WO2021004554A1 - Método y dispositivo de generación de energía undimotríz - Google Patents

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WO2021004554A1
WO2021004554A1 PCT/CR2019/050002 CR2019050002W WO2021004554A1 WO 2021004554 A1 WO2021004554 A1 WO 2021004554A1 CR 2019050002 W CR2019050002 W CR 2019050002W WO 2021004554 A1 WO2021004554 A1 WO 2021004554A1
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Pablo Daniel Gonzalez Lucas
Gustavo Adolfo TELLEZ OLAYA
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Lucas Electrohidraulica, S. A.
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • Wave energy is the energy obtained from the movement of waves through the implementation of different technologies. Unlike tidal energy, which is obtained from the rise and fall of the tides, wave energy is generated from the movement of waves. Waves are generated by the effect of the wind on the surface of the seas and oceans. This movement can be used in its rise and fall of the water (what we call waves) and in its flow movement to use it in power generation and also in the production of drinking water.
  • the energy produced from this invention is free of carbon dioxide (C02) emissions.
  • Wave energy has been tried to use for many years. However, to date there has not been much success worldwide due to the fact that the systems in the market do not have sufficient fluid generation capacity and because the devices on the market require large dimensions to produce acceptable energy levels. .
  • the great difficulty in obtaining this type of energy is, on the one hand, the high economic cost and the establishment of a geographically suitable place to confine large volumes of water to natural areas.
  • Wave energy generating methods and devices generate energy through the movement of waves in seas and oceans to generate electrical energy.
  • the Wello Penguin is an inertial device with a counterweight that rotates due to the movement of the wave and that rotating counterweight moves when the wave shakes it, and has a function that, like the Searl device, is made up of solid internal masses or devices. made up of bodies of water.
  • the Ugen (PY105388B) contains a chamber with a column of water and takes advantage of the waves for electricity generation. The Ugen uses wave energy because the device causes the movement of water in oscillating columns where the energy occurs because when the water rises and falls it generates oscillating pressure to generate energy through the pressure it causes.
  • Inertial devices use the energy generated from the amortization of the relative movement between the main body of the device and an internal mass associated with the device that acts as an inertial reference. This mass is solid or liquid and the energy is used to generate electricity.
  • Document US20130033039A1 consists of a device that uses the pendulum movement for the generation of energy based on wave energy, extracting mechanical, rheumatic and hydraulic energy or in combination of them.
  • Document WO2015144956A1 also uses wave energy by means of pendulums that, when moving to both sides supported by gears, generate electricity.
  • the Pelamis system is a system that is made up of several floating cylinders joined by the joints. Thanks to the movement of some cylinders with respect to others, it is resisted by hydraulic joints, which take advantage of the energy to pump high-pressure oil to the accumulators. Water is pumped under high pressure to produce energy.
  • buoys or oscillating water columns Another technology in the state of the art are the buoys or oscillating water columns.
  • the operation for this system and during the movement of the wave, is that a large volume of this water drives a piston in a cylinder that forces the air to rise or fall.
  • the displaced air turns a turbine at the top around one of specific power.
  • the Oyster system allows a clam-shaped machine to anchor itself to the bottom of the sea at about 10 meters from the surface level.
  • the arm opens and swings like a pendulum in response to the movement of the sea and this is how the movement occurs.
  • the present invention is within the field of devices that generate electricity from wave energy.
  • the present invention consists of a method and a device for the generation of electrical energy, hydrogen, drinking water and / or mechanical energy.
  • the invention consists of a power generation method or process and a high-flow, low-pressure wave power generation hydraulic device. It is an articulated system that takes advantage of the difference in height produced by the wave (wave energy) to pump large quantities of seawater at low pressure for the generation of electricity, drinking water, hydrogen, and / or generation of mechanical energy or propulsion of objects floating.
  • the novelty of the system to which this innovation refers is that we use wave energy to raise large amounts of water at very low pressure to later be used in electricity generation, and / or drinking water generation, and / or generation of hydrogen, and / or mechanical energy generation or propulsion of floating objects.
  • This system allows the pumping of seawater with low pressure as a result of the use of the force of the waves on a system, as well as equipment that can generate mechanical energy, electrical energy, propulsion of floating objects, chemical energy, and the generation of water. potable through any existing system (condensation of water from the air, desalination of sea water, etc.).
  • the present innovation does not work with the cylinder movement, it is not a system of buoys or oscillating water columns since it does not work with pistons, in addition, its operation is not in the form of a pendulum nor does it contain an arm for its movement with the waves, so it takes it away from the state of the art and makes it an absolute novelty in its field, being a hydraulic system for generating wave power with high flow and low pressure of seawater.
  • this innovation is designed for the generation of energy and at the same time for the treatment of water that allows meeting the standards of drinking water, or water from human use that does not have the essential characteristics of drinking water, such as swimming pools, fountains, sanitary water, and all types of water or fluid related to this sector. It allows the commercial use of water or fluids for uses in cleaning, refrigeration, sanitary, recreational, artistic and all water or fluid related to this sector.
  • the innovation also allows the agricultural or agro-industrial consumption of water or fluids for agro-industrial uses such as irrigation, fertigation, refrigeration, supply of drinking troughs, cleaning, food processes and all types of water or fluid related to the sector.
  • the innovation also allows the use of water at an industrial and process level for any activity that is required, be it: food, chemical, metalworking, steel, textile, hydroelectric and all types of water or fluid related to the sector. Especially the mining sector.
  • With the flow produced in the system it can be used for the generation of electricity and the generation of the drinking water process, which can be used for the following uses: home, residential, industrial, hospital, educational, commercial, hotel, agricultural , agro-industrial etc.
  • the invention is viable as the equipment generates large flows of water, these can be directed and thus obtain propulsion in the water from the equipment itself or from other vessels or other floating objects.
  • the wave device is a system that allows the impulsion of very large flows of water at very low pressures, taking advantage of the energy of the waves and transmitted to our system.
  • the equipment construction materials are plastics, stainless steels, galvanized steels and / or rubber. These need very little maintenance, and can even remain for many years in sea water without suffering considerable damage. That is why the advantage of low production cost is added to the advantage of having a system that allows driving large flows at very low pressures.
  • This equipment is very low cost compared to other tidal systems offered in the state of the art and makes this equipment can be used for the generation of electrical energy in a very efficient way. It can be used for the generation of mechanical energy and allows the implementation and generation of chemical energy.
  • One of its great advantages is that it is possible to generate drinking water through any existing system (condensation of water from the air, desalination of sea water, distillation, etc.). It is a renewable energy as it does not cause damage to the environment and all the flow produced can be channeled by being transferred in pipes simulating rivers in the sea.
  • a 1:25 scale prototype made up of high-density polyethylene and recycled plastic was built.
  • the prototype is made up of 25 modules connected by a medium clamping system (3) It is a structure similar to a spinal column.
  • Each module is made up of two diaphragm pumps (4) consisting of cylindrical structures with diaphragms (4) at each of its two ends.
  • diaphragm mechanisms pumps (4) are also interconnected by a tube (5) and two check valves (2) placed at each end of the tube (5), this to allow only one direction of flow. Between module and module, it is fixed to a structure that allows its mechanical movement, this fixing also allows the hammer (6) to perform the movement activated by the diaphragms (4).
  • the system captures the energy from the waves and transfers this movement to the hammers (6), which in turn compress and decompress the suction and expiration mechanism.
  • This aspiration and expiration allows the impulse of a flow of water to the turbine that in turn carries out the process of generating electricity to the electrical conduction lines.
  • the suction and expiration mechanism allows the impulse and activation of a compressor, which is then transferred to the condenser and consequently the process of generating drinking water, or other processes, is carried out.
  • One of the main advantages is that if one of the modules has a fault, the system continues to function without any problem.
  • This technology fills an important gap in the field of water treatment, electricity generation and appropriate technology of special relevance for the towns that are near the coasts or islands, asadas, urban and rural aqueducts worldwide.
  • valve system test (2) tests were carried out with different valves to determine the most correct ones that allow the correct operation of the system and its flow direction, as well as the quantity for each module.
  • the hydraulic system tests were carried out to determine its correct operation and functionality both in the suction, expiration and the transfer of the liquid through the system.
  • the system captures the energy coming from the waves and transfers that movement to the hammers, these in turn compress and decompress the suction and expiration mechanism.
  • This aspiration and expiration allows the impulse of a flow of water to the turbine that in turn carries out the process of generating electricity to the electrical conduction lines.
  • the suction and expiration mechanism allows the impulse and activation of a compressor, which is then transferred to the condenser and consequently the process of generating drinking water is carried out.
  • the innovation consists of a system that captures the energy coming from the waves, in their rise and fall to move levers, which we will call hammers (6) to operate large diameter diaphragms (4) that pump large amounts of seawater. This pumping allows the impulse of a very large water flow to the turbine, which in turn carries out the process of generating electricity to the electrical conduction lines, or usable mechanical force, in obtaining drinking water or obtaining chemical energy.
  • a suction filter (1) check valves (2), middle or spinal clamping system (3), diaphragms (4), Pipe (5), Hammers or levers (6), Central axis of the hammer (7), Fastening the mechanism with the hammer (8), Flexible pipe (9), Buoys (10), Anchors (12) and anchor cables ( eleven ).
  • These modules can be composed of two, four, six or more diaphragms (4), placed in individual lines or lines one next to the other, forming a mantle or carpet.
  • the system is anchored to the seabed by anchor cables (11) and Anchors (12) and has a pump box (13).
  • the system provides an innovative operation and the parts of the Kaplan turbine allow the pumped water to be received by the Pressure Pipe (14) and the Butterfly Valve (15), then pass to the casing or snail (16) where the Kaplan impeller (17). The water rotates the impeller and it rotates the Electric Generator (19). Subsequently, the water comes out through the return pipe (18).
  • the modules When the wave rises (crest of the wave), the modules also rise thanks to the material buoyant (10) that raises the equipment in this sector and leaves it lower in another sector (valley of the wave). This difference in height causes the modules that are on the crest to approach below and separate above and this makes the hammers (4) tighten or extend the diaphragms (4), producing a displacement of water in and out of the pump boxes (13). The non-return valves do not let the water back. This generates a net flow of water or pumping of large amounts of water to the transport pipes (9) and then to the turbine and the electric generator or mechanical exploitation mechanism. This mechanism allows the water to be pumped to a net height above the sea.
  • the water flow has an outlet in the upper part of the pumping box (13), later it passes through a check valve (2) to be collected by a system of flexible plastic pipes (9) which channels and transports the water to the Kaplan turbine, which are one of the most efficient types of axial flow reaction water turbines and which are used in small heads with medium and large flow rates, managing to generate electricity or a mechanical force in other mechanisms, the length of the Flexible tubing to the turbine will depend on the specific design of each site where it would be installed.
  • the flow obtained is multiplied by adding modules, obtaining large water flows in small areas at a net usable height.
  • the expansion of the equipment is literally unlimited in practice, since it is possible to add the modules that are necessary to generate the energy that is necessary.
  • the suction filter (1) is the mechanism that is responsible for filtering large solid particles and allows water to enter the check valves and after the suction and expiration mechanisms.
  • the filter has a metal grid in a cylindrical shape with a diameter of 20 cm and a height of 40 cm.
  • the check valves (2) are responsible for allowing the water flow to enter the suction and expiration mechanisms, without generating a re-progress between them and the filters. These valves have the particularity of allowing the flow to enter in only one direction, they are built in bronze or plastic and allow the correct coupling of the pipe.
  • the system of fastening means (3) allows the average mechanical bonding of two or more diaphragms (4) to ensure that the mec - organisms remain together and to ensure the correct rotation of the hammers.
  • This system causes the extended mantle image that expands the generation system to the desired size. It is rectangular in shape and is constructed of galvanized, bronze, or stainless steel.
  • the diaphragms (4) are in charge of sucking and exhaling water in the system and driving it through the pipe. It is made of polymer such as plastic, elastomer or rubber and has a variable diameter depending on where the equipment is installed, generally one meter in diameter each.
  • the pipes (5) are in charge of conducting the water, they are made of plastic and their diameters can be 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm, or more.
  • the hammers (6) have the function of compression and decompression of the suction and expiration mechanism, due to the movement of the waves. These are made of plastic and their connection to the middle clamping system (3) is with stainless steel components.
  • the central axis of the hammer (7) is in charge of a union of the hammer (6) to the middle clamping system or spinal column (3), it is made of stainless steel which guarantees its non-corrosion and the correct movement and rotation of the hammer towards the diaphragms (4).
  • the flexible pipe (9) has the function of collecting and distributing the flow of water from the diaphragms (4). These are constructed of flexible plastic material and their diameters can be 150mm, 200mm, 250mm, 300mm and up to 460mm or more.
  • the Buoys (10) are made of material that allows the system to be buoyant and they can be made of plastic or rubber.
  • the anchoring system (1 1) is in charge of keeping the entire system anchored to the seabed or to the coast, this to guarantee the correct operation of the wave-motor system, they can be built in stainless steel or concrete and while the Buoys (10) They guarantee the buoyancy of the system and do not allow it to sink.
  • the cables (12) are made of steel or polymer and allow the attachment of all the equipment to the anchors (1 1).
  • the pumping boxes (13) are in charge of giving rigidity and support to the diaphragms (4) and are made of polymer. They can be cylindrical, rectangular, square or polygonal.
  • This wave energy generation system uses flexible and / or sliding structures in the form of a diaphragm (4) which contract and expand due to the movement exerted by the waves on the hammers that press them.
  • This suction and expiration mechanism (4) changes its volume at the moment it is pressed and when it expands, an aspiration is generated in such a way that it forces the water to rise through the part of the filters, while the check valves (2) they prevent the back of the water.
  • the system is modular and you can add as many modules as the area is available for your operation.
  • the use of this system can occur in coastal areas or the open sea, also so the size of the system is in practice unlimited and is adapted according to the level of energy to be generated.
  • this can be used in various ways including the generation of electrical, mechanical, chemical energy, generation of drinking water to through any existing system (condensation of water from the air, desalination of sea water, etc.) and the propulsion of itself in the water or other floating objects.

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Abstract

Método y dispositivo para la generación de energía eléctrica, hidrógeno, agua potable y/o energía mecánica o propulsión de objetos flotantes, mediante el aprovechamiento de la energía undimotriz. La invención consiste en un método o proceso de generación de energía y un dispositivo hidráulico de generación de aprovechamiento de energía undimotriz de bombeo de alto flujo y baja presión. Se trata de un sistema hidráulico de energía undimotriz de alto flujo y baja presión para la generación de electricidad, de agua potable, de hidrógeno, y/o generación de energía mecánica o propulsión de objetos flotantes.

Description

Método y dispositivo de generación de energía undimotriz
ANTECEDENTES
La energía undimotriz es la energía que se obtiene del movimiento de las olas por medio de la implementación de distintas tecnologías. A diferencia de la energía maremotriz que es la que se obtiene de la subida y bajada de las mareas, la energía undimotriz se genera a partir del movimiento de las olas. Las olas se generan por el efecto del viento sobre la superficie de los mares y los océanos. Este movimiento se puede aprovechar en su ascenso y descenso del agua (lo que llamamos olas) y en su movimiento de flujo para utilizarlo en generación de energía y también en producción de agua potable. La energía que se produce a partir de este invento es libre de emisiones de dióxido de carbono (C02).
Con el movimiento de las olas podemos aprovechar interponiendo partes móviles que se flexionan al movimiento natural de ascenso y descenso de las aguas, para bombear el agua y después canalizarlo para poder obtener movimiento del fluido. Esta energía es completamente renovable y por tanto no ofrece procesos de contaminación al medio ambiente.
La energía undimotriz se ha intentado utilizar desde hace muchos años. Sin embargo, a la fecha no se ha tenido mucho éxito a nivel mundial debido a que los sistemas en el mercado no tienen la suficiente capacidad de generación de fluido y porque los dispositivos existentes en el mercado requieren de grandes dimensiones para producir niveles de energía aceptable. La gran dificultad para la obtención de este tipo de energía es por una parte el alto costo económico y el establecimiento de un lugar apto geográficamente para confinar grandes caudales de agua a recintos naturales.
En el estado del arte de la presente invención, no se ha desarrollado ningún invento parecido a nuestra propuesta. Es de nuestro interés mostrar que la innovación que pretendemos patentar posee novedad absoluta y se aparta de los métodos tradicionales de transformación de la energía undimotriz (energía de olas) u otros tipos de energía utilizable por el ser humano. Los métodos y dispositivos generadores de energía undimodriz, generan energía por medio del movimiento de olas en mares y océanos, para generar energía eléctrica.
Las innovaciones normalmente flotantes que utilizan la energía undimotriz, se conocen desde la década de 1970, cuando se divulga el método Duck que convierte la energía undimotriz en un movimiento rotativo de cabeceo a partir del cual se extrae la energía. Este dispositivo Duck genera tanto energía como agua desalinizada. En el 2012 se divulga el método conocido como Pelamis o serpiente pelamis, del cual se originan varias versiones desde serpientes flotantes con formación hueca interna hasta grandes armazones rotativas que aprovechan la energía flotante del agua. El dispositivo Oyster consiste en un sistema flotante que traga cantidades de agua producidas por las olas para convertirlas en energía por lo que depende de un volumen de flujo para producir volumen energético. El Wello Penguin es un dispositivo inercial con un contrapeso que gira por el movimiento de la ola y ese contrapeso giratorio se mueve cuando la ola lo agita, y posee un funcionamiento que al igual que el dispositivo Searl, se constituye de masas internas sólidas o dispositivos constituidos de masas de agua. El Ugen (PY105388B) contiene una cámara con una columna de agua y aprovecha las olas para la generación eléctrica. El Ugen utiliza la energía undimotriz porque el dispositivo provoca el movimiento del agua en columnas oscilantes donde la energía se da porque cuando el agua sube y baja genera presión oscilante para generar energía por medio de la presión que causa.
Todos estos dispositivos extraen agua de las olas de mar, y generan energía amortiguando el movimiento del dispositivo contra el movimiento del oleaje para lo cual requieren referencia cinética para obtener un movimiento relativo entre el dispositivo y el cuerpo del agua. Los dispositivos inerciales por su parte, usan la energía generada de la amortización del movimiento relativo entre el cuerpo principal del dispositivo y una masa interna asociada al dispositivo que actúa como referencia inercial. Esta masa es sólida o liquida y se utiliza la energía para generar electricidad.
El documento US20130033039A1 consiste en un dispositivo que utiliza el movimiento de péndulo para la generación de energía a base de energía undimotriz, extrayendo energía mecánica, reumática e hidráulica o bien en combinación de ellas. El documento WO2015144956A1 también utiliza la energía undimotriz por medio de péndulos que al moverse a ambos lados apoyados por engranajes, generan electricidad.
En el estado de la técnica existen otros dispositivos de cuerpos flotantes con un importante contacto al agua que genera corrosión en los materiales y comprende uso de generación de energía similar a la descrita anteriormente, siendo el método más conocido el método Pelamis.
El sistema Pelamis, como indicamos, es un sistema que se compone de varios cilindros que flotan unidos por las articulaciones. Gracias al movimiento de unos cilindros respecto a otros es resistido por unas articulaciones hidráulicas, que aprovechan la energía para bombear aceite de alta presión a los acumuladores. El agua se bombea a alta presión para producir energía.
Otra tecnología en el estado del arte son las Boyas o columnas de agua oscilante. El funcionamiento para este sistema y durante el movimiento de la ola, es que un gran volumen de esta agua impulsa un pistón en un cilindro que fuerza a que el aire suba o baje. El aire desplazado hace girar una turbina en la parte superior de entorno a una de potencia específica.
El sistema Oyster por su parte, permite que una máquina en forma de almeja se ancle al fondo del mar a unos 10 metros del nivel de la superficie. El brazo se abre y bascula como un péndulo en respuesta al movimiento del mar y así es como se produce el movimiento.
CAMPO DE INVENCION
La presente invención se encuentra dentro del campo de los dispositivos generadores de electricidad a partir de energía undimotriz.
DESCRIPCIÓN
La presente invención consiste en un método y un dispositivo para la generación de energía eléctrica, hidrógeno, agua potable y/o energía mecánica. La invención consiste en un método o proceso de generación de energía y un dispositivo hidráulico de generación de energía undimotriz de alto flujo y baja presión. Se trata de un sistema articulado que aprovecha la diferencia de altura producido por la ola (energía undimotriz) para el bombeo de grandes cantidades de agua marina a baja presión para la generación de electricidad, de agua potable, de hidrógeno, y/o generación de energía mecánica o propulsión de objetos flotantes.
Lo inédito del sistema al que se refiere la presente innovación, es que utilizamos la energía undimotriz para elevar grandes cantidades de agua a muy baja presión para luego ser utilizada en generación de electricidad, y/o generación de agua potable, y/o generación de hidrógeno, y/o generación de energía mecánica o propulsión de objetos flotantes.
Otro beneficio de nuestro sistema es que no estamos limitados a ciertas formaciones geográficas u oceanográficas. Para su funcionamiento, solo necesitamos cualquier cuerpo grande de agua, dulce o salada, donde se generen olas. Tampoco hay grandes restricciones de tipo o tamaño de olas para que el sistema funcione eficientemente y su forma es de manto u alfombra, distinto a los sistemas de serpiente que existen en el estado del arte que requieren grandes presiones de agua o aceite hidráulico.
Este sistema permite con baja presión el bombeo de agua marina producto del aprovechamiento de la fuerza de las olas sobre un sistema, como también un equipo que pueda generar energía mecánica, energía eléctrica, propulsión de objetos flotantes, energía química, y la generación de agua potable a través de cualquier sistema existente (condensación de agua del aire, desalinización de agua de mar, etc.).
A diferencia del estado del arte, la presente innovación no funciona con el movimiento de cilindro, no es un sistema de Boyas o columnas de agua oscilante ya que no funciona con pistones, además, su funcionamiento no es en forma de péndulo ni contiene un brazo para su movimiento con las olas, por lo que lo aleja del estado del arte y hace que se trate de una novedad absoluta en su campo siendo un sistema hidráulico de generación de energía undimotriz de alto flujo y baja presión de agua marina.
Se trata de un solo invento que aprovecha la ola para generar energía. La intención de esta invención es poder aprovechar la energía undimotriz para la generación de energía cinética al elevar grandes cantidades de agua mediante estructuras articuladas que se accionan con el movimiento cíclico de las olas. En cuanto a la aplicación industrial, la presente innovación está pensada para la generación de energía y a la vez para el tratamiento de agua que permita satisfacer los estándares del agua potable, o aguas de uso humano que no posea las características indispensables del agua potable como es el caso de las piscinas, fuentes, agua sanitaria, y todo tipo de agua o fluido relacionado con este sector. Permite el uso comercial de aguas o fluidos para usos en limpieza, refrigeración, sanitaria, recreativa, artística y todo agua o fluido relacionado con este sector. Permite además el consumo agropecuario o agroindustrial de aguas o fluidos para usos agroindustriales como riego, ferti-riego, refrigeración, abastecimiento de bebederos, limpieza, procesos alimenticios y todo tipo de agua o fluido relacionado con el sector. La innovación también permite el uso del agua a nivel industrial y de proceso para cualquier actividad que se requiera ya sea: alimenticia, química, metalmecánica, siderurgia, textil, hidroeléctricas y todo tipo de agua o fluido relacionado con el sector. Especialmente el sector minero. Con el caudal que se produce en el sistema se puede utilizar para la generación de electricidad y generación del proceso de agua potable, el cual se puede utilizar en los siguientes usos: domiciliar, residencial, industrial, hospitalario, educativo, comercial, hotelero, agropecuario, agroindustrial etc. Como fuente de propulsión para sí mismo o fuente de propulsión para otra embarcación el invento es viable al generar el equipo grandes flujos de agua estos pueden ser direccionados y así obtener propulsión en el agua del propio equipo o de otras embarcaciones u otros objetos flotantes.
Se desarrollaron en el proceso de investigación diferentes prototipos que mostraron un alto nivel de funcionalidad, para lo cual se desarrolló un solo invento que aprovecha la ola tangencial según el movimiento para generar energía, y cuyas variantes radicaron en el número de diafragmas, siendo el método de generación de energía el mismo concepto funcional que logramos probar con un alto nivel de eficacia.
El dispositivo undimotriz es un sistema que permite la impulsión de caudales muy grandes de agua a muy bajas presiones, aprovechando la energía de las olas y trasmitida a nuestro sistema.
Los materiales de construcción del equipo son plásticos, aceros inoxidables, aceros galvanizados y/o hules. Estos necesitan muy poco mantenimiento, e incluso puede permanecer por muchos años en agua marina sin sufrir deterioros considerables. Es por ello que la ventaja del bajo costo de producción se suma a la ventaja de tener un sistema que permite impulsar grandes caudales a muy bajas presiones. Este equipo es de muy bajo costo comparado a los demás sistemas mareomotrices que se ofrecen en el estado del arte y hace que este equipo se pueda utilizar para la generación de energía eléctrica de forma muy eficiente. Puede ser utilizado para la generación de energía mecánica y permite la implementación y generación de energía química.
Una de sus grandes ventajas es que se puede realizar la generación de agua potable a través de cualquier sistema existente (condensación de agua del aire, desalinización de agua de mar, destilación, etc.). Es una energía renovable al no causar daños en el medio ambiente y se puede canalizar todo el caudal producido al ser trasladado en tuberías simulando ríos en el mar.
Durante el desarrollo del sistema se construyó un prototipo a escala 1 :25 compuesto de polietileno de alta densidad y plástico reciclado. El prototipo se compone de 25 módulos conectados por un sistema de sujeción medio (3) Es una estructura similar a una columna vertebral. Cada módulo está compuesto por dos bombas de diafragma (4) consistentes en estructuras cilindricas con diafragmas (4) en cada uno de sus dos extremos.
Estás bombas de mecanismos de diafragma (4) también están interconectadas por un tubo (5) y dos válvulas check de retención (2) colocada a cada extremo del tubo (5), esto para permitir solo una dirección del flujo. Entre módulo y módulo se fija a una estructura que permite su movimiento mecánico, esta fijación también permite que el martillo (6) pueda realizar el movimiento accionado los diafragmas (4).
El sistema capta la energía proveniente de las olas y traspasa ese movimiento a los martillos (6), quienes a su vez comprimen y descomprimen el mecanismo de aspiración y espiración. Esta aspiración y espiración permite el impulso de un caudal de agua hasta la turbina que a su vez realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica.
Por otro lado, el mecanismo de aspiración y espiración permite el impulso y la activación de un compresor, que luego se traslada al condensador y por consiguiente se realiza el proceso de la generación de agua potable, u otros procesos. Una de las principales ventajas es que si uno de los módulos presenta alguna falla, el sistema sigue funcionando sin ningún inconveniente.
Con el desarrollo de este sistema podemos lograr que personas que se encuentran en islas donde no tenga electricidad se puedan ver beneficiadas, ya que el sistema permite la función de generación de electricidad en base al movimiento generado por las olas, como también ofrece la ventaja que el equipo es modular, en el cual se puede instalar un equipo complementario que permita la purificación de agua para consumo humano.
Esta tecnología cubre un importante vacío en materia de tratamiento de agua, generación de electricidad y tecnología apropiada de especial relevancia para los pueblos que se encuentran cerca de las costas o islas, asadas, acueductos urbanos y rurales a nivel mundial.
En las pruebas de mecanismos de aspiración y espiración, se realizó un estudio del mecanismo más conveniente que permita la función de bombeo. Con estos datos se obtienen el tamaño de los diafragmas u estructuras deformables que produzcan el cambio de volumen más eficiente en la cámara de bombeo (13).
Con las pruebas mecánicas y de materiales realizadas, determinamos pruebas de resistencia mecánica que se realizaron con diferentes materiales, para determinar los que presenten el menor impacto para el medio ambiente, como también que presenten las mejores características mecánicas para su funcionalidad y versatilidad de los movimientos con la parte hidráulica y su resistencia a la fuerza de las olas y a la oxidación.
Con respecto a la Prueba de sistema de válvulas (2), se realizaron pruebas con diferentes válvulas hasta determinar las más correctas y que permitan la correcta operación del sistema y su sentido de flujo, como también la cantidad por cada módulo.
Las pruebas de sistema hidráulico se realizaron para determinar su correcta operación y funcionalidad tanto en la aspiración, espiración y el traslado del líquido por el sistema.
El sistema capta la energía proveniente de las olas y traspasa ese movimiento a los martillos, estos a su vez comprimen y descomprimen el mecanismo de aspiración y espiración. Esta aspiración y espiración permite el impulso de un caudal de agua hasta la turbina que a su vez realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica. Por otro lado, el mecanismo de aspiración y espiración permite el impulso y la activación de un compresor, que luego se traslada al condensador y por consiguiente se realiza el proceso de la generación de agua potable.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La innovación consiste en un sistema que capta la energía proveniente de las olas, en su ascenso y descenso para mover palancas, que llamaremos martillos (6) para accionar diafragmas (4) de gran diámetro que bombean grandes cantidades de agua de mar. Este bombeo permite el impulso de un caudal de agua muy grande hasta la turbina que a su vez realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica, o fuerza mecánica aprovechable, en la obtención de agua potable u obtención de energía química.
Se trata de un sistema de generación de energía que está formado o construido con las siguientes partes: un filtro de aspiración (1 ), válvulas de retención (2), Sistema de sujeción medio o columna vertebral (3), diafragmas (4), Tubería (5), Martillos o palancas (6), Eje central del martillo (7), Sujeción del mecanismo con el martillo (8), Tubería flexible (9), Boyas (10), Anclas (12) y cables de anclaje (11 ). Estos módulos pueden estar compuestos de dos, cuatro, seis o más diafragmas (4), puestos en líneas individuales o líneas una al lado de las otras, formando un manto o alfombra. El sistema se mantiene anclado al fondo marino por cables de anclaje (11) y Anclas (12) y posee Caja de bombeo (13).
El sistema proporciona un innovador funcionamiento y las partes de la turbina Kaplan permiten que el agua bombeada sea recibida por la Tubería de presión (14) y la Válvula Mariposa (15), luego pasan a la carcasa o caracol (16) donde se encuentra el Impulsor Kaplan (17). El agua hace girar el impulsor y este hace girar al Generador eléctrico (19). Posteriormente el agua sale por la Tubería de restitución (18).
Cuando la ola sube (cresta de la ola), los módulos también ascienden gracias al material boyante (10) que eleva al equipo en este sector y lo deja más bajo en otro sector (valle de la ola). Esta diferencia de altura genera que los módulos que están en la cresta, se acerquen abajo y se separen arriba y esto hace que los martillos (4) aprieten o extiendan los diafragmas (4), produciendo un desplazamiento de entrada y salida de agua de las cajas de bombeo (13). Las válvulas anti retorno no dejan retroceder el agua. Esto genera un flujo neto de agua o bombeo de grandes cantidades de agua a las tuberías de transporte (9) y luego a la turbina y al generador eléctrico o mecanismo de aprovechamiento mecánico. Este mecanismo permite que el agua se bombee a una altura neta sobre el mar.
El flujo de agua tiene salida en la parte superior de la caja de bombeo (13), posteriormente pasa por una válvula de retención (2) para ser recolectado por un sistema de tuberías flexibles plásticas (9) el cual canaliza y transporta el agua hasta la turbina Kaplan que son uno de los tipos más eficientes de turbinas de agua de reacción de flujo axial y que se emplean en saltos de pequeña altura con caudales medios y grandes, logrando generar electricidad o una fuerza mecánica en otros mecanismos, el largo de la tubería flexible hasta la turbina dependerá del diseño especifico de cada sitio donde se instalaría. El flujo obtenido se multiplica al sumar módulos, obteniendo en pequeñas áreas grandes flujos de agua a una altura neta aprovechable. La ampliación del equipo es literalmente ilimitada en la práctica, pues es posible agregar los módulos que sean necesarios para generar la energía que sea necesaria.
El filtro de aspiración (1 ) es el mecanismo que se encarga de filtrar las partículas sólidas de gran tamaño y permite el ingreso del agua a las válvulas de retención y posterior a los mecanismos de aspiración y espiración. El filtro tiene una reja metálica en forma cilindrica de diámetro de 20 cm y una altura de 40 cm.
Las válvulas de retención (2) son las encargadas de permitir el ingreso del caudal de agua a los mecanismos de aspiración y espiración, sin que es se genere un re-progreso entre ellos y los filtros. Estas válvulas tienen la particularidad de permitir el ingreso de caudal en solo un sentido, son construidas en bronce o plástico y permiten el correcto acople de la tubería.
El sistema de sujeción medio (3) permite la unión mecánica media de dos o más diafragmas (4) para asegurar que los mecanismos permanezcan unidos y se asegure el correcto giro de los martillos. Este sistema provoca la imagen de manto extendido que amplía el sistema de generación al tamaño que se desee. Presenta forma rectangular y es construido de acero galvanizado, bronce o acero inoxidable.
Los diafragmas (4) son los encargados de realizar la aspiración y la espiración de agua en el sistema y de impulsarla por la tubería. Está construido de polímero como plástico, elastómero o hule y tienen un diámetro variable de acuerdo al lugar donde se instale el equipo, generalmente de un metro de diámetro cado cada uno.
Las tuberías (5) son las encargadas de la conducción del agua, estas están construidas en plástico y sus diámetros pueden ser 100 mm,150 mm, 200 mm, 250 mm, o más.
Los martillos (6) tienen como función la compresión y la descompresión del mecanismo de aspiración y espiración, producto al movimiento de las olas. Estos son construidos en plástico y su unión al sistema de sujeción medio (3) es con componentes de acero inoxidable.
El eje central del martillo (7) es el encargado de una unión del martillo (6) al sistema de sujeción medio o columna vertebral (3), está construido en acero inoxidable lo cual garantiza su no corrosión y el correcto movimiento y giro del martillo hacia los diafragmas (4).
La Sujeción del mecanismo con el martillo (8) permite una unión entre los martillos (6) y los diafragmas (4), por medio de componentes de acero inoxidable.
La Tubería flexible (9) tiene como función la recolección y la distribución del caudal de agua proveniente de los diafragmas (4). Estos son construidos con material flexible de plástico y sus diámetros pueden ser 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm y hasta 460 mm o más.
Las Boyas (10) son de material que permite dar flotabilidad del sistema y pueden estar construidos de plástico o hule. El sistema de anclajes (1 1 ) es el encargado de mantener todo el sistema anclado al lecho marino o a la costa, esto para garantizar el correcto funcionamiento del sistema Undimotriz, pueden ser construidas en acero inoxidable o concreto y mientras que las Boyas (10) garantizan la flotabilidad del sistema y no permiten el hundimiento del mismo.
Los cables (12) son construidos de acero o de polímero y permiten la sujeción todo el equipo a los anclajes (1 1 ).
Las Cajas de bombeo (13) son las encargadas de dar rigidez y soporte a los diafragmas (4) y son conformadas de polímero. Pueden ser cilindricas, rectangulares, cuadradas o poligonales.
Este sistema de generación de energía undimotriz, utiliza estructuras flexibles y/o deslizantes en forma de diafragma (4) las cuales se contraen y expanden debido al movimiento que ejerce las olas sobre los martillos que las presionan. Este mecanismo de aspiración y espiración (4) cambia su volumen en el momento que lo presionan y al expandirse se genera una aspiración de tal forma que obliga al agua a ascender por la parte de los filtros, mientras que las válvulas de retención (2) impiden el retroceso del agua.
El sistema es modular y se pueden agregar tantos módulos como el área sea disponible para su operación. La utilización de este sistema se puede presentar en zonas costeras o mar abierto también por lo que el tamaño del sistema es en práctica ilimitado y se adecúa según el nivel de energía que se quiera generar.
Luego de la elevación del agua por medio de los diafragmas (4) y por lo tanto la generación de grandes cantidades de energía potencial, esta puede ser utilizada de varias formas incluyendo la generación de energía eléctrica, mecánica, química, generación de agua potable a través de cualquier sistema existente (condensación de agua del aire, desalinización de agua de mar, etc.) y la propulsión de sí mismo en el agua o de otros objetos flotantes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un método de generación de energía, que consiste en un dispositivo hidráulico de aprovechamiento de energía undimotriz de alto flujo y baja presión, donde el dispositivo permite el bombeo de grandes cantidades de agua marina a baja presión para la generación de electricidad, de agua potable, de hidrógeno, y/o generación de energía mecánica o propulsión de objetos flotantes.
2. El método de la reivindicación 1 , donde el dispositivo hidráulico comprende:
un filtro de aspiración (1 ),
válvulas de retención (2),
Sistema de sujeción medio o columna vertebral (3),
diafragmas (4),
Tubería (5),
Martillos o palancas (6),
Eje central del martillo (7),
Sujeción del mecanismo con el martillo (8),
Tubería flexible (9),
Boyas (10),
cables de anclaje (11 ),
Anclas (12),
caja de bombeo (13),
Tubería de presión (14),
Válvula Mariposa (15),
carcasa o caracol (16),
Impulsor (17),
Tubería de restitución (18), y
Generador eléctrico (19).
3. El método de la reivindicación 1 , donde el dispositivo capta la energía proveniente de las olas en su ascenso y descenso para mover los martillos (6) y accionar diafragmas (4) que bombean el agua hasta la turbina, donde la turbina a su vez realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica, o fuerza mecánica aprovechable, en la obtención de agua potable u obtención de energía química.
4. El método de la reivindicación 1 , donde la producción de energía comprende los siguientes pasos:
la energía se capta de las olas en su ascenso y descenso para mover los martillos (6) y accionar diafragmas (4) que bombean el agua hasta la turbina; la energía se genera cuando la ola sube en cresta permitiendo que los módulos también asciendan gracias al material boyante (10) que eleva al equipo en este sector y lo deja más bajo en el sector del valle de la ola; la diferencia de altura con las crestas genera que los módulos que están en la cresta, se acerquen abajo y se separen arriba y esto hace que los martillos (4) aprieten o extiendan los diafragmas (4), produciendo un desplazamiento de entrada y salida de agua de las cajas de bombeo (13);
las bombas de mecanismos de diafragma (4) están interconectadas por un tubo (5) y dos válvulas check de retención (2) colocada a cada extremo del tubo (5) para permitir solo una dirección del flujo;
las válvulas anti retorno no dejan retroceder el agua generando un flujo neto de agua o bombeo de grandes cantidades de agua a las tuberías de transporte (9) y luego a la turbina y al generador eléctrico o mecanismo de aprovechamiento mecánico, permitiendo que el agua se bombee a una altura neta sobre el mar;
la turbina Kaplan permite que el agua bombeada sea recibida por la Tubería de presión (14) y la Válvula Mariposa (15), luego pasan a la carcasa o caracol (16) donde se encuentra el Impulsor Kaplan (17), para que el agua pueda hacer girar el impulsor y este hace girar al Generador eléctrico (19) permitiendo que el agua salga por la tubería de restitución (18);
la turbina realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica, o fuerza mecánica aprovechable en la obtención de agua potable u obtención de energía química;
el sistema hidráulico se mantiene anclado al fondo marino por cables de anclaje (11 ) y Anclas (12) y posee una caja de bombeo (13).
5. El método de la reivindicación 1 , donde se genera energía cinética al elevar grandes cantidades de agua mediante estructuras articuladas que se accionan con el movimiento cíclico de las olas por medio de los diafragmas (4), que generan energía potencial que puede ser utilizada de varias formas incluyendo la generación de energía eléctrica, mecánica, química, generación de agua potable a través de cualquier sistema existente (condensación de agua del aire, desalinización de agua de mar, etc.) y la propulsión de sí mismo en el agua o de otros objetos flotantes.
6. El método de la reivindicación 1 , donde el dispositivo capta la energía proveniente de las olas y traspasa ese movimiento a los martillos (6), quienes a su vez comprimen y descomprimen el mecanismo de aspiración y espiración permitiendo el impulso de un caudal de agua hasta la turbina que a su vez realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica.
7. El método de la reivindicación 1 , donde el dispositivo hidráulico se puede ubicar sobre un cuerpo grande de agua dulce o salada en donde se generen olas.
8. Un método de generación de agua potable, que consiste en la aplicación del método de la reivindicación 1 , donde el mecanismo de aspiración y espiración permite el impulso y la activación de un compresor, que luego se traslada al condensador y por consiguiente se realiza el proceso de la generación de agua potable.
9. Un dispositivo de generación de energía que consiste en un sistema hidráulico de energía undimotriz de alto flujo y baja presión para la generación de electricidad, de agua potable, de hidrógeno, y/o generación de energía mecánica o propulsión de objetos flotantes, que comprende:
un filtro de aspiración (1 ),
válvulas de retención (2),
Sistema de sujeción medio o columna vertebral (3),
diafragmas (4),
Tubería (5),
Martillos o palancas (6),
Eje central del martillo (7),
Sujeción del mecanismo con el martillo (8), Tubería flexible (9),
Boyas (10),
cables de anclaje (11 ),
Anclas (12),
caja de bombeo (13),
Tubería de presión (14),
Válvula Mariposa (15),
carcasa o caracol (16),
Impulsor (17),
Tubería de restitución (18), y
Generador eléctrico (19).
10. El dispositivo de la reivindicación 9, que genera energía mediante los siguientes pasos:
la energía se capta de las olas en su ascenso y descenso para mover los martillos (6) y accionar diafragmas (4) que bombean el agua hasta la turbina; la energía se genera cuando la ola sube en cresta permitiendo que los módulos también asciendan gracias al material boyante (10) que eleva al equipo en este sector y lo deja más bajo en el sector del valle de la ola; la diferencia de altura con las crestas genera que los módulos que están en la cresta, se acerquen abajo y se separen arriba y esto hace que los martillos (4) aprieten o extiendan los diafragmas (4), produciendo un desplazamiento de entrada y salida de agua de las cajas de bombeo (13);
las bombas de mecanismos de diafragma (4) están interconectadas por un tubo (5) y dos válvulas check de retención (2) colocada a cada extremo del tubo (5) para permitir solo una dirección del flujo;
las válvulas anti retorno no dejan retroceder el agua generando un flujo neto de agua o bombeo de grandes cantidades de agua a las tuberías de transporte (9) y luego a la turbina y al generador eléctrico o mecanismo de aprovechamiento mecánico, permitiendo que el agua se bombee a una altura neta sobre el mar;
la turbina Kaplan permite que el agua bombeada sea recibida por la Tubería de presión (14) y la Válvula Mariposa (15), luego pasan a la carcasa o caracol (16) donde se encuentra el Impulsor Kaplan (17), para que el agua pueda hacer girar el impulsor y este hace girar al Generador eléctrico (19) permitiendo que el agua salga por la tubería de restitución (18);
la turbina realiza el proceso de generación de electricidad hacia las líneas de conducción eléctrica, o fuerza mecánica aprovechable en la obtención de agua potable u obtención de energía química;
el sistema hidráulico se mantiene anclado al fondo marino por cables de anclaje (1 1 ) y Anclas (12) y posee una caja de bombeo (13).
1 1 . El dispositivo de la reivindicación 9, donde el filtro de aspiración (1 ) es el mecanismo que se encarga de filtrar las partículas sólidas de gran tamaño y permite el ingreso del agua a las válvulas de retención y posterior a los mecanismos de aspiración y espiración, y donde el filtro tiene una reja metálica en forma cilindrica de diámetro de 20 cm y una altura de 40 cm.
12. El dispositivo de la reivindicación 9, donde las válvulas de retención (2) son las encargadas de permitir el ingreso del caudal de agua a los mecanismos de aspiración y espiración, sin que es se genere un re-progreso entre ellos y los filtros. Estas válvulas tienen la particularidad de permitir el ingreso de caudal en solo un sentido, son construidas en bronce o plástico y permiten el correcto acople de la tubería.
13. El dispositivo de la reivindicación 9, donde el sistema de sujeción medio (3) permite la unión mecánica media de dos o más diafragmas (4) para asegurar que los mecanismos permanezcan unidos y se asegure el correcto giro de los martillos. Este sistema provoca la imagen de manto extendido que amplía el sistema de generación al tamaño que se desee, presentando forma rectangular construido de acero galvanizado, bronce o acero inoxidable.
14. El dispositivo de la reivindicación 9, donde los diafragmas (4) permiten realizar la aspiración y la espiración de agua en el sistema y de impulsarla por la tubería.
15. El dispositivo de la reivindicación 9, donde las tuberías (5) permiten la conducción del agua y están construidas en plástico con diámetros de 100 mm,150 mm, 200 mm, 250 mm, o más.
16. El dispositivo de la reivindicación 9, donde los martillos (6) tienen como función la compresión y la descompresión del mecanismo de aspiración y espiración, producido por el movimiento de las olas.
17. El dispositivo de la reivindicación 9, donde los martillos (6) son construidos en plástico y su unión al sistema de sujeción medio (3) es con componentes de acero inoxidable.
18. El dispositivo de la reivindicación 9, donde el eje central del martillo (7) es el encargado de la unión del martillo (6) al sistema de sujeción medio o columna vertebral (3), y está construido en acero inoxidable que permite el movimiento y giro del martillo hacia los diafragmas (4).
19. El dispositivo de la reivindicación 9, donde la sujeción del mecanismo con el martillo (8) permite la unión entre los martillos (6) y los diafragmas (4), por medio de componentes de acero inoxidable.
20. El dispositivo de la reivindicación 9, donde la tubería flexible (9) tiene como función la recolección y la distribución del caudal de agua proveniente de los diafragmas (4) construidos con material flexible de plástico y con diámetros de 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm y hasta 460 mm o más.
21 . El dispositivo de la reivindicación 9, donde las Boyas (10) son de material que permite dar flotabilidad del sistema y pueden estar construidos de plástico o hule.
22. El dispositivo de la reivindicación 9, donde el sistema de anclajes (1 1 ) es el encargado de mantener todo el sistema anclado al lecho marino o a la costa siendo el anclaje de acero inoxidable o concreto.
23. El dispositivo de la reivindicación 9, donde los cables (12) son construidos de acero o de polímero y permiten la sujeción de todo el equipo a los anclajes (1 1 ).
24. El dispositivo de la reivindicación 9, donde las Cajas de bombeo (13) dan rigidez y soporte a los diafragmas (4) y son conformadas de polímero en forma cilindricas, rectangulares, cuadradas o poligonales.
25. El dispositivo de la reivindicación 9, donde las bombas de mecanismos de diafragma (4) están interconectadas por un tubo (5) y dos válvulas check de retención (2) colocada a cada extremo del tubo (5) para permitir solo una dirección del flujo.
26. El dispositivo de la reivindicación 9, constituido en módulos de dos, cuatro, seis o más diafragmas (4), puestos en líneas individuales o líneas una al lado de las otras, formando un manto o alfombra, y donde los módulos son fijados a una estructura que permite su movimiento mecánico para que el martillo (6) sea accionado por los diafragmas (4).
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