidor de la energía del oleaje. Para poner en funcionamiento o sacar de funcionamiento el aparato 10, se aplica aire a alta presión a una válvula 42, localizada sobre el nivel medio del agua. En la modalidad ilustrada, la válvula 42 está localizada en el extremo superior del estator 22, y está conectada a un pasaje para fluido (no visible) que se extiende hacia abajo a través del estator 22, hasta el tanque de flotación 16 en el cuerpo del PBSM 14. El aire a alta presión, bombeado hacia el tanque de flotación 16 a través de la válvula 42 y por medio de un pasaje para fluido, expulsa el agua de lastre de dentro del tanque de flotación 16, a través del otro pasaje para fluido, provocando de esa manera que el PBSM 14 se eleve por encima del nivel medio del agua. Cuando el miembro de flotación 14 está por encima del nivel medio del agua, se detendrá la producción de energía y toda la estructura soportadora 12 se comportará como una embarcación, permitiendo de esa manera el transporte fácil del aparato 10. Cuando se pone en funcionamiento el aparato 10, se libera cualquier exceso de flotabilidad del miembro de flotación 14, mediante el proceso de inversión, por lo que la estructura soportadora 12 se vuelve a sumergir y se vuelve a emprender la producción de energía. Este tipo de despliegue y recuperación rápidas ayuda a mantener al mínimo el costo de la puesta en funcionamiento, las reparaciones y el mantenimiento, y al mismo tiempo, asegura un suministro de energía muy confiable. Otro aspecto ventajoso del aparato 10 es que puede ser diseñado para que responda, en cuanto a la generación de energía eléctrica, a un rango especifico de frecuencias de las olas. En la modalidad ilustrada, la longitud horizontal del aparato 10 es aproximadamente cinco metros, lo que corresponde a la cuarta parte de la longitud de onda de una longitud de onda de 20 metros en las olas del océano. Este aspecto es particularmente útil cuando se aplica al océano, ya que la energía disponible dentro de las olas del océano aumenta conforme se hace menor la frecuencia. En el pasado, muchos convertidores de energía del oleaje se han perdido durante condiciones de tormenta, debido a la exposición a excesivas densidades de energía de las olas. Con la posibilidad de sintonización a la frecuencia, del aparato 10, es posible extraer energía de las frecuencias previamente definidas únicamente, mientras que se deja simplemente que las olas de densidad destructora, de alta energía, pasen sin atenuación. Las consecuencias para la sobrevivencia del aparato 10 son importantes, sin mencionar el beneficio de que se puede producir energía cuando otros convertidores de energía del oleaje tendrían que ser puestos fuera de servicio para garantizar su sobrevivencia. Se puede construir el aparato 10 convertidor de la energía del oleaje, como una unidad modular, y puede ser uno de entre una pluralidad de dichas unidades modulares, que estén conectadas entre sí como una formación productora de energía o matriz productora de energía, que convierte la energía del oleaje. En la modalidad ilustrada, el marco de la estructura soportadora 12 es de configuración sustancialmente rectangular. Esta forma facilita la interconexión de una pluralidad de las unidades modulares, una al lado de la otra, en dos direcciones ortogonales.

Las figuras 8 a 11 ilustran una segunda modalidad de un aparato 44 convertidor de la energía del oleaje, y su sistema 50 de anclaje por tensión, asociado, de acuerdo con la invención. El aparato 44 convertidor de la energía del oleaje comprende una estructura soportadora alargada 45, diseñada para extenderse por encima de un nivel medio de agua, en el océano. La estructura soportadora 45 tiene la forma de una columna orientada verticalmente , que tiene un miembro sumergido 46, provisto en relación con ella, debajo del nivel medio del agua. La estructura soportadora 45 de esta modalidad también está provista de un medio de flotación para permitir que la estructura soportadora flote en el océano, en una orientación generalmente vertical. En la modalidad ilustrada, el medio de flotación tiene la forma de un tanque de flotación 47 (no visible) provisto dentro del miembro sumergido 46. Como en la modalidad previa, el tanque de flotación 47 está lleno normalmente de suficiente aire para dar al miembro sumergido 46 una flotabilidad general positiva . El aparato 44 comprende adicionalmente un miembro de flotación 48, de flotabilidad positiva, montado deslizablemente sobre la estructura soportadora 45, de manera que sea movible en una dirección vertical. En esta modalidad, el miembro flotador 48 tiene una configuración esférica y está montado deslizablemente en la columna vertical de la estructura soportadora 45. El aparato 44 también comprende un generador eléctrico lineal 49, que tiene un estator provisto en conexión con la columna vertical de la estructura soportadora 45, y un trasladador integrado en el cuerpo del miembro de flotación 48. La operación del aparato 44 convertidor de la energía del oleaje, de esta modalidad, para convertir la energía de las olas del océano a energía eléctrica, es similar a la de la primera modalidad 10, y no se describirá nuevamente con detalle aquí. Las propiedades hidrodinámica y de flotación del miembro flotador 48 esférico, producirán un movimiento diferencial del trasladador del generador eléctrico lineal 49 con respecto al estator, como en la modalidad previa. Ventajosamente, la superficie superior del miembro sumergido 46 es de configuración sustancialmente hemisférica, a fin de que actúe como una superficie deflectora para el agua (no diferente de la superficie superior 40 de la primera modalidad) , para acrecentar adicionalmente este movimiento diferencial. El sistema de anclaje por tensión 50 de esta modalidad comprende un miembro flexible alargado en forma de un cable 51, que se extiende desde un medio de lastre 52 hasta un medio de equilibrio 53, adaptado para ser suspendido desde el miembro sumergido 46, por medio de un mecanismo de polea 54. El medio de lastre 52 puede adoptar la forma de un bloque grande de concreto o, alternativamente, se puede emplear un anclaje adecuado en el lecho marino, para anclar un extremo del cable 51 al fondo del océano. El medio de equilibrio 53 comprende una masa que tiene un tanque de flotación ajustable, provisto en conexión con él, tal como se ilustra en la figura 9. El medio de equilibrio 53 de esta modalidad tiene la forma de una vasija hueca 55, que tiene una base sólida 56 de una masa predeterminada, para que actúe como contrapeso para el miembro sumergido 46. El volumen restante de la vasija 55 puede ser llenado con aire comprimido por medio de una manguera de aire 57, para ajustar la flotabilidad de la vasija 55. Se puede proveer una válvula 58 en una pared de la vasija 55 para expeler el aire al océano circundante. El otro extremo del cable 51 está conectado al extremo superior de la vasija 55 y se extiende hacia arriba, hasta el mecanismo de polea 54, antes de que pase de nuevo hacia abajo, a través de un pasaje hueco 59, que se extiende verticalmente a lo largo del eje central de la vasija 55, hasta el medio de lastre 52. Al ajustar la flotabilidad de la vasija 55 se puede variar la fuerza equilibradora aplicada al miembro sumergido 46 por medio del cable 51. De esta manera se puede ajustar la frecuencia resonante del aparato 44 convertidor de la energía del oleaje y su sistema de anclaje por tensión asociado, para "afinarlo" a las condiciones prevalentes en el océano. De preferencia, la masa de la base 56 de la vasija 55 se fija para que iguale la frecuencia mínima de operación deseada del sistema. Esta masa ayuda también a mantener el aparato 44 convertidor de la energía del oleaje en una orientación vertical, debido al centro bajo de flotabilidad y al centro bajo de masa dados al sistema por la base 56. Cuando la masa de la vasija 55 disminuye, aumenta la frecuencia resonante del sistema. El mecanismo de polea 54 está alojado en un portador de anclaje 80, que está ilustrado con una pared transparente en las figuras 11 y 12. El portador de anclaje 80 tiene forma cilindrica en esta modalidad, para coincidir con la forma del miembro sumergido 46, y puede estar conectado permanentemente o de manera liberable, con la parte inferior del miembro sumergido 46. Como se puede ver muy claramente en la figura 11, el mecanismo de polea 54 comprende una polea 82, montada fijamente en una flecha 84, que está montada giratoriamente entre un par de generadores eléctricos giratorios 86a y 85b. Conforme oscila la flecha 84, los generadores 86a y 86b generan una fuerza electromotriz (EMF) y ofrecen resistencia al movimiento de rotación de la flecha. De esa manera, los generadores eléctricos 86 proveen un medio atenuador para aplicar una acción atenuadora para la rotación de la flecha 84 y, por consiguiente, de la polea 82. Cuando se aplica una carga a los generadores eléctricos 86, aplican efectivamente una acción atenuadora al cable 51, por medio de la polea 82 y, como consecuencia, al movimiento del miembro sumergido 46, en virtud del medio de equilibrio 53. Si se desea se puede almacenar la energía eléctrica generada por los generadores 86 en baterías 88, alojadas en el portador 80. Está provisto un módulo electrónico 90 de conversión y control de energía para convertir la corriente alterna (CA) generada por los generadores 86 a corriente directa (CD) para almacenarla en las baterías 88. El módulo 90 de conversión y control de energía también puede estar configurado para permitir que el propio portador se vuelva un aparato convertidor de la energía del oleaje, tal como se describirá con mayor detalle más adelante. También está provisto un sistema 92 de control, operado por microprocesador, dentro del portador de anclaje 80, para proveer el control automático de todos los componentes del sistema 50 de anclaje por tensión. El sistema de control 92 vigila la frecuencia de las olas y ajusta la masa del medio de equilibrio de acuerdo con ella.

Está provisto un compresor de aire 94 dentro del portador 80 de anclaje, para bombear aire hacia abajo, al medio de equilibrio 53, a través de una manguera de aire 57. Algo de la energía generada por los generadores 86 puede ser usada para alimentar el compresor de aire 94. El compresor de aire 94 también está bajo el control del sistema de control 92. Un conducto de aire 96 suministra aire desde la atmósfera al compresor de aire 94 y se extiende hacia arriba, a través del cuerpo sumergido 46, hasta un punto por encima de la línea de agua. No es necesario expulsar el aire que se encuentra dentro del recipiente hueco 55 del medio de equilibrio 53 al océano circundante, sino que podría bombearse de nuevo a un recipiente a presión (no mostrado) alojado dentro del portador de anclaje 80 o del miembro sumergido 46. Se describirá ahora en las figuras 8 a 11 una secuencia de operación típica para el sistema de anclaje por tensión 50. Dado un ambiente de operación particular, el sistema de control 92 medirá y calculará, por medios apropiados, tales como un acelerómetro, las frecuencias de oleaje que se presentan al sistema. Se determinarán las frecuencias dominantes y/o más densas en energía, por medio del cálculo, utilizando fórmulas bien conocidas. Una vez que se ha seleccionado la frecuencia óptima de operación, también a partir de fórmulas bien conocidas, se puede calcular la masa óptima del sistema, que permite que se extraiga la mayor cantidad de energía. El sistema de control 92 calculará entonces la masa actual del sistema y determinará el volumen de agua que se debe introducir o sacar del sistema, para obtener esa masa óptima. Si la masa debe ser disminuida, entonces el sistema de control 92 activará el compresor de aire 94 para bombear aire hacia la vasija hueca 55, evacuando de esa manera el agua que estaba presente en la vasija hueca 55 por medio de desplazamiento por presión positiva, tal como se usa en los submarinos. Si es necesario incrementar la masa, entonces el sistema de control 92 abrirá la válvula de aire 58 para expulsar el aire que se encontraba dentro de la vasija hueca 55, o activará el compresor de aire 94 para bombear el aire hacia un tanque de almacenamiento alternativo, permitiendo de esa manera que el agua llene el volumen evacuado e incremente la masa del sistema. De esta manera, el sistema de control 92 moverá la masa hacia y desde el sistema de anclaje por tensión 50, cambiando de esa manera las características de funcionamiento del sistema por medio de la variación de la masa y permitiendo que se sintonice o afine el sistema para su desempeño en forma óptima en un ambiente constantemente cambiante. Se puede emplear cualquier medio atenuador adecuado en el portador de anclaje 80 para aplicar una acción atenuadora al movimiento del miembro sumergido 46. Los generadores eléctricos 86 son particularmente ventajosos, ya que pueden ser usados directamente como fuente de energía eléctrica. Sin embargo, también se podría usar una bomba hidráulica para proveer la acción atenuadora. La figura 12 ilustra una modalidad alternativa del portador de anclaje 80, que es sustancialmente idéntica a la modalidad de la figura 11; excepto que los generadores eléctricos giratorios 86 han sido reemplazados con un par de bombas hidráulicas 98 para proveer el medio atenuador. Ambas bombas hidráulicas 98a 98b están acopladas operativamente a la flecha 84 por un sistema respectivo de banda polea 99a y 99b. Se pueden usar las bombas hidráulicas 98, por ejemplo, para bombear fluido hidráulico (aceite, agua de mar) por medio de una manguera, a un generador eléctrico operado hidráulicamente, o a un acumulador hidráulico. Se pueden usar bombas neumáticas en lugar de las bombas hidráulicas 98. El aparato 44 convertidor de la energía del oleaje, mostrado en las figuras 8 y 10, incorpora una turbina eólica 100, montada sobre la estructura soportadora 45 del aparato. La turbina eólica 100 provee un medio para capturar otra fuente de energía renovable, o sea, los vientos oceánicos. La turbina está orientada para girar alrededor de un eje vertical, y está provista de una serie de paletas 102 para capturar el viento y generar energía eléctrica. Un generador eléctrico giratorio (no visible) está alojado en la base de la turbina eólica 100. La energía eléctrica generada por la turbina eólica 100 puede ser almacenada en las baterías 88 o puede ser trasmitida a la costa a través de cable o de manera inalámbrica usando un transmisor de microondas (no mostrados) . Se puede usar un domo 104, visible encima de la turbina, para alojar el transmisor y/o un GPS o alguna otra forma de haz determinador de posición. Por supuesto, el aparato 44 convertidor de la energía del oleaje funcionará de manera perfectamente satisfactoria sin la turbina eólica 100. Una modalidad del aparato 44 sin la turbina está ilustrada en la figura 13. Si se desea, el aparato 44 convertidor de la energía del oleaje también puede estar equipado con paneles solares 108, para aprovechar una tercera fuente de energía renovable, o sea, la luz solar. La figura 14 ilustra una modalidad del aparato 44 con una pluralidad de paneles solares 108 montados en la parte superior de la turbina eólica 100. Por los demás aspectos, el aparato 44 convertidor de la energía del oleaje de esta modalidad (y de la modalidad previa), con su sistema 50 de anclaje por tensión asociado, es sustancialmente idéntico al de la modalidad ilustrada en las figuras 8 a 11, y no será descrito aquí nuevamente. La figura 15 ilustra una cuarta modalidad del aparato 110 convertidor de la energía del oleaje, que es similar a la modalidad 44 de las figuras 8 a 11 y, por consiguiente, se usarán los mismos números de referencia para identificar las partes que son similares. En esta modalidad del aparato 110, el alojamiento del portador de anclaje 80 está abierto en la parte inferior, a fin de permitir que el agua de mar llene el espacio que hay dentro del interior hueco, no ocupado por los componentes del sistema 50 de anclaje por tensión. En cada una de las modalidades siguientes, todos los componentes del portador de anclaje por tensión, alojados dentro del portador 80, están encapsulados en una encapsulación estanca al aire y estanca al agua, que los protege de los efectos corrosivos del agua de mar. El fondo abierto del portador de anclaje 80 crea una cámara de aire 112, que puede ser llenada parcialmente con aire, de manera que dé al portador de anclaje flotabilidad neutra. Cuando se abre la cámara 112 al océano circundante, variará su flotabilidad con las variaciones en la presión hidrostática, debido al movimiento de las olas. A medida que cada cresta de la ola pasa, caerá la flotabilidad del portador de anclaje 80 de flotabilidad neutra, a una flotabilidad negativa, en la medida en que aumenta la presión hidrostática. Luego el portador de anclaje se elevará, ya que ocurre una flotabilidad positiva cuando el aparato 110 entra en el valle de la ola. Estas variaciones en la flotabilidad del portador de anclaje, que está conectado directamente al miembro sumergido 46, serán de 180 grados de desfasamiento con el movimiento vertical del miembro flotador 48 y, por consiguiente, ayudarán a incrementar adicionalmente el movimiento diferencial del estator y el trasladador del generador lineal 49 de energía eléctrica. Como se mencionó previamente, el sistema de anclaje por tensión de la presente invención puede ser usado por sí mismo como un aparato convertidor de la energía del oleaje. La figura 16 ilustra una modalidad del sistema de anclaje por tensión 120, que en sí mismo ha sido configurado como un aparato convertidor de la energía del oleaje. En esta modalidad, el portador de anclaje 80 está montado directamente en el lado de abajo de un receptáculo flotante 122. No hay generador lineal de energía eléctrica, como en las modalidades previas. En esta modalidad, el receptáculo 122 tiene una turbina eólica 100 montada en la parte superior, similar a la modalidad de las figuras 8 a 11. El sistema 120 de anclaje por tensión funciona de manera similar a la modalidad de las figuras 8 a 11, excepto que, en este caso, el sistema de control está configurado para permitir que los generadores eléctricos 86 funcionen a eficiencia máxima para generar energía eléctrica, ya que no se requiere que actúen como medios atenuadores. El sistema de anclaje por tensión 120 todavía funciona como un sistema oscilante que puede ser afinado a la frecuencia de las olas del océano, para extraer el máximo de energía de la respuesta a la elevación por parte del receptáculo 122. Una vez que se han descrito con detalle varias modalidades del aparato convertidor de la energía del oleaje y el sistema de anclaje por tensión, será aparente que las modalidades descritas del aparato proveen numerosas ventajas, en comparación con la técnica anterior, que incluyen las siguientes : (i) El convertidor de la energía del oleaje es de diseño robusto y es capaz de resistir la mayoría de las condiciones climáticas con mínima probabilidad de daños. (ii) El sistema de anclaje por tensión permite que se afine el aparato convertidor de la energía del oleaje a las condiciones que prevalezcan en el océano, para mantener la máxima eficiencia. (iii) Se puede adaptar el sistema de anclaje por tensión para uso con cualquier tipo de"" aparato convertidor de la energía del oleaje, para mejorar la eficiencia de su operación . (iv) Es versátil, y es capaz de extraer energía de las olas, cubriendo un rango grande de alturas de olas, frecuencias del oleaje y direcciones de las olas. (v) Es muy eficiente, usando los principios de impulso, elevación, flotabilidad, presión hidrostática e hidrodinámica, para extraer la cantidad máxima de energía de las olas. Será fácilmente aparente para las personas con experiencia en las técnicas relevantes, que se pueden hacer varias modificaciones y mejoras en las modalidades precedentes, además de las ya descritas, sin salirse de los conceptos inventivos básicos de la presente invención. Por ejemplo, no es necesario que el estator está localizado en un plano o eje central del aparato; sino que podría estará localizado en cualquier punto en la estructura soportadora del aparato convertidor de la energía del oleaje. Por lo tanto, se apreciará que el alcance de la invención no está limitado a las modalidades descritas, y debe ser determinado a partir de las reivindicaciones que vienen a continuación.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema de anclaje por tensión para un aparato para convertir la energía de las olas del océano a una forma más utilizable, teniendo el aparato una estructura con un miembro sumergido provisto en conexión con ella, por debajo del nivel medio del agua; comprendiendo el sistema de anclaj e : un miembro flexible alargado que se extiende desde un medio de lastre a un medio de equilibrio, adaptado para ser suspendido del miembro sumergido por medio de un mecanismo de polea; y un medio atenuador para aplicar una acción atenuadora al movimiento del miembro sumergido; aplicando el medio atenuador la acción atenuadora al miembro flexible alargado por medio del mecanismo de polea.

2. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 1, en el que el medio de equilibrio comprende una vasija que tiene una masa provista en conexión con ella, para proveer una fuerza de equilibrio aplicada al miembro sumergido por medio del miembro flexible alargado .

3. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 2, en el que el medio de equilibrio comprende una vasija de flotabilidad ajustable, que tiene una masa provista en conexión con ella; donde la flotabilidad del medio de equilibrio se puede ajusfar para variar la fuerza equilibradora aplicada al miembro sumergido por medio del miembro flexible alargado.

4. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 3, en el que la flotabilidad del medio de equilibrio puede ajustarse moviendo un fluido hacia y desde la vasija de flotabilidad, por medio de un mecanismo de transporte de fluido.

5. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 4, que comprende adicionalmente un compresor de aire para bombear aire a la vasija de flotabilidad por medio de una manguera de aire.

6. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende adicionalmente un portador de anclaje, y donde el miembro sumergido de la estructura está adaptado para ser acoplado al portador de anclaje.

7. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 6, en el que el miembro sumergido está asegurado en el portador de anclaje por medio de un mecanismo asegurador.

8. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 7, en el que el mecanismo asegurador asegura automáticamente el miembro sumergido al portador de anclaje cuando atraca en el portador de anclaje.

9. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 6, en el que el medio atenuador, el mecanismo de polea y el compresor de aire, están alojados todos en el portador de anclaje.

10. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con la reivindicación 6, en el que el medio atenuador, el mecanismo de polea, el compresor de aire y un tanque de flotabilidad ajustable, están alojados todos en el portador de anclaje.

11. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio atenuador comprende un generador eléctrico giratorio.

12. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio atenuador comprende un sistema de frenado.

13. - Un sistema de anclaje por tensión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio atenuador comprende un sistema de conversión o extracción de energía.

14. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano a una forma más utilizable, comprendiendo el aparato: una estructura soportadora alargada, diseñada para extenderse por encima de un nivel medio de agua, que tiene un miembro sumergido provisto en conexión con ella, por debajo del nivel medio de agua, y un medio flotador para permitir que la estructura soportadora flote en el océano en una orientación generalmente vertical; un miembro flotador de flotabilidad positiva, montado deslizablemente en la estructura soportadora, de manera que se pueda mover en una dirección vertical; estando provisto el miembro flotador de una superficie de plano hidrodinámico, adaptada para convertir un componente horizontal del movimiento del oleaje a un movimiento vertical del miembro flotador ; un medio de extracción de energía, provisto en conexión con la estructura soportadora y el miembro flotador, de modo que, cuando el movimiento del oleaje provoca un movimiento diferencial adecuado entre el miembro flotador y la estructura soportadora, dicho medio de extracción de energía convierta la energía incidente a una forma más utilizable.

15. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 14, en el que el medio de extracción de energía comprende un generador eléctrico lineal, en el que está provisto un estator en conexión con la estructura soportadora, y un trasladador está provisto en conexión con el miembro flotador .

16. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 14 o 15, en el que el miembro sumergido está provisto de una superficie de plano hidrodinámico, adaptada para convertir un componente horizontal del movimiento del oleaje a un movimiento vertical del miembro sumergido; con lo que se incrementa la capacidad de extracción de energía del miembro sumergido .

17. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 14 o 15, en el que el miembro sumergido está provisto de una cámara de flotación, de presión hidrostática, adaptada para convertir una variación en la presión hidrostática a una altitud constante, a una disminución o un incremento en la flotabilidad del miembro, lo que conduce a un movimiento vertical asociado del miembro sumergido, provocando de esa manera que el miembro sumergido descienda cuando aumenta la altura de la ola y ascienda cuando disminuya la altura de la ola .

18. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 14 a 17, en el que el miembro flotador tiene una sección transversal horizontal alargada, con un extremo frontal y un extremo posterior; estando adaptado el extremo frontal para mirar hacia la dirección general de una ola que se aproxima.

19. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 18, en el que la superficie del plano hidrodinámico en el miembro flotador es una de entre una pluralidad de superficies de plano hidrodinámico sustancialmente paralelas, que se extienden sustancialmente perpendiculares a, y a lo largo de primero y segundo lados respectivos del miembro flotador.

20. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 19, en el que la pluralidad de superficies de plano hidrodinámico están inclinadas hacia abajo desde el extremo frontal al extremo posterior del miembro flotador; donde las partículas de agua de una ola son forzadas hacia abajo por las superficies del plano hidrodinámico, creando fuerzas hidrodinámicas que actúan hacia arriba sobre las superficies del plano hidrodinámico, que se añaden a una fuerza ascendente que actúa sobre el miembro flotador debido a su flotabilidad positiva. 21.- Un miembro flotador mejorado en un aparato para convertir la energía del oleaje del océano a energía utilizable, comprendiendo el miembro flotador: un miembro de flotación positiva, montado deslizablemente en una estructura soportadora, de manera que se pueda mover en una dirección vertical, en respuesta al movimiento del oleaje, y que tiene una superficie de plano hidrodinámico, adaptada para convertir un componente horizontal del movimiento del oleaje a un movimiento vertical del miembro flotador; incrementando de esa manera la capacidad de extracción de energía del miembro flotador. 22.- Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 14 o 15, comprendiendo adicionalmente el aparato un sistema de anclaje para anclar la estructura al lecho marino. 23.- Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 22, en el que el miembro sumergido y el medio flotador están adaptados para tener una flotabilidad sustancialmente positiva en uso, y el sistema de anclaje comprende un medio atenuador para aplicar una acción atenuadora a la estructura soportadora por medio del sistema de anclaje. 24.- Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 23, en el que el medio atenuador está adaptado para incrementar la acción atenuadora cuando aumenta la energía extraída por el medio de extracción de energía, con lo que el movimiento diferencial entre el miembro flotador y la estructura soportadora puede elevarse al máximo y se puede optimizar la cantidad de energía extraída. 25.- Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 24, en el que, cuando se está extrayendo poca energía o nada de ella, por medio del medio de extracción de energía, el medio atenuador no aplica acción atenuadora y se pueden reducir al mínimo los esfuerzos mecánicos sobre la estructura soportadora, mientras el sistema de anclaje queda en punto muerto . 26. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano, de conformidad con la reivindicación 24, en el que el sistema de anclaje comprende un cable que se extiende desde un medio de lastre hasta un medio equilibrador, suspendido de la estructura soportadora por medio de un mecanismo de polea. 27. - Un aparato para convertir la energía del oleaje del océano a energía eléctrica, sustancialmente como se ha descrito aquí, con referencia a los dibujos anexos, y como se ilustra en cualquiera o cualesquiera de ellos. 28. - Un sistema de anclaje por tensión, sustancialmente como se ha descrito aquí, con referencia a los dibujos anexos, y como se ilustra en cualquiera o cualesquiera de ellos.