WO2012116459A1 - Generador undimotriz hidrostático - Google Patents

Generador undimotriz hidrostático Download PDF

Info

Publication number
WO2012116459A1
WO2012116459A1 PCT/CL2011/000057 CL2011000057W WO2012116459A1 WO 2012116459 A1 WO2012116459 A1 WO 2012116459A1 CL 2011000057 W CL2011000057 W CL 2011000057W WO 2012116459 A1 WO2012116459 A1 WO 2012116459A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wave
rafts
generator apparatus
central
shape
Prior art date
Application number
PCT/CL2011/000057
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nelson Santiago MIRANDA VILLEGAS
Original Assignee
Miranda Villegas Nelson Santiago
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miranda Villegas Nelson Santiago filed Critical Miranda Villegas Nelson Santiago
Publication of WO2012116459A1 publication Critical patent/WO2012116459A1/es

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations 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
    • F03B13/14Adaptations 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
    • F03B13/16Adaptations 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 relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/20Adaptations 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 relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" wherein both members, i.e. wom and rem are movable relative to the sea bed or shore
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention discloses an apparatus that takes advantage of the upward and downward movement of sea waves for obtaining and transforming energy.
  • the invention is related to Hydraulic Engineering and the various applications of renewable energies, more specifically with technologies for obtaining, processing and uses of wave energy or wave energy.
  • a system, an apparatus and its associated devices and their preferred uses in the use of wave energy in obtaining water for irrigation and electricity generation are disclosed.
  • the US4392349 patent claims an apparatus for the extraction of energy through the movement of fluids, that is, the waves and comprises a plurality of floating modules, arranged on the surface of the liquid, the modules spaced apart from each other sufficiently to use better The action of the waves.
  • the preferred spacing is about half the wavelength of the incident wave.
  • the energy extracted from the modules will be converted to hydraulic, electrical, mechanical, chemical or energy, however, the way in which such conversion will be carried out is not established.
  • Said US patent is not related to the energy collection system of the present invention.
  • WO2008121646 protects an articulated system of energy conversion, formed by three rafts that have relative movement of one raft with respect to the other.
  • the system comprises a cylindrical section that houses a piston in its upper part and comprises a breathing groove and where the air is compressed by the piston.
  • the length of the section will depend on the length of the piston.
  • the system features a compressed air movement attenuator assembly with a two-phase operation, that is 2 fluids, one is water and the other is gas.
  • WO2008135046 describes a power plant formed by at least two floating bodies, where the floating body is composed of at least two bridges, preferably cylindrical bridges with a length greater than the diameter, where the bridges are connected by rigid members, where at least one energy absorption mechanism is arranged between two floating bodies interconnected by hinges. Said power plant has a minimized number of moving parts allowing the plant to be easier and faster to use during service.
  • WO2008135046 presents similarities in the principle of operation and to the existence of devices such as rafts and the presence of pistons. However, said patent does not disclose the designs and arrangement of the rafts as well as the high weight on the mast of the present invention which is clearly one of the most innovative elements of the technology that is intended to be protected.
  • the present invention comprises an apparatus that is a plant for obtaining energy based on the movement of the waves whose design is directed to open waters, where the waves act on the apparatus of the invention to obtain energy from the movement of the waves.
  • Said wave movement can be transformed into energy by an appropriate mechanism, for example, rotational mechanical energy or electrical energy.
  • the present invention has the advantage that, despite the presence of small waves, the outermost floating bodies of the energy absorption mechanism provide sufficient movement with a determined force that allows the present invention to function even with little swell.
  • the present invention allows to take advantage of the movement of the waves to pump or transport water without the need to use external energy.
  • the present invention can be designed with a lever arm of relative length from the outermost bridge and to the hinge, between the two connected floating bodies, at which point the energy is absorbed and transformed.
  • a hydrostatic wave generator, a wave system and method for obtaining, transforming and using wave energy in different types is disclosed types of applications
  • the hydrostatic wave system and apparatus base their operation on the operation of a set of positive displacement piston pumps.
  • the upward and downward movement of the waves is used to produce a horizontal movement of a plunger or piston that allows the pistons or pistons to pump the seawater, from the interior of the sea to a certain point of elevation on the coast.
  • the horizontal movement of the plunger or piston allows a large amount of seawater to be sucked.
  • the sucked seawater is conducted by means of pipes or hoses which by the impulse or thrust provided by the action of the waves on the piston assembly allows the accumulation of water at said point of elevation, where point of elevation can be a storage tank.
  • the storage tank can be built in height on land adjacent to the seashore.
  • the water stored in the storage tank is subsequently used in different applications.
  • the present invention aims to provide a simple and economical device, durable and easy to handle and repair.
  • the present invention aims to provide an apparatus that takes advantage of the continuous movement of waves to transport seawater to generate energy.
  • the transported seawater can be accumulated and can be used to produce electricity taking advantage of its fall from the elevation where the storage pond is located, for which the stored seawater is channeled in a controlled way from the storage tank to a turbine connected to an electric current generator of known power.
  • the electric generator finally produces electrical energy that can be used in industry or the home.
  • wave-hydrostatic energy can be used to allow the transfer of water to an adjacent land for application in direct irrigation or conductive fluid for transporting raw material in mining.
  • the present invention aims to provide an apparatus that takes advantage of the continuous movement of the waves to transport and accumulate seawater, which can be used as irrigation water.
  • the present invention aims to provide an apparatus that takes advantage of the continuous movement of the waves to transport seawater to accumulate seawater that can be subjected to a desalination process to obtain irrigation water or drinking water.
  • the present invention aims to provide an apparatus that takes advantage of the continuous movement of the waves to transport seawater regardless of the quality of the waves of the place in which the apparatus is installed.
  • Figure 1 It is a schematic plan view of an embodiment of the apparatus of the invention showing the arrangement of 5 joined rafts: a central raft and four radial rafts.
  • Figure 2 It is a schematic elevation view of the apparatus of the invention showing the arrangement of the rafts, their hinges and a central mast.
  • Figure 3 It is a schematic perspective view of the central mast with a high weight from the deck (metacentric exciter) and weights on each of the radial rafts.
  • Figure 4 It is a schematic view of a piston pump assembly and inlet and outlet check valves.
  • Figure 5 It is a schematic view of a hinge and hydrostatic pistons or pumps, in which the displacements caused by angular variations caused by the movement of the rafts are shown.
  • Figure 6 It is a top schematic plan view of the hydraulic circuit diagram showing the pistons and their suction and discharge valves and control elements.
  • Figure 7 It is a schematic plan view showing the turbine used for the generation of electrical energy.
  • Figure 7a shows a cross section of the turbine.
  • Figure 7b shows a side view of Figure 7a.
  • Figure 8 It is a perspective view showing the general arrangement of the hydrostatic wave generator on the waves, circuits that leave to the mainland, storage of saltwater at height for use as irrigation water, storage and / or the discharge circuit through the micro turbine for electricity generation.
  • a wave generator, a wave system and method of use for obtaining, transforming and using wave energy in different types of applications are disclosed.
  • the hydraulic-hydraulic system and device base their operation on the operation of a set of positive displacement piston pumps, which by the impulse provided by the action of the waves, allows the pistons to pump a moving fluid preferably seawater , from the interior of the sea to a certain elevation point on the coast.
  • This constant thrust action of the piston assembly allows a hydraulic lift that allows the accumulation of water at said lifting point.
  • This accumulated volume of water is channeled in a controlled manner from the point of elevation to a turbine connected to a generator of electric current of known power.
  • wave-hydrostatic energy can be used to allow the transfer of water inland for application in various irrigation applications or conductive fluid for transporting raw material in mining.
  • Figure 1 shows the design and general layout of an embodiment of the apparatus of the invention that shows the different devices that make up the wave generator, built on a set of rafts installed in the sea where the buoyancy of the rafts provides the necessary energy and the undulating movement of the waves will give the activation of the pistons.
  • the apparatus of the invention may be attached to an anchor cable to the seabed.
  • the apparatus of the invention also has a central mast comprising a weight that is elevated from the roof.
  • the high weight acts as a metacentric exciter, and has the property that the height at which the weight in the central mast can be varied is varied so as to vary the metacenter of the apparatus according to the sea wave condition, so that the High weight will be found in the central mast at a smaller distance from the sea surface if the sea waves are prominent and the position of the high weight may be varied to a position farther from the sea surface if the wave condition is more calm, in order to achieve a continuous movement of the apparatus independent of the conditions of the waves of the place in which the apparatus of the invention is to be used.
  • the rafts comprise a hinge system that serves as a joint between the rafts in a position that promotes angular displacement in the contact face between rafts. As shown in Figure 5.
  • the capacity of the apparatus of the invention will depend on the number and size of the floats used and the size and number of the pistons and pistons, as well as the size and number of valves.
  • Figure 7 shows the micro turbine used in this prototype.
  • Figure 8 shows the general arrangement of the hydrostatic wave generator floating on the surface above the waves, the pumped water goes to the coast through the common salt water discharge circuits, being stored in height for irrigation use, then it can be discharged through of the circuit that feeds the micro turbine for electricity generation.
  • the apparatus of the present invention is a hydrostatic wave generator that is hereinafter identified with the acronym G.U.H. It is a machine designed to capture the energy of the waves, that is, from the difference between crests and valleys of the waves, associated with the movement of successive waves.
  • the present invention relates to a wave-hydrostatic generating apparatus (G.U.H.), which performs an exchange of energy from wave energy to hydraulic energy comprising:
  • a central platform to which radial platforms are attached, by means of hinges and
  • a set of hydrostatic cylinders which propel salt water as positive displacement pumps with pressure and flow.
  • the GUH apparatus of the invention uses the angular displacement that occurs in the contact hinges with a central raft during the movement of the waves.
  • the GUH apparatus of the invention comprises a central metacentric mast or device (metacentric exciter) comprising a high weight from the deck, the high weight having an adjustable height position that allows the metacentro to vary according to the sea wave condition and make more sensitive movement and ensure angular displacement.
  • the G.U.H. of the invention allows an angular displacement that allows the pistons to carry out extension and retraction movements producing suction and discharge by means of valves.
  • the G.U.H. of the invention comprises a set of positive displacement pumps allow the thrust and discharge of the fluid to a common flow collector circuit and salt water pressure circulating towards the coast.
  • the G.U.H. of the invention has a positive displacement that is modulated by the action of pressure or safety limiting valves to maintain a flow and pressures within constant ranges.
  • the G.U.H. of the invention has a preferred arrangement, design and architecture of flotation platforms that take the form of a parallelepiped and a central mast with a high deck weight that acts as a metacentric exciter.
  • the G.U.H. includes floating platforms or rafts convexly depending on the sea conditions of the sector where it is installed, allowing greater use of wave movement.
  • the G.U.H. includes a floating platform or rafts of flat or convex shape depending on the sea conditions of the sector where it is installed and comprises a central raft of hexagonal shape, in order to install 6 radial rafts.
  • the GUH apparatus comprises a flat or convex floating platform or rafts depending on the sea conditions of the sector where an octagonal central raft is installed and comprises for 8 radial rafts, thus increasing GUH performance.
  • Figure 1 shows a plan view of a modality of the G.U.H. of the invention comprising a central raft (1), four radial rafts (2).
  • the radial rafts comprise a weight (3) on the top or cover.
  • a mast (4) comprising a high weight (5) that acts as a metacentric exciter is arranged at its center.
  • the union between central raft (1) and radial rafts (2) is done by using hinges (6).
  • the hinges (6) each have two pistons (7).
  • Figure 2 corresponds to an elevation view of the G.U.H. of the invention showing the central raft (1) comprising at its center a mast (4) comprising a high weight (5) or metacentric exciter.
  • the connection between the central raft (1) and the radial rafts (2) is made by hinges (6) that have two pistons (7).
  • Figure 3 is a schematic perspective view showing a modality of the armed assembly of the G.U.H. of the invention comprising 4 radial rafts (2) with weights (3) in their covers.
  • the radial rafts are attached to a central raft (1) by means of hinges (6) that move pistons (7) and comprise a mast (4) in the center of the central raft (1) that supports a high weight (5) called metacentric exciter.
  • the weights (3) on the roofs raise the center of gravity in the radial rafts (2) causing a forced sinking of the G.U.H. of the invention, making the rafts more sensitive to wave movement.
  • the central raft (1) has a mast (4) that maintains a high weight (5) that can vary its height.
  • the function of the high weight (5) is to increase the "instability" of the G.U.H. of the invention when performing a lever effect at a higher height.
  • G.U.H. stability is regained.
  • the function of the high weight is to vary the "metacentro" of the set of rafts by varying the position of the high weight in the mast, to condition the G.U.H. of the invention according to the conditions of the wave.
  • Figure 4 corresponds to a schematic elevation view of the pump-piston assembly comprising a piston (7), a seal (8) that slides into the cylinder (9) with a non-return inlet valve (10) and a non-return outlet or discharge valve (11).
  • the modality of the hydrostatic wave generator shown in Figure 4 comprises 16 pump-piston assemblies of similar characteristics and 32 non-return valves.
  • Figure 4a shows the different parts of the comb-piston assembly and Figure 4b shows the interior details of the comb-piston assembly.
  • One end of the comb-piston assembly is immersed in seawater and the other end is connected to a first pipe (not shown).
  • the end of the comb-piston assembly comprising the non-return inlet valve (10) is immersed in seawater and the other end of the comb-piston assembly comprising the non-return outlet or discharge valve (1 1) is connected to a first pipe.
  • the first pipe that leaves the upper part of the comb-piston assembly reaches a hydraulic ring.
  • From the hydraulic ring comes a second pipe or pipe that is connected at one end to the hydraulic ring and at the other end to the storage tank.
  • Said first and second pipes have the function of moving the seawater from the GUH of the invention to a high-altitude tank or accumulation tank.
  • Figure 5 shows different operating positions of the apparatus of the invention and a piston cycle caused by the upward and downward movement of the rafts by the action of wave movement is detailed.
  • FIG 5 “A” when the connecting hinges (6) move because the central raft (1) is at a concave angle with the radial raft (2) the upper piston is closed by evacuating the water contained by the non-return outlet valve (11) keeping the inlet check valve closed (10).
  • figure 5 “B” when changing the angle of the central raft (1) with the radial raft (2) the piston begins to extend forcing the water to pass through the non-return inlet valve (10) keeping the valve closed anti-return outlet or discharge (11).
  • FIG 5 is a top schematic plan view corresponding to the hydraulic diagram.
  • the piston groups with their respective inlet or suction valves and the outlet or discharge valves, the discharge ring and the safety valve are shown.
  • Figure 6 shows the piston cycle that describes the positions of the system described above in which all hydrostatic pistons are installed in the GUH of the invention, causing water circulation to the ring circuit (12) and allowing the discharge or discharge of water.
  • it has a pressure gauge (13) to measure the working pressure, a pressure limiting valve (14) that protects the circuit and a main non-return valve (15) to maintain the water column.
  • FIG 7 a plan view of a micro turbine (16) used in the apparatus of the present invention is observed which is fed by the water in the inlet hydrodynamic circuit (17) increasing the speed in the nozzle (18) to drive the blades (19) by moving the rotor (20) at the speed necessary to move the generator (21) obtaining electricity at the terminals (22).
  • Figure 7b shows a side view of Figure 7a.
  • FIG 8 a diagram of operation in field conditions of the G.U.H. of the invention (23), where as a whole the G.U.H. of the invention works by sucking water as a positive displacement pump of multiple chambers and discharging this volume of fluid to one or several circuits (24) depending on the capacity, which allows the channeling and conduction of water to a tank (25) in height , thus acquiring potential energy for later use, whether in irrigation and / or power generation, by releasing the water through a discharge circuit (26) controlling the flow of water through a shut-off valve at the entrance of a turbine (16) for electric current generation (28).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Generador undimotriz hidrostático que comprende una balsa central (1) y al menos cuatro balsas radiales (2) unidas a la balsa central (1) mediante bisagras (6) que poseen cada una dos pistones (7), de manera que el impulso provisto por la acción de las olas permite que los pistones (7) bombeen un fluido en movimiento, preferiblemente agua de mar, desde el interior del mar hacia un punto de elevación en la costa desde donde es canalizado en forma controlada hacia una turbina conectada a un generador de corriente eléctrica. En el centro de la balsa central (1) del generador undimotriz se dispone un mástil (4) que comprende un peso elevado (5) que actúa como excitador metacéntrico de la estructura. En una aplicación alternativa, la energía undimotriz-hidrostática puede ser utilizada para el traslado de agua hacia el interior en aplicaciones de riego, o como fluido conductor para transporte de materia prima en la minería.

Description

GENERADOR UNDIMOTRIZ HIDROSTÁTICO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención divulga un aparato que aprovecha el movimiento ascendente y descendente de las olas de mar para la obtención y transformación de energía. La invención está relacionada con la Ingeniería hidráulica y las diversas aplicaciones de las energías renovables, más específicamente con tecnologías para la obtención, transformación y usos de la energía undimotriz o energía de las olas. En este campo inventivo se divulga un sistema, un aparato y sus dispositivos asociados y sus usos preferentes en la utilización de la energía undimotriz en la obtención de agua para riego y la generación de electricidad. ESTADO DE LA PROPIEDAD INDUSTRIAL
A continuación se discuten las patentes y solicitudes de patentes de invención que establecen el estado de arte de la tecnología que se quiere proteger:
La patente US4392349 reivindica un aparato para la extracción de energía a través del movimiento de fluidos, es decir, las olas y comprende una pluralidad de módulos flotantes, dispuestos sobre la superficie del líquido, los módulos espaciados apartes uno del otro lo suficiente para utilizar mejor la acción de las olas. El espaciamiento de preferencia es alrededor de la mitad de la longitud de onda del oleaje incidente. La energía extraída de los módulos se convertirá a energía hidráulica, eléctrica, mecánica, química o la energía, sin embargo, no se establece la forma en que se llevará a cabo dicha conversión. Dicha patente norteamericana no guarda relación con el sistema de captación de energía de la presente invención.
El documento WO2008121646 protege un sistema articulado de conversión energética, formado por tres balsas que poseen movimiento relativo de una balsa con respecto de la otra. El sistema comprende una sección cilindrica que alberga en su parte superior un pistón y comprende una ranura de respiro y donde el aire es comprimido por el pistón. El largo de la sección dependerá del largo del pistón. El sistema presenta un ensamble atenuador del movimiento de aire comprimido con un funcionamiento bifásico, es decir 2 fluidos, uno es agua y el otros es gas.
i El documento WO2008135046 describe una planta de energía formada por a lo menos dos cuerpos flotantes, donde el cuerpo flotante está compuesto de a lo menos dos puentes, preferentemente puentes cilindricos con una largo mayor al del diámetro, donde los puentes están conectados por miembros rígidos, donde al menos un mecanismo de absorción de energía está arreglado entre dos cuerpos flotantes interconectados por bisagras. Dicha planta de energía posee un número de partes movibles minimizado permitiendo que la planta sea más fácil y rápida de utilizar durante el servicio. El documento WO2008135046 presenta similitudes en el principio de operación y a la existencia de dispositivos tales como las balsas y la presencia de pistones. Sin embargo, dicha patente no divulga los diseños y la disposición de las balsas así como el peso elevado en el mástil de la presente invención que es claramente uno de los elementos más innovadores de la tecnología que se pretende proteger. La presente invención comprende un aparato que es una planta para obtener energía a base del movimiento de las olas cuyo diseño está dirigido para aguas abiertas, donde las olas actúan sobre el aparato de la invención para obtener energía a partir del movimiento de las olas. Dicho movimiento de las olas puede ser transformado en energía por un mecanismo apropiado, por ejemplo, en energía mecánica rotacional o energía eléctrica. La presente invención presenta la ventaja que, a pesar de la presencia de olas pequeñas, los cuerpos flotantes más externos del mecanismo de absorción de energía proveen de un movimiento suficiente con una fuerza determinada que permite que la presente invención funcione incluso con poco oleaje. La presente invención permite aprovechar el movimiento de las olas para bombear o transportar agua sin la necesidad de utilizar energía externa.
La presente invención puede ser diseñada con un brazo palanca de largo relativo desde el puente más externo y a la bisagra, entre los dos cuerpos flotantes unidos, punto en el cual la energía es absorbida y transformada.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION
Se divulga un aparato generador undimotriz hidrostático, un sistema undimotriz y método para la obtención, transformación y uso de la energía de las olas en distintos tipos de aplicaciones. El sistema y aparato undimotriz hidrostático basan su funcionamiento en el accionar de un conjunto de bombas de pistones de desplazamiento positivo. El movimiento ascendente y descendente de las olas es aprovechado para producir un movimiento horizontal de un embolo o pistón que permite que los émbolos o pistones bombeen el agua de mar, desde el interior del mar hacia un punto de elevación determinado en la costa. El movimiento horizontal del embolo o pistón permite succionar una gran cantidad de agua de mar. El agua de mar succionada es conducida por medio de tuberías o mangueras las cuales por el impulso o empuje provisto por la acción de las olas sobre el conjunto de pistones permite la acumulación de agua en dicho punto de elevación, donde punto de elevación puede ser un tanque de almacenamiento.
El tanque de almacenamiento puede ser construido en altura en un terreno adyacente a la orilla del mar. El agua almacenada en el tanque de almacenamiento es posteriormente utilizada en distintas aplicaciones.
La presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato sencillo y económico, duradero y fácil de manipular y reparar. La presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato que aproveche el movimiento continuo de las olas para transportar agua de mar para generar energía.
El agua de mar transportada puede ser acumulada y puede ser utilizada para producir electricidad aprovechando su caída desde la elevación donde se ubica el estanque de almacenamiento, para lo cual el agua de mar almacenada es canalizada en forma controlada desde el tanque de almacenamiento hacia una turbina conectada a un generador de corriente eléctrica de potencia conocida. El generador eléctrico produce finalmente energía eléctrica que puede ser utilizada en la industria o el hogar. En una aplicación alternativa, la energía undimotriz-hidrostática puede ser utilizada para permitir el traslado de agua hacia un terreno adyacente para su aplicación en riego directo o fluido conductor para transporte de materia prima en la minería. La presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato que aproveche el movimiento continuo de las olas para transportar y acumular agua de mar, la que puede ser utilizada como agua para regadío. La presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato que aproveche el movimiento continuo de las olas para transportar agua de mar para acumular agua de mar que puede ser sometida a un proceso de desalinización para obtener agua de riego o agua potable. La presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato que aproveche el movimiento continuo de las olas para transportar agua de mar sin importar la calidad de las olas del lugar en el cual el aparato sea instalado.
El presente invento se describe con más detalle haciendo referencia a las figuras adjuntas, de modo de permitir la mejor comprensión de la invención. En las figuras los números y siglas representan las mismas estructuras a lo largo de las diversas vistas y las simulaciones preferentes.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 : Es una vista esquemática en planta de una modalidad del aparato de la invención que muestra la disposición de 5 balsas unidas: una balsa central y cuatro balsas radiales. La Figura 2: Es una vista en elevación esquemática de aparato de la invención que muestra la disposición las balsas sus bisagras y un mástil central.
La Figura 3: Es una vista en perspectiva esquemática del mástil central con un peso elevado desde la cubierta (excitador metacéntrico) y pesos sobre cada una de las balsas radiales.
La Figura 4: Es una vista esquemática de un conjunto bomba pistón y válvulas anti retorno de entrada y salida. La Figura 5: Es una vista esquemática de una bisagra y los pistones hidrostáticos o bombas, en que se muestran los desplazamientos provocados por las variaciones angulares provocados por el movimiento de las balsas. La Figura 6: Es una vista en planta esquemática superior del diagrama del circuito hidráulico que muestra los pistones y sus válvulas de aspiración y descarga y los elementos de control.
La figura 7: Es una vista en planta esquemática que muestra la turbina utilizada para la generación de energía eléctrica. La figura 7a muestra un corte transversal de la turbina. La figura 7b muestra una vista lateral de la figura 7a.
La Figura 8: Es una vista en perspectiva que muestra la disposición general del generador undimotriz hidrostático sobre las olas, circuitos que salen a tierra firme, almacenamiento del agua salada en altura para uso como agua de regadío, almacenamiento y/o el circuito de descarga a través de la micro turbina para generación de electricidad.
Descripción de la invención:
Se divulga un generador undimotriz, un sistema undimotriz y método de uso para la obtención, transformación y uso de la energía de las olas en distintos tipos de aplicaciones. El sistema y dispositivo undimotriz-hidráulico basan su funcionamiento en el accionar de un conjunto de bombas de pistones de desplazamiento positivo, las cuales por el impulso provisto por la acción de las olas, permite que los pistones bombeen un fluido en movimiento preferentemente agua de mar, desde el interior del mar hacia un punto de elevación determinada en la costa. Esta acción de empuje constante del conjunto de pistones permite un levantamiento hidráulico que posibilita la acumulación de agua en dicho punto de elevación. Este volumen acumulado de agua es canalizado en forma controlada desde el punto de elevación hacia una turbina conectada a un generador de corriente eléctrica de potencia conocida. En una aplicación alternativa, la energía undimotriz-hidrostática puede ser utilizada para permitir el traslado de agua hacia el interior para su aplicación en diversas aplicaciones de riego o fluido conductor para transporte de materia prima en la minería. En la figura 1 se observa el diseño y disposición general de una modalidad del aparato de la invención que muestra los distintos dispositivos que conforman el generador undimotriz, construidas a base de un conjunto de balsas instaladas en el mar donde la boyante de las balsas aporta la energía necesaria y el movimiento ondulante de las olas dará la activación de los pistones.
El aparato de la invención puede estar sujeto a un cable de anclaje al fondo marino.
El aparato de la invención posee además un mástil central que comprende un peso que está elevado de la cubierta. El peso elevado actúa como excitador metacéntrico, y posee la propiedad que se puede variar la altura a la cual se encuentra el peso en el mástil central de forma de variar el metacentro del aparato según sea la condición de olas del mar, de modo que el peso elevado se encontrará en el mástil central a una menor distancia de la superficie del mar si las olas de mar son prominentes y se podrá variar la posición del peso elevado a una posición más alejada de la superficie del mar si la condición del oleaje es más calmo, con el fin de lograr un movimiento continuo del aparato independiente de las condiciones del oleaje del lugar en el cual se quiera utilizar el aparato de la invención. Las balsas comprenden un sistema de bisagras que sirve como unión entre las balsas en una posición que propicie un desplazamiento angular en la cara de contacto entre balsas. Según se muestra en la Figura 5.
Para conseguir succionar agua salada directamente del mar se instalaron pistones hidrostáticos o bombas (ver Figura 4) unidas a las bisagras de las balsas como se muestra en la Figura 5, cada bomba tendrá dos válvulas de un solo sentido de flujo (anti retorno) que servirán para transportar el agua salada por un principio de desplazamiento positivo como se muestra en el circuito hidráulico la Figura 6, venciendo la presión hidrostática (Ley de Pascal), P = γ x h donde "γ" es el Peso Especifico del agua salada y "h" es la altura requerida que se levantara el agua salada.
La capacidad del aparato de la invención dependerá del número y tamaño de los flotadores que se utilicen y del tamaño y número de los émbolos y pistones, así como el tamaño y número de válvulas. Al almacenar agua en altura de aplica la Teorema de Torriccelli Vs=(2gh) consiguiendo velocidad en el circuito de descarga, aumentada en la turbina por una tobera, la ecuación de continuidad Vi x Si = 2 x S2, que entrega un chorro directo a las paletas del rotor. En Figura 7 se muestra la micro turbina utilizada en este prototipo.
En la Figura 8 se muestra la disposición general del generador undimotriz hidrostático flotando en la superficie sobre las olas, el agua bombeada sale a la costa por los circuitos comunes de descarga de agua salada, almacenándose en altura para uso de regadío luego se puede descargar través del circuito que alimenta la micro turbina para generación de electricidad.
Descripción detallada de la invención: El aparato de la presente invención es un generador undimotriz hidrostático que en adelante se identificara con la sigla G.U.H. es una maquina diseñada para captar la energía de las olas es decir a partir de la diferencia entre crestas y valles de las olas, asociado esto con el movimiento de olas sucesivas. La presente invención se refiere a un aparato generador undimotriz-hidrostático (G.U.H.), que realiza un intercambio de energía desde energía undimotriz a energía hidráulica que comprende:
Un conjunto de balsas o plataformas de flotación de forma y dimensiones ajustables, que permiten flotación;
Una plataforma central, a los que se encuentran unidas plataformas radiales, mediante bisagras y
Un conjunto de cilindros hidrostáticos los cuales impulsan agua salada como bombas de desplazamiento positivo con presión y caudal.
Un mástil central con un peso elevado en la cubierta de posición variable y ajustable a la condición de olas del mar que permite el adecuado balance y modular los movimientos de la estructura total.
El aparato G.U.H. de la invención utiliza el desplazamiento angular que se produce en las bisagras de contacto con una balsa central durante el movimiento de las olas. El aparato G.U.H. de la invención comprende un mástil o dispositivo metacéntrico central (excitador metacéntrico) que comprende un peso elevado desde la cubierta, el peso elevado teniendo una posición ajustable en altura que permite variar el metacentro según sea la condición de olas del mar y hacer más sensible el movimiento y asegurar el desplazamiento angular.
El aparato G.U.H. de la invención posibilita un desplazamiento angular que permite que los pistones realicen movimientos de extensión y retracción produciendo succión y descarga por medio de válvulas.
El aparato G.U.H. de la invención comprende un conjunto de bombas de desplazamiento positivo permiten el empuje y descarga del fluido a un circuito colector común caudal y presión de agua salada circulando hacia la costa. El aparato G.U.H. de la invención posee un desplazamiento positivo que es modulado por las acción de válvulas limitadoras de presión o seguridad para mantener un flujo y presiones dentro de rangos constantes.
El aparato G.U.H. de la invención posee una disposición, diseño y arquitectura predilecta de las plataformas de flotación que adoptan la forma de un paralelepípedo y un mástil central con un peso elevado de la cubierta que actúa como excitador metacéntrico.
En una modalidad de la presente invención el aparato G.U.H. comprende plataformas de flotación o balsas de forma convexa dependiendo de las condiciones de mar del sector donde se instale, posibilitando un mayor aprovechamiento del movimiento de las olas.
En una modalidad de la presente invención el aparato G.U.H. comprende una plataformas de flotación o balsas de forma plana o convexa dependiendo de las condiciones de mar del sector donde se instale y comprende una balsa central de forma hexagonal, de forma de instalar 6 balsas radiales.
En una modalidad de la presente invención el aparato G.U.H. comprende una plataformas de flotación o balsas de forma plana o convexa dependiendo de las condiciones de mar del sector donde se instale y comprende una balsa central forma octogonal para 8 balsas radiales, aumentando así rendimiento del G.U.H..
La figura 1 muestra una vista en planta de una modalidad del G.U.H. de la invención que comprende una balsa central (1 ), cuatro balsas radiales (2). Las balsas radiales comprenden en la parte superior o cubierta un peso (3). En la balsa central (1 ) se dispone en su centro, un mástil (4) que comprende un peso elevado (5) que actúa como excitador metacéntrico. La unión entre balsa central (1 ) y balsas radiales (2) se realiza mediante el uso de bisagras (6). Las bisagras (6) poseen cada una dos pistones (7).
La figura 2 corresponde a una vista en elevación del G.U.H. de la invención donde se muestra la balsa central (1 ) que comprende en su centro un mástil (4) que comprende un peso elevado (5) o excitador metacéntrico. La unión entre balsa central (1 ) y las balsas radiales (2) lo realizan bisagras (6) que poseen dos pistones (7).
La figura 3 es una vista en perspectiva esquemática que muestra una modalidad del conjunto armado del G.U.H. de la invención que comprende 4 balsas radiales (2) con pesos (3) en sus cubiertas. Las balsas radiales están unidas a una balsa central (1 ) por medio de bisagras (6) que mueven pistones (7) y comprende un mástil (4) en el centro de la balsa central (1 ) que soporta un peso elevado (5) denominado excitador metacéntrico.
Los pesos (3) sobre las cubiertas elevan el centro de gravedad en las balsas radiales (2) provocando un hundimiento forzado del G.U.H. de la invención, haciendo que la balsas sea más sensibles al movimiento de las olas. La balsa central (1 ) posee un mástil (4) que mantiene un peso elevado (5) que puede variar su altura. La función del peso elevado (5) es aumentar la "inestabilidad" del G.U.H. de la invención al realizar un efecto palanca a mayor altura. Cuando el peso elevado se baja a nivel de la cubierta, se recupera la estabilidad G.U.H. La función del peso elevado es de variar el "metacentro" del conjunto de balsas al variar la posición del peso elevado en el mástil, para acondicionar el G.U.H. de la invención según las condiciones de la ola.
La figura 4 corresponde una vista en elevación esquemática del conjunto bomba-pistón que comprende de un pistón (7), un sello (8) que se desliza dentro del cilindro (9) con una válvula de entrada anti retorno (10) y una válvula de salida o descarga anti retorno (11 ). La modalidad del generador undimotriz hidrostático mostrado en la figura 4 comprende 16 conjuntos bomba-pistón de similares características y 32 válvulas anti retorno. La figura 4a muestra las distintas piezas del conjunto comba-pistón y la Figura 4b muestra los detalles interiores del conjunto comba-pistón. Un extremo del conjunto comba-pistón está inmerso en el agua de mar y el otro extremo está conectado a una primera tubería (no mostrado). El extremo del conjunto comba-pistón que comprende la válvula de entrada anti retorno (10) está inmerso en el agua de mar y el otro extremo del conjunto comba-pistón que comprende la válvula de salida o descarga anti retorno (1 1 ) está conectado a una primera tubería. La primera tubería que sale de la parte superior del conjunto comba-pistón llega a una anillo hidráulico. Del anillo hidráulico sale una segunda tubería o cañería que está conectada por un extremo al anillo hidráulico y por el otro extremo al tanque de almacenamiento. Dicha primera y segunda cañería tienen como función trasladar el agua de mar desde el G.U.H. de la invención hasta un depósito en altura o estanque de acumulación.
La figura 5 muestra distintas posiciones de funcionamiento del aparato de la invención y se detalla un ciclo de pistón provocado por el movimiento ascendente y descendente de las balsas por la acción del movimiento de las olas. En la figura 5 "A" al moverse las bisagras (6) de unión por encontrarse la balsa central (1 ) en ángulo cóncavo con la balsa radial (2) el pistón superior se cierra evacuando el agua contenido por la válvula de salida anti retorno (11 ) manteniendo cerrada la válvula de entrada anti retorno (10). En la figura 5 "B" al cambiar el ángulo de la balsa central (1 ) con la balsa radial (2) el pistón empieza a extenderse forzando a pasar el agua por la válvula de entrada anti retorno (10) manteniendo cerrada la válvula de salida o descarga anti retorno (11 ). En la figura 5 "C" al encontrarse la balsa central (1 ) en ángulo convexo con la balsa radial (2) el pistón superior se encuentra completamente lleno de agua, comenzando un nuevo ciclo. La figura 6 es una vista en planta esquemática superior que corresponde al diagrama hidráulico. Se muestra los grupos de pistones con sus respectivas válvulas de entrada o aspiración y las válvulas de salida o descarga, el anillo de descarga y la válvula de seguridad. En la figura 6 se muestra el ciclo de pistón que describe las posiciones del sistema descrito anteriormente en el cual todos pistones hidrostáticos están instalados en el G.U.H. de la invención, provocando una circulación de agua al circuito anillo (12) y permitiendo la descarga o salida del agua. Además, cuenta con un manómetro (13) para medir la presión de trabajo, una válvula limitadora de presión (14) que protege el circuito y una válvula anti retorno principal de salida (15) para mantener la columna de agua.
En la figura 7, se observa una vista en planta de una micro turbina (16) utilizada en el aparato de la presente invención que es alimentada por el agua en el circuito hidrodinámico de entrada (17) aumentando la velocidad en la tobera (18) para impulsar los álabes (19) moviendo el rotor (20) a la velocidad necesaria para mover el generador (21 ) obteniendo electricidad en los terminales (22). La figura 7b muestra una vista lateral de la figura 7a.
En la figura 8, se observa un diagrama de operación en condiciones de campo del G.U.H. de la invención (23), donde en su conjunto el G.U.H. de la invención funciona succionando agua como una bomba de desplazamiento positivo de cámaras múltiples y descargando este volumen de fluido a uno o varios circuitos (24) dependiendo de la capacidad, que permita la canalización y conducción del agua hasta un deposito (25) en altura, de esta forma adquiriendo energía potencial para su posterior utilización, ya sea en regadío y/o generación de energía, al liberar el agua por un circuito de descarga (26) controlando el flujo de agua por una válvula de corte en la entrada de una turbina (16) para generación de corriente eléctrica (28).

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un aparato generador undimotriz-hidrostático, para realizar el intercambio de energía desde la energía undimotriz a energía hidráulica CARACTERIZADO por que comprende:
a) una balsa central;
b) al menos cuatro balsas radiales, que se encuentran unidas a la balsa central mediante bisagras;
c) al menos 8 pistones
d) un mástil central ubicado en la cubierta de la balsa central, que posee un peso elevado de posición variable y ajustable a la condición de olas del mar que permite el adecuado balance y modular los movimientos de la estructura total.
2. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende un conjunto de balsas o plataformas de flotación de forma y dimensiones ajustables que permiten flotación y comprende pistones que se mueven gracias al desplazamiento angular que se produce en las bisagras de contacto con una balsa central durante el movimiento de las olas, los pistones impulsan agua salada como bombas de desplazamiento positivo con presión y caudal.
3. El aparato generador undimotriz-hidrostático, de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende mástil central que comprende un peso elevado de la cubierta que se utiliza como excitador metacéntrico, el peso elevado posee altura ajustable que permite variar el metacentro según sea la condición de olas del mar y hacer más sensible el movimiento y asegurar el desplazamiento angular, el desplazamiento angular permite que los pistones realicen movimientos de extensión y retracción produciendo succión y descarga del agua de mar por medio de válvulas
4. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende un conjunto de bombas de desplazamiento positivo permiten el empuje y descarga del fluido a un circuito colector común caudal y presión de agua salada circulando hacia la costa.
5. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicaciones de la 1 a la 4 CARACTERIZADO porque el desplazamiento positivo es modulado por las acción de válvulas limitadoras de presión o seguridad para mantener un flujo y presiones dentro de rangos constantes.
6. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las balsas de flotación adoptan la forma de un paralelepípedo que tienen superficies planas, la forma adecuada de las balsas va a depender de las condiciones de mar del sector donde se instale el aparato, posibilitando un mayor aprovechamiento del movimiento de las olas.
7. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las balsas de flotación adoptan la forma de un paralelepípedo que tienen superficies convexas, la forma adecuada de las balsas va a depender de las condiciones de mar del sector donde se instale el aparato, posibilitando un mayor aprovechamiento del movimiento de las olas.
8. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 6 o 7, CARACTERIZADO porque la forma de la balsa central tiene una forma cuadrada, comprendiendo 4 balsas radiales.
9. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 6 o 7, CARACTERIZADO porque la forma de la balsa central tiene una forma hexagonal comprendiendo 6 balsas radiales.
10. El aparato generador undimotriz-hidrostático de acuerdo a la reivindicación 6 o 7, CARACTERIZADO porque la forma de la balsa central tiene una forma octogonal, comprendiendo 8 balsas radiales.
PCT/CL2011/000057 2011-03-02 2011-09-15 Generador undimotriz hidrostático WO2012116459A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CL2011000463A CL2011000463A1 (es) 2011-03-02 2011-03-02 Aparato generador undimotriz hidrostatico que comprende una balsa central, al menos cuatro balsas radiales unidas a la balsa central mediante bisagras, al menos ocho pistones y un mastil, ubicado en la balsa central, que posee un peso elevado que permite el balance y modulacion de los movimientos de la estructura total.
CL463-2011 2011-03-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012116459A1 true WO2012116459A1 (es) 2012-09-07

Family

ID=46757332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CL2011/000057 WO2012116459A1 (es) 2011-03-02 2011-09-15 Generador undimotriz hidrostático

Country Status (2)

Country Link
CL (1) CL2011000463A1 (es)
WO (1) WO2012116459A1 (es)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107244642A (zh) * 2017-07-19 2017-10-13 中国海洋大学 综合利用波浪能和潮流能的海洋深层水提升装置及方法
GB2559764A (en) * 2017-02-17 2018-08-22 Witt Ltd Buoy for converting wave energy into electricity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2064014A (en) * 1979-11-23 1981-06-10 Dunlop Ltd Apparatus for Deriving Power From Sea Waves
JPS57143168A (en) * 1981-02-28 1982-09-04 Yutaka Yamada Wave power generating unit
US4454429A (en) * 1982-12-06 1984-06-12 Frank Buonome Method of converting ocean wave action into electrical energy
GB2467026A (en) * 2009-01-19 2010-07-21 Bndean Abdulkadir Omer Wave energy converter with articulated floats and mast

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2064014A (en) * 1979-11-23 1981-06-10 Dunlop Ltd Apparatus for Deriving Power From Sea Waves
JPS57143168A (en) * 1981-02-28 1982-09-04 Yutaka Yamada Wave power generating unit
US4454429A (en) * 1982-12-06 1984-06-12 Frank Buonome Method of converting ocean wave action into electrical energy
GB2467026A (en) * 2009-01-19 2010-07-21 Bndean Abdulkadir Omer Wave energy converter with articulated floats and mast

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2559764A (en) * 2017-02-17 2018-08-22 Witt Ltd Buoy for converting wave energy into electricity
GB2559764B (en) * 2017-02-17 2019-05-29 Witt Ltd Buoy for converting wave energy into electricity
CN107244642A (zh) * 2017-07-19 2017-10-13 中国海洋大学 综合利用波浪能和潮流能的海洋深层水提升装置及方法
CN107244642B (zh) * 2017-07-19 2023-09-26 中国海洋大学 综合利用波浪能和潮流能的海洋深层水提升装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CL2011000463A1 (es) 2011-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2005316494B2 (en) Buoyancy pump power system
ES2393261T3 (es) Aparato y sistema de control para la generación de energía a partir de energía de las olas
US9309860B2 (en) Wave energy conversion device
US7257946B2 (en) Buoyancy pump power system
ES2386674T3 (es) Bomba accionada por ondas y medio para conectar la misma al lecho marino
ES2769312T3 (es) Aparato para recuperar energía de las olas
US9581130B2 (en) Apparatus for generating energy from waves
CN108603481B (zh) 宽波浪谱波能回收装置
ES2952285T3 (es) Aparato de toma de fuerza para un convertidor de energía de olas y convertidor de energía de olas que comprende el mismo
WO2012116459A1 (es) Generador undimotriz hidrostático
ES2559928T3 (es) Dispositivo para producir energía eléctrica
WO2014194438A1 (es) Dispositivo convertidor de energia cinetica de mareas en electrica que posee una hidroturbina de flujo transversal capaz de direccionar los flujos captados de una manera optima redirigiendo y acelerandolos hacia un rodete interno de la h idroturbina y una planta generadora de electr1cidad que ocupa a dicho dispositivo.
WO2010086474A1 (es) Sistema de generación de energía eléctrica por aprovechamiento de corrientes de agua
WO2008031904A1 (es) Plantas desaladoras ambientales
ES2571704B1 (es) Hidrocentral accionada por una gran masa de agua que desciende lentamente, susceptible de aprovechar aguas continentales y marinas
ES2354788A1 (es) Unidad capturadora de energía del mar.
AU2015202311A1 (en) Harnessing wave power
ES2387441A1 (es) Generador flexible de potencia a partir de la energía de las olas.
WO2013093149A2 (es) Dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas
ES2781120T3 (es) Sistema de extracción de energía cinética y potencial de las olas del mar
WO2013083863A1 (es) Plataforma flotante para aprovechamiento de energía mareomotriz
BG112125A (bg) Метод и устройство за получаване на електрическа енергия от морски вълни чрез комплекс поплавъци, свързани с плаваща подводна платформа
AU2011213774A1 (en) Buoyancy Pump Power System

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11859935

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11859935

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1