MX2014003353A - Sistemas y metodos para rotores hidraulicos mejorados. - Google Patents

Abstract

De acuerdo con algunas realizaciones, se puede sumergir un tambor en agua y extenderse horizontalmente a lo largo de un eje central entre un primer punto sobre un primer lado del tambor y un segundo punto sobre un segundo lado del tambor opuesto al primer lado. Se pueden fijar tres álabes curvados al tambor de modo que los álabes, cuando son actuados por un flujo de agua perpendicular al eje, son operativos para producir la rotación alrededor del eje, en el que una parte del borde de cada álabe, situado sustancialmente en oposición al tambor, define un plano sustancialmente paralelo al plano definido por una superficie del tambor situada entre una zona del borde y el eje. Un generador eléctrico acoplado al tambor puede convertir la energía rotacional producida por la rotación alrededor del eje en energía eléctrica.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA ROTORES HIDRÁULICOS MEJORADOS CAMPO TÉCNICO La presente descripción se refiere en general a sistemas y métodos para proporcionar generación de energía eléctrica a través de la energía hidráulica, y más particularmente a sistemas y métodos mejorados para rotores y/o turbinas hidráulicas.

ANTECEDENTES El uso de fuentes de energía renovables continúa siendo un factor importante en la satisfacción de las demandas de energía en tanto que reduce sustancialmente los impactos medioambientales. Las teenologías de recursos solares, hidráulica y del agua, por ejemplo continúan disminuyendo en coste e incrementando su eficiencia, mientras que eliminan prácticamente los efectos medioambientales adversos. Muchas tecnologías de generación de energía con recursos renovables convencionales, sin embargo, requieren grandes cantidades de capital y/o recursos inmobiliarios para su implementación. Con respecto a las instalaciones de generación con agua, por ejemplo, los rotores hidráulicos típicos puede ser caros de construir y/o pueden requerir ser emplazados en agua con movimiento rápido. Los rotores hidráulicos diseñados para girar a partir de la energía del flujo del agua caen típicamente en dos amplias categorías: propulsores con paletas o sistemas de tipo turbina que convierten la energía usando paletas girando a velocidades mayores que la velocidad del flujo del agua para conseguir energía y, alternativamente, una categoría de rotores hidráulicos de estilo Savonius típicamente ineficientes que capturan el flujo, a velocidades más lentas que el flujo del agua, convirtiendo energía directamente como par. Un rotor hidráulico de estilo Savonius típico o turbina Savonius tendrá un coeficiente de potencia ("CoP") de aproximadamente 0.08 (o del 8%), haciéndoles ineficientes en su uso desde un punto de vista económico. La primera categoría de sistemas "tipo propulsor", aunque muy eficientes, requieren un flujo de agua relativamente rápido para capturar la energía, son relativamente frágiles y caros de construir en grandes tamaños. Alternativamente, un rotor hidráulico Savonius puede funcionar con una velocidad del agua muy lenta y es relativamente barato de construir y de operación.

En consecuencia, hay una necesidad de sistemas y métodos mejorados para rotores hidráulicos que acometan estos y otros problemas hallados en las teenologías existentes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las FIGS.1A a 1C son diagramas de bloque de sistemas de acuerdo con algunas realizaciones.

Las FIGS. 2A a 2C son vistas laterales de rotores hidráulicos de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG. 3 ilustra un rotor de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG.4 es una vista frontal de un rotor hidráulico de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG.5 es una vista lateral de un rotor hidráulico de acuerdo con algunas realizaciones.

Las FIGS.6 y 7 ilustran patrones de flujo del agua de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG. 8 es un diagrama de blogues del sistema de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG. 9 es un diagrama de flujo de un método de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG.10 ilustra un rotor hidráulico transportable de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG. 11 ilustra un rotor hidráulico desplegado de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG. 12 es una vista frontal de una turbina hidráulica gue tiene generadores laterales de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG. 13 es una vista frontal de una turbina hidráulica gue tiene un generador central de acuerdo con algunas realizaciones.

La FIG.14 ilustra la generación de energía potencial a varias velocidades del agua de acuerdo con algunas realizaciones.

DESCRIPCIÓN DETALLADA De acuerdo con algunas realizaciones, se proporcionan sistemas y métodos para rotores y/o turbinas hidráulicas amarradas. Las turbinas hidráulicas amarradas que giran alrededor de un eje horizontal en respuesta a una fuerza de agua normal pueden, por ejemplo, utilizarse para producir energía eléctrica. En algunas realizaciones, las turbinas hidráulicas amarradas pueden ser al menos ligeramente flotantes. De acuerdo con algunas realizaciones, las turbinas se mantiene más perpendiculares, se inclinan menos, al menos en parte, por el efecto Magnus o Savonius y/u otros efectos de impulso. Dichas turbinas pueden, por ejemplo, ser relativamente baratas, fáciles de desplegar y/o manejables y/o pueden proporcionar además ventajas sobre los sistemas previos. De acuerdo con algunas realizaciones, las turbinas hidráulicas pequeñas amarradas se despliegan en emergencia, según sea necesario, y/o en aplicaciones móviles. En algunas realizaciones, se pueden desplegar turbinas mucho más grandes (por ejemplo, de cientos de metros de longitud, o más). Algunas realizaciones pueden proporcionar la capacidad de capturar la energía del agua fluyente con flujo de agua a baja velocidad siendo aún capaces de producir una potencia de salida elevada, similar a la los sistemas con paletas del tipo propulsor—, incluso hasta un CoP de aproximadamente 0.30 (con 30%) de extracción de energía, por encima de un 300% mayor que los rotores hidráulicos de tipo Savonius típicos. Como dispositivo amarrado, el despliegue puede no requerir puntales u otros aparatos de sujeción rígida. Adicionalmente, el rotor hidráulico podría ser o bien más pesado que el agua o más ligero —lo que puede permitir a una unidad funcionar efectivamente vertical o invertida—. Asegurada desde la parte superior por boyas, barcos o puentes, o alternativamente anclada flotante hacia arriba desde la parte inferior para funcionar dentro del flujo de agua por debajo del tráfico de vías de agua, etc.

Con referencia primero a la FIG. 1A, se muestra un diagrama de bloques del sistema 100 de acuerdo con algunas realizaciones. Los diversos sistemas descritos en el presente documento se representan para su uso como explicación, pero no limitación, de las realizaciones descritas. Se pueden usar diferentes tipos, disposiciones, cantidades y configuraciones de cualquiera de los sistemas descritos en el presente documento, sin desviarse del alcance de algunas realizaciones. Se pueden utilizar menos o más componentes que los mostrados en relación con los sistemas descritos en el presente documento, sin desviarse de algunas realizaciones.

El sistema 100 puede comprender, por ejemplo, un eje 102 sustancialmente horizontal, un primer punto 104 situado sobre el eje 102 y/o un segundo punto 106 situado sobre el eje 102 (por ejemplo, en el otro lado del sistema opuesto al primer punto 104). En algunas realizaciones, el sistema comprende una turbina hidráulica amarrada que tiene un tambor 110 como cuerpo. La turbina hidráulica amarrada puede, por ejemplo, comprender un tambor 110 extendido sustancialmente entre el primer y segundo puntos 104, 106. El tambor 110 puede, por ejemplo, estar parcial o completamente sumergido. La turbina hidráulica amarrada puede también, o alternativamente, comprender, en algunas realizaciones, uno o más álabes 120 acoplados al tambor 110. Los álabes 120 pueden, por ejemplo, ser operativos para ser accionados por una fuerza del agua ( por ejemplo, como se indica por las tres lineas de puntos horizontales en la FIG.1A) para hacer que el tambor 110 gire alrededor del eje 102.

En algunas realizaciones, el tambor 110 puede extenderse horizontalmente entre dos discos laterales 130. Los dos discos 130 pueden, por ejemplo, comprender una superficie interior acoplada al tambor 110 y/o una superficie exterior que comprende una proyección. En algunas realizaciones, las proyecciones pueden ser ejes sustancialmente alineados con el eje horizontal 102. De acuerdo con algunas realizaciones, se acoplan uno o más generadores 170 para convertir la energía de rotación (por ejemplo, a partir de la rotación del tambor 110 y/o de las proyecciones 126 alrededor del eje 102) en energía eléctrica. Los generadores 170 pueden, por ejemplo, estar acoplados mecánicamente a las proyecciones y/o estar suspendidos de ellas. De acuerdo con algunas realizaciones, los generadores 170 están asociados con una caja de engranajes sellada estanca al agua.

En algunas realizaciones, los generadores 170 pueden estar acoplados también, o alternativamente, a uno o más caballetes. Los caballetes pueden, por ejemplo, comprender casquillos, cojinetes (por ejemplo, cojinetes de bola) y/o otros dispositivos (no mostrados) que son operativos para facilitar y/o permitir que el tambor 110 y/o las proyecciones giren alrededor del eje 102, mientras se colocan los generadores 170 para ser operativos para recibir energía de rotación del tambor 110 rotativo y/o de las proyecciones. En algunas realizaciones, los caballetes se acoplan rotativamente a las proyecciones en, y/o cerca de, el primer y segundo puntos 104, 106 sobre el eje 102. De acuerdo con algunas realizaciones, los caballetes pueden ser también, o alternativamente, partes y/o zonas de los generadores 170. Los caballetes pueden, por ejemplo, comprender una o más bridas, proyecciones, empalmes, y/u otros objetos asociados con, y/o fijados a, los generadores 170.

De acuerdo con algunas realizaciones, los caballetes pueden acoplarse también, o alternativamente, a uno o más amarres 140. Los amarres 140 pueden, en algunas realizaciones, estar acoplados al tambor 110, zonas laterales 160, proyecciones y/o a los generadores 170. Los amarres 140 pueden, por ejemplo, acoplar el tambor 110 a un tercer punto (no mostrado en la FIG.1A) estable con respecto al rotor (por ejemplo, en la parte inferior del flujo de agua o, si el rotor no es flotante, por encima de la superficie del agua). En algunas realizaciones, los amarres 140 pueden comprender cualquier número de cuerdas, cables, hilos y/u otros dispositivos de conexión que sean, o se puedan convertir en, conocidos o practicables. De acuerdo con algunas realizaciones, los amarres 140 son operativos para acoplar la turbina hidráulica 110 al tercer punto y/o para transferir energía eléctrica desde los generadores 170 hacia el tercer punto ( por ejemplo, hacia la superficie del agua).

En algunas realizaciones, los discos laterales 130 pueden actuar como, o alternativamente comprender, uno o más estabilizadores. Los estabilizadores pueden, por ejemplo, ser dispositivos sustancialmente con forma de disco acoplados a las proyecciones. De acuerdo con algunas realizaciones, los estabilizadores 150 pueden facilitar la orientación de la turbina hidráulica (por ejemplo, con respecto al eje 102) perpendicularmente al flujo de agua predominante. Los estabilizadores 150 pueden, por ejemplo, permitir que la turbina hidráulica se auto-sitúe y/o se resitúe automáticamente cuando cambia la dirección predominante del agua lenta.

Este flujo de cruce de la fuerza del agua a través de la turbina hidráulica (y/o de la dirección de rotación en el sentido de las agujas del reloj y/o en la dirección de retroceso), de acuerdo con algunas realizaciones, facilita la elevación de la turbina hidráulica 110. Incluso si alguna zona de la turbina está llena con una sustancia que no sea más ligera que el agua (por ejemplo el agua en si misma), por ejemplo, el efecto Magnus asociado con la rotación del tambor 110 alrededor del eje 102 puede proporcionar una fuerza de elevación a la turbina hidráulica. De acuerdo con algunas realizaciones, otras fuerzas de elevación (por ejemplo, asociadas con el efecto Savonius) pueden facilitar también, o alternativamente, el despliegue de la turbina hidráulica.

El ejemplo de la FIG. 1A ilustra un sistema flotante 110, y de ese modo los amarres 140 se extienden por debajo del sistema 110 para impedir que el sistema se mueva hacia arriba. Obsérvese sin embargo, que se podría proporcionar en su lugar un sistema más pesado del agua, en cuyo caso los amarres se podían extender por debajo del sistema para impedirle que se sumerja.

De acuerdo con algunas realizaciones, un deflector 150 de flujo de agua puede guiar el agua al interior de los álabes 120. El deflector 150 o estator frontal puede tener un borde de salida próximo a las paletas de los álabes 120 y por encima del punto de estancamiento asociado con el sistema 100. Obsérvese que puede haber alguna fluctuación del punto de estancamiento (por ejemplo , un nivel de oscilación o pulsos). El volumen del flujo de agua que avanza en el interior del rotor hidráulico cambia durante cada rotación creando una fluctuación en el "área barrida" o en el agua y energía del flujo que se convierte en par como potencia. Esta fluctuación es especialmente evidente en el rotor hidráulico sin el deflector de flujo frontal. De acuerdo con algunas realizaciones, el deflector 150 puede tener permitido alguna libertad de movimiento para colocar el borde de salida en o por encima de un punto de estancamiento con relación a una velocidad de flujo de agua particular (por ejemplo, el borde de salida podría tener permitido ir ligeramente arriba y abajo). La FIG. IB ilustra un sistema 162 en el que un deflector de flujo 152 guía el agua para hacer girar un rotor. De acuerdo con algunas realizaciones, la punta del deflector de flujo 152 se puede colocar con relación a un punto de estancamiento asociado con el rotor (por ejemplo, la punta podría estar situada en o por encima del punto de estancamiento).

Obsérvese que la velocidad del flujo de agua induce la posición del punto de estancamiento con relación a la velocidad de giro del rotor hidráulico y, por ello, cuando diferentes velocidades del agua inducen potencia, el borde de salida del deflector de flujo puede tener permitido una libertad de movimiento para conseguir unos resultados de potencia de salida mejorados. Esto es, un punto de estancamiento del rotor puede moverse en base a la rotación del rotor. Por ejemplo, la FIG. 1C ilustra un punto de estancamiento 172 de un rotor cuando el rotor no está girando (siendo el punto de estancamiento 172 un centro muerto) en comparación con el mismo punto de estancamiento 174 del rotor cuando el rotor está girando. En particular, el punto de estancamiento ilustrado en la FIG. 1C se mueve hacia abajo cuando gira el rotor. De acuerdo con algunas realizaciones, las flechas de separación pueden moverse hacia abajo hacia el borde del estator. Nótese que el punto de estancamiento se mueve típicamente hacia abajo separándose de la dirección de giro (siendo el punto de estancamiento el punto en el que sucede la separación del flujo). Obsérvese también que si el rotor estuviese cabeza abajo el punto de estancamiento (punto de separación del flujo) se movería hacia arriba separándose por la dirección de la rotación. Este movimiento es un resultado del efecto Magnus o Savonius (esto es, una presión más alta con el flujo mirando hacia la rotación y presión más baja con el flujo moviéndose con la rotación induce un cambio en el punto de separación o punto de estancamiento).

De acuerdo con algunas realizaciones, los generadores 170 incluyen una llanta del generador a lo largo del borde de los discos laterales 139 (y/o de un disco central adicional). Por ejemplo, los generadores 170 pueden estar asociados con un estator magnético enorme (por ejemplo de imanes individuales) con una armadura fija dentro de una carcasa en anillo. En dicho enfoque, podría no requerirse una caja de engranajes y/o un actuador central. Más aún, se podría producir una cantidad sustancial de electricidad incluso a Revoluciones Por Minuto ("RPM") relativamente bajas.

Obsérvese que pueden formarse un tambor de rotor y/o álabes de un cierto número de formas diferentes. Por ejemplo, la FIG. 2A es una vista lateral de un tambor 200 que tiene tres álabes. Nótese que la punta de cada álabe o paleta puede imitar sustancialmente la superficie del tambor por debajo del álabe tal como se ilustra por la línea de puntos 202 en la FIG. 2A. Como otro ejemplo, la FIG.2B ilustra un rotor 204 en el que se podrían atornillar tres secciones 208 idénticas juntas o fijarse en otra forma para crear el tambor y los álabes. Como en la FIG. 2B, la punta de cada álabe o paleta puede imitar sustancialmente la superficie del tambor por debajo del álabe tal como se ilustra por la línea de puntos 206 en la FIG.2B.

La FIG.2C es una vista lateral de un rotor hidráulico 240 de acuerdo con algunas realizaciones. El rotor 240 incluye un tambor 210 con tres álabes curvados 220. Más aún, se pueden proporcionar uno o más discos laterales 230. Solamente a modo de ejemplo, el tambor 210 podría tener un diámetro de 1.8288 m (6 pies) mientras que los álabes 230 se extienden separándose del tambor 310 un mínimo total de 0.9144 m (3 pies). Los discos laterales 230 podían tener un diámetro mayor que la suma de 1.8288 m (6 pies) y 0.9144 m (3 pies), multiplicado por dos, teniendo en cuenta ambos lados del rotor 240 (por ejemplo, mayor de 3.6576 m (12 pies)). Tal enfoque podría proporcionar, por ejemplo, un CoP inusualmente alto, tal como un CoP que supere 0.30 o incluso 0.34. Nótese que los álabes 220 pueden comprender tres paletas doblemente dimensionadas "estilo aleta de tiburón" colocadas horizontalmente a través del tambor 210. Obsérvese adicionalmente que a una altura específica, los discos laterales 230 pueden incrementar burbuja de impulso de presión que mejore la eficiencia. Más aún, las proporciones del dispositivo (independientemente del tamaño) que incluye los álabes 220, el tambor 210, y los discos laterales 230 puede alterar el CoP. De acuerdo con algunas realizaciones, la zona del borde de cada álabe 220, situada sustancialmente en oposición al tambor 210, define un plano sustancialmente paralelo (por ejemplo paralelo dentro de 10 grados) con el plano definido por una superficie del tambor 210 situada entre la parte del borde y el centro del tambor 220 tal como se ilustra por las líneas de puntos en la FIG.2C.

De modo similar, el diseño de un estator frontal (tanto en tamaño y curvatura como en dimensiones) y las proporciones de los estatores en todas las dimensiones (superficie frontal y posterior curvadas) pueden afectar al CoP junto con la colocación de un borde de salida horizontal de un estator y/o el borde de salida o "labio" puede disminuir el flujo de retorno y reducir pulsos no del estator ( por ejemplo, cuando se está por encima de un "punto de estancamiento generalizado"). Más aún, los cables de anclaje y la colocación del anclaje podrían impactar en el CoP. Obsérvese que en algunas realizaciones, el tambor 210 puede rodar alrededor de un eje de sujeción estático horizontal que transcurre a través del tambor 210. Más aún, el tambor 210 y el eje podrían estar sellados con cojinetes estancos al agua o anillos de deslizamiento del eje. De acuerdo con algunas realizaciones, hay un mecanismo generador en el interior del tambor 210. Por ejemplo, se puede estar moviendo un imán fijado con, y en, el tambor 210 y una armadura puede ser una rueda de un dispositivo de tipo rueda o disco no móvil, "estático" (por ejemplo, y no se necesitaría una caja de engranajes).

La FIG. 3 ilustra un rotor 300 de acuerdo con algunas realizaciones. En particular, se puede sumergir en agua un tambor 310 y extenderse horizontalmente a lo largo de un eje central entre un primer punto de un primer lateral del tambor 310 un segundo punto sobre un segundo lateral del tambor 310 opuesto al primer lateral. Se pueden fijar tres álabes curvados 320 al tambor 310 de modo que los álabes 320, cuando son activados por un flujo de agua perpendicular al eje, son operativos para provocar la rotación alrededor del eje, en el que una parte 322 del borde de cada álabe, situado sustancialmente en oposición al tambor 310, define un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por la superficie del tambor 310 situada entre la zona del borde 322 y el eje. Más aún, un generador eléctrico acoplado al tambor 310 podría convertir la energía rotacional producida por la rotación alrededor del eje en energía eléctrica.

Esto es, la rotación producida por la fuerza del agua puede comprender la rotación del tambor alrededor del eje (y la rotación del tambor podría generar o bien una fuerza hacia arriba o hacia abajo, tal como una fuerza de efecto Magnus o Savonius, sobre el tambor 310 dentro del agua).

De acuerdo con algunas realizaciones, la altura máxima de cada álabe 320 y del tambor 310 es sustancialmente igual, o mayor que, el radio del tambor 310. Más aún, un primer disco lateral puede estar centrado en el primer punto y paralelo al primer lado del tambor 310 y un segundo disco lateral puede estar centrado en el segundo punto y paralelo al segundo lado del tambor 310, el primer y el segundo discos laterales pueden extenderse sobrepasando la distancia máxima entre la altura total de cada álabe y el tambor. Más aún, el generador eléctrico puede comprender un primer generador acoplado al primer disco lateral y un segundo generador acoplado al segundo disco lateral. Por ejemplo, los generadores podrían estar acoplados a los discos laterales a través de al menos una de: (i) cadenas, (ii) engranajes o (iii) acoplamiento por fricción. De acuerdo con algunas realizaciones, al menos una parte del generador se sitúa dentro del tambor 310. Más aún, el generador puede incluir al menos un imán y al menos una bobina conductora que se muevan relativamente entre sí como resultado de la rotación alrededor del eje.

De acuerdo con algunas realizaciones, se puede sumergir un deflector de flujo con el tambor 310 para dirigir al menos parte del flujo de agua hacia un área definida por un álabe 320. Por ejemplo, una zona del borde del deflector de flujo sustancialmente próxima a los álabes 320 se puede colocar sustancialmente en, o en el lado opuesto de, un plano de estancamiento, en el que el flujo de agua por encima del plano de estancamiento fluye sobre el tambor 310 y el flujo de agua bajo el plano de estancamiento fluye por debajo del tambor 310. Obsérvese que puede proporcionarse una zona del borde del deflector de flujo sustancialmente próxima a los álabes 320 para definir un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por una superficie del tambor 310 situada entre la zona del borde y el eje. Además, el deflector de flujo puede incluir un primer lado sustancialmente paralelo al primer lado del tambor 310 y un segundo lado sustancialmente paralelo al segundo lado del tambor 310. De acuerdo con algunas realizaciones, el deflector de flujo incluye una superficie superior de modo que el flujo de agua cree una fuerza hacia abajo sobre el deflector de flujo y una superficie inferior de modo que el flujo de agua cree una fuerza hacia arriba sobre el deflector de flujo. Más aún, el deflector de flujo puede comprender un primer deflector de flujo situado en la parte frontal del tambor 310 y comprender adicionalmente un segundo deflector de flujo situado por detrás del tambor 310.

De acuerdo con algunas realizaciones, el rotor 300 es flotante y anclado a través de al menos un cable flexible a un suelo por debajo del agua. En este caso, se podría proporcionar un cabrestante activo asociado con cada cable flexible (por ejemplo, para mover el rotor 300 arriba y abajo). De acuerdo con otras realizaciones, al rotor 300 puede ser más pesado que el agua y estar anclado a través de al menos un cable flexible a un punto por encima del sistema, tal como un puente, un barco, una presa, una boya o una barcaza. En este caso, podía asociarse también un cabrestante activo con cada cable flexible (de nuevo para mover el rotor 300 en el agua).

De ese modo, se pueden proporcionar rotores hidráulicos mejorados de acuerdo con algunas realizaciones descritas en el presente documento. Obsérvese que, globalmente, la energía hidráulica proporciona aproximadamente el 20% de la electricidad mundial y es una energía renovable importante para la producción de energía eléctrica. Sin embargo, hay un serio déficit dado que la demanda está dejando atrás el suministro y el hueco está creciendo. La energía hidráulica de bajo salto, que genera potencia a partir de flujos que se mueven horizontalmente, puede incrementar potencialmente la producción eléctrica y cerrar este hueco. Sin embargo, la contribución de la energía hidráulica de bajo salto es relativamente reducida debido a que las soluciones tradicionales no son viables económicamente, requieren velocidades de flujo relativamente altas y existen preocupaciones ecológicas. Miles de ríos y corrientes que podrían proporcionar miles de millones de kilovatios ("kW") de electricidad permanecen sin explotar.

Algunas realizaciones descritas en el presente documento podrían proporcionar un generador de flujo de agua avanzado que sea simple, eficiente y económico de fabricar. En particular, algunas realizaciones descritas en el presente documento representan un rotor de tipo Savonius avanzado, que puede incluir un tambor estilizado con paletas doblemente dimensionadas óptimamente curvadas fijadas a un tambor de ayuda al flujo y a estatores de flujo que capturan eficientemente el flujo de agua y extraen energía. Estos discos laterales pueden ayudar adicionalmente a contener y dirigir o mantener la presión del flujo de agua facilitando una transferencia de energía mejorada. El rotor se basa en el par más que en velocidades del agua más elevadas, permitiendo que funcionen con prácticamente cualquier velocidad de flujo. Los ensayos con éxito han incluido la transferencia de energía con un flujo de agua a menos de 3.2187 km/h (2 millas por hora). Las velocidades de flujo máximas pueden no tener restricción y la transferencia de energía podría estar solamente restringida por limitaciones estructurales de un rotor hidráulico.

Más aún, varias realizaciones pueden ser escalables desde un uso individual a aplicaciones en red, incluir rotores que podrían estar asociados con unidades personales pequeñas o adaptadas al tamaño del barco, unidades de medio tamaño comerciales, unidades de flujo de mareas y unidades del tamaño de las grandes corrientes oceánicas. Además, los rotores pueden producir unos pocos centenares de vatios o hasta muchos megavatios.

Las realizaciones descritas en el presente documento pueden conseguir un par máximo que dé como resultado un elevado coeficiente de potencia. Esto puede relacionar directamente a la potencia respecto al tamaño respecto a la velocidad de flujo de agua. Puede proporcionarse una extracción de energía mejorada para una velocidad de flujo de agua que varíe desde 1.6093 km/h (1 milla por hora) a más de 32.187 km/h (20 millas por hora) y se pueden conseguir tasas de eficiencia del 24% de extracción de energía hasta más del 34%.

Con referencia de nuevo a la FIG.1A, el deflector de flujo 150 fijado en el frente o "estátor" puede colocarse en un área de "conflicto" de flujo más bajo. El deflector 150 puede proporcionar un área de "potencia" de barrido amplia. Más aún, se curvan tres álabes 120 de modo que el frente de cada paleta está embolsado para capturar y liberar fácilmente el flujo de agua capturado. Dicha configuración proporciona tres fases simultáneas o posiciones para cada uno de los tres álabes 120 cuando giran: (1) avance en "deflexión del flujo", (2) captura de "potencia" y (3) extracción o "retirada". Cuando las paletas avanzan y se retiran en cada posición de la fase, tienen lugar varios efectos hidrodinámicos. Éstos incluyen la elevación de la parte posterior de la paleta, presión en el interior de la copa de la paleta, separación de flujo y deflexión desde el punto de estancamiento hacia la copa de la paleta debido a la actuación del núcleo del tambor como dispositivo de deflexión de flujo, y ayudado por el deflector de flujo frontal 150 (estator).

El "punto de estancamiento" o típicamente el punto medio en el que el flujo se divide para ir arriba y por encima o abajo y por debajo del rotor se controla por el diseño de modo que sustancialmente toda el área frontal del flujo de agua se dirija hacia arriba o hacia el movimiento de giro de los álabes del rotor 320. Esto puede denominarse como el "área de barrido" que incluye el área frontal total en el frente del rotor. La culminación de este diseño puede proporcionar una tasa de eficiencia que supere el 0.30 o 30% de captura de energía del flujo de agua a cualquier velocidad. De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema puede funcionar invertido (o en cualquier ángulo) cuando mira hacia el flujo y puede no requerir colocación a nivel.

Obsérvese que el deflector de flujo 150 o estator frontal no móvil y colocado con precisión, con relación a las paletas y el tambor, puede enmascarar la separación del flujo entrante, lo que puede reducir el conflicto del flujo con el álabe de retorno 120, e inducir un flujo de potencia adicional en el interior del álabe de accionamiento 120. Un estator puede incrementar la eficiencia y el par, desde el 24% sin deflector a superar el 30%. El estator puede reducir también un pulso que tiene lugar entre cada una de las tres fases de la paleta cuando giran fuera y dentro de su posición.

En efecto de rodadura del rotor (dirección de rodadura) se puede usar para ayudar a reducir una inclinación hacia atrás y un efecto Magnus o Savonius puede ayudar a la estabilidad y/o la colocación. La dirección de rotación del rotor girando puede inducir una elevación Magnus y/o un efecto Savonius, generalmente denominado como Savonius dado gue la rodadura no es más rápida que el flujo del medio (flujo de agua). Por ello, dependiendo de si el rotor es flotante y anclado o más pesado que el agua y fijado desde la parte superior (tal como a un puente, barco, boya o barcaza), la dirección de giro del rotor se induce para crear o bien una fuerza de impulso hacia abajo (en una configuración colgante hacia abajo) una fuerza de impulso hacia arriba (en versiones ancladas). Este efecto puede ayudar a la unidad a permanecer dentro de una relación "inclinada" o "vertical" más recta respecto a su punto de sujeción (por ejemplo, una inclinación menos angulada sobre los cables de sujeción). Más aún, las realizaciones pueden tener la capacidad de inducir un control tanto sobre la elevación como sobre el arrastre debido a la dirección de rotación. Este efecto mantendrá el rotor, por ejemplo, en menos de un ángulo de inclinación máximo de 45 grados útil para permanecer dentro del centro del agua o flujo de las corrientes.

Los álabes 120 pueden tener una curvatura frontal y posterior, y un borde de punta aguda puede ayudar a una máxima separación del flujo y extracción de energía. También, los discos laterales 130 los extremos del tambor del rotor 110 pueden sellar el tambor 110 y los laterales de la paleta al disco. Los discos 130 pueden extenderse hasta al menos la altura en punta de la sección de cruce, o más alta, para ayudar a la captura del flujo de agua e impedir que el flujo se fugue alrededor de los laterales. Los discos laterales son de un diámetro tan amplio como las alturas de las puntas de los álabes 120 y pueden ayudar a incrementar una presión de "burbuja" del agua o captura de flujo. Discos laterales 130 más altos (que las alturas de las puntas de las paletas) pueden incrementar adicionalmente de ese modo la captura del flujo. Estas características (curvatura de la paleta frontal y posterior, punta aguda, curvatura del tambor y los discos laterales) de captura del flujo de agua pueden dar como resultado un CoP sustancialmente alto. Obsérvese que el alto nivel de energía de rotación se puede conseguir por el par. Las realizaciones pueden funcionar en velocidades del agua tan bajas como 1.6093 km/h (1 milla por hora) a velocidades de flujo tan altas como muchas decenas de kilómetros por hor .

Como se ha descrito en el presente documento, los rotores se pueden diseñar para ser o bien un dispositivo flotante fijado mediante anclas, o alternativamente más pesado que el agua que se puede descender desde un puente, barcaza, barco o boya. Más aún, tamaños de hasta 20 kilovatios pueden ser unidades móviles totalmente transportables.

Obsérvese que los rotores hidráulicos más pequeños (por ejemplo, hasta 20 kW) pueden usar generadores externos accionados por discos laterales grandes. Los rotores hidráulicos más grandes podrían usar un generador de disco más grande integral con el tambor del núcleo central. Los generadores más grandes pueden, por ejemplo, tener una parte móvil ( por ejemplo, los imanes pueden girar dentro y con el tambor del rotor central, dado que rodean las bobinas fijas del generador). En cualquier caso, la energía de rotación lenta pero poderosa puede crear electricidad.

Algunas realizaciones descritas en el presente documento se pueden clasificar como sistemas de "salto bajo", significando que el flujo es horizontal o próximo a la horizontal a través de todo el sistema. A diferencia de los sistemas de bajo salto típicos, algunas realizaciones se pueden implementar en formas distintas a una turbina con paletas de tipo propulsor o turbina similar a "lámina de aire" (que se acelera en el flujo a velocidades de punta más altas que el flujo en sí). Las realizaciones descritas en el presente documento pueden convertir energía a partir del momento del par tal como se deriva de la velocidad actual del flujo de agua en sí y extrae la energía necesaria como puro par, en contraste con sistemas de paletas tipo propulsor que pueden requerir velocidades de flujo más altas.

La FIG.4 es una vista frontal de un rotor 400 de agua de acuerdo con algunas realizaciones. El rotor 400 incluye un tambor 410 con tres álabes 420 y un par de discos laterales 430 que crean un "bolsillo" dentro del que se dirige el agua a través del deflector 450. Los generadores 470 en cada disco lateral 430 pueden compartir la energía de rotación del cuerpo 410 y de los álabes 420 en energía eléctrica. La FIG. 5 es una vista lateral del rotor hidráulico de la FIG.4 de acuerdo con algunas realizaciones. El rotor 500 incluye un tambor circular 510, álabes 520 y discos laterales 530. Un deflector 550 guía al agua al interior del álabe 520 actualmente el superior para mejorar la rotación. Un generador 570 puede, de acuerdo con algunas realizaciones, incluir un eje estático a través del tambor 510 con cojinetes sellados en cada extremo para permitir que el tambor 510 y los álabes 520 giren alrededor del eje en el flujo de agua. Por ejemplo, en el interior del tambor sellado 510 puede estar acoplado y colocado un generador 570 que incluye imanes fijados al tambor interior 510 enfrentados a una bobina o armadura no móvil fijada al eje estático. Dicho generador 570 tendría solamente un componente móvil (el anillo de imanes que pasan por las bobinas estáticas) que crea electricidad. De acuerdo con otras realizaciones, se puede proporcionar una caja de engranajes lateral asociada con generadores laterales externos 570 sobre el exterior de los discos laterales 530 del tambor.

Cada uno de los tres álabes en "aleta de tiburón" con punta aguda 520 fijados al núcleo del tambor 510 puede incluir un borde que conduce desde una posición paralela a la superficie del tambor 510. Cada paleta puede tener una curvatura frontal y una curvatura compuesta del lado posterior que ayuda a inducir un elevado CoP para este estilo de rotor 500. Adicionalmente, los discos laterales 530 pueden superar la altura vertical o ancho máximo de las puntas de los álabes 520 (circunferencia) desarrollando una burbuja de presión de flujo de agua que sea consistente durante una rotación de 360° del rotor 500. Más aún, el deflector frontal 550 cucharón o estator puede situarse con respecto al punto de estancamiento del flujo entrante (punto de estancamiento supuesto sin el estator). El punto de estancamiento (sin un estator) puede moverse desde un punto medio a una posición más baja debido al efecto Magnus. Añadiendo el estator con el borde de salida, o borde posterior, del estator en o por encima del punto de estancamiento inducido puede ayudar adicionalmente a crear una producción de CoP más alta. De acuerdo con algunas realizaciones, se puede proporcionar una configuración de estator doble, tal como para aplicaciones de un flujo de mareas (flujo en dos direcciones). Una configuración de doble estator puede incluir un estator similar al frontal pero situado sobre el lado opuesto y desplazado en el lado opuesto. En este caso, el estator posterior puede continuar induciendo una rotación continua en la misma dirección independientemente de si el flujo está llegando desde la parte frontal o la posterior, como en una situación de mareas.

Obsérvese que el dispositivo ilustrado en conexión con las FIGS.4 y 5 puede tener varias dimensiones. Por ejemplo, el dispositivo podría ser de 6.096 m a 9.144 m (de 20 a 30 pies) de ancho con discos laterales que tengan un diámetro de 3.048 m (10 pies). Como otro ejemplo, el dispositivo podría tener un ancho de 73.152 m (240 pies) con discos laterales que tengan un diámetro de 30.48 m (100 pies).

Las FIGS. 6 y 7 ilustran patrones de flujo de agua de acuerdo con algunas realizaciones. En particular, la FIG.6 ilustra tres fases del rotor 610, 620, 630. Con cada revolución del rotor de tres paletas, cada paleta se mueve a una de las posiciones de "pico" como se muestra en las tres posiciones de rotación. Obsérvese que la copa de la paleta, la curvatura enfrentada al núcleo del tambor central, y la parte posterior de cada paleta juegan simultáneamente un papel en cada una de las tres posiciones de fase 610, 620, 630. Cuando el rotor gira cada paleta se mueve desde una posición a la otra en secuencia, conduciéndose a una posición y retirándose cuando cada paleta entra en la siguiente posición. En términos simples, el agua que fluye 612 pasando por el rotor hace tres cosas simultáneamente: (1) empuja en el interior de la cara de la copa superior, (2) fluye hacia arriba enfrentada al tambor en la cara de la copa, y (3) la parte posterior de la paleta crea una superficie de presión más baja en ciertas posiciones que puede ayudar también a tirar de la paleta en su rotación.

El punto de estancamiento 614 puede representar donde el flujo se separa para ir o bien "arriba" o bien "abajo", se muestra mediante una linea de puntos en la FIG. 6. Debido a la rotación del rotor, y las fases 610, 620, 630 tal como se han mencionado anteriormente, el punto de estancamiento 614 puede fluctuar arriba y abajo dependiendo de la posición de las paletas giratorias. Por encima del punto de estancamiento el flujo de energía de ayuda es positivo, y por debajo del punto de estancamiento el flujo de arrastre es negativo. La potencia del rotor procede del flujo superior por encima del punto de estancamiento, referenciado como el "área de barrido". El área de barrido puede ser difícil de calcular dado que cambia el área del flujo tres veces por cada revolución del rotor. Esto es, cada fase 610, 620, 630 puede estar asociada con diferentes dimensiones de captura. Este flujo de área de barrido cambiante puede crear un efecto pulsante cuando se transfiere un pulso de energía incrementada y a continuación disminuida a través de la rotación del rotor cuando gira en un flujo 612.

Para ayudar a reducir este efecto, la FIG.7 ilustra tres fases 710, 720, 730 de la rotación del rotor cuando se añade un deflector o estator 740 para dirigir el flujo de agua 712. El estator fijo 740, o deflector curvado, en la parte frontal del rotor apantalla el área de flujo situada en la parte superior desde la posición del punto de estancamiento 714 más elevada hasta ligeramente por debajo del diámetro total de las paletas giratorias del rotor. El estator 714 puede colocarse en o por encima de la posición del punto de estancamiento más alto y tan próximo al diámetro de las paletas del rotor como sea posible para minimizar el recorrido del flujo negativamente en ciertas posiciones. La parte posterior del estator 740 puede ser más vertical tal como se muestra, dado que la paleta protegida más baja que llega desde la parte superior a la parte frontal empuja al agua por delante de ella mientras que la paleta está en el cuadrante frontal inferior (lo que puede ayudar a bloquear el retorno de flujo). De acuerdo con algunas realizaciones, el estator 740 es tan ancho como el ancho del rotor a través del flujo de agua. Ciertas versiones de estator podrían ser más grandes en la parte inferior (longitud de la cuchara) y podría crecer o ser más ancho en la "boca" del frente inferior para ayudar a subir el flujo al interior de la cara de la paleta durante las tres fases de rotación de la paleta. Obsérvese que el área de barrido positiva puede permanecer relativamente constante debido al estator 740, mejorando asi el flujo de energía que se puede conseguir sin efecto pulsante (por ejemplo, se puede conseguir un CoP tan alto como, o más alto que, 0.30). Obsérvese que el rotor puede trabajar igual de eficientemente colocado "bocabajo" en un flujo de agua opuesto.

De acuerdo con algunas realizaciones, la parte posterior del estator 740 se puede reducir en una curvatura similar a la del frente, utilizando una forma de tipo creciente. Esto podría tener dos ventajas sobre un diseño de estator "más grueso" ilustrado en la FIG.7: (i) puede inducir el efecto Bernouilli sobre el lado posterior del estator, y (ii) hace que tenga lugar una fijación del flujo, dirigiendo la turbulencia de flujo más bajo pasante hacia arriba a lo largo de la curva posterior del estator, consiguiendo una eficiencia más elevada para las paletas del rotor. Dicho diseño de estator 740 delgado puede reducir también la contrapresión del flujo y ayudar a las características de flujo creciente globales para incrementar la potencia de rotación (por ejemplo, un incremento de par).

Pasando a la FIG.8, un diagrama de bloques del sistema 800 puede funcionar de acuerdo con cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento. El sistema 800 puede, por ejemplo, comprender un eje sustancialmente horizontal 802, un primer punto 804 a lo largo del eje 802, un segundo punto 806 a lo largo del eje 802 y/o una turbina hidráulica 810 que gira alrededor del eje 802 para producir energía eléctrica. La turbina hidráulica 810 puede, por ejemplo, comprender un rotor hidráulico 812 sumergido que tiene uno o más álabes 816 y/o uno o más generadores 830. En algunas realizaciones, la turbina hidráulica 810 está acoplada a un amarre 840 y/o puede comprender uno más estabilizadores 850. El amarre 840 puede, por ejemplo, conectar la turbina hidráulica 810 a una estación de tierra superficial 870. La estación de tierra 870 puede, por ejemplo, suministrar energía eléctrica (por ejemplo, a través de distribuciones eléctricas 876a-b) generada por la turbina hidráulica 810 a uno o más dispositivos eléctricos 890 y/o a una red eléctrica 892.

De acuerdo con algunas realizaciones, los componentes del sistema 800 pueden ser similares en configuración y/o funcionalidad a componentes asociados con cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, se pueden incluir menos o más componentes en el sistema 800 que los mostrados en la FIG.8.

De acuerdo con algunas realizaciones, la energía eléctrica generada por la turbina hidráulica 810 se proporciona, a través del amarre 840, a la estación de tierra 870. El amarre 840 puede, por ejemplo, comprender cualquier número, tipo y/o configuración de cables estructurales y/o eléctricos, ataduras, cables y/u otros dispositivos. En algunas realizaciones, el amarre 840 puede comprender un cable estructural para mantener una conexión física entre la turbina hidráulica 810 y la estación de tierra 870, un cable eléctrico para transferir la energía eléctrica desde la turbina hidráulica 810 a la estación de tierra 870 y/o un cable de tierra para proporcionar puesta a tierra eléctrica a la turbina hidráulica 810.

De acuerdo con algunas realizaciones, la estación de tierra 870 puede proporcionar la energía eléctrica a través de una primera distribución eléctrica 876a a un dispositivo eléctrico 890. En el caso de que la turbina hidráulica 810 comprenda una versión pequeña de alimentación portátil y/o emergencia ( por ejemplo aproximadamente de 9.144 a 27.432 m (10 a 30 pies) de diámetro y/o longitud), por ejemplo, la turbina hidráulica 810 se utiliza para alimentar directamente uno o más dispositivos eléctricos 890. Los dispositivos eléctricos 890 pueden incluir, por ejemplo, una iluminación de campo, una televisión, radio y/u otro electrodoméstico o dispositivo. En algunas realizaciones, el dispositivo eléctrico 890 puede comprender un dispositivo de corriente continua alimentado directamente desde la turbina hidráulica 810 (por ejemplo a través de la estación de tierra 870 y de la primera distribución eléctrica 876a) y/o desde una alimentación de baterías desde baterías (no mostradas) de la estación de tierra.870 asociada con, y/o cargada por, la turbina hidráulica 810.

De acuerdo con algunas realizaciones, la estación de tierra 870 puede invertir la alimentación de corriente continua recibida desde la turbina hidráulica 810 en una alimentación de corriente alterna. La alimentación de corriente alterna se utiliza, por ejemplo, para alimentar uno o más dispositivos eléctricos de corriente alterna 890 a través de la primera distribución eléctrica 876a. En algunas realizaciones, la alimentación de corriente alterna puede también, o alternativamente, suministrarse a través de la segunda distribución eléctrica 876b a una red eléctrica 892. La red eléctrica 892 puede, por ejemplo, comprender una interconexión a una red eléctrica de compañía pública, municipal y/o privada. En algunas realizaciones, la red eléctrica 892 puede comprender cualquier sistema y/o dispositivo de distribución eléctrica. La red eléctrica 892 puede, por ejemplo, comprender una subestación eléctrica, un polo eléctrico, un transformador, cables eléctricos subterráneos, y/o una caja de fusiles y/o sistemas de cableado eléctrico de un vehículo y/o edificio (tal como una residencia y/o negocio). En algunas realizaciones, se conectan una pluralidad de amarres 840 y/o turbinas hidráulicas 810, y/o asociados con, la estación de tierra 870. De acuerdo con algunas realizaciones, una pluralidad de estaciones de tierra 870 puede también, o alternativamente, suministrar energía eléctrica generada por una o más turbinas hidráulicas 810 a una o más redes eléctricas 892 y/o dispositivos eléctricos 890. "Granjas" y/o "agrupaciones" de turbinas hidráulicas 810 amarradas pueden, por ejemplo, utilizarse para proporcionar una energía eléctrica medioambientalmente amigable para satisfacer necesidades de consumo eléctrico.

Con referencia ahora a la FIG.9, se muestra un método 900 de acuerdo con algunas realizaciones. En algunas realizaciones, el método 900 puede dirigirse por y/o utilizarse por cualguiera de los sistemas y/o cualquiera de los componentes del sistema descritos en el presente documento. Los diagramas de flujo descritos en el presente documento no implican necesariamente un orden fijo para las acciones, y las realizaciones se pueden ejecutar en cualquier orden que sea práctico. Obsérvese que cualquiera de los métodos descritos en el presente documento se puede realizar mediante hardware, software (incluyendo microcódigo), firmware, medios manuales o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, un medio de almacenamiento puede almacenar en él instrucciones que cuando se ejecutan por una máquina den como resultado una ejecución de acuerdo con cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.

En algunas realizaciones, el método 900 puede comenzar por el despliegue de una turbina hidráulica de acuerdo con cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, en 902. De acuerdo con algunas realizaciones, la turbina hidráulica se despliega mediante al menos un llenado con agua parcialmente de un tambor de la turbina hidráulica. En algunas realizaciones, tanto la flotabilidad natural como el efecto Magnus/Savonius pueden provocar que la turbina hidráulica permanezca a una profundidad de despliegue.

El método 900 puede continuar, de acuerdo con algunas realizaciones, recibiendo la energía eléctrica generada por la turbina hidráulica amarrada, 904. La turbina hidráulica puede, por ejemplo, girar y/o rotar alrededor de un eje horizontal para accionar uno o más generadores para generar energía eléctrica. En algunas realizaciones, la energía eléctrica es recibida por un dispositivo, entidad y/u otro objeto tal como una estación de tierra, edificio, estructura (por ejemplo un puente, torre y/u otra estructura) y/o vehículo (por ejemplo, un navio, aeronave, tren y/u otro vehículo). En algunas realizaciones, la misma entidad y/o dispositivo que facilitó, dirigió y/o fue asociado de otra forma con el despliegue de la turbina hidráulica (por ejemplo 902) puede recibir la energía eléctrica. De acuerdo con algunas realizaciones, la energía eléctrica se puede utilizar, invertir, convertir, almacenar y/o manejar en otra forma. La energía eléctrica de corriente continua recibida de la turbina hidráulica puede, por ejemplo, convertirse o invertirse en una energía eléctrica de corriente alterna y/o almacenarse en una o más baterías o bancos de baterías.

De acuerdo con algunas realizaciones, el método 900 puede continuar por la transmisión de la energía eléctrica para su uso en la alimentación de uno o más dispositivos eléctricos, en 906. La energía eléctrica puede, por ejemplo, transmitirse a uno o más dispositivos eléctricos locales respecto al dispositivo, objeto y/o entidad asociada con el despliegue de la turbina hidráulica (por ejemplo en 902) y/o asociado con la recepción de energía desde la turbina hidráulica ( por ejemplo en 904).

En algunas realizaciones, la energía eléctrica puede también, o alternativamente, transmitirse para la alimentación de otros dispositivos eléctricos y/o para facilitar la alimentación de otros dispositivos eléctricos. En el caso de que la energía eléctrica se transmita a una red eléctrica (por ejemplo, mediante una turbina hidráulica más grande y/o mediante una agrupación de turbinas hidráulicas), por ejemplo, la energía eléctrica puede añadirse simplemente a la reserva de energía eléctrica utilizada por la red para alimentar varios dispositivos eléctricos (por ejemplo varios hogares y/o negocios). Por ejemplo, la FIG. 10 ilustra en 1000 un rotor hidráulico 1010 dimensionado comercial que podría transportarse en un camión de góndola plana 1020 de acuerdo con algunas realizaciones. A modo de ejemplo solamente, el rotor podría ser de 5.1816 m (17 pies) de ancho y tener varios discos con un diámetro de 1.524 ó 1.8288 m (5 ó 6 pies).

De acuerdo con otras realizaciones, un excursionista, granjero, propietario y/u otra entidad o individuo puede utilizar una pequeña versión de una turbina hidráulica, por ejemplo, para alimentar uno o más dispositivos eléctricos de camping, barcas y/o residenciales. Por ejemplo, la FIG.11 ilustra en 1100 un rotor hidráulico 1110 sumergido por debajo de la superficie 1120 de una masa de agua de acuerdo con algunas realizaciones. En particular, el rotor hidráulico 1110 se fija a una plataforma de superficie 1130 para alimentar una batería 1140.

De acuerdo con algunas realizaciones, la energía eléctrica producida por la turbina hidráulica se puede vender, comercializar y/o proporcionar en otra forma a una pluralidad de consumidores. En algunas realizaciones, los consumidores de la energía eléctrica pueden, por ejemplo, alimentar varios dispositivos eléctricos utilizando la energía eléctrica. En algunas realizaciones, la energía eléctrica está asociada con incentivos y/u otros beneficios asociados con la naturaleza renovable y/o medioambientalmente amigable de la turbina hidráulica y/o del método mediante el que se produce la energía eléctrica. Los consumidores pueden pagar una prima y/o elegirla específicamente de otra forma, por ejemplo, la utilización de parte o toda la energía producida por la turbina hidráulica (y/o la energía que representa la energía eléctrica producida por la turbina hidráulica). De acuerdo con algunas realizaciones, se pueden asociar otros beneficios intrínsecos y/o externalidades con la utilización de la turbina hidráulica y/o la energía eléctrica "verde" producida a partir de ella.

La FIG. 12 es una vista frontal 1200 de la turbina hidráulica que tiene generadores laterales de acuerdo con algunas realizaciones. Se puede mover un eje 1210 cuando los álabes 1220, 1222 son empujados por un flujo de agua. Un par de generadores 1270 situados en cada lado del eje 1210 incluyen imanes 1272 y bobinas fijas no móviles 1274. Cuando los imanes 1272 se mueven pasando por las bobinas 1274, se producirá una corriente. Obsérvese que se pueden proporcionar muchas variaciones y/o implementaciones para las realizaciones descritas en el presente documento. Por ejemplo, de acuerdo con algunas realizaciones, los álabes se pueden fijar a un tambor sumergido (y por ello hacer que el tambor sumergido gire). En otras realizaciones, los álabes pueden girar mientras el tambor sumergido no. De acuerdo con algunas realizaciones, el generador 1270 no usa una llanta de imanes móviles aunque de hecho usa dos discos de imanes 1272 fijados a la llanta, en cada lado de la bobina no móvil 1274. Dicho enfoque puede proporcionar un generador de diámetro incrementado y actuar para contener la carga de presión de agua contra las paletas 1220, 1222 impulsadas. El generador 1270 puede estar alojado en una carcasa de metal o fibra de vidrio.

De acuerdo con otras realizaciones, se puede colocar un único generador en el centro del rotor hidráulico. Por ejemplo, la FIG.13 es una vista frontal 1300 de una turbina hidráulica que tiene un generador central 1370 de acuerdo con algunas realizaciones. Como anteriormente, se puede mover un eje 1310 cuando los álabes 1320, 1322 son empujados por el flujo de agua. El generador 1370 situado en el centro del eje 1310 incluye imanes 1372 y bobinas estacionarias no móviles 1374. Cuando los imanes 1372 se mueven pasando por las bobinas 1374, se producirá una corriente. En esta realización, los dos discos exteriores pueden incluir apéndices de flotabilidad estilizados, y el eje de núcleo central "estático" puede ser un tubo grande (no sólido) fijado a la armadura no móvil o "bobina" que mantiene radios alrededor de los que giran los imanes. El eje central 1310 puede centrarse dentro del tambor en un tubo que es parte del centro del tambor interior, un tubo del núcleo que transcurre lateralmente de lado a lado como parte de las piezas internas del tambor. El tubo de tambor puede ser, por ejemplo, más grande que el eje estático de modo que no cree una interferencia o fricción. Se pueden proporcionar cojinetes que sellan la cápsula o disco del generador de los elementos externos ( por ejemplo, del agua).

Dicho rotor puede proporcionar un sistema generador de 20 kW siendo capaz el generador de disco 1370 central más grande de producir eficientemente electricidad a muy bajas Revoluciones Por Minuto RPM. Este tipo de generador 1370 tiene solamente una parte móvil (que es el tambor exterior y los imanes cuando ruedan pasando por la armadura de radios centrales fijos con las bobinas estáticas). El sistema puede estar, por ejemplo firmemente anclado a un fondo de un rio con el rotor suspendido por debajo de la superficie a una profundidad de máxima velocidad de flujo. La potencia se puede conducir entonces a la comunidad usuaria a través de un cable subacuático. Dicho sistema puede, de acuerdo con algunas realizaciones ser totalmente móvil y diseñado para encajar en o sobre un camión articulado estándar.

La FIG. 14 ilustra una generación de energía potencial 1400 a varias velocidades de agua de acuerdo con algunas realizaciones. Obsérvese que a una velocidad de flujo de 6.4374 km/h (4 millas por hora), algunas realizaciones descritas en el presente documento pueden generar aproximadamente 20 kW, en este caso con referencia a un área de barrido, o área frontal de 18.58 m2 (200 pies cuadrados) (por ejemplo, 3.048 m por 6.096 m (10 por 20 pies)). Cuando la velocidad del flujo se incrementa, la salida de potencia puede incrementarse tal como se indica en el gráfico. Obsérvese que algunas realizaciones pueden proporcionar unidades de uso de un consumidor relativamente pequeñas, que incluyen un "protector rodante de barco", rotor hidráulico que podría proporcionar alimentación a barcos anclados mientras están en corrientes que se mueven lentamente. El dispositivo plegable podría dejarse caer en la corriente, llenarse automáticamente con agua y comenzar a girar en la corriente. Obsérvese que la potencia de salida por "Área barrida" se incrementa proporcionalmente con el incremento o disminución de la salida linealmente con el tamaño del dispositivo, reflejando el elevado CoP.

Las diversas realizaciones descritas en el presente documento son únicamente para el propósito de ilustración. Los expertos en la téenica observarán que se pueden realizar diversas sustituciones a esas realizaciones descritas en el presente documento sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, aunque se han descrito en el presente documento ejemplos que despliegan un único rotor hidráulico, obsérvese que las realizaciones podrían desplegarse como grupos de rotores hidráulicos, incluyendo líneas horizontales o verticales de rotores, conjuntos paralelos o secuencíales de rotores, y/o una matriz en 2D o 3D de rotores. OObbsséérrvveessee adicionalmente que algunas realizaciones pueden proporcionar un rotor hidráulico que se oriente sustancialmente verticalmente bajo el agua (por ejemplo, en lugar de sustancialmente horizontal como se ha descrito principalmente en el presente documento). Esto es, las realizaciones se podrían usar tanto horizontal como verticalmente, o cualquier otra intermedia siempre que se orienten enfrentadas al flujo de agua. Por ejemplo, el rotor hidráulico puede trabajar cuando permanece alzado sobre su lado (por ejemplo, siempre que el ángulo de enfrentamiento con el área barrida frontal sea consistente con las descripciones del presente documento) en "pilas" de rotores, tal como en agua relativamente poco profunda. Los expertos en la téenica reconocerán también a partir de esta descripción que se pueden poner en práctica otras realizaciones con modificaciones y alteraciones limitadas solamente por las reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema, que comprende: un tambor sumergido en agua y que se extiende horizontalmente a lo largo de un eje central entre un primer punto sobre un primer lado del tambor y un segundo punto sobre un segundo lado del tambor opuesto al primer lado; tres álabes curvados fijados al tambor de modo que los álabes, cuando son actuados por un flujo de agua perpendicular al eje, son operativos para producir la rotación alrededor del eje, en el que una zona del borde de cada álabe, localizada sustancialmente en oposición al tambor, define un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por una superficie del tambor situada entre la zona del borde y el eje; y un generador eléctrico acoplado al tambor para convertir la energía rotacional producida por la rotación alrededor del eje en una energía eléctrica.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la rotación producida por la fuerza del agua comprende la rotación del tambor alrededor del eje.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la rotación del tambor genera una fuerza de impulso o bien hacia arriba o bien hacia abajo sobre el tambor 110 dentro del agua.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la fuerza de impulso comprende al menos una fuerza de impulso de entre un efecto Magnus o Savonius.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la altura máxima de cada álabe y del tambor son sustancialmente iguales, o mayores que el diámetro del tambor.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente: un primer disco lateral centrado en el primer punto y paralelo al primer lado del tambor; y un segundo disco lateral centrado en el segundo punto y paralelo al segundo lado del tambor, en el que el primer y segundo discos laterales se extienden sobrepasando la distancia máxima entre la altura total de cada álabe y el tambor.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el generador eléctrico comprende un primer generador acoplado al primer disco lateral y un segundo generador acoplado al segundo disco lateral.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los generadores se acoplan a los discos laterales a través de al menos una de: (i) cadenas, (ii) engranajes o (iii) acoplamiento por fricción.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una parte del generador se sitúa dentro del 45 tambor.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el generador incluye al menos un imán y al menos una bobina conductora que se mueven relativamente entre si como resultado de la rotación alrededor del eje.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un deflector de flujo sumergido con el tambor para dirigir al menos parte del flujo de agua al interior de un área definida por un álabe.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en el que una zona del borde del deflector de flujo sustancialmente próxima a los álabes se sitúa sustancialmente en, o en el lado opuesto de, un plano de estancamiento, en el que el flujo de agua por encima del plano de estancamiento fluye sobre el tambor y el flujo de agua bajo el plano de estancamiento fluye por debajo del tambor.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en el que una zona del borde del deflector de flujo sustancialmente próxima a los álabes define un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por una superficie del tambor situada entre la zona del borde y el eje.

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el deflector de flujo incluye un primer lado sustancialmente paralelo al primer lado del tambor y un segundo lado sustancialmente paralelo al segundo lado del tambor.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el deflector de flujo incluye una superficie superior de modo que el flujo de agua cree una fuerza hacia abajo sobre el deflector de flujo y una superficie inferior de modo que el flujo de agua cree una fuerza hacia arriba sobre el deflector de flujo.

16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el deflector de flujo comprende un primer deflector de flujo situado en la parte frontal del tambor y que comprende adicionalmente un segundo deflector de flujo situado por detrás del tambor.

17. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema es flotante y anclado a través de al menos un cable flexible a un suelo por debajo del agua.

18. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, que comprende adicionalmente un cabrestante activo asociado con cada cable flexible.

19. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema es más pesado que el agua y amarrado a través de al menos un cable flexible a un punto por encima del sistema.

20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en el que el punto se asocia con al menos uno de: (i) un puente, (ii) un barco, (iii) una presa, (iv) una boya o (v) una barcaza.

21. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, que comprende adicionalmente un cabrestante activo asociado con cada cable flexible.

22. Un método, que comprende: el despliegue de una turbina hidráulica sumergida, en el que la turbina hidráulica comprende: un tambor sumergido en agua y que se extiende horizontalmente a lo largo de un eje central entre un primer punto sobre un primer lado del tambor y un segundo punto sobre un segundo lado del tambor opuesto al primer lado, tres álabes curvados fijados al tambor de modo que los álabes, cuando son actuados por un flujo de agua perpendicular al eje, son operativos para producir la rotación alrededor del eje, en el que una zona del borde de cada álabe, localizada sustancialmente en oposición al tambor, define un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por una superficie del tambor situada entre la zona del borde y el eje, y un generador eléctrico acoplado al tambor para convertir la energía rotacional producida por la rotación alrededor del eje en una energía eléctrica; y la recepción de la energía eléctrica desde la turbina hidráulica; y la transmisión de la energía eléctrica para su uso en la alimentación de uno o más dispositivos eléctricos.

23. El método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende adicionalmente: la conversión de la energía eléctrica en una forma diferente previamente a la transmisión de la energía eléctrica para su uso.

24. Un método, que comprende: la utilización de energía eléctrica para alimentar un dispositivo eléctrico, en el que la energía eléctrica se genera mediante una turbina hidráulica sumergida, que comprende: un tambor sumergido en agua y que se extiende horizontalmente a lo largo de un eje central entre un primer punto sobre un primer lado del tambor y un segundo punto sobre un segundo lado del tambor opuesto al primer lado; tres álabes curvados fijados al tambor de modo que los álabes, cuando son actuados por un flujo de agua perpendicular al eje, son operativos para producir la rotación alrededor del eje, en el que una zona del borde de cada álabe, localizada sustancialmente en oposición al tambor, define un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por una superficie del tambor situada entre la zona del borde y el eje; y un generador eléctrico acoplado al tambor para convertir la energía rotacional producida por la rotación alrededor del eje en una energía eléctrica.

25. Energía eléctrica generada mediante una turbina hidráulica sumergida, en la que la turbina hidráulica sumergida comprende: un tambor sumergido en agua y que se extiende horizontalmente a lo largo de un eje central entre un primer punto sobre un primer lado del tambor y un segundo punto sobre un segundo lado del tambor opuesto al primer lado; tres álabes curvados fijados al tambor de modo que los álabes, cuando son actuados por un flujo de agua perpendicular al eje, son operativos para producir la rotación alrededor del eje, en el que una zona del borde de cada álabe, localizada sustancialmente en oposición al tambor, define un plano sustancialmente paralelo a un plano definido por una superficie del tambor situada entre la zona del borde y el eje; y un generador eléctrico acoplado al tambor para convertir la energía rotacional producida por la rotación alrededor del eje en una energía eléctrica.