WO2010037873A1 - Sistema de generación de energía a partir de una onda de presión que comprende un mecanismo que minimiza ia perturbación de la onda - Google Patents

Sistema de generación de energía a partir de una onda de presión que comprende un mecanismo que minimiza ia perturbación de la onda Download PDF

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WO2010037873A1
WO2010037873A1 PCT/ES2009/000172 ES2009000172W WO2010037873A1 WO 2010037873 A1 WO2010037873 A1 WO 2010037873A1 ES 2009000172 W ES2009000172 W ES 2009000172W WO 2010037873 A1 WO2010037873 A1 WO 2010037873A1
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wave
equipment
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generating energy
optionally
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PCT/ES2009/000172
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Inventor
Lorenzo Alejandro Saenz Moral
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F-Tec Ingeniería Limitada
TARDÍO HENRÍQUEZ, Germán Enrique
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Publication date
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—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
    • 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
    • F03B13/148—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 using the static pressure increase due to the wave
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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    • F03B13/22—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 using the flow of water resulting from wave movements to drive a motor or turbine
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2240/00—Components
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention corresponds to a power generation system from the translational movement of a pressure wave, which comprises several accesses that either open or close following the forward front of said pressure wave, or on the other part moves along the forward front of said pressure wave, so that in either case, said synchronization between the accesses and the forward front of the pressure wave results in a minimal disturbance of the force field of said pressure wave and maximum conduction and transformation of its energy.
  • Wavemaker is about the "Equipment for the Conversion of the Energy of the Wave of the Sea”.
  • wave is derived from the Latin word “unda” which means wave or wave of the sea and from the Spanish word “motor” which means that it has or generates movement.
  • Known wave equipment is grouped into two categories: a) “Buoyant”: those that use buoyant forces acting on a floating body anchored or ballasted at the bottom of the sea. Within this grouping we can mention the following wave technologies: spot absorber - Oscillating buoy-, Archimedes WS ⁇ "Wave Sing" according to its English name-, linear attenuator - of the "Pelamis” type, name that derives from its similarity to the snake Navy of the same name. It comprises a series of hinged bodies that float on the surface of the sea in such a way that they generate energy from the relative movement of said joints. b) “Breakers”: those who use the force of the wave to break against a body or air chamber. Within this grouping it is possible to mention the following
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) wave technologies: Oscillating Water Column- "CWC” according to its English denomination-, Floating Rebar Ramp - “Wave Dragon” according to its English denomination-, pipeline or tunnel or canal located in the direction of a coastal breakwater, beach or breakwater .
  • US patent US2006 / 0273593 describes the wave equipment called "Pelamis", which comprises a long flotation structure oriented perpendicularly in the characteristic direction of the waves. The structure is composed of multiple sections joined by patella. The relative rotation between the sections is converted into electricity using an electrohydraulic power conversion machine.
  • Pelamis equipment in industrial application stage, which corresponds to a floating structure of 5 [m] in diameter, 120 [m] long and generating a three-phase electric power of approximately 750 [k Watt], for a calm sea state - Characteristic wave height of 0.5 [m] -.
  • International patent WO2007 / 088325 describes the wave equipment called “Anaconda”, which comprises a tube of flexible material completely submerged under the sea surface. The flexible tube contains hydraulic fluid that exerts a pressure on its flexible wall, so that by the action of the sea waves the hydraulic liquid moves an electrohydraulic power conversion machine.
  • Anaconda equipment in scale application stage, which is being tested in a pond for wave simulation.
  • All wave equipment of the State of the Art comprises either a rigid body, or a flexible body, or an air chamber that opposes the movement of the wave, which generates turbulence that reduces efficiency of said wave equipment.
  • the present invention comprises several accesses that either open or close following the forward front of said pressure wave, or on the other hand move along the forward front of said pressure wave, such that they minimize turbulence. and maximize the conduction and transformation of wave energy.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) According to the industrial experiences of the full-scale plants built from the energy of the sea, among all the clean energies of the ocean, the most profitable are the energies: Mareomotive, Marine Currents and Undimotor.
  • the problems of the Mareomotive and Marine Current energies are: a) there are few places in the world where the conditions for the effective use of these exist; b) damage marine fauna, marine flora and plankton, due to the action of the turbines used;
  • Wave energy has the advantage that there are many places in the world where there are conditions for the effective use of this - "Linear Density of Wave Energy" greater than or equal to 30 [k Watt / ' m] -. For example, 2,100 [km] of the coasts of southern Chile have a "Linear Density of Undimotor Energy" equal to or greater than 60 [K Watt / m].
  • wave equipment can be placed at any point of the high seas.
  • the proposed wave equipment has the advantage that it is submerged at a depth of 30 [m] below the sea surface, so it does not damage the marine plankton.
  • the present invention incorporates a grid in each of the water entrances - grid with a reticulate less than 1 [mm] apart - preventing the destruction of small species of marine flora and fauna.
  • the objective of the present invention is to develop a system that harnesses the energy of a pressure wave, converting said energy into another type of clean and usable energy, such as, for example, electrical energy.
  • the present invention is applied to develop a power generation system from ocean waves.
  • Ocean waves are generated by the influence of wind on the surface of the ocean.
  • the undulation on the surface creates a steep crest against which the wind can push and grow the wave or waves.
  • L Wavelength, unit of measurement [m].
  • d Characteristic water depth, unit of measurement [m].
  • t Time, unit of measure [s].
  • V (x, t) Equation of the height of the wave along the coordinate "x" as a function of time "t", when it is positive the surface of the wave is above sea level, and vice versa, unit of measure [m].
  • Equation 1 Definition of Deep Water d / L> 0.5 [dimensionless] For most cases deep water starts from a distance of 50
  • Equation 2 Linear Theory. cosh 2 ⁇ [(y + d) / L]
  • the preferred embodiment of the present invention channels the energy of the sea wave described according to the Linear Theory for Deep Water - Equation ⁇ 2> -, which acts over a wide range that goes from the sea surface to hundreds of meters deep.
  • the preferred embodiment of the present invention minimizes the disturbance of the wave pressure wave, described according to the Linear Theory -Equation ⁇ 2> -, which allows it to maximize the energy that is captured from the pressure wave.
  • the preferred embodiment of the invention comprises a long stationary flotation structure oriented perpendicularly in the characteristic direction of the swell, which floats submerged at a certain depth below the sea surface and firmly anchored to the sea floor.
  • Said long flotation structure has a series of accesses, which by means of a gate system, each one in particular opens the gate when it is close to the crest of a wave, and closes the gate in turn when it is far from the crest of a wave, in such a way that the access gates are opening and closing synchronously with the movement of the wave that passes through the outside of the elongated structure, generating a flow of water through said accesses to the inside the elongated structure, and channeling said flow to some type of power generating device from a flow of seawater.
  • Another application of the invention comprises a long stationary structure on which one or more accesses that follow the movement of the wave are moved, such that said accesses run under the crest of the wave, generating a flow of water through the same towards the interior of the stationary structure, and channeling said flow towards some type of power generation device from a flow of sea water.
  • inventions combine different devices that always allow the open accesses to be located near the front of the pressure wave, channeling the force field of said pressure wave into the structure of the invention.
  • Said embodiments include a series of devices that either displace the accesses or turn the accesses or control the access gates, so as to maintain the open access close to the forward wavelength of the pressure wave.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) All of the above embodiments can also work in reverse or mixed sense, that is not only by channeling the field of forces and / or fluid from the outside into the structure of the invention, but also by channeling the field of forces and / or fluid from the inside to the outside of the structure of the invention.
  • Other embodiments of the invention may consider vehicles such as ships or spacecraft, which move using the energy of a pressure wave.
  • Other embodiments of the invention combine a bypass at the exit of the seawater flow, so that this bypass switches the output of said flow to one or more pipelines, such that said bypass allows switching the output of the flow of seawater to it or ducts that have a lower relative pressure in the area of the opposite end of the pipeline to which it is connected to the structure of the invention.
  • the figures from 1 to 36 are schematic elevational views of the preferred embodiment of the system of the invention, which comprises a submerged floating body composed of 10 linearly coupled modules, each of which have in their part lower 4 accesses, arranged in accordance with 90 [sexagesimal degree], with a set of gates that open synchronously with the passage of waves outside the said floating body.
  • Figure 1 is a schematic elevational view of the preferred embodiment of the system of the invention.
  • Figure 2 is a detail view of Fig. 1.
  • Figure 3 is a schematic view in elevation and section of the machine shown in the
  • Figure 4 is a schematic elevational view of the wave module (11) of the machine shown in Fig. 1, with configuration of open gates (8).
  • Figure 5 is a detail view of Fig. 4.
  • Figure 6 is a schematic elevational view of the wave module (11) of the machine shown in Fig. 1, with closed gate configuration (8).
  • Figure 7 is a detail view of Fig. 6.
  • Figure 8 is a schematic elevation view of the generator module (18) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 9 is a schematic view in rear elevation of the generator module (18) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 10 is a schematic view in elevation and section of the generator module (18) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 11 is a schematic elevational view of the gate mechanism (7) of the machine shown in Fig. 1, arranged in its mounting position in the wave module (ll).
  • Figure 12 is a detail view of Fig. 11.
  • Figure 13 is a schematic front elevation view of the gate mechanism
  • Figure 14 is a schematic elevational view of the gate mechanism assembly (7) and the frame (13) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 15 is a schematic elevation and exploded view of the mechanism of gates (7) and the frame (13) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 16 is a schematic elevation view of the wave module assembly
  • Figure 17 is a schematic elevational and exploded view of the wave module (11) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 18 is a schematic elevation view of the gate mechanism assembly (7) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 19 is a detail view of Fig. 18.
  • Figure 20 is a schematic elevation view of the gate chain (5) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 21 is a schematic elevational view of the gate chain pin (3) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 22 is a schematic elevational view of the gate chain link (2) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 23 is a schematic elevation view of the gate pifion (1) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 24 is a schematic elevational view of the gate (8) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 25 is a schematic elevational view of the funnel assembly (9) and funnel lattice (16) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 26 is a detail view of Fig. 25.
  • Figure 27 is a detail view of Fig. 26.
  • Figure 28 is a schematic elevational and exploded view of the funnel (9) and funnel lattice (16) of the machine shown in Fig. 1 .
  • Figure 29 is a schematic elevational view of the funnel (9) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 30 is a schematic elevation view of the frame (10) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 31 is a schematic elevation view of the crosshead (12) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 32 is a schematic elevation view of the frame (13) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 33 is a schematic elevation view of the main tank (15) of the machine shown in Fig. 1 .
  • Figure 34 is a schematic elevation view of the wave module (11) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 35 is a schematic elevational view of the generator module (18) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 36 is a schematic elevation view of the generator tank (21) of the machine shown in Fig. 1.
  • Figure 37 is a schematic view of the embodiment called "Exit Doubt with By-P as s", in which the outlet nozzle and power unit (18) is shown.
  • FIGS 1 to 36 represent the preferred embodiment of the system of the invention.
  • the preferred embodiment of the invention comprises a long stationary flotation structure oriented perpendicularly in the characteristic direction of the swell (24), which floats submerged at a certain depth below the sea surface and firmly anchored (25) to the sea floor.
  • This long flotation structure has a series of
  • SUBSTITUTE SHEET accesses or funnels (9), which by means of a system of floodgates (7) open said floodgates (8) when said accesses are close to the crests of the waves (24), and close said floodgates (8) in turn when said Accesses are far from the crests of the waves (24), so that the access gates (8) are opening and closing synchronously with the movement of the wave (24) that passes through the outside of the elongated structure , generating a flow of water through said accesses into the elongated structure, and channeling said flow to some type of power generating device from a flow of seawater.
  • the machine comprises 10 wave modules (11).
  • curved arrows indicate the wave modules (11) number 3 and number 8, symbolizing by this arrow the sea water (24) that enters only through these two wave modules (11).
  • the two wave modules (11) indicated in this scheme correspond to the only two wave modules (11) of the machine that are under a wave crest (24).
  • the machine control mechanism only opens the floodgates (8) of the wave modules (11) that coincide with crests of the sea waves (24), allowing the entry of seawater into the interior of the machine through the accesses or funnels (9) of said wave modules (11).
  • the turbo compressor (26) comprises a hydraulic turbine that is moved by the flow of sea water that circulates through the wave modules (11).
  • Said turbo compressor (26) comprises a reduction box that transmits the movement of the hydraulic turbine to the air compressor that is part of the same turbo compressor equipment (26).
  • atmospheric air enters through the snorkel (23), which is conducted to the sealed chamber (30).
  • the turbocharger (26) draws air from the sealed chamber (30) and compresses it to an outlet pressure of 1,400,000 [Pascal]. Then, through the compressor duct (28) conducts compressed air to the generator tank (21).
  • the machine also corresponds to a large tank of accumulation of pneumatic energy under pressure of 1,400,000 [Pascal], which is composed of 10 main ponds (15), in which the energy of the sea waves is stored ( 24) transformed into pneumatic energy.
  • the compressed air in the generator tank (21) is conducted through the generator duct (29) to the generator turbo (27).
  • the turbo generator (27) corresponds to a pneumatic motor connected to the date of a three-phase synchronous generator, which generates electrical energy, for a variable load of the system interconnected on the ground.
  • the compressed air at 1,400,000 [Pascal] after passing through the turbo generator (27) is drained to atmospheric pressure in the sealed chamber (30).
  • the three-phase electrical energy generated by the turbo generator (27) is sent to the coast through a high-voltage submarine cable (20).
  • the gate's pifion (1) moves the gate chain (5), which in turn drives the gate mechanism (7), to open or close the gates (8 ).
  • the frame (10) connects the internal ducts of each wave module (11) by means of a flange.
  • SUBSTITUTE SHEET As shown in Figures 16, 17 and 31, the crosshead (12) is the structural element that ties the components of the wave module (11). As shown in Figures 14, 15, 16, 17 and 32, the gate mechanism (7) is arranged on the frame (13). As indicated in figures 25, 25, 27 and 28, the accesses or funnels (9) have a funnel lattice (16) which prevents dirt from entering the inside of the machine.
  • the gate chain (5) is formed by a series of gate chain links (2) and gate chain pins (3).
  • Figure 37 shows the embodiment known ITM outlet duct with bypass ".
  • the machine comprises a system of two ducts whose output is set via a bypass, so as to direct the outflow of seawater to it or ducts oriented in the direction of lower hydrostatic pressure of seawater.

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Abstract

La realización preferida del invento comprende una estructura de flotación larga estacionaria orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje, la cual flota sumergida a una cierta profundidad bajo la superficie del mar y firmemente anclada al fondo del mar. Dicha estructura de flotación larga dispone de una serie de accesos, los cuales mediante un sistema de compuertas, cada uno en particular abre la compuerta cuando se encuentra próximo a la cresta de una ola, y cierra la compuerta a su vez cuando se encuentra alejado a la cresta de una ola, de forma tal que las compuertas de accesos se van abriendo y cerrando sincronizadamente con el movimiento de traslación de la ola que pasa por el exterior de la estructura alargada, generando un flujo de agua a través de dichos accesos hacia el interior de la estructura alargada, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar. Otra realización del invento corresponde a un dispositivo que mueve los accesos del agua de mar siguiendo el paso de la ola por el exterior de este.

Description

DESCRIPCIÓN
"Sistema de Generación de Energía a Partir de una Onda de Presión que Comprende un Mecanismo que Minimiza la Perturbación de la Onda"
La presente invención corresponde a un sistema de generación de energía a partir del movimiento de traslación de una onda de presión, el cual comprende varios accesos que o por una parte abren o cierran siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, o por otra parte se desplazan siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, de forma tal que en cualquiera de ambos casos, dicha sincronización entre los accesos y el frente de avance de la onda de presión se traduce en una mínima perturbación del campo de fuerzas de dicha onda de de presión y una máxima conducción y transformación de su energía.
Antecedentes de la Invención
Son conocidos sistemas de generación de energía a partir de las olas del mar basados en la utilización de las fuerzas boyantes que actúan sobre un cuerpo flotante anclado o lastrado al fondo del mar. El recorrido de trabajo que efectúa el cuerpo flotante debido a la acción de las fuerzas boyantes se aprovecha para obtener energía. La palabra "undimotriz" trata sobre los "Equipos para la Conversión de la Energía de la Ola del Mar". El término "undimotriz" se deriva de la palabra del latín "unda" que significa onda u ola del mar y de la palabra del español "motriz" que significa que tiene o genera movimiento.
Los equipos undimotrices conocidos están agrupados en dos categorías: a) "Boyantes": aquellos que utilizan las fuerzas boyantes que actúan sobre un cuerpo flotante anclado o lastrado al fondo del mar. Dentro de esta agrupación cabe mencionar las siguientes tecnologías undimotrices: absorbedor puntual — Boya oscilante-, Arquímedes WS ~"Wave Sing" según su denominación en inglés-, atenuador lineal - del tipo "Pelamis ", nombre que deriva por su similitud con la serpiente marina del mismo nombre. Comprende una serie de cuerpos abisagrados entre si que flotan sobre la superficie del mar de forma tal que generan energía a partir del movimiento relativo de dichas articulaciones-. b) "Rompientes": aquellos que utilizan la fuerza de la ola al romper contra un cuerpo o cámara de aire. Dentro de esta agrupación cabe mencionar las siguientes
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) tecnologías undimotrices: Columna Oscilante de Agua- "CWC" según su denominación en inglés-, Rampa de Rebalse Flotante -"Wave Dragón" según su denominación en inglés-, ducto o túnel o canal ubicado en dirección hacia una rompiente costera, playa o rompeolas. La patente norteamericana US2006/0273593 describe el equipo undimotriz denominado "Pelamis", el cual comprende una estructura de flotación larga orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje. La estructura se compone de secciones múltiples unidas mediante rótula. El giro relativo entre las secciones se convierte en electricidad usando una máquina electrohidráulica de conversión de energía. Existe una versión del equipo Pelamis en etapa de aplicación industrial, la cual corresponde a una estructura flotante de 5 [m] de diámetro, 120 [m] de largo y que genera una potencia eléctrica trifásica de 750 [k Watt] aproximadamente, para un estado de mar calmo —Altura característica de ola de 0,5 [m]-. La patente internacional WO2007/088325 describe el equipo undimotriz denominado "Anaconda", el cual comprende un tubo de material flexible completamente sumergido bajo la superficie del mar. El tubo flexible contiene líquido hidráulico que ejerce una presión sobre la pared flexible de este, de forma tal que por la acción de las olas del mar el líquido hidráulico mueve una máquina electrohidráulica de conversión de energía. Existe una versión del equipo "Anaconda " en etapa de aplicación a escala, el cual está siendo probado en un estanque para simulación de olas.
Todos los equipos undimotrices del Estado del Arte comprenden o un cuerpo rígido, o un cuerpo flexible, o una cámara de aire que se opone al movimiento de la ola, lo cual genera turbulencia que le resta eficiencia a dichos equipos undimotrices. La presente invención comprende varios accesos que o por una parte o abren o cierran siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, o por otra parte se desplazan siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, de forma tal que minimizan la turbulencia y maximizan la conducción y transformación de la energía de la ola. Existen distintas fuentes de energía limpia del mar: a) "Mareomotriz": Mareas; b) "Corrientes Submarinas"; c) "Undimotriz": Olas; d) "Térmica": Gradiente Térmico del Agua; e) "Gradiente Salino ": Diferencia de la densidad de la aguas;
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) De acuerdo a las experiencias industriales de las plantas a escala real construidas a partir de la energía del mar, de entre todas las energías limpias del océano, las más rentables son las energías: Mareomotriz, Corrientes Marinas y Undimotriz. La Central Mareomotriz en el estuario de La Ranee, Francia, con una potencia instalada de 400 [Mega Watt], se encuentra operando comercialmente y en forma exitosa desde 1968. Los problemas de las energías Mareomotriz y de Corriente Marinas son: a) existen pocos lugares en el mundo donde se dan las condiciones para el empleo efectivo de estas; b) dañan la fauna marina, la flora marina y el plancton, debido a la acción de las turbinas empleadas;
La energía undimotriz tiene la ventaja de que existen muchos lugares en el mundo donde se dan las condiciones para el empleo efectivo de esta -"Densidad Lineal de Energía Undimotriz" mayor o igual a 30 [k Watt/ ' m] -. Por ejemplo, los 2,100 [km] de las costas del sur de Chile tienen una "Densidad Lineal de Energía Undimotriz" igual o superior a 60 [K Watt / m]. Además los equipos undimotrices se pueden emplazar en cualquier punto de altamar.
El equipo undimotriz propuesto tiene la ventaja que está sumergido a una profundidad de 30 [m] bajo la superficie del mar, por lo cual no daña el plancton marino. Además, la presente invención incorpora una rejilla en cada uno de los accesos de agua - rejilla con un reticulado inferior a 1 [mm] de separación — impidiendo la destrucción de pequeñas especies de flora y fauna marina.
Descripción de la Invención
El objetivo de la presente invención es el desarrollar un sistema que aproveche la energía de una onda de presión, convirtiendo dicha energía en otro tipo de energía limpia y aprovechable, como lo es por ejemplo la energía eléctrica.
En la naturaleza existen numerosas expresiones de ondas de presión. Por ejemplo, existen ondas de presión atmosféricas, más bien conocidas como ondas de gravedad, que se pueden apreciar a simple vista en videos en cámara rápida de fenómenos atmosféricos. Existen recientes estudios que relacionan dichas ondas de gravedad con el fenómeno de los huracanes.
También existen ondas de presión originadas por la oscilación en el campo de fuerza gravitacional las cuales son generadas por cuerpos estelares llamados pulsares.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) También las olas del océano son otra expresión de ondas de presión en la naturaleza.
Preferentemente la presente invención se aplica para desarrollar un sistema de generación de energía a partir de las olas del océano.
Las olas del océano son generadas por la influencia del viento en la superficie del océano. La ondulación en la superficie crea una cresta escarpada contra la cual el viento pueda empujar y hacer crecer la ola u ondas.
Las olas del mar en agua profunda —La definición de agua profunda se señala en la ecuación <1>- se comportan de acuerdo a la "Teoría Lineal" descrita según la ecuación
<2>. Nomenclatura:
L: Longitud de onda, unidad de medida [m]. d: Profundidad del agua característica, unidad de medida [m]. x, y: Coordenadas cartesianas, unidad de medida [m]. Con "y" = 0 a nivel del mar, y el eje positivo de la coordenada "y" es en dirección hacia arriba de la superficie del mar. t: Tiempo, unidad de medida [s].
V (x,t): Ecuación de la altura de la ola a lo largo de la coordenada "x" en función del tiempo "t", cuando es positivo la superficie de la ola se encuentra sobre el nivel del mar, y viceversa, unidad de medida [m].
P : Densidad del agua de mar, unidad de medida [kg / mA3]. g: Aceleración de gravedad terrestre, unidad de medida [m / sΛ2]. p(x,y,t): Presión de la onda de presión a lo largo de las coordenadas "x" e "y" en función del tiempo "t" según la ecuación <2>, unidad de medida [Pascal].
Ecuación 1: Definición de Agua Profunda d/L > 0,5 [adimensional] Para la mayoría de los caso el agua profunda comienza a partir de una distancia de 50
[m] desde la orilla de la playa o el borde costero.
Ecuación 2: Teoría Lineal. cosh 2π[(y + d)/L]
P = cosh 27id/L n-y p g
De acuerdo a la Teoría Lineal - Ecuación <2>— se desprende que la presión de la ola actúa a varios cientos de metros de profundidad con un mínimo de atenuación, actuando sobre la presión media hidrostática de la columna de agua.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Por tal razón, la realización preferida de la presente invención canaliza la energía de la ola del mar descrita según la Teoría Lineal para Agua Profunda - Ecuación <2>-, la cual actúa en un amplio trecho que va desde la superficie del mar hasta cientos de metros de profundidad. La realización preferida de la presente invención minimiza la perturbación de la onda de presión de la ola, descrita según la Teoría Lineal -Ecuación <2>-, lo que le permite maximizar la energía que se captura de la onda de presión.
La realización preferida del invento comprende una estructura de flotación larga estacionaria orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje, la cual flota sumergida a una cierta profundidad bajo la superficie del mar y firmemente anclada al fondo del mar. Dicha estructura de flotación larga dispone de una serie de accesos, los cuales mediante un sistema de compuertas, cada uno en particular abre la compuerta cuando se encuentra próximo a la cresta de una ola, y cierra la compuerta a su vez cuando se encuentra alejado a la cresta de una ola, de forma tal que las compuertas de accesos se van abriendo y cerrando sincronizadamente con el movimiento de traslación de la ola que pasa por el exterior de la estructura alargada, generando un flujo de agua a través de dichos accesos hacia el interior de la estructura alargada, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar. Otra aplicación del invento comprende una estructura larga estacionaria sobre la cual se desplazan uno o varios accesos que siguen el movimiento de traslación de la ola, de forma tal que dichos accesos corren bajo la cresta de la ola, generando un flujo de agua a través de los mismos hacia el interior de la estructura estacionaria, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar.
Otras realizaciones del invento combinan distintos dispositivos que permiten ubicar siempre los accesos abiertos cerca del frente de avance de la onda de presión, canalizando el campo de fuerzas de dicha onda de presión hacia el interior de la estructura del invento. Dichas realizaciones incluyen una serie de dispositivos que o desplazan los accesos o giran los accesos o controlan las compuertas de los accesos, de forma tal de mantener el acceso abierto cercano al frente de avance de la onda de presión.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Todas las realizaciones anteriores también pueden funcionar en sentido inverso o mixto, esto es no sólo canalizando el campo de fuerzas y/o fluido desde el exterior hacia el interior de la estructura del invento, sino que también canalizando el campo de fuerzas y/o fluido desde el interior hacia el exterior de la estructura del invento. Otras realizaciones del invento pueden considerar vehículos como buques o naves espaciales, que se desplazan utilizando la energía de una onda de presión. Otras realizaciones del invento combina un by-pass a la salida del flujo de agua de mar, de forma que este by-pass conmute la salida de dicho flujo hacia uno o más ductos, de forma tal que dicho by-pass permite conmutar la salida del flujo de agua de mar hacia él o los ductos que tengan una menor presión relativa en la zona del extremo opuesto del ducto a la que está conectada a la estructura del invento.
Breve Descripción de los Dibujos
Para una mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realización.
En dichos dibujos, las figuras de la 1 a la 36 son vistas esquemáticas en alzado de la realización preferida del sistema de la invención, la cual comprende un cuerpo flotante sumergido compuesto por 10 módulos acoplados linealmente, cada uno de los cuales tienen en su parte inferior 4 accesos, dispuestos en arreglo a 90 [grado sexagesimal], con un conjunto de compuertas que se abren sincronizadamente con el paso de las olas por el exterior de dicho cuerpo flotante.
La Figura 1 : es una vista esquemática en alzado de la realización preferida del sistema de la invención.
La Figura 2: es una vista de detalle de la Fig. 1. La Figura 3: es una vista esquemática en alzado y en corte de la máquina mostrada en la
Fig. 1.
La Figura 4: es una vista esquemática en alzado del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1, con configuración de compuertas (8) abiertas.
La Figura 5: es una vista de detalle de la Fig. 4. La Figura 6: es una vista esquemática en alzado del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1, con configuración de compuertas (8) cerradas.
La Figura 7: es una vista de detalle de la Fig. 6.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La Figura 8: es una vista esquemática en alzado del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 9: es una vista esquemática en alzado posterior del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 10: es una vista esquemática en alzado y en corte del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 11 : es una vista esquemática en alzado del mecanismo de compuertas (7) de la máquina mostrada en la Fig. 1, dispuesta en su posición de montaje en el módulo undimotriz (ll). La Figura 12: es una vista de detalle de la Fig. 11.
La Figura 13: es una vista esquemática en alzado frontal del mecanismo de compuertas
(7) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 14: es una vista esquemática en alzado del conjunto del mecanismo de compuertas (7) y el bastidor (13) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 15: es una vista esquemática en alzado y en explosión del mecanismo de compuertas (7) y el bastidor (13) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 16: es una vista esquemática en alzado del conjunto del módulo undimotriz
(11) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 17: es una vista esquemática en alzado y en explosión del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 18: es una vista esquemática en alzado del conjunto del mecanismo de compuertas (7) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 19: es una vista de detalle de la Fig. 18.
La Figura 20: es una vista esquemática en alzado de la cadena de compuerta (5) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 21: es una vista esquemática en alzado del pasador de cadena de compuerta (3) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 22: es una vista esquemática en alzado del eslabón de cadena de compuerta (2) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 23: es una vista esquemática en alzado del pifión compuerta (1) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 24: es una vista esquemática en alzado de la compuerta (8) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La Figura 25: es una vista esquemática en alzado del conjunto del embudo (9) y del enrejado del embudo (16) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 26: es una vista de detalle de la Fig. 25.
La Figura 27: es una vista de detalle de la Fig. 26. La Figura 28: es una vista esquemática en alzado y en explosión del embudo (9) y del enrejado del embudo (16) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 29: es una vista esquemática en alzado del embudo (9) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 30: es una vista esquemática en alzado del marco (10) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 31: es una vista esquemática en alzado de la cruceta (12) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 32: es una vista esquemática en alzado del bastidor (13) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 33: es una vista esquemática en alzado del estanque principal (15) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 34: es una vista esquemática en alzado del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 35: es una vista esquemática en alzado del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 36: es una vista esquemática en alzado del estanque del generador (21) de la máquina mostrada en la Fig. 1.
La Figura 37: es una vista esquemática de la realización denominada "Dudo de Salida con By-P as s", en la que se muestra la tobera de salida y unidad de energía (18).
Descripción de Ia Realización Preferida del Sistema de la Invención
Las figuras de la 1 a la 36 representan la realización preferida del sistema de la invención.
La realización preferida del invento comprende una estructura de flotación larga estacionaria orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje (24), la cual flota sumergida a una cierta profundidad bajo la superficie del mar y firmemente anclada (25) al fondo del mar. Dicha estructura de flotación larga dispone de una serie de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) accesos o embudos (9), los cuales mediante un sistema de compuertas (7) abren dichas compuertas (8) cuando dichos accesos están próximos a la crestas de las ola (24), y cierran dichas compuertas (8) a su vez cuando dichos accesos están alejados de las crestas de las olas (24), de forma tal que las compuertas de accesos (8) se van abriendo y cerrando sincronizadamente con el movimiento de traslación de la ola (24) que pasa por el exterior de la estructura alargada, generando un flujo de agua a través de dichos accesos hacia el interior de la estructura alargada, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar. Tal y como está representado en las figuras 1 y 3, la máquina comprende 10 módulos undimotrices (11). De izquierda a derecha en la figura 1 unas flechas curvas señalan los módulos undimotrices (11) número 3 y número 8, simbolizando mediante esta flecha el agua de mar (24) que ingresa sólo por estos dos módulos undimotrices (11). En dicho instante, los dos módulos undimotrices (11) señalados en este esquema corresponden a los dos únicos módulos undimotrices (11) de la máquina que se encuentran bajo una cresta de ola (24). En otras palabras, el mecanismo de control de la máquina sólo abre las compuertas (8) de los módulos undimotrices (11) que coinciden con crestas de la olas del mar (24), permitiendo el ingreso del agua de mar hacia el interior de la máquina a través de los accesos o embudos (9) de dichos módulos undimotrices (11). En la medida que avance el frente de ola (24) se irán abriendo y cerrando sincronizadamente las compuertas (8) de los módulos undimotrices (11) de forma tal que siempre abren las compuertas (8) de los módulos undimotrices (11) que se encuentren bajo las crestas de las olas. Dicho mecanismo de control permite el continuo ingreso de agua de mar (24) hacia el interior de la máquina, debido al sólo hecho de estar bajo la influencia de la alta presión que produce el paso de la ola por el exterior de la máquina, según la Teoría Lineal -Ecuación <2>-. Luego, el agua de mar (24) que ingresa a través de los módulos undimotrices (11) es canalizada por el interior de cada módulo undimotriz (11) en dirección hacía el módulo generador (18), saliendo finalmente dicho caudal a través del orificio de salida del módulo generador (18), tal y como está representado en las figuras I5 3 y 10. Tal y como está representado en la figuras 3 y 10, el agua de mar que circula a través de los módulos undimotrices (11) converge en el turbo compresor (26), y luego sale dicho caudal a través del orificio de salida del módulo generador (18).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) El turbo compresor (26) comprende una turbina hidráulica que es movida por el caudal de agua de mar que circula a través de los módulos undimotrices (11). Dicho turbo compresor (26) comprende una caja de reducción que transmite el movimiento de la turbina hidráulica al compresor de aire que forma parte del mismo equipo turbo compresor (26).
Tal y como está representado en la figura 10 el aire atmosférico entra a través del snorkel (23), el cual es conducido hasta la cámara estanca (30).
Tal y como está representado en la figura 10 el turbo compresor (26) saca el aire de la cámara estanca (30) y lo comprime hasta una presión de salida de 1,400,000 [Pascal]. Luego, a través del ducto del compresor (28) conduce el aire comprimido hasta el estanque del generador (21).
Tal y como está representado en las figuras 1, 3, 10 y 34, a través de la matriz de aire (22) el aire comprimido es conducido hacia cada uno de los estanques principales (15), los cuales están dispuestos en la parte superior de cada módulo undimotriz (11), tal y como está representado en la figura (34). En otras palabras, la máquina corresponde también a un gran estanque de acumulación de energía neumática a presión de 1,400,000 [Pascal], el cual está compuesto por 10 estanques principales (15), en el cual se almacena la energía de las olas del mar (24) transformada en energía neumática. Tal y como está representado en la figura 10, el aire comprimido en el estanque del generador (21) es conducido a través del ducto del generador (29) hacia el turbo generador (27). El turbo generador (27) corresponde a un motor neumático conectado a la fecha de un generador síncrono trifásico, el cual genera energía eléctrica, para una carga variable del sistema interconectado en tierra. El aire comprimido a 1,400,000 [Pascal] luego de pasar por el turbo generador (27) es vaciado hasta la presión atmosférica en la cámara estanca (30).
Tal y como está representado en las figuras 1,3, 8 y 10, la energía eléctrica trifásica generada por el turbo generador (27) es enviada a la costa a través de un cable submarino de alto voltaje (20). Tal y como está representado en las figuras 14 y 19 el pifión de la compuerta (1) mueva la cadena de compuerta (5), la que a su vez acciona el mecanismo de compuertas (7), para abrir o cerrar las compuertas (8).
Tal y como está representado en las figuras 16, 17 y 30 el marco (10) conecta mediante un flanche los ductos internos de cada módulo undimotriz (11).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Tal y como está representado en las figuras 16, 17 y 31 la cruceta (12) es el elementó estructural que amarra los componentes del módulo undimotriz (11). Tal y como está representado en las figuras 14, 15, 16, 17 y 32 el mecanismo de compuertas (7) está dispuesto sobre el bastidor (13). Tal y como se señala en las figuras 25, 25, 27 y 28, los accesos o embudos (9) disponen de un enrejado del embudo (16) el cual impide el ingreso de mugre hacia el interior de la máquina.
Tal y como está representado en la figura 20 la cadena de compuerta (5) está formada por una serie de eslabones de cadena de compuerta (2) y por pasadores de cadena de compuerta (3).
Descripción de la Realización Denominada "Ducto de Salida con By-Pass"
La figura 37 representa la realización denominada ítmDucto de Salida con By-Pass". Tal como está representado en la figura 37, la máquina comprende un sistema de dos ductos cuya salida es conmutada mediante un By-Pass, de forma tal de dirigir el flujo de salida de agua de mar hacia él o los ductos orientados en la dirección de menor presión hidroestática del agua de mar.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1. Equipo para generar energía a partir del movimiento de una onda que se desplaza por el exterior de dicho equipo, CARACTERIZADO porque comprende uno o mas ductos a través de los cuales se canaliza la onda, en una u otra dirección, además dicho o dichos ductos tienen al menos dos entradas abiertas a la circulación de la onda de presión, en una u otra dirección, hacia o desde el interior del equipo; y porque dichas entradas están dispuestas de tal forma que simultáneamente al menos uno de dichas entradas se encuentra en una zona de baja presión de la onda de presión y al menos otra de dichas entradas se encuentra localizadas en una zona de alta presión de la onda de presión; y porque la diferencia de presión que existe entre dichas entradas permite la canalización onda de presión por el interior del o los ductos que conforman el equipo hacia o desde un dispositivo para convertir la energía de traslación de la onda de presión en otro tipo de energía, como lo son: o energía eléctrica; o energía neumática; o energía hidráulica; o energía mecánica; o energía cinética; o energía térmica; o energía potencial gravitatoria; o energía química.
2. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque comprende dos o mas ductos secundarios a través de los cuales se canaliza la onda, en una u otra dirección, además dichos ductos secundarios convergen hacia un ducto principal en el cual se concentran las respectivas ondas que circulan por cada uno de los ductos secundarios; donde las entradas del ducto secundario, opuestas a las que conectan con el ducto principal, o están fijas en el espacio o están móvil en el espacio; y cuando dichas entradas están fijas en el espacio estas se encuentran espaciadas en la dirección de avance de la onda; y cuando dichas entradas están móvil en el espacio estas se mantienen relativamente a una distancia constante con respecto al frente de avance de una onda en particular.
3. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dichas entradas disponen de un mecanismo de cierre y apertura del paso de la onda a través del o los ductos que componen el equipo.
4. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho equipo está fijo en el espacio o móvil en el espacio.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
5. Equipo para generar energía según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando el equipo está fijo en el espacio este lleva incorporado o un dispositivo de anclaje; o un dispositivo de sujeción; o un dispositivo de empotramiento.
6. Equipo para generar energía según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando el equipo está móvil en el espacio la energía utilizada para la locomoción del equipo se obtiene de la propia energía de traslación de la onda.
7. Equipo para generar energía según la reivindicación I5 CARACTERIZADO porque opcionalmente dichas entradas están dispuestas en una distribución lineal.
8. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque opcionalmente dichas entradas están dispuestas en una distribución circular, elíptica, o curva.
9. Equipo para generar energía según la reivindicación I5 CARACTERIZADO porque opcionalmente dispone de un By-Pass a la salida o a la entrada del agua de mar, y dicho By-Pass comunica el flujo de agua de mar hacia uno o varios ductos, de forma que este flujo se dirija hacia él o los ductos que se encuentren a menor presión relativa.
10. Equipo para generar energía según la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando dichas entradas, opuestas a las que conectan con el ducto principal, están móvil en el espacio, dichas entradas están dispuestas sobre una camisa que se desplaza axialmente sobre el ducto principal.
11. Equipo para generar energía según la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando dichas entradas, opuestas a las que conectan con el ducto principal, están móvil en el espacio, dichas entradas están dispuestas sobre una correa, una blonda, una cadena, o una cinta; las cuales se desplazan exteriormente sobre el ducto principal.
12. Equipo para generar energía según la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando dichas entradas, opuestas a las que conectan con el ducto principal, están móvil en el espacio, dichas entradas están dispuestas sobre uno o varios brazos giratorios.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
13. Equipo para generar energía según la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando dichas entradas, opuestas a las que conectan con el ducto principal, están móvil en el espacio, dichas entradas están dispuestas sobre un anillo o carro, que se desplaza axialmente por el exterior del ducto principal.
14. Equipo para generar energía según la reivindicación I5 CARACTERIZADO porque opcionalmente dichas entradas están dispuestas sobre un cuerpo de geometría elipsoidal, cubriendo parcial o totalmente la superficie de dicho cuerpo elipsoidal.
15. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque opcionalmente dichas entradas están dispuestas sobre un cuerpo de geometría toroidal, cubriendo parcial o totalmente la superficie de dicho cuerpo toroidal.
16. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque opcionalmente dichas entradas están dispuestas sobre un cuerpo conformado por caras planas y/o curvas, cubriendo parcial o totalmente la superficie de dicho cuerpo.
17. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque opcionalmente dichas entradas tienen una sección interior convergente o en forma de embudo.
18. Equipo para generar energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque opcionalmente el equipo se ubica o inmerso en un fluido; o flotando semi sumergido en un fluido; o flotando completamente sumergido en un fluido; o posado sobre el fondo del lecho de un fluido; o empotrado en el borde costero de un fluido; o empotrado en el perímetro del lecho de un fluido.
19. Procedimiento para generar energía a partir del movimiento de una onda que se desplaza por el exterior de dicho equipo , CARACTERIZADO por canalizar dicha onda a través del o los ductos que conforman el equipo, el o los que a su vez realizan la acción de canalizar dichas ondas desde o hacia una zona de concentración dichas ondas; y cuando dichas entradas están fijas en el espacio el mecanismo de cierre y apertura realiza la acción de abrir y cerrar dichas entradas en sincronía con el movimiento de avance de la onda que se desplaza por el exterior, de forma tal que dichas entradas sólo se encuentran abiertas cuando se encuentra en una cercanía de una determinada, o unas
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) determinadas, fracciones del período de la onda que se desplaza por el exterior; y cuando dichas entradas están móvil en el espacio el mecanismo de traslación realiza la acción de mover dichas entradas manteniéndolas en la cercanía de una determinada fracción del período de la onda que se desplaza por el exterior.
20. Procedimiento para generar energía según la reivindicación 19, CARACTERIZADO por opcionalmente canalizar simultáneamente dos ondas de presión diferentes a través del o los ductos que conforman el equipo.
21. Procedimiento para generar energía según la reivindicación 19, CARACTERIZADO porque el o los ductos tienen un equipo de conversión de energía que realiza la acción de convertir la energía de traslación de la onda, que circula a través del ducto principal, en otro tipo de energía.
22. Procedimiento para generar energía según la reivindicación 19, CARACTERIZADO porque opcionalmente la sección interior convergente de dichas entradas del o los ductos realiza la acción de concentrar la onda de presión.
23. Procedimiento para generar energía según la reivindicación 19, CARACTERIZADO porque opcionalmente cuando la onda es conducida hacia el sistema de conversión de la energía de traslación de la onda de presión, dicha onda de presión conducida es concentrada a través de un estrechamiento del ducto que la conduce hacia dicho sistema de conversión.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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