WO2002048544A1 - Sistema de generación de energía a partir de las olas del mar - Google Patents

Sistema de generación de energía a partir de las olas del mar Download PDF

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WO2002048544A1
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chain
energy
piston
recovery device
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José Antonio Serrano Molina
José Antonio Serrano Cabello
Ferran Josep Puerta Sardo
Juan Manuel Arcos Montes
Manuel Antonio Garcia-Calvillo Miralles
José Doroteo Lopez Huete
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Serrano Molina Jose Antonio
Serrano Cabello Jose Antonio
Ferran Josep Puerta Sardo
Juan Manuel Arcos Montes
Garcia-Calvillo Miralles Manue
Lopez Huete Jose Doroteo
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    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a system for generating energy from the waves of the sea.
  • the objective of the system of the present invention is to solve the drawbacks of the systems known in the art, by providing a plurality of advantages described below.
  • the power generation system of the present invention is of the type comprising at least one floating body.
  • the floating body comprises a device arranged inside said body for the transformation of the movement of the floating body into pneumatic or hydraulic energy and means of transmitting the energy to the mainland or a fixed structure. Thanks to these characteristics, a power generation system is obtained with a lower manufacturing time and cost than currently known systems.
  • the fact that the transformation device is arranged inside the floating body protects it from water corrosion, sudden movements caused by sea currents and other possible external agents that could damage or damage any of the components that make up the device. In the same way, since the whole assembly is inside the floating body, its installation in the sea is done more easily and quickly since it is only necessary to anchor the floating body on the seabed. This last feature also allows the creation of an installation of several systems of the invention without the need for a high investment and with the advantage of being all connected to a single and same means of energy transmission.
  • the floating body transformation device comprises a mechanism that transmits the movement of the floating body to a piston that compresses air under pressure.
  • the mechanism is a chain attached to a piston that meshes with the axis of said piston.
  • the mechanism includes a chain recovery device regardless of the return force of the wave, ensuring the correct functioning of the system at all times. The lack of such a device would destroy the work cycle.
  • the transmission means comprise a conduit for the circulation of the pressurized air to a pressurized air accumulator.
  • the pressurized air accumulator device is connected to at least one pneumatic motor that drives an alternator that produces electric power.
  • the floating body is a buoy.
  • the recovery device comprises at least one pair of drums arranged one above the other, by which the chain is wound and unwound.
  • the drums have a grooved surface that prevents lateral displacement of the chain from the drum.
  • the recovery device includes a protective housing at the top.
  • the floating body comprises viewing means. Thanks to the presence of such means, a quick and clear visual location of the buoys on the sea is provided. These means can be beneficial in situations where the weather conditions are adverse, allowing them to be located by vessels that can be found near them.
  • the signaling means are powered by at least one rechargeable battery by photovoltaic cells.
  • the system of the invention comprises a counterweight that provides the necessary torque to retrieve the chain in the wave descent movement.
  • the mechanism of the transformation device is a chain attached to at least two pistons that meshes with the axis of both pistons.
  • the invention also provides that the piston comprises an automatic sequential change device, adjustable according to the thrust force caused by the wave.
  • the piston comprises an automatic sequential change device, adjustable according to the thrust force caused by the wave.
  • Figure 1 is a schematic view of a first embodiment of the floating body of the invention, including the inner device;
  • Figure 2 is a perspective view of the system recovery device;
  • Figure 3 is a schematic view of an installation using the power generation system of the invention and
  • Figure 4 is a perspective view of a second embodiment of the floating body of the invention.
  • the The power generation system of the invention comprises a floating body 1 which includes in its interior a device 2 for the transformation of the movement of said body into pressurized air.
  • a system of simple construction is obtained so that manufacturing and maintenance costs are considerably reduced.
  • the floating body 1 is formed by a ballast buoy 3 constituted by a body that includes in its interior a through hole. This hole makes it easier for the buoy to be weighted by means of a cable 4 or similar.
  • the inner device 2 is constituted by a pneumatic piston 5 connected to a chain 6 by means of a gear system, represented schematically and with the reference 7, said chain 6 being connected at its other end to the sea floor through a toothed crown 8, or by any other system of similar characteristics.
  • the objective of the pneumatic piston 5 is to compress the largest number of liters of air from outside at a set pressure.
  • the length of the rolled chain 6 will depend on the difference between low tide and high tide plus the expected height of the waves.
  • the piston 5 comprises an automatic sequential change device (not shown), adjustable depending on the thrust force caused by the wave. In this way, it is allowed to take full advantage of the energy production since it must be taken into account that the force produced during the ascension of the wave is increasing. For this, the working relationship must be adapted as the force received increases using a sequential change.
  • the piston 5 of the transformation device 2 is connected at one end to a recovery device 9 which allows at all times Regardless of the force generated by the wave, the recovery of chain 6 in its initial position.
  • the compressed air obtained from the pneumatic piston 5 is conducted through a conduit 10 towards an air accumulator.
  • the various elements and devices involved in obtaining energy are located inside the buoy 3, so that said elements are protected from corrosion as well as the direct impact caused by a wave. when it hits buoy 3.
  • a recovery device comprising a pair of drums 11 and 12, with a grooved surface 13, arranged one on top of the other, by which the chain 6 (not shown) is wound and unwound. which is introduced into the device through a lower hole.
  • Both drums 11 and l2 are slightly offset vertically to avoid relative displacement between the chain and the drum.
  • the upper drum 11 has a larger diameter with respect to the lower drum 12 in order to prevent the chain from rubbing with said lower drum 12.
  • the upper drum 11 includes a semi-cylindrical housing 14 that prevents the cable or chain 6 get out of the grooves of the surface 13 of the drum 11 in the event of a loss of the tension of the chain 6 or cable.
  • FIG 3 an installation consisting of two floating bodies 1, in particular, two buoys 3 incorporating the device 2 of the invention, can be seen, which conducts the compressed air obtained to a main duct 14 that transports said air to an accumulator tank 15 of compressed air located in the coastal zone.
  • Said main conduit 14 is buried under the seabed to avoid damage caused by anchors and fishing nets
  • Said tank 15 is in turn connected to a plurality of conventional pneumatic motors 16, each of them operating an alternator 17, thereby obtaining electrical energy that will later be distributed to an electrical network.
  • buoy 3 is provided with signaling means (not shown) that provide a quick and clear display of buoys 3. These means are very useful in adverse weather conditions for sea transport, avoiding a possible collision of a vessel with system buoys.
  • Said signaling means are powered by batteries recharged by photovoltaic cells and small dynamos.
  • the facility can be constructed with a plurality of floating bodies 1 using the system of the invention, also taking into account that the device 2 would already be mounted inside the buoy 3 before install it in the sea. This assembly allows to reduce the installation time of the system.
  • FIG 4 a second embodiment of a floating body 18 of the system of the invention is shown.
  • Said body has a cylindrical section 19 whose upper part includes a plastic protection housing 20 to protect the devices that are inside.
  • a recovery device 21 of the same characteristics as the device shown in Figure 2 is observed, at whose ends it is they find two housings 22,23 that present inside two pistons whose axis corresponds to the same axis 24 of the recovery device 21.
  • the air supply required by the pistons is channeled through a conduit 25 protruding externally from the housing 20.
  • Said conduit 25 includes a filter for moisture removal and a small electric power turbine.
  • a counterweight 26 formed by a disk of a considerable weight is appreciated, for example, 20 Kg. Which provides the necessary tension to the chain or cable of the recovery device 21.
  • the disk can be moved along three bars 27 stainless steel.
  • the materials used in the vast majority of the components that comprise the system are lightweight and virtually non-corrosive materials, such as aluminum.
  • the energy-obtaining system of the invention has the advantage that in case of breakage of buoy 3 or leakage, no environmental pollution occurs. This is because the fluid used is pressurized air. Likewise, there are no electromagnetic effects on the seabed that are harmful to the fauna that may be found in the area.

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Abstract

Comprende al menos un cuerpo flotante (1), y se caracterisa por el hecho de que comprende un dispositivo (2) dispuesto en el interior de dicho cuerpo (1) para la transfomación del movimiento del cuerpo flotante (1) en energía neumático o hidráulico y medios de transmisión de la energía hasta tierra firme o una estructura fija. Con ello se obtiene un sistema de generación de energía con un tiempo y coste de fabricación menor que los sistemas actualmente conocidos. Por otro lado, el hecho de que el dispositivo de transformación (2) esté dispuesto en el interior del cuerpo flotante (1) lo protege de la corrosión del agua, de movimientos bruscos provocados por corrientes marinas y de otros posibles agentes externos que podrían estropear o dañar cualquiera de los componentes que conforman el dispositivo.

Description

SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LAS OLAS DEL MAR
La presente invención se refiere a un sistema de generación de energía a partir de las olas del mar.
En la actualidad se están estudiando y buscando nuevas fuentes de energía renovables de contaminación atmosférica cero y que impliquen una inversión mínima y una óptima rentabilidad.
En la práctica, existen fuentes renovables como la energía solar y la energía eólica, pero éstas no son suficientes para abastecer la energía que requiere la sociedad actual. Por ello se ha buscado otra forma de obtener energía, que consiste en el aprovechamiento de la fuerza que generan las olas en el mar, más concretamente, las subidas y bajadas que provocan las mismas. En la actualidad son conocidos distintos dispositivos y sistemas para obtener energía de este modo, pero dichos dispositivos presentan el inconveniente de que en muchos casos requieren de una fuerte inversión para su fabricación e instalación en el mar. Otro inconveniente, no menos importante, es la complejidad que presentan algunos sistemas actuales una vez montados . Esta complej idad supone un elevado grado de mantenimiento que en diversas ocasiones no se rentabiliza con el rendimiento de energía obtenido. Este bajo rendimiento a largo plazo puede suponer el desmantelamiento de las instalaciones que utilizan estos sistemas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo del sistema de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los sistemas conocidos en la técnica, proporcionando una pluralidad de ventajas que a continuación se describen. El sistema de generación de energía de la presente invención es del tipo que comprende al menos un cuerpo flotante.
Según una característica de la presente invención, el cuerpo flotante comprende un dispositivo dispuesto en el interior de dicho cuerpo para la transformación del movimiento del cuerpo flotante en energía neumática o hidráulica y medios de transmisión de la energía hasta tierra firme o una estructura fija. Gracias a estas características, se obtiene un sistema de generación de energía con un tiempo y coste de fabricación menor que los sistemas actualmente conocidas . Por otro lado, el hecho de que el dispositivo de transformación esté dispuesto en el interior del cuerpo flotante lo protege de la corrosión del agua, de movimientos bruscos provocados por corrientes marinas y de otros posibles agentes externos que podrían estropear o dañar cualquiera de los componentes que conforman el dispositivo. Del mismo modo, al estar todo el conjunto dentro del cuerpo flotante, su instalación en el mar se realiza con mayor facilidad y rapidez ya que sólo es necesario anclar el cuerpo flotante en el fondo marino . Esta última característica permite, además, crear una instalación de varios sistemas de la invención sin la necesidad de una elevada inversión y con la ventaja de hallarse todos ellos conectados a un único y mismo medio de transmisión de energía.
Según una realización de la invención, el dispositivo de transformación del cuerpo flotante comprende un mecanismo que transmite el movimiento del cuerpo flotante a un pistón que comprime aire a presión.
Preferentemente, el mecanismo es una cadena unida a un pistón que engrana con el eje del citado pistón. Ventajosamente, el mecanismo incluye un dispositivo de recuperación de la cadena independientemente de la fuerza de retorno de la ola, garantizándose en todo momento el correcto funcionamiento del sistema. La carencia de dicho dispositivo destruiría el ciclo de trabajo.
Según otro aspecto de la invención, los medios de transmisión comprenden un conducto para la circulación del aire a presión hasta un acumulador de aire a presión. Según una realización de la invención, el dispositivo acumulador de aire a presión está conectado a por lo menos un motor neumático que acciona un alternador que produce energía eléctrica.
Preferentemente, el cuerpo flotante es una boya.
Según una realización de la invención, el dispositivo de recuperación comprende por lo menos un par de tambores dispuestos uno encima de otro, por los cuales se enrolla y desenrolla la cadena.
Preferentemente, los tambores presentan una superficie ranurada que evita un desplazamiento lateral de la cadena respecto el tambor.
Por otro lado, el dispositivo de recuperación incluye en la parte superior una carcasa de protección.
Según otra característica de la invención, el cuerpo flotante comprende medios de visualización. Gracias ala presencia de dichos medios, se proporciona una rápida y clara localización visual de las boyas sobre el mar. Estos medios pueden resultar beneficiosos en situaciones donde las condiciones meteorológicas son adversas, permitiendo ser localizadas por las embarcaciones que pueden hallarse cercas de las mismas.
Preferentemente, los medios de señalización están alimentados por al menos una batería recargable mediante células fotovoltaicas .
Ventajosamente, el sistema de la invención comprende un contrapeso que proporciona el par necesario para recuperar la cadena en el movimiento de descenso de la ola.
Alternativamente, el mecanismo del dispositivo de transformación es una cadena unida a por lo menos dos pistones que engrana con el eje de ambos pistones.
La invención también prevé que el pistón comprende un dispositivo de cambio secuencial automático, regulable en función de la fuerza de empuje provocada por la ola. De este modo, se permite aprovechar al máximo la producción de energía ya que debe tenerse en cuenta que la fuerza producida durante la ascensión de la ola va incrementándose. Para ello, se debe adaptar la relación de trabajo a medida que aumenta la fuerza recibida empleando un cambio secuencial .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos realizaciones del sistema de la invención, en los cuales:
La figura 1 es una vista esquemática de una primera realización del cuerpo flotante de la invención, incluyendo el dispositivo interior; la figura 2 es una vista en perspectiva del dispositivo de recuperación del sistema; la figura 3 es una vista esquemática de una instalación que emplea el sistema de generación de energía de la invención y; la figura 4 es una vista en perspectiva de una segunda realización del cuerpo flotante de la invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
Tal como se puede apreciar en la figura 1, el sistema de generación de energía de la invención comprende un cuerpo flotante 1 que incluye en su interior un dispositivo 2 para la transformación del movimiento del citado cuerpo en aire a presión. De este modo, se obtiene un sistema de sencilla construcción de manera que los costes de fabricación y de mantenimiento se reducen considerablemente .
El cuerpo flotante 1 está formado por una boya de lastre 3 constituida por un cuerpo que incluye en su interior un orificio pasante. Este orificio facilita que la boya sea lastrada mediante un cable 4 o similar.
El dispositivo 2 interior está constituido por un pistón neumático 5 unido a una cadena 6 mediante un sistema de engranajes, representado esquemáticamente y con la referencia 7, estando dicha cadena 6 unida por su otro extremo al fondo marino a través de una corona dentada 8, o mediante cualquier otro sistema de semejantes características. El objetivo del pistón neumático 5 es comprimir el mayor número de litros de aire procedente del exterior a una presión establecida.
La longitud de la cadena 6 enrollada dependerá de la diferencia entre la marea baja y la marea alta más la altura prevista de las olas.
El pistón 5 comprende un dispositivo de cambio secuencial automático (no representado) , regulable en función de la fuerza de empuje provocada por la ola. De este modo, se permite aprovechar al máximo la producción de energía ya que debe tenerse en cuenta que la fuerza producida durante la ascensión de la ola va incrementándose. Para ello, se debe adaptar la relación de trabajo a medida que aumenta la fuerza recibida empleando un cambio secuencial .
Al mismo tiempo, el pistón 5 del dispositivo 2 de transformación está unido por un extremo a un dispositivo de recuperación 9 que permite en todo momento e independientemente de la fuerza generada por la ola, la recuperación de la cadena 6 en su posición inicial .
El aire comprimido obtenido del pistón neumático 5 es conducido a través de un conducto 10 hacia un acumulador de aire.
Tal como se aprecia en la figura 1, los diversos elementos y dispositivos que intervienen para la obtención de energía están situados en el interior de la boya 3 , de manera que dichos elementos quedan protegidos de la corrosión así como del impacto directo que provoca una ola cuando choca contra la boya 3.
En la figura 2, se muestra una realización de un dispositivo de recuperación que comprende un par de tambores 11 y 12, con una superficie 13 ranurada, dispuestos uno encima de otro, por los cuales se enrolla y desenrolla la cadena 6 (no representada) que es introducida en el dispositivo a través de un orificio inferior. Ambos tambores 11 yl2 están ligeramente desplazados verticalmente para evitar el desplazamiento relativo entre la cadena y el tambor. El tambor superior 11 presenta un diámetro mayor respecto al tambor inferior 12 con el fin de evitar que la cadena roce con el citado tambor inferior 12. Por otro lado, el tambor superior 11 incluye una carcasa semicilíndrica 14 que evita que el cable o cadena 6 se salga de las ranuras de la superficie 13 del tambor 11 en el caso de producirse una pérdida de la tensión de la cadena 6 o cable .
En la parte inferior del dispositivo de recuperación, más concretamente entre el orifico inferior por donde pasa la cadena 6, se aprecian dos poleas 15 pequeñas que facilitan la entrada de la cadena 6 en los tambores 11 y 12.
En la figura 3, se aprecia una instalación constituido por dos cuerpos flotantes 1, en concreto, dos boyas 3 que incorporan el dispositivo 2 de la invención, las cuales conducen el aire comprimido obtenido hacia un conducto principal 14 que transporta dicho aire a un deposito acumulador 15 de aire comprimido situado en la zona costera. Dicho conducto principal 14 está enterrado bajo el fondo marino para evitar daños causados por anclas y redes de pesca
El citado depósito 15 está unido a su vez, a una pluralidad de motores neumáticos 16 convencionales, accionando cada uno de ellos un alternador 17, obteniéndose de este modo energía eléctrica que posteriormente será distribuida a una red eléctrica.
Además, la boya 3 está provista de medios de señalización (no representados) que proporcionan una rápida y clara visualización de las boyas 3. Estos medios resultan muy útiles en condiciones meteorológicas adversas para el transporte marítimo, evitando una posible colisión de una embarcación con las boyas del sistema.
Los citados medios de señalización están alimentados por baterías recargadas por células fotovoltaicas y pequeñas dinamos.
De lo descrito anteriormente, puede verse con que la facilidad puede construirse una instalación con una pluralidad de cuerpos flotantes 1 empleando el sistema de la invención, teniendo en cuenta además, que el dispositivo 2 ya estaría montado en el interior de la boya 3 antes de instalarlo en el mar. Este montaje permite reducir el tiempo de instalación del sistema.
En la figura 4, se muestra una segunda realización de un cuerpo flotante 18 del sistema de la invención. Dicho cuerpo presenta un tramo cilindrico 19 cuya parte superior incluye una carcasa de protección 20 de plástico para proteger los dispositivos que se hallan en su interior. En dicha figura, se observa un dispositivo de recuperación 21 de las mismas características que el dispositivo mostrado en la figura 2, en cuyos extremos se hallan dos carcasas 22,23 que presentan en su interior dos pistones cuyo eje corresponde al mismo eje 24 del dispositivo de recuperación 21.
El suministro de aire requerido por los pistones se canaliza a través de un conducto 25 que sobresale exteriormente de la carcasa 20. Dicho conducto 25 incluye un filtro para la eliminación de la humedad y una pequeña turbina eléctrica de alimentación.
En la parte inferior del cuerpo flotante 18, se aprecia un contrapeso 26 formado por un disco de un peso considerable, por ejemplo, 20 Kg. que proporciona la tensión necesaria a la cadena o cable del dispositivo de recuperación 21. El disco se puede desplazar a lo largo de tres barras 27 de acero inoxidable. Los materiales empleados en la gran mayoría de los componentes que comprenden el sistema son materiales ligeros y prácticamente no corrosivos al agua, como por ejemplo, el aluminio.
El sistema de obtención de energía de la invención presenta la ventaja de que en caso de rotura de la boya 3 o fuga no se produce ningún tipo de contaminación medioambiental. Ello se debe a que el fluido utilizado es aire a presión. Igualmente, no se producen efectos electromagnéticos en el fondo marino perjudiciales para la fauna que pueda hallarse en la zona.
Serán independientes del objeto de la presente invención los materiales que se empleen en la fabricación de los elementos que constituyen el sistema de generación de energía que se ha descrito, así como las formas y dimensiones de la misma y todos los detalles accesorios que puedan presentarse, pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes, siempre que no afecten a su esencialidad ni se aparten del ámbito definido por las reivindicaciones que se adjuntan a continuación.

Claims

R E I V I ND I CA C I ON E S
1. Sistema de generación de energía a partir de las olas del mar, que comprende al menos un cuerpo flotante (1) , caracterizado por el hecho de que comprende un dispositivo (2) dispuesto en el interior de dicho cuerpo para la transformación del movimiento del cuerpo flotante (1) en energía neumática o hidráulica y medios de transmisión de la energía hasta tierra firme o una estructura fija.
2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de transformación (2) del cuerpo flotante (1) comprende un mecanismo que transmite el movimiento del cuerpo flotante a un pistón (5) que comprime aire a presión.
3. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el mecanismo es una cadena (6) unida a un pistón (5) que engrana con el eje del citado pistón (5) .
4. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el mecanismo incluye un dispositivo de recuperación (9) .
5. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que los medios de transmisión comprenden un conducto (10) para la circulación del aire a presión hasta un acumulador (15) de aire a presión.
6. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el dispositivo acumulador (15) de aire a presión está conectado a por lo menos un motor neumático (16) que acciona un alternador (17) .
7. Sistema, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo flotante (1) es una boya (3) .
8. Sistema, según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de recuperación (9) comprende por lo menos un par de tambores (11,12) dispuestos uno encima de otro, por los cuales se enrolla y desenrolla la cadena (6) .
9. Sistema, según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que los tambores (11,12) presentan una superficie (13) ranurada.
10. Sistema, según la reivindicación 4 o 8, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de recuperación (9) incluye en la parte superior una carcasa de protección (14) .
11. Sistema, según la reivindicación 1 o 7, caracterizado por el hecho de que el cuerpo flotante (1) comprende medios de visualización.
12. Sistema, según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que los medios de señalización están alimentados por al menos una batería recargable mediante células fotovoltaicas.
13. Sistema, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que comprende un contrapeso (26) que proporciona el par necesario para recuperar la cadena (6) en el movimiento de descenso de la ola.
14. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el mecanismo es una cadena unida a por lo menos dos pistones que engrana con el eje de ambos pistones.
15. Sistema, según la reivindicación 2 o 14, caracterizado por el hecho de que el pistón (5) comprende un dispositivo de cambio secuencial automático, regulable en función de la fuerza de empuje provocada por la ola.
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