MXPA06009978A - Bomba de oleaje utilizada para transformar la energia de las olas en otro tipo de energia utilizable. - Google Patents

Bomba de oleaje utilizada para transformar la energia de las olas en otro tipo de energia utilizable.

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Abstract

La presente invencion esta relacionada con la industria de la transformacion de energia, y mas especificamente con la industria de manufactura de dispositivos para transformacion de energias naturales alternativas en energia mas controlable y relativamente facil de almacenar. Las ventajas del presente equipo con respecto de los del estado de la tecnica radican en que el presente es de larga vida util, que puede extraer de las olas una energia que puede almacenarse para su uso en el momento en que se requiera y con la capacidad de poder ser controlada en su aplicacion. Estructuralmente el equipo de la presente invencion esta caracterizado por comprender un flotador que tiene un orificio en el centro, en ese orificio se dispone sujeto firmemente un tubo rigido conectado hidraulicamente por uno de sus extremos a una manguera, y por el otro extremo a una valvula tipo check en el extremo sumergido en el lecho del agua; el extremo opuesto de la manguera que esta unido hidraulicamente al tubo rigido, la manguera desemboca en un deposito de agua en tierra firme y por arriba del nivel medio del mar.

Description

BOMBA DE OLEAJE UTILIZADA PARA TRANSFORMAR LA ENERGÍA DE LAS OLAS EN OTRO TIPO DE ENERGÍA UTILIZABLE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención esta relacionada con la industria de la transformación de energía, y más específicamente con la industria de manufactura de dispositivos no contaminantes para transformación de energías naturales alternativas en energía más controlable y relativamente fácil de almacenar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es innegable, con ciertas dudas sobre la energía nuclear, que el conjunto de fuentes de energía en el planeta Tierra, directa o indirectamente, provienen de la energía solar. Si pensamos en la energía eólica, por ejemplo, esía se debe a las corrientes de convección del aire debido a los gradientes de temperatura que se forman por la diferente forma en que el sol caliente diferentes puntos en el planeta.
Unos de los problemas de este tipo de energía, es decir, de las energías alternativas, es la dificultad para controlarlas, su comportamiento errático, presentándose a muy alto nivel en algunos momentos y en otros de manera inexistente.
Una de las fuentes de energía que es errática, pero solo en su magnitud, ya que constantemente está presente, es el oleaje del mar. La energía del viento se trasmite al mar (Alteración del medio) a través de su componte tangencial causando deformaciones u olas, mismas que transportan parte de esa energía hacia las costas, es decir, que en cada punto por el cual esta pasando el oleaje, asociado a éste existe cierta energía, presión y fuerzas gravi-tacionales las cuales influyen en todo el perfil vertical afectando ei perfil hasta /2 de L (longitud de onda de la ola en el punto) para aguas profundas y el fondo marino en el caso de aguas someras.
La energía que trasportan estas olas es de una magnitud elevada y las personas que han estado en contacto con estos desplazamientos del agua marina pueden corroborarlo. Esto ha llamado mucho la atención de aquellas personas que se interesan en nuevas fuen-tes de energía y esto ha generado más de 2000 procesos y como 200 dispositivos que intentan extraer energía de la energía contenida en las olas, pero sólo 2 o 3 patentes podrían lograr su objetivo de manera sustentable.
La mayoría de las creaciones al respecto tienen el inconveniente de que tratan de hacer toda la operación dentro del agua y como ya dijimos, el mar contiene mucha energía y para poder extraerla se requiere de dispositivos más simples que permitan soportar esta energía sin que se destruyan.
Además de la magnitud de la energía, ésta se manifiesta con vectores de dirección variable, frecuencia errática, y es agresiva químicamente (corrosión), y se presenta con magnitudes que pueden rebasar toda resistencia económicamente viable.
Una muestra muy pequeña de estos inventos, los tenemos en los documentos de patentes US5.808.368 y EPO.664.855 B1.
En la patente US5.808.368 se reclama y divulga un mecanismo que extrae únicamente la energía de la ola sin extraer nada de materia. Por el movimiento relativo de un flotador con respecto a un bloque de anclaje, se origina un movimiento de vaivén en un cable unido por uno de sus extremos al bloque de anclaje y por el extremo contrario, fuera del agua, en tierra firme, a otro bloque de contrapeso, con un mecanismo de trinquete intermedio que transforma el movimiento de vaivén en un movimiento circular que puede ser utilizado para proporcionar movimiento a una bomba de agua o a un generador de energía eléctrica.
Este mecanismo presenta varios inconvenientes, uno de ellos, por ejemplo es que la energía obtenida de las olas tiene que ser usada inmediatamente, sino esta energía se pierde, al no poder almacenarse. Otro ejemplo de inconveniente es que esta energía es proporcional a la energía que contenga la ola en un momento dado y no es posible controlar dicha energía. Comprendiendo por controlar iniciar, continuar y parar en el momento en que se desee.
En el documento de patente EPO.664.855 B1 se divulga un mecanismo que anclado firmemente en el lecho del mar, por medio de una combinación de válvulas, puede actuar como una bomba o como un generador de energía eléctrica.
Este mecanismo tiene como inconveniente principal el de requerir de ser anclado firmemente en el fondo del lecho marino, lo cual significa costos elevados de instalación y con el comportamiento del mar, una vida útil demasiado corta.
Por todo lo anterior, un mecanismo que disminuya al máximo los inconvenientes ya marcados anteriormente para los mecanismos del estado de la técnica y que imperan para la mayoría de ellos, significaría un avance tecnológico en esta área. La obtención de una energía cualquiera a partir de una energía natural y ecológicamente sana, significaría una empresa financieramente sana y una empresa que tendría ventajas competitivas importantes sobre las empresas con tecnologías tradicionales.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN El principal objetivo de la presente invención es el de hacer posible un mecanismo eficiente de extracción de la energía del oleaje, con cualidades de larga vida útil.
Otro de los objetivos es el de hacer posible dicho mecanismo con la posibilidad de obtener una energía que pueda almacenarse para su uso en el momento en que se requiera.
Aún otro objetivo es el de lograr en este mecanismo la posibilidad de transformar la energía del oleaje en una energía que pueda ser controlada en su aplicación.
Otros objetivos y ventajas de la presente invención podrán ser evidentes a partir del estudio de la siguiente descripción y los dibujos que se acompañan con fines exclusivamente ilustrativos y no limitativos.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO En pocas palabras, la presente invención consiste en un mecanismo para transformar la energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, siendo en este caso la energía utilizable la energía po- tencial implícita en cierta cantidad de agua ubicada a una cierta altura, análogamente a la energía potencial en el vaso una presa.
La principal función de este dispositivo es de bombear agua a un tanque elevado, utilizando la propia energía de las olas del mar.
Ya teniendo agua de mar en tanque elevado, se cuenta con energía potencial almacenada factible de ser transformada en energía cinética controlada. Esta es la principal ventaja de este tipo de siste-mas, el poder almacenar la energía y sólo usarla en el momento que la necesites. Abrir y cerrar una llave de paso.
Para ello el mecanismo consiste en dos elementos principales. Una boya con una válvula check en el centro, un elemento que co-necta hidráulicamente la válvula check con un deposito lejano en tierra firme, donde se conduce el agua impulsada por el oleaje a través de la válvula y es transportada por el elemento que conecta hidráulicamente esta válvula con el depósito.
El mecanismo de bombeo se puede explicar diciendo que cuando la ola actúa sobre la boya le causa desplazamientos verticales* (hacia arriba y hacia abajo cuyo límite es la altura de la ola actuante), así al ir subiendo ésta partiendo del valle con la ola hasta la cresta, se inducen desplazamientos de las partículas de agua con dirección hacia abajo causando con esto una diferencia (gra- diente) de presiones o vacío en el tubo rígido ( en el espacio que ocupa el nivel de agua y la válvula check) y al continuar así con este movimiento cíclico ondulatorio partiendo ahora de la cresta (boya con dirección hacia abajo), se invierten los sentidos de los desplazamientos o velocidades de las partículas hasta llegar al nodo o valle, creando de esta manera un flujo hacia arriba con velocidades de las partículas que sobrepasan la resistencia de la válvula check alcanzando así el bombeo continuo con las aseveraciones de masa y limitaciones que abajo se marcan.
* Los desplazamientos horizontales no se consideran ya que la boya será anclada limitando al máximo éstos para hacerla más eficiente.
Otra manera de explicar, se puede indicar diciendo qué el proceso esta basado en el movimiento del mar en manera vertical. El sistema consta de dos principales elementos" una boya o flotador y una manguera que en la punta tiene una válvula tipo "Check". El flotador tiene pegado al centro la manguera y al momento del mo-vimiento de las olas se produce el sube y baja verticalmente, esto ocasiona que la manguera con la válvula en la punta absorba agua y se empiece el proceso de bombeo. Así también el volumen de desplazamiento del flotador (igual al peso o masa de la boya) estará directamente relacionado con la fuerza de bombeo, es decir, a mayor masa se tiene que vencer una mayor inercia del elemento para que llegue al reposo (ya que pasa de un estado continuo de movimiento al reposo, en la trayectoria hacia crestas y valles) y este movimiento del oleaje genera una fuerza vertical que induce el movimiento de partículas de agua dirigidas directo a la toma al bajar la boya por el efecto de la inercia del cuerpo (masa). Además del factor principal influyente en la fuerza del bombeo que es el gradiente de presiones arriba mencionado (energía de la ola), Así pues juntos estos dos fenómenos hacen posible el poder romper la carga que provoca el peso de la columna de agua que se es-ta formando y que finalmente a cierta altura ésta será constante para cada proyecto específico y así todo el conjunto (Boya-Columna de agua). formaran un sólo sistema.
Para comprender mejor las características de la invención se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, I?S dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra una ilustración esquemática de una parte del equipo para la extracción de energía de las olas del mar, para explicación del mecanismo del bombeo.
La figura 2 ilustra un esquema completo del equipo indicado en la figura anterior con la boya en una posición dada.
La figura 3 ilustra un esquema completo del equipo indicado en la figura anterior con la boya en una posición inferior a la posición que tenía en la figura 2.
La figura 4 ilustra la boya en una perspectiva convencional, mostrando el orificio central donde será instalada la válvula check La figura 5 ilustra un esquema de la válvula check en la posición abierta.
La figura 6 ilustra un esquema de la válvula check en su posición cerrada Para una mejor comprensión del invento, se pasará a hacer la descripción detallada de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO Los detalles característicos de este novedoso equipo para extraer energía del oleaje se mostrarán con la descripción detallada de la modalidad ilustrada en los dibujos anexos, señalando las mismas partes con los mismos signos de referencia para señalar las mismas.
La figura 1 muestra una ilustración esquemática de una parte del equipo para la extracción de energía de las olas del mar, para explicación del mecanismo del bombeo.
Cuando la ola actúa sobre la boya 1 le causa desplazamientos verticales* MOO (hacia arriba y hacia abajo cuyo límite es la altura h1 de la ola actuante), así al ir subiendo ésta partiendo del valle, con la ola hasta la cresta, se inducen desplazamientos de las partículas de agua con dirección hacia abajo causando con esto una dif e-rencia (gradiente) de presiones o vacío en el tubo rígido 2 ( en el espacio que ocupa el nivel de agua y la válvula check 3) y al continuar así con este movimiento cíclico ondulatorio partiendo ahora de la cresta (boya con dirección hacia abajo), se invierten los sentidos de los desplazamientos o velocidades de las partículas hasta llegar al nodo o valle, creando de esta manera un flujo hacia arriba con velocidades de las partículas que sobrepasan la resistencia de la válvula check alcanzando así el bombeo continuo con las limitaciones y aseveraciones de masa que abajo se marcan.
* Los desplazamientos horizontales no se consideran ya que la bo- ya será anclada limitando al máximo éstos para hacerla más efi cíente.
En otras palabras en ei momento de venir el oleaje hace que el flotador se eleve y cuando baja la válvula check absorbe la cantidad de agua que pueda contener y a la hora de volver a subir se cierra por gravedad y por el peso directo del agua absorbida.
Una observación del comportamiento de las partículas en el medio acuoso en cuanto a sus velocidades y aceleraciones locales de acuerdo a su posición (ángulo de fase), permiten ver que al ir subiendo a la cresta las velocidades de las partículas son negativas, es decir, el vector velocidad apunta hacia abajo y cuando va ba-jando hacia el valle, la velocidad es positiva y el vector apunta hacia arriba con respecto a un nivel de referencia ubicado en el nivel medio del mar.
Partiendo de la Ecuación General. F = P x A tenemos en nuestro sistema que se tiene que cumplir de manera general* la siguiente desigualdad para que se dé el bombeo, a saber: F = Poia x A?+ Ai (Pa)+ (Ai) p g hi) > M g + Pa x A2; * No se considera en la desigualdad la masa de la boya ya que re- presenta la condición mínima para el bombeo.
Donde el primer factor es el componente dinámico originado por el oleaje (único responsable de suministrar la energía para el bombeo, esto sin considerar la masa del flotador) y lo siguiente, es la parte hidrostática del sistema, entendiendo que la desigualdad indica que todos los factores tienen que ser mayores al peso de la columna de agua más la influencia de la presión atmosférica sobre el tubo flexible.
F= Fuerza actuando en la toma del tubo rígido. Ai = Área en la toma (tubo rígido). A2 = Área del tubo flexible. g = Aceleración de la gravedad. p = Peso específico del agua marina. h?= Altura de la toma hasta el nivel medio del mar. M = Masa de la columna de agua. Pa = Presión Atmosférica. Poia = Presión dinámica de la ola.
La figura 2 ilustra un esquema completo del equipo indicado en la figura anterior con la boya 3 en una posición dada. Esta boya 3, en su descenso después de pasar por la cresta de la ola, al descender hace que se meta agua en el tubo rígido 2, subiendo la al-tura tal que la columna de agua quede equilibrada con la fuerza de la ola, que como ya se mencionó, varía de acuerdo con la profundidad a la que se encuentre . Al dejar de actuar la ola, el agua introducida intentará regresar pero se lo impedirá el sellado de la válvula check, no visible en esta perspectiva. De esta manera, con cada nueva ola se estará introduciendo agua primero en el tubo rígido 2 y posteriormente en el tubo flexible 4, hasta hacer llegar el agua al depósito 5, donde se almacenará como energía potencial que dependerá de la altura y de la cantidad de agua, logrando transformar así la energía dinámica del oleaje en energía potencial controlable.
La figura 3 ilustra un esquema completo del equipo indicado en la figura anterior con la boya en una posición inferior a la posición que tenía en la figura 2. En esta figura aparecen los mismos elementos ya descritos en la figura 1, pero en otra posición.
La figura 4 ilustra la boya 3 en una perspectiva convencional, mostrando el orificio central 8 donde será instalada la válvula check, no ilustrada. En esta figura se ilustra el detalle de las carretillas 7 que facilitarán el transporte de la boya en tierra firme. Siendo esta una boya, es claro que deberá tener una densidad menor que la del agua, pero con una resistencia importante a los esfuerzos que pudieran presentarse por su propio peso y su movimiento en el agua. Un ejemplo de estos materiales podría ser compuesto con alma metálica y cubierta de material espumado.
La figura 5 ilustra un esquema de la válvula check en la posición abierta. Durante la definición del invento se probaron diferentes diseños de válvulas, teniendo el inconveniente, la mayoría, que de deteriorarse en funcionamiento o en su cuerpo por las características del agua de mar y por la tierra, suciedades o arena que arrastra la propia ola. Un diseño que supero los inconvenientes es el mostrado en esta figura en donde se puede ver el asiento 9 de la válvula con los orificio a través de los cuales pasa el agua de la ola. El disco flexible 10 es el que sella contra el asiento 9, obturando los orificios 11, cuando el agua tiende a bajar.
La figura 6 ilustra un esquema de la válvula check en su posición cerrada, con el disco 10 asentado en el asiento de la válvula, en su posición de obturación de los orificios no vistos en esta posición. El conjunto de los elementos mencionados en la presente descripción, cooperan para llevar a cabo la función de bombear agua del mar a un depósito lejano y alto, utilizando para ello la energía contenida en el oleaje.
Las ventajas de este equipo con respecto de los del estado de la técnica son sencillez, efectividad, simplicidad, economía, y el principal inconveniente de los procesos actuales es que dependen de factores relacionados con la frecuencia y elevación de las olas para poder generar electricidad y el nuestro es variable, es decir podemos bombera un litro o seis y no nos afecta, porque el desempeño se mide en el promedio de bombeo en un día.
El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer mod if i-caciones no descritas en la presente solicitud, no obstante, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la in-vención.

Claims (4)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente la invención, se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo expresado y contenido en las siguientes cláusulas reivindicatorías.
1. Equipo para transformar la energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, caracterizado por comprender un flotador que tiene un orificio en el centro, en ese orificio se dispone sujeto fir-memente un tubo rígido conectado hidráulicamente por uno de sus extremos a una manguera, y por el otro extremo a una válvula tipo check en el extremo sumergido en el lecho del agua; el extremo opuesto de la manguera que esta unido hidráulicamente al tubo rígido, la manguera desemboca en un depósito de agua en tierra fir-me y por arriba del nivel medio del mar.
2. Equipo para transformar la energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, tal y como se reclama en la reivindicación anterior, caracterizado porque dicho flotador, también denominado bo-ya, esta sujeto a la orilla y/o al fondo del mar para efecto de otras aplicaciones en mar adentro, logrando así minimizar los grados de libertad del sistema y con esto los desplazamientos horizontales.
Equipo para transformar la energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, tal y como se reclama en la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho flotador, también denominado boya, esta manufacturado por un alma metálica recubierta de espuma plástica.
4. Equipo para transformar la energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, tal y como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la válvula check es una válvula que comprende un asiento de válvula horadado y un disco flexible plástico o metálico con la capacidad de sellar contra el asiento, obturando sus orificios y permitiendo el flujo de agua solamente hacia el depósito y evita que esta regrese al mar.
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