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WO2014113899A1 - Sistema mejorado para capturar la energia del mar - Google Patents

Sistema mejorado para capturar la energia del mar Download PDF

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Publication number
WO2014113899A1
WO2014113899A1 PCT/CL2014/000002 CL2014000002W WO2014113899A1 WO 2014113899 A1 WO2014113899 A1 WO 2014113899A1 CL 2014000002 W CL2014000002 W CL 2014000002W WO 2014113899 A1 WO2014113899 A1 WO 2014113899A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capture
horizontal
vertical
platform
wave energy
Prior art date
Application number
PCT/CL2014/000002
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Iván DIB ECHEVERRIA
Original Assignee
Dib Echeverria Iván
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 Dib Echeverria Iván filed Critical Dib Echeverria Iván
Publication of WO2014113899A1 publication Critical patent/WO2014113899A1/es

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • F03B13/16—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 relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03B13/182—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 relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with a to-and-fro movement
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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 relates to a system to capture the energy of marine and / or lake waves in order to transform it into electrical energy in acceptable quantities, bypassing marine variations and movements, and with reasonable costs, taking advantage of the Archimedean principle and the second Newton's law thus completing the double effect.
  • the present invention provides improvements to the system described in the patent application PCT / CL2011 / 000024, where said improvements focus on modifying the structure described in the aforementioned patent application to optimize the use of the described edge conditions in said application, optimize the energy capture of the system and improve its behavior based on its architecture and operation.
  • patent application PCT / CL2011 / 000024 proposes a system that captures the energy of sea and / or lake waves achieving three sub objectives:
  • patent application PCT / CL2011 / 000024 basically provides a mechanism that allows floats or buoys to move vertically and horizontally, to capture as much energy as possible from the waves.
  • Said mechanism is formed by a set of four vertical buoys that support the central structure, which is rectangular and has rails oriented parallel to the direction of the waves, on which a mobile bridge runs perpendicular to the direction of the waves.
  • the mobile bridge has at least one thrust tank, whose geometry has its greatest exposure on the face that contacts the water, these thrust ponds are encased in a structural cage that is part of said movable bridge. Wheels run in this cage that keep the position of the thrust ponds in relation to the water level, allowing them to rise or fall with the waves.
  • Each pusher tank has on its upper face one or more swords or double zipper, of vertical drive, that passes through the center of a vertical conversion box that is responsible for transmitting the vertical energy of the waves.
  • the mobile bridge has a horizontal sword or rack that passes through the center of a horizontal conversion box, which is responsible for transmitting the horizontal energy of the waves.
  • Document CL 1246-1993 discloses an energy generating set, which by means of the movement of sea waves achieves that end, basically consists of a rigid modulated structure that can be floating, non-floating or semi-floating and a set of tanks type drums, closed and floating, provided with wheels, geared in the rack of the columns of the structure in which the tanks are inserted through the center, with the passage of the waves there is a reciprocating movement in the opposite direction between the tank and the structure, this moves the sprockets which by means of axles, pinions, crowns, with or without ratchet move a steering wheel, a coupling system, a gearbox to finally move the rotor of an alternator or dynamo that It will generate electricity.
  • Document CL 0235-2009 describes a hydraulic device for the generation of electric energy based on the thrust, which allows to increase the output flow rate, being formed by a closed main tank containing inside another closed tank that is submerged and fixed at a foothold when the principal is full.
  • Document 1362-2005 discloses a hydraulic generator whose operation is generated by the use of the Archimedes principle and the force of gravity, extracting energy by means of a turbine by the movement of the fluid contained in said generator.
  • Document ES 2276613 describes a power generation unit by means of marine waves.
  • the object of the invention proposed in this document is the generation of electrical energy from sea waves.
  • An apparatus is disclosed that is fixed on the coast and that consists of a piece that when pushed by the waves slides on the rails that are inclined. The piece when climbing the rails rotates the generators by means of two transmission chains connected to two sprockets that transmit the rotation to the axes of said generators, producing electricity.
  • the wave retires the piece falls down the rails pushed by its weight, thus generating more electricity.
  • the piece is floating waiting for another wave.
  • An alternative to this device would be to replace the generators with a device placed inside the part that generates electricity when sliding along the rails.
  • EP 1384824 discloses a power generator that uses the energy of the oles which has as a component a momentum gyroscope, and which comprises a floating body, a momentum gyroscope supported by a floating body, and a generator electric connected to the cardan shaft of rotation through a gear to increase speed.
  • the invention described in this document is characterized by the rotating gimbal gimbal by the movement of the floating body, and the impulse of wave energy, all of which is connected to a power generator for power generation.
  • WO 03/066971 discloses a floating plant to be located in the ocean, which has a float cylinder, with a turbine and fixed section inlet cones in order to allow a fluid column to move up and down and drive a turbine.
  • the liquid column is forced to pass through the turbine, through two piston sections connected by piston rods.
  • the piston sections remain stationary near a pressure plate and in turn compress the liquid against both sides of the turbine, such as an axis of the float cylinder, which moves up and down by the movement of the wave in the surface of the ocean, through the buoyancy of the flotation chambers.
  • a suspension helps pull the turbine down.
  • high pressure fluid compression it is purged into a high hydraulic pressure system.
  • the low pressure fluid in the fluid is returned during the low pressure cycle.
  • the upper section of the piston is open to ventilation and can be vented outdoors. Turbine rotation is transmitted through from an axis to a gearbox and in a generation room.
  • the power plant is held in position by hydraulic control jets.
  • WO 01/92644 discloses a machine that captures the energy of those capable of using the rising force of the waves on a plurality of adjacent floats, in which the rising force on each float through a rocker, bearings and self-rotating means it is transferred to drive a drive shaft to transfer momentum to the drive shaft, which is characterized in that the bearings are enclosed between rocker tubes and the drive shaft and the bearings are displaced in the longitudinal direction of the drive shaft from the position normal with respect to the float.
  • none of the documents of the prior art provide a solution for capturing acceptable volumes of marine energy, which makes it possible to avoid all variations and marine movements that are not usable and that are of low level of investment and maintenance, providing a structure that allows floats to move vertically and horizontally, to capture as much energy as possible from the waves.
  • the present invention consists in providing an improved structure to the energy capture system defined in patent application PCT / CL2011 / 000024, allowing to take better advantage of the edge conditions defined in said application by providing new structures and optimizing existing structures. These optimizations consist mainly of modifying the architecture of the system, so that it responds better to the waves, allowing to increase its energy capture capabilities.
  • the improved marine energy capture system provides new solutions to the problems addressed by patent application PCT / CL2011 / 000024, which have been obtained after thoroughly analyzing the system's boundary conditions and the characteristics of the system described in said application.
  • Figure 1 shows a diagram of the movement of the waves to define the boundary conditions of the system according to the present invention.
  • Figure 2 shows a scheme of the improvement introduced to the system according to the present invention.
  • FIG. 3 shows in detail the components of the system according to the present invention.
  • Figure 4 shows a schematic of a system condition according to the present invention.
  • Figure 5 shows a scheme of the system according to the present invention installed in series.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the lift system according to the present invention.
  • FIG. 7 shows another embodiment of the lift system according to the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the present invention relates to an improved system for capturing the energy of marine and / or lake waves and transforming it into electrical energy in acceptable quantities, bypassing marine variations and movements and with reasonable costs.
  • wave movement is a variant of wave motion, whose kinematic distribution is approximately represented by circles that form an inverted cone as illustrated in Figure 1. Then, for the purposes of the present invention, it is It is important to consider the following parameters:
  • h Depth of water measured from sea level at rest.
  • said at least one motor pond goes up and down, and using wheels on the bridge, said at least one pond approaches or moves away from the beach.
  • the system allows a better use of the movement vertical upward thrust of the motive tank (1) as well as the vertical downward movement of the weight of the same, using for this a central column (2) that passes through the center of the motive pond (1) allowing its addressing.
  • the central column (2) is connected to the supporting structure by means of a pivot (3) at a depth close to (t), which is the area where there is less kinematic wave movement.
  • the motive pond (1) by means of the movement of the waves, is now able to go up and down with its balanced thrust and weight, it can also oscillate from right to left depending on the horizontal vectors of the top of the wave.
  • Vertical and horizontal movements can be captured by mechanical means such as those described above based on the invention claimed in patent application PCT / CL2011 / 000024, or alternatively by hydraulic means pumping oil in circuits whose logic of movement is the same as the proposal mechanically.
  • FIG 3 there is a system for the capture of energy from waves, with a motive pond (1) and a central column (2) that passes through the center of said motive pond (1) and is located articulated by means of a pivot (3) connected to the supporting structure.
  • Said central column (2) passes through a platform (4), defining the operating zone (5) that corresponds to the valid zone where the motive pond (1) will move through the vertical and horizontal movement produced by the waves and comprising the area between said platform (4) and the water level.
  • the upward and downward movement of the motor pond (1) is captured by a cylinder Hydraulic vertical capture (6) or mechanical rack located at the top of the platform (4) and then the central steering column (2), by means of a vertical piston (7) connected to the drive tank (1). Additionally, horizontal vectors are captured in horizontal capture hydraulic cylinders (8) or zippers placed horizontally just where the motive pond race (1) ends. Said horizontal capture hydraulic cylinders are directly connected to the vertical capture hydraulic cylinder (6) through connecting rods (9) that transmit the horizontal movement of said cylinder to a respective horizontal piston (10) located inside each capture cylinder horizontal (8).
  • each horizontal piston (10) is connected to one or more swords or double vertical and horizontally operated zips, respectively, a sword that passes through the center of a conversion box, whose function is to transform the movements ascending, descending and lateral in a single unidirectional rotary movement.
  • the search for the optimum diameter of the driving buoy is a function of the wavelength, the height they reach, the resistance of the materials, the weight of the driving buoy, the volume of water displaced etc.
  • the present invention proposes the arrangement of 3, 4, 5 or more small motor buoys in series, one behind the other, until the energy of the wave front is completely depleted as seen in Figure 5.
  • the structure can be supported by support buoys (11) near the waterline.
  • support buoys (11) near the waterline.
  • the support ponds it is better for the support ponds to be placed below the waterline in order to approach the design of a ship.
  • Figure 7 shows an alternative embodiment of the invention, where the structure is supported by motor support buoys (12) connected by an axis to the supporting structure, allowing them to roll on said axis, so that the complete structure can be launched into the water without resorting to cranes or jibs, and only by pushing it on an inclined plane, so it is possible to make a more economical launch into the water.
  • motor support buoys (12) connected by an axis to the supporting structure, allowing them to roll on said axis, so that the complete structure can be launched into the water without resorting to cranes or jibs, and only by pushing it on an inclined plane, so it is possible to make a more economical launch into the water.

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

La presente invención tiene relación con un mecanismo para la captura de energía de las olas, conformado por una plataforma (4) que soporta al menos un medio de flotación, compuesto por al menos un estanque motriz (1), en donde uno o mas estanques motrices (1) están encajonados en una jaula estructural; una columna central (2) pasa por el centro de dicho estanque motriz (1) y se encuentra articulada por medio de un pivote (3) conectado a una estructura soportante, donde dicha columna central (2) pasa a través de la plataforma (4), definiéndose una zona de operación (5) que comprende el espacio entre dicha plataforma (4) y el nivel del agua, además el mecanismo comprende un cilindro hidráulico de captura vertical (6) o cremallera mecánica ubicada en la parte superior de la plataforma (4) y a continuación de la columna central (2) de direccionamiento, con un émbolo vertical (7) conectado al estanque motriz (1); donde además comprende cilindros hidráulicos de captura horizontal (8) o cremalleras colocadas horizontalmente justo donde termina la carrera del estanque motriz (1), donde dichos cilindros hidráulicos de captura horizontal (8) se encuentran conectados directamente al cilindro hidráulico de captura vertical (6) a través de bielas (9) que transmiten el movimiento horizontal de dicho cilindro a un respectivo émbolo horizontal (9) ubicado al interior de cada cilindro de captura horizontal (8).

Description

SISTEMA MEJORADO PARA CAPTURAR LA ENERGIA DEL MAR
MEMORIA DESCRIPTVA CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema para capturar la energía del oleaje marino y/o lacustre de manera de transformarla en energía eléctrica en cantidades aceptables, soslayando las variaciones y movimientos marinos, y con costos razonables, aprovechando el principio de Arquímides y la segunda ley de Newton completando así el doble efecto.
Para lo anterior, la presente invención provee mejoras al sistema descrito en la solicitud de patente PCT/CL2011/000024, donde dichas mejoras se centran en modificar la estructura descrita en la solicitud de patente antes mencionada para optimizar el aprovechamiento de las condiciones de borde descritas en dicha solicitud, optimizar la captura de energía del sistema y mejorar el comportamiento de este en base a su arquitectura y operación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Es sabido que el desplazamiento y la presión de las aguas dulces que viajan de cordillera a mar, por años, ha constituido una de las principales fuentes energéticas usadas por el hombre, ya que por su potencia y limpieza, no tienen sistema que les compita. Básicamente todo lo que existe son sistemas de canalización o entubamiento de aguas que mueven álabes de turbinas, y la rotación de estas se convierte finalmente en energía eléctrica. Estas aguas dulces constituyen poco más del 1% de las aguas disponibles en el planeta.
El mar por su inmensidad y movimiento de aguas, constituye una apreciable fuente energética no explotada comercialmente con éxito hasta la fecha, por cuanto se trata de aguas que no pueden caer más del nivel de donde están y todos sus movimientos a pesar de su hermosura, son muy difíciles de encasillar dentro de una lógica mecánica. Estas aguas saladas constituyen algo cercano al 97% del total de agua en el planeta.
A pesar que se han venido intentando con bastante fuerza diversos sistemas de captura energética, las mareas, los vientos, y las corrientes marinas han dificultado cualquier sistema de captación energética rentable hasta la fecha, relegando para este siglo, la posibilidad de hacerlo comercialmente.
De esta forma, la solicitud de patente PCT/CL2011/000024 propone un sistema que captura la energía del oleaje marino y/o lacustre logrando tres sub objetivos:
a) Permitir la captura energética en volúmenes aceptables.
b) Soslayar todas las variaciones y movimientos marinos no aprovechables.
c) Proveer un bajo nivel de inversión y de mantención, favorablemente comparables con las nuevas tecnologías en captura energética.
Para lo anterior, la solicitud de patente PCT/CL2011/000024 básicamente provee un mecanismo que permite a unos flotadores o boyas moverse de manera vertical y horizontal, para capturar la mayor cantidad de energía posible desde las olas. Dicho mecanismo se encuentra conformado por un conjunto de cuatro boyas verticales que soportan la estructura central, la cual es rectangular y posee rieles orientados paralelos al sentido del oleaje, sobre los cuales corre un puente móvil perpendicularmente al sentido del oleaje. El puente móvil posee al menos un estanque de empuje, cuya geometría presenta su mayor exposición en la cara que se contacta con el agua, estos estanques de empuje están encajonados en una jaula estructural que es parte de dicho puente móvil. En esta jaula corren ruedas que mantienen fija la posición de los estanques de empuje en relación al nivel del agua, permitiéndoles subir o bajar con el oleaje. Las ruedas del puente móvil permiten un corto desplazamiento sobre la estructura central, en dirección a la playa. Cada estanque de empuje tiene en su cara superior una o más espadas o cremallera doble, de accionamiento vertical, que pasa por el centro de una caja de conversión vertical que se encarga de transmitirá la energía vertical del oleaje. De la misma manera, el puente móvil posee una espada o cremallera horizontal que pasa por el centro de una caja de conversión horizontal, que se encarga de transmitir la energía horizontal del oleaje.
Existen varios documentos de patentes, que entregan una solución para lograr la obtener energía desde el mar.
El documento CL 1246-1993, divulga un conjunto generador de energía, que por medio del movimiento de las olas marinas consigue ese fin, consiste básicamente en una estructura rígida modulada que puede ser flotante, no flotante o semi-flotante y un conjunto de tanques tipo tambores, cerrados y flotantes, provisto de ruedas, engranadas en las cremalleras de las columnas de la estructura en la que están inseridos por el centro los tanques, con el paso de las olas se produce un movimiento de vaivén en sentido opuesto entre el tanque y la estructura, esto mueve las ruedas dentadas las cuales por medio de ejes, piñones, coronas, con o sin trinquete mueven un volante, un sistema de acoplamiento, una caja de cambio de velocidades para finalmente mover el rotor de un alternador o dinamo que generara energía eléctrica.
El documento CL 0235-2009 describe un dispositivo hidráulico para la generación de energía eléctrica basado en el empuje, que permite aumentar la velocidad de flujo de salida, estando formado por un estanque principal cerrado que contiene en su interior otro estanque cerrado que se encuentra sumergido y fijo en un punto de apoyo cuando el principal está lleno.
El documento 1362-2005 divulga un generador hidráulico cuyo funcionamiento se genera por la utilización del principio de Arquímedes y la fuerza de gravedad, extrayendo energía mediante una turbina por el movimiento del fluido contenido en dicho generador.
El documento ES 2276613 describe una unidad de generación eléctrica por medio de olas- marinas. El objeto de la invención propuesta en este documento, es la generación de energía eléctrica a partir de olas marinas. Se divulga un aparato que se fija en la costa y que consta de una pieza que al ser empujada por las olas se desliza sobre los raíles que están inclinados. La pieza al subir por los raíles hace girar los generadores por medio de dos cadenas de transmisión conectadas a dos ruedas dentadas que transmiten la rotación a los ejes de dichos generadores, produciendo electricidad. Al retirarse la ola, la pieza cae por los raíles empujada por su peso, generando así más electricidad. Al llegar a la superficie marítima la pieza queda flotando esperando otra ola. Una alternativa a este aparato sería sustituir los generadores por un dispositivo colocado en el interior de la pieza que genere electricidad al deslizarse por los raíles. El documento EP 1384824 divulga un generador de potencia que utiliza la energía de las oles que tiene como un componente un giroscopio de control de momento, y que comprende un cuerpo flotante, un giroscopio de control de momento soportado por un cuerpo flotante, y un generador eléctrico conectado al eje cardán de giro a través de un engranaje para aumentar la velocidad. El invento descrito en este documento se caracteriza por el cardán del giroscopio en rotación por el movimiento del cuerpo flotante, y por el impulso de la energía de las olas, estando todo ello conectado a un generador de energía para la generación de energía.
El documento WO 03/066971 divulga un planta flotante para ser ubicada en el océano, la cual cuenta con cilindro de flotación, con una turbina y conos de entrada de sección fija con el objeto de permitir que una columna de fluido se mueven arriba y abajo y accione una turbina. La columna de líquido es forzada para pasar a través de la turbina, por dos secciones de pistón conectados por barras de pistón. Las secciones de pistón se mantienen estacionarias cerca de una placa de presión y alternadamente comprimen el líquido en contra de ambos lados de la turbina, como un eje del cilindro de flotación, que se mueve hacia arriba y hacia abajo por el movimiento de la ola en la superficie del océano, a través de la flotabilidad de las cámaras de flotación. Una suspensión ayuda a tirar la turbina en dirección hacia abajo. Durante la compresión del fluido a alta presión, éste es purgado a un sistema de alta presión hidráulica. El fluido de baja presión del fluido se devuelve durante el ciclo de baja presión. La sección superior del pistón está abierta a la ventilación y pueden ser ventilados al aire libre. La rotación de la turbina se transmite a través de un eje a una caja de cambios y en una sala de generación. La planta de energía se mantiene en la posición por chorros de control hidráulico.
El documento WO 01/92644 divulga una máquina que captura la energía de las capaz de utilizar la fuerza ascendente de las olas sobre una pluralidad de flotadores adyacentes, en la que la fuerza ascendente sobre cada flotadora través de un balancín, cojinetes y medios de autorrotación se transfiere para impulsar un eje de impulsión para transferir el momento al eje de impulsión, que se caracteriza porque los cojinetes están encerrados entre tubos de balancín y el eje de impulsión y los cojinetes están desplazados en la dirección longitudinal del eje de impulsión desde la posición normal con respecto al flotador.
En general, ninguno de los documentos del arte previo, entrega una solución de captura de volúmenes aceptables de energía marina, que permita soslayar todas las variaciones y movimientos marinos, no aprovechables y que sea de bajo nivel de inversión y de mantención, proveyendo de una estructura que permita a los flotadores moverse de manera vertical y horizontal, para capturar la mayor cantidad de energía posible desde las olas.
RESEÑA DE LA INVENCION
La presente invención consiste en proveer una estructura mejorada al sistema de captura energética definido en la solicitud de patente PCT/CL2011/000024, permitiendo aprovechar de mejor manera las condiciones de borde definidas en dicha solicitud al proveer nuevas estructuras y al optimizar las estructuras existentes. Dichas optimizaciones consisten principalmente en modificar la arquitectura del sistema, de manera que este responda de mejor manera al oleaje, permitiendo aumentar sus capacidades de captura energética.
En este contexto, el sistema mejorado de captura de energía marítima provee nuevas soluciones a los problemas abordados por la solicitud de patente PCT/CL2011/000024, las cuales han sido obtenidas luego de analizar a fondo las condiciones de borde del sistema y las características del sistema descrito en dicha solicitud.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que se adjuntan, sirven para proporcionar una mayor compresión de la invención y representan esquemáticamente las ejecuciones del invento, en donde:
La figura 1 muestra un esquema del movimiento de las olas para definir las condiciones de borde del sistema de acuerdo a la presente invención.
La figura 2 muestra un esquema de la mejora introducida al sistema de acuerdo a la presente invención.
La figura 3 muestra en detalle los componentes del sistema de acuerdo a la presente invención.
La figura 4 muestra un esquema de una condición del sistema de acuerdo a la presente invención.
La figura 5 muestra un esquema del sistema de acuerdo a la presente invención instalado en serie.
- La figura 6 muestra una modalidad del sistema de sustentación de acuerdo a la presente invención.
La figura 7 muestra otra modalidad del sistema de sustentación acuerdo a la presente invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema mejorado para capturar la energía del oleaje marino y/o lacustre y transformarla en energía eléctrica en cantidades aceptables, soslayando las variaciones y movimientos marinos y con costos razonables.
Para definir el sistema de la presente invención es necesario hacer referencia a las condiciones de borde que son aplicadas al sistema físico invención-oleaje. Capturar la energía de las olas en forma total es muy difícil o prácticamente imposible, razón por la cual se ha tratado de circunscribir en esta proposición, un mecanismo que a pesar de tomar solo parcialmente estas energías, todavía son lo suficientemente grandes como para autosustentarse en términos económicos, sin entorpecer el curso natural del oleaje y sin proveer algún tipo de contaminación, ya sea medio ambiental, acústica u otro tipo de contaminación derivada del uso del sistema.
En este contexto, para proveer un sistema que permita optimizar la captura energética es necesario poner atención a las distintas condiciones de borde bajo las cuales operan los sistemas de captura de energía marítima.
Tal como se sabe, el movimiento de las olas es una variante de movimiento ondulatorio, cuya distribución cinemática esta aproximadamente representada por círculos que forman un cono invertido tal como se ilustra en la figura 1. Luego, para los efectos de la presente invención, es importante tener en consideración los siguientes parámetros:
1) H = Altura del oleaje.
2) t = Profundidad hasta donde hay movimientos circulares.
3) λ = longitud de la onda.
4) h = Profundidad de la agua medida desde el nivel del mar en reposo.
5) r = Radio del movimiento circulatorio de una partícula de agua a distintas profundidades.
6) ro = Mismo radio cuando se mide a nivel del agua en reposo.
Donde los radios de los círculos decrecen exponencialmente con la ecuación.
-2n ■ h
En la solución propuesta por la solicitud de patente PCT/CL2011/000024, se consigue aprovechar tanto los vectores verticales como horizontales por medio de un desplazamiento rectilíneo. Para lograr lo anterior, dicha solicitud de patente propuso un mecanismo donde 4 boyas verticales que tienen cuatro bases de soporte sustentan una estructura rectangular. Donde dicha estructura rectangular posee rieles orientados paralelos al sentido del oleaje, en donde corre un puente carro porta estanques perpendicularmente al sentido del oleaje. De este puente móvil al menos un estanque motriz, cuya forma es de caras paralelas planas, presenta su mayor exposición posible en la cara que se contacta con el agua.
Encajonando los estanques motrices se levanta una jaula estructural por donde corren ruedas que mantienen fija la posición del estanque en relación al nivel del agua, pero a la vez le permiten a éste, subir o bajar con el oleaje.
Usando ruedas en la jaula, dicho al menos un estanque motriz sube y baja, y usando ruedas en el puente, dicho al menos un estanque se acerca o aleja de la playa.
Estando antes o después de la rompiente, habiendo marea alta o baja, corrientes desde la playa hacia el interior, o al revés, con mayor o menor oleaje el estanque motriz tiene todos los movimientos en las dos dimensiones donde existe movimiento pendular.
La función de estas boyas sumadas es dar estabilidad a la estructura soportante y por tanto, su distanciamiento no tiene que superar la mitad de la longitud de la onda de la ola, y su peso y empuje conjunto deben exceder el empuje y peso máximo de los estanques motrices que están en el interior, sea el movimiento en uno u otro sentido.
Para evitar el atascamiento en un solo costado, en caso de aparecer pequeñas corrientes o mareas persistentes, se instalan resortes amortiguadores repulsores que alejan el carro de las orillas, obligando al sistema a entrar en ciclos oscilatorios (efecto flipper).
Los inventores del sistema reivindicado en la solicitud de patente PCT/CL201 1/000024, descubrieron que llevando a cabo un análisis más avanzado de las condiciones de borde, era posible mejorar los resultados para obtener un sistema mas eficiente.
Así de acuerdo a la figura 2, el sistema permite aprovechar de una mejor manera el movimiento vertical ascendente de empuje del estanque motriz (1) así como el movimiento vertical descendente del peso del mismo, utilizando para ello una columna central (2) que pasa por el centro del estanque motriz (1) permitiendo su direccionamiento.
La columna central (2) se conecta con la estructura soportante por medio de un pivote (3) a una profundidad cercana a (t), que es la zona donde hay menos movimiento cinemático de oleaje.
De esta manera los vectores horizontales ascendentes y descendentes de la ola se aprovechan radialmente, y el estanque motriz (1) no solo tiene más estabilidad, sino que además trabaja sólo en zonas donde está el movimiento y la energía, por lo tanto la eficiencia del sistema se ve significativamente aumentada.
Con las mejoras introducidas al sistema, el estanque motriz (1) por medio del movimiento de las olas, ahora es capaz de subir y bajar con su empuje y peso equilibrados, además puede oscilar de derecha a izquierda en función de los vectores horizontales de la parte superior de la ola.
Los movimientos verticales y horizontales pueden ser capturados por medios mecánicos como los descritos anteriormente en base a la invención reivindicada en la solicitud de patentes PCT/CL2011/000024, o alternativamente por medios hidráulicos bombeando aceite en circuitos cuya lógica de movimiento, es la misma que la propuesta mecánicamente.
De acuerdo a la figura 3, se tiene un sistema para la captura de energía de las olas, con un estanque motriz (1) y una columna central (2) que pasa por el centro de dicho estanque motriz (1) y que se encuentra articulada por medio de un pivote (3) conectado a la estructura soportante. Dicha columna central (2) pasa a través de una plataforma (4), definiéndose la zona de operación (5) que corresponde a la zona válida en donde se desplazará el estanque motriz (1) por medio del movimiento vertical y horizontal producido por las olas y que comprende la zona entre dicha plataforma (4) y el nivel del agua.
El movimiento ascendente y descendente del estanque motriz (1) es capturado por un cilindro hidráulico de captura vertical (6) o cremallera mecánica ubicada en la parte superior de la plataforma (4) y a continuación de la columna central (2) de direccionamiento, por medio de un émbolo vertical (7) conectado al estanque motriz (1). Adicionalmente, los vectores horizontales se capturan en cilindros hidráulicos de captura horizontal (8) o cremalleras colocadas horizontalmente justo donde termina la carrera del estanque motriz (1). Dichos cilindros hidráulicos de captura horizontal se encuentran conectados directamente al cilindro hidráulico de captura vertical (6) a través de bielas (9) que transmiten el movimiento horizontal de dicho cilindro a un respectivo émbolo horizontal (10) ubicado al interior de cada cilindro de captura horizontal (8).
Como se mencionó anteriormente, para la obtención de la energía a partir de la captación de los movimientos horizontales y verticales se utiliza el mismo principio planteado por la invención reivindicada en la solicitud de patentes PCT/CL2011/000024.
El émbolo vertical (7), así como cada émbolo horizontal (10) se conecta a una o más espadas o cremalleras dobles de accionamiento vertical y horizontal respectivamente, espada que pasa por el centro de una caja de conversión, cuya función es transformar los movimientos ascendentes, descendentes y laterales en un solo movimiento rotatorio unidireccional.
Las espadas o cremalleras con su amplio movimiento pasan de ida y vuelta por el centro de la caja de conversión. En el interior de la caja, un volante de inercia, ejes, rodamientos, engranajes y una variedad de mecanismos, transforman el movimiento incesante de ida y vuelta del oleaje, en un movimiento rotatorio de gran torque y baja rotación en un solo sentido de rotación.
Cuando el sentido del oleaje golpea lateralmente, esto desplaza el cilindro hidráulico de captura vertical (6) y consecuentemente a los cilindros hidráulicos de captura horizontal (8) en uno y otro sentido, traspasando toda la energía a las espadas o cremalleras horizontales que a su vez le transmiten a la caja de conversión todo el movimiento, haciéndola girar siempre en una sola dirección. Este movimiento rotatorio se toma directamente y se transmite por correa tipo V o cadena de rodillos a un eje cardánico, que transmite toda la rotación de las cajas de conversión vertical y horizontal directamente o a través de un volante de inercia cardánico al generador del conjunto.
De acuerdo a la figura 4, para que una boya motriz (1) sea eficiente y aproveche en mayor medida el movimiento ascendente y descendente, su diámetro no debe ser ni igual ni cercano a λ porque queda expuesta a permanecer entre las partes superiores de dos olas, perdiéndose totalmente el movimiento ondulatorio. En una situación ideal la boya debería tener el diámetro de un punto. Pero esa situación ideal atenta contra el empuje ascendente ya que requeriría un mayor volumen de agua desplazado y por tanto un mayor diámetro.
Por lo anterior, la búsqueda del diámetro óptimo de la boya motriz, es una función de la longitud de la ola, de la altura que estas alcanzan, de la resistencia de los materiales, del peso de la boya motriz, del volumen de agua desplazado etc.
Por todo lo anterior, no es aconsejable que una sola boya motriz capture toda la energía que trae el frente de olas. Por esta razón la presente invención propone la disposición de 3, 4, 5 o más boyas motrices pequeñas en serie, una detrás de la otra, hasta agotar totalmente la energía del frente de olas tal como se observa en la figura 5.
Tal como propone la solicitud de patente PCT/CL2011/000024 la arquitectura del sistema considera que tanto los cilindros o mecanismos de captura, así como el generador, los circuitos y todos los mecanismos y conexiones se dispongan sobre la cubierta de la plataforma (4). Lo anterior, evita el contacto del agua salada con las partes motrices y sensibles del equipo. Además, no obliga anclar el equipo en zonas de aguas poco profundas, lo cual lo libera de esta restricción. Cabe hacer notar que todos los equipos obligados a trabajar en aguas poco profundas debido a que están fijos al fondo marino, reciben una ola muy debilitada casi sin energía y esto los hace poco rentables. Por el contrario, la presente invención no posee limitaciones al respecto. Tal como se propone en una modalidad de la invención reivindicada en la solicitud de patente PCT/CL201 1/000024 y de acuerdo a la figura 6, la estructura puede ser sostenida por boyas de sustentación (11) cercanas a la línea de flotación. Sin embargo, cuando las estructuras crecen es mejor que los estanques de sustentación se sitúen bajo la línea de flotación para así acercarse al diseño de un barco.
La figura 7 enseña una modalidad alternativa de la invención, donde la estructura se encuentra sostenida por boyas de sustentación motrices (12) conectadas mediante un eje a la estructura soportante, permitiendo hacerlas rodar sobre dicho eje, de tal forma que la estructura completa pueda ser lanzada al agua sin recurrir a grúas o pluma, y tan solo empujándola por un plano inclinado, de forma es posible realizar un lanzamiento al agua mas económico.
En otra modalidad alternativa, también es posible instalar el sistema de la presente invención en zona de muelles, o en el casco de un buque, esto debido a que la instalación del equipo no tiene restricciones de profundidad del océano donde funciona, el único requisito es que debe existir un movimiento relativo entre la boya motriz y la estructura que lo sostiene.
Así también, es obvio que para conseguir mejores rendimientos y protección de las plataformas estas deben poder amarrarse unas a las otras para conseguir mayor peso y estabilidad. Esto último evita el anclaje con profundidad fija y permite a la plataforma sostenerse en su propio peso y tamaño, logrando que igualmente los estanques motrices funcionen por movimiento relativo.
En líneas generales todos los equipos que se lancen al mar deben ser construidos con materiales durables en el tiempo, resistentes al embate de las olas e inertes al ataque salino del agua salada. Todo esto obliga a la construcción usando hormigón hidrófugo, plásticos reforzados y acero inoxidable. La combinación de estos elementos, debe buscar la máxima economía posible cumpliendo con la resistencia y calidad requeridas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, conformado por una plataforma (4) que soporta al menos un medio de flotación, compuesto por al menos un estanque motriz (1), cuyas caras presentan su mayor exposición en aquella que se contacta con el agua; en donde uno o más estanques motrices (1) están encajonados en una jaula estructural, CARACTERIZADO porque una columna central (2) pasa por el centro de dicho estanque motriz (1) y se encuentra articulada por medio de un pivote (3) conectado a una estructura soportante, donde dicha columna central (2) pasa a través de la plataforma (4), definiéndose una zona de operación (5) que comprende el espacio entre dicha plataforma (4) y el nivel del agua, que es donde se desplaza el estanque motriz (1) por medio del movimiento vertical y horizontal producido por las olas; además el mecanismo comprende un cilindro hidráulico de captura vertical (6) o cremallera mecánica ubicada en la parte superior de la plataforma (4) y a continuación de la columna central (2) de direccionamiento, con un émbolo vertical (7) conectado al estanque motriz (1); y porque además comprende cilindros hidráulicos de captura horizontal (8) o cremalleras colocadas horizontalmente justo donde termina la carrera del estanque motriz (1), donde dichos cilindros hidráulicos de captura horizontal (8) se encuentran conectados directamente al cilindro hidráulico de captura vertical (6) a través de bielas (9) que transmiten el movimiento horizontal de dicho cilindro a un respectivo émbolo horizontal (9) ubicado al interior de cada cilindro de captura horizontal (8).
2. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicha columna central (2) se conecta con la estructura soportante por medio de dicho pivote (3) a una profundidad cercana a (t), correspondiente a la zona donde hay menos movimiento.
3. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dicho émbolo vertical (7), así como cada émbolo horizontal (10) se conecta a una o más espadas o cremalleras dobles de accionamiento vertical y horizontal respectivamente, espada que pasa por el centro de una caja de conversión transmitiendo la energía a un generador.
4. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque al interior de la jaula estructural se dispone de 3, 4, 5 o mas estanques motrices pequeños en serie, dispuestos uno detrás de la otra.
5. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque al interior de la jaula estructural se dispone de un sinnúmero de boyas motrices pequeñas en serie y en paralelo.
6.- Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque que tanto los cilindros o mecanismos de captura, así como el generador, los circuitos y todos los mecanismos y conexiones se disponen sobre la cubierta de la plataforma (4).
7.- Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la estructura es sostenida por boyas de sustentación (11) cercanas a la línea de flotación.
8.- Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la estructura es sostenida por boyas de sustentación (11 ) ubicadas bajo la línea de flotación.
9. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la estructura se encuentra sostenida por boyas de sustentación motrices (12) conectadas mediante un eje a la estructura soportante
10. - Un mecanismo para la captura de energía de las olas, según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el sistema se instala en zonas de muelles, o en el casco de un buque.
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