ES1137983U - Aerogenerador globo - Google Patents

Abstract

1. Máquina transformadora de energía eólica en eléctrica que utiliza un cilindro hidráulico de simple efecto como intermediario en el proceso de conversión de la energía, se caracteriza por un globo con helio (1) unido por la válvula de llenado a un cable de tracción (2) que se une por su otro extremo al vástago (8) del cilindro hidráulico de simple efecto con retorno por resorte (10), el cilindro está colocado y fijado verticalmente en el interior del depósito (5) mediante tornillos (25), a su vez estos mismos tornillos (25) pueden anclar el depósito (5) al suelo, el depósito (5) está sometido a presión atmosférica, y lleno de agua por lo menos tres centímetros más bajo que el nivel donde se sitúa la turbina Pelton (19), el cable de tracción (2) pasa por unas poleas cóncavas (4) situadas en la parte superior del depósito (5) y están alineadas con el eje de tiro del vástago (8) del cilindro hidráulico, el movimiento de vaivén del pistón (11) es debido a la fuerza con la que es arrastrado el globo (1) por el viento en su carrera ascendente, y por la fuerza que ejerce el resorte (10) en su carrera descendente. En la parte superior del cilindro hidráulico, dentro de la cámara de compresión (12) se dispone de una válvula de clapeta (23) que comunica con el acumulador de presión (15), el acumulador de presión (15) es de tipo resorte y mantiene la presión de funcionamiento de la turbina (19) constante, conectado en la parte inferior del acumulador (15) está el inyector (18) que dispone de una válvula antirretorno que imposibilita la entrada de aire al acumulador (15) cuando éste no tenga presión, el inyector apunta al suelo para que el chorro de fluido incida perpendicularmente a los alabes de la turbina Pelton (19), la cual está situada entre el nivel del agua que contiene el depósito (5) y el acumulador de presión (15), solidario al eje de giro de la turbina (19) está el generador eléctrico. 2. Cilindro hidráulico según reivindicación 1 caracterizado porque tiene como base inferior un tronco de cono (24) con grandes agujeros que permite un llenado rápido de agua de la cámara principal (14) al apoyar en el fondo del depósito (5). El vástago (8) del cilindro hidráulico es de pequeño diámetro si lo comparamos con el émbolo (11), el resorte (10) apoya por su parte inferior sobre el émbolo en la zona próxima al perímetro exterior, entre el resorte (10) y el vástago (8) se sitúan perimetralmente varias válvulas de clapeta (22) que comunican ambos lados del émbolo (11), es decir, ambas cámaras (12) y (14), en las carreras descendentes estas clapetas (22) se abren permitiendo el llenado de la cámara de compresión (12), mientras que en las carreras ascendentes se cierran debido a la presión.

Description

AEROGENERADORGLOBO

SECTOR DE LA TÉCNICA

Es conoado ampliamente los aerogeneradores de palas (eje horizontal) que copan el 99% del mercado eólico, también residualmente hay aerogeneradores urbanos de eje vertical que disponen de una superficie de incidencia del viento, son los denominados Darrieus y Savonius.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Dispositivos que sean aerohidroelédricos como pilar fundamental de su funcionamiento conozco el Conversor Aerohidráulico del cual soy inventor y cuyo número de solicitud es 201000667, también se que con posterioridad patentaron un dispositivo de caracterfsticas simi,~res denominado comercialmente como Saphonian. Estos dispositivos precisan de mecanismos de orientación de la superficie de captación de viento, el presente aerogenerador globo es omnidireccional (no precisa de mecanismos de orientación para captar las 3 <X?mponentes del vedor viento) .

. EXPLlCACIÓN DE LA INVENCiÓN

Dispositivo generador de electricidad que admite Vientos turbulentos omnidireccionales, consta de un globo lleno de helio (1) atado con un cable de tracción (2) (ver Fig.1), dicho cable pasa por unos rodamientos cóncavos (4) asentados en la estructura

(5) antes de engancharse al cilindro hidráulico, esto silve para transformar el tiro del globo

omnidireccional en un liro alineado con el vástago (8) del dlindro hidráulico.

El pistón del cilindro hidráulico (11) dispone de válvulas de dapeta (22) de fibra de

carbono para que tengan la menor inercia posible, estas están ubicadas por el perímetro del vástago (8) y se abren en los ciclos de expansión facilitando el llenado cámara de

compresión (12), cuando se inida el tiro del cable (2) (ciclo de compresión) aumenfa la presión en la cámara de compresión (12), cerrándose las válvulas de clapeta del pistón (22)

y abriéndose la clapeta grande que hay en la parte superior de la cámara de compresión

(23) que comunica con el acumulador de presión (15), trasvasando el fluido desde el cilindro hidráulico hasta el acumulador de presión (1!j). Este ciclo se produce con aceleraciones de viento positivas.

Cuando la aceleración del viento e~ negativa y la fuerza con la que tira el cable (2) sea inferior a la fuerza con la que se OpOnE! el resorte (10), este empezara a expandirse desplazando el pistón (11), 10 que implica que, la cámara de compresión (12) se va haciendo cada vez mayor, generando vacio, entonces se abren las clapetas perimetrales del pistón"

(22)

iniciándose el llenado de la cámara de compresión (12), la cual permanecerá cerrada en su parte superior por la clapeta grande (28) que comunica con el acumulador de presión (15), dado que la presión del acumulador (15) es mayor que el de la cámara de compresión (12), entonces se cierra la clapeta (23) contra su asiento.

las variaciones de velocidad y dirección de soplado del viento imprimen en el globo

(1)

diferentes fuerzas de tiro que son transmitidas al cilindro hidráulico, el cual produce bombeo de fluido a borbotones, el fluido sale del cilindro hidráulico al acumulador de presión (15), el cual almacena grandes cantidades de fluido a presión, absorbiendo las fluctuaciones que produce el cilindro hidráulico y transformando el flujo a borbotones en un flujo estacionario (continuo) ver Fig.5.

El acumulador de presión (15) comunica con el inyector (18) para que el fluido a alta presión impacte en los alabes de la turbina Pellton (19), el generador eléctrico acoplado en el mismo eje que la turbina hidráulica (19) gira y produce electricidad.

En el inyector (18) hay una electrovállvula que regula el caudal de salida hacia la turbina (19) en función de la presión del a(~umulador (15), su funcionamiento se cine a CUNas de eficiencia del grupo turbina-generaclor.

En campos eólicos en extensión (Fig .. 2 y Fig.3) se montan múltiples globos (1) con sus respectivas torres (5), los cables de traoción (2) salientes de la base de la torre (5) de cada uno de estos globos (1) pasa por un" polea (6) que orienta el cable (2) al grupo hidráulico (3) (generalmente situado en el centro del parque eólico), el grupo se compone de un gran acumulador de presión (15), tantos cilindros hidráulicos como cables de tracción (2) halla y 3 o más turbinas (19) con sus generadores eléctricos (20). una para altos caudales. otra de medios caudales y otra de bajos caudales, maximizando la eficiencia del grupo eledrohidráulioo (3), ver Fig.7.

Para aumentar la fuerza de arrastre se emplean globos cúbicos (1), cuyo centro de cada cara se une con el centro de la cara opuesta por medio de cables de tracción (7), por ejemplo si el cubo mide 20 metros de arista, Ic)s cables de tracción (7) miden 14 metros cada uno, formando concavidades en las caras del globo (1) una vez se infle a presión, esta fonna de globo (1) tiene un arrastre 3 veces; superior a la de 1H1 globo esférico de misma área de sección transversal. Para los grandeB parques eólicos usaremos globos cúbicos (1) de grafeno que no pennitan la fuga de helio.

Los principios de funcionamiento de un pequeño aerogenerador globo monocilfndrico (Fig.1) Y un parque eólico de 12 globos, son los mismos, es como comparar un motor monocilfndrico de un cortacésped con un motor V12 de Ferrari, elementalmente funcionan igual aunque mecánicamente tengan diferentE!S distribuciones.

Se puede usar el aerogenerador globo para desalinizar agua de mar y/o en cOl'!'binación con la producción eléctrica, para ello se sustituye a la turbina (19) por un filtro de membrana del cual salen los diferentes tubos que transporten agua dulce a la red y salmuera al mar, el acumulador ~~,.presi6n (15) se diseñara de tal manera que siempre trabaje por encima de la presión osmótica, el resto de componentes es igual que una desalinizadora convencional donde la mayo:r parte del gasto es por conseguir elevar la presión del agua a la presión osmótica> 80 bares.

Los meses de inviemerotoño donde no hay problema de abastecimiento de agua y si que aumenta la demanda de electricidad puede funcionar como generador eléctrico, mientras tanto los meses de verano donde hay sequia y excedente de oferta eléctrica debido a que las placas solares producen a máximo rendimiento funcionaria como desalinizadora. Los aerogeneradores globo se pueden instalar tanto en tierra como en mar.

Ventaias:

a) Coste de fabricación reducido:

-Uso de torres en celosia o arriostradas. -Globos económicos. -Comparte elementos caros entre varios aerogeneradores globo como: acumulador de presión, turbinas hidráulicas, generadores eléctricos, transformadores ...

b) Bajo mantenimiento (centralización a ras dI:! suelo de la instalación hidroeléctrica). c) Instalable en la mayor parte del territorio al funcionar con vientos turbulentos de +0.5 mis. d) Instalable en entornos urbanos:

-

No produce efecto shadow flicker qUE! afecta a las personas con epilepsia. -No produce contaminación acústica ;:11 no tener palas que corten el viento. -Se puede financiar la instalación usando publicidad en el globo.

e) Ventajas medioambientales:

-No mata a las aves al no tener palas que las golpee. -No crea interferencias en ondas de radio;, TV¡ telefonla ... -Montaje más compacto (no se v.en afectados por el efecto estela de los aerogeneradores convencionales). -Para obtener la misma producción anual de energfa que un parque eólico convencional necesita menos de la mitad del terreno. al tener una eficiencia mucho mayor. -Cuanto más grandes sean los globos mayor estabilidad tienen y pasan más desapercibidos alojo humano, se puede fabricar de materiales transparentes.

f} Mayor producción eléctrica:

-Eficiencias de más del doble que en ;3erogeneradores convencionales, no tiene que cumplir la ley de Betz. -Se pueden alcanzar grandes alturc:ls donde la velocidad del viento es mayor simplemente haciendo un cable de trac:clón más largo. -Aprovecha las 3 componentes del vector viento que como poco dan un 40% extra de energfa, al ser la potencia proporcic,nal al cubo de la velocidad del viento.

g) Fácil montaje e instalación.

h) Fácil de transportar al ser las torres en oelosia o arriostradas (no tienen que aguantar grandes esfuerzos -> son estrechas), el globo se transporta plegado en un tráiler, y el helio se lleva en camiones cisterna.

i) Vida útil de 30 años (salvo cables de tracción). los convencionales 20 años debido a que

estructuralmente se dañan los componente~; por esfuerzos de fatiga generadas por las turbulencias, en el aerogenerador globo los esfuerzos de fatiga son absorbidos por el fluido.

Cálculos:

a) Potencia

Partimos de la segunda ley de Newton -> F=rn*a a=dv/dt-> F=m*dv/dt=fm*dv donde fm=f1ujo másico=d* A *v

donde:

d=densidad en kg/mA3 = 1.2 A=superficie del área transversal que atraviesia el flujo de aire en mA2

v=velocidad del viento en mIs

Tenemos que F=d*A*v*dv , ésta ecuación es válida si tenemos un coeficiente de arrastre igual a 1, lo cual es correcto para superlicies planas donde el viento incida perpendicularmente sob·re ésta, por lo tanto habrá que multiplicar la expresión por ·dicho CO, el cual depende de la fonna geométrica del globo y del número de Reynols, que es función del índice de turbulencia.

Esfera CO=O.4

Cubo cóncavo CO= 1.2

F=CD*d*A*v*dv

Como la potencia (Pot)= trabajo ry-J) lliempo (t)

trabajo (W) = Px, donde x es el desplazamiento de la fuerza en m Pot= F"(x/t)=Pv=CO"d"A"v'2"dv El viento turbulento es impredecible por ello tomaremos un modelo al que se pueda asemejar para calcular la potencia que produce el aerogenerador globo y as! compararlo con la del 'aerogenerador convencional. Suponemos que las fluctuaciones del viento son del 35% respecto de la velocidad media, es decir si tenemos una velocidad media del viento de 1 mis, la fluctuación para un periodo de tiempo de 1 segundo seria de 1.35 a 0.65 mis en aceleraciones del viento negativas donde no se produce bombeo hidráulico en el cilindro pero si se llena este de

fluido, y viceversa para aceleraciones del viento positivas donde se produce trabajo de bombeo en la cámara de compresión del cilindro hidráulico, pasando de 0.65 a 1.35 mIs. Integramos la expresión -> Int=integral Pot2 -Pot1 = CO*d*A* Int(v"2) entre v2 y v1 Se tiene que v2>v1 v2 = (vm+var)=(1+0,35)=1,35

v1 = (vm-var)=(1-0,35)=0,65 vm=velocidad media del viento, en este caso '1 mis var=variabilidad producida por el índice de turlJulencia en este caso 35%-> 0,35 mIs Pol2 -Pot1 = CO"(d"A / 3)" [(v2'3) -(v1'3)]

Pol2 -Pot1 = CO"(d"A / 3)" [(vm+var)'3 -(vm-var)'3] El valor obtenido se divide entre 2 para compensar el ciclo de expansión que no realiza trabajo de bombeo,

Cuanto más viento turbulento --> +var --> mayor es el rendimiento,

b) Rendimiento medio (parque eólico con 3 turbinas) ver Fig.7.

-Rendimiento sistema de tiro (cables de traccit~n, poleas... ) = 0.93 -Rendimiento cilindro hidráulico = 0.9

5 -Rendimiento turbina Pelton = 0.85

-

Rendimiento generador eléctrico = 0.93

-

Rendimiento total = 0.93°0.9°0.85°0.93 = 0.166

10 c) Factor vector viento.

Los aerogeneradores convencionales solo aprovechan la componente Vx del vector viento, el aerogenerador globo aprovecha las tres Vx, Vy, Vz, ver Fig.8.

Suponemos que Vx=Vy=Vz

15 Vxy= raíz «VxA2)+(VyA2)} = ralz ((VxA2)+(VxA:2)) =raíz (2VxA2)=l ,41Vx ..~... Vxyz = raíz ((VxA2)+(VyA2)+(VzA2)) = ralz ((Vx:A2)+(VxA2)+(VxA2)} = ralz (3VxA2)= l,73Vx

VxyzJVx =1,73Vxll Vx =1,73 máx.

Nosotros aprox. podremos tomar VxyzJVx = 1. 12

Pero la energía es proporcional al cubo de la velocidad, por lo tanto: 20 Exyz=f(1.12Vx)A3=1.4Ex

En un emplazamiento sin mucha altura donde hay turbulencias y ráfagas (azotea)

Comparar las energfas obtenidas por un pequeño aerogenerador convencional de diámetro 25 = 3 m (Rendimiento medio = Rm = 18%) Y otro aerogenerador glOO90 esférico de diámetro =

3 m (Rendimiento medio = Rm = 44%), la densidad del aire = d = 1.2 kg/mA3, ellndice de

turbulencia =var = 35%, la velocidad media dol viento =vm =4 mIs.

A. Convencional = 0.5°doAovA3°Rm = 0.5°1 .2.0(piO(3A2y4)04A3°0.18 = 48.85 w A. Globo

Esfera -> CO = 0.4 l>Pot = Pot2 -Pot1 ={CO· (d· A /3)· [{(1.35vm)'3)-(0.65vm)'3)]¡-Rm·Exyz/2

Comparar la potencia eólica de dos parques uno convencional (Rm = 30%) cuyo diámetro de palas es de 120 m y otro de globos cúbico cóncavos de 120 m de arista y un CD = 1.2 (Rm =65%), para ambos se tienen vm = 8 mIs y densidad aire = 1.2 kg/mA3. el Indice de turbulencia (var) = 22%

.

A. Convencional = OSd·Nv'3·Rm = 0.5·1.2·(pi·(120'2)14tS'3·0.3 = 1042 Kw

A. Globo

l>Pot = Pot2 -Pot1 ={CO· (d· A/3)· [«1 .22vrn)'3)-(0.7Svm)'3)]¡-Rm·Exyz/2

A mayor anura la velocidad del viento "S mayor, pero ellndice de turbulencia (var) se reduce al haber menos ráfagas de viento las cuales suelen predominar a distancias próximas al suelo.

Cuanto mayor sea el globo más E,stable se vuelve (pensemos en un globo aerostático), es menos susceptible de ser arrslstrado por pequeñas corrientes de aire y flotar descontroladamente.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción qUt~ se está realizando y oon objeto de ayudar a una mejor comprensión de las caracteristica,s de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

-

La Fig.1 es el esquema general del funcionamiento de un aerogenerador globo aislado, en la realidad el globo sería más de 200 veces más grande que el grupo hidroeléctrico, para facilitar su comprensión se ha reducido su tamaño.

-

La Fig.2 es una vista en planta de un parque eólico oon 4 aerogeneradores globo y una central hidroeléctrica, podría haber puesto 8, 12 ... globos, pero para simptificar el visionado vale con 4.

-

La Fig.3 es la vista de perfil correspondiente a la sección A-N de la Fig.2

-

La Fig.4 es la vista de perfil de la central hidroeléctrica, se han representado 2 cilindros hidráulicos, el izquierdo funcionando en ciclo ele expansión (succión) y el derecho en ciclo de compresión (impulsión).

-

La Fig.5 es una gráfica que representa como el acumulador de presión transforma la alta variabilidad del viento turbulento en un flujo eSitacionario.

-

La Fig.6a y Fig.6b son unas gráficas que visualizan las zonas de trabajo en función del índice de turbulencia (var) de un aerogenerador convencional y un aerogenerador globo.

-

La Fig.7 es una gráfica comparativa die la eficiencia de un parque eólico de aerogeneradores globo con una central hidroeléctrica de 3 turbinas y la eficiencia de un dispositivo globo aislado con una turbina.

-

La Fig.8 ilustra un vector Viento y sus componentes Vx = Vy = Vz.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

La realización preferente (Fig.2) de la invención consiste en un parque eólico con múltiples aerogeneradores globo (1) compartiondo central hidroeléctrica (3), dicho parque se ha dibujado con 4 aerogeneradores globo ('1) para facilitar la comprensión, pero podían haber sido bastantes más, los globos tienen forma cúbica de material impermeable al helio como por ejemplo grafeno, el cual además de ser ultraligero es 200 veces más resistente que el acero, característica apropiada para 81guantar posibles actos vandálicos, los globos

(1) llevan una zona de refuerzo en la esquina donde engancha el cable de tracción (2), también dispone en dicha unión de una válvula de llenado que pudiera compensar posibles pérdidas, los cables de tracción (2) van desde el globo hasta la base de la torre (5) son anulares y por su sección inlerior circula el hlelio de compensación que es inyectado desde la base cuando el nivel esta bajo.

El cable de tracción (2) pasa por una caja de poleas cóncavas (4) situada en el extremo superior de la torre (5) (ver en Fig.3), su función es convertir el tiro del globo que es omnidireccional, en un tiro de cable vertical a lo largo de la torre (5) pasando el cable (2) por el eje central de la celosía.

En la parte baja de la torre (5) a pocos metros del suelo hay una polea (6) que orienta el cable de tracción (2) hacia la central hidroeléctrica (3), la polea (6) ésta cubierta de la intemperie y realizada de un material que gene~a muy poco rozamiento como es el teflón, el tramo de cable de tracción (2) que, entra en contacto con las poleas «4) y (6» llevan un recubrimiento de tetlón para generar las mínimas fricciones, dicho recubrimie~~o~se puede cambiar al desgastarse sin tener que C<lImbiar los cables de tracción (2).

Como medida de seguridad se dis:pone de unas eslingas de seguridad que enganchan al globo (1) contra la parte sUJ>1erior de la estructura (5), el largo de dichas eslingas es un poco superior al recorrido del v;ástago (8) del pistón hidráulico (11).

Como las torres (5) no tienen que soportar grandes esfuerzos se realizarán en celosla (solo sirven de apoyo para las pole'as «4) y (6))), las cuales son más livianas, económicas y fáciles de transportar, si 10 que pretendemos es hacer una torre (5) muy alta la haremos arriostrada (sujeta por cables). Por motivos estéticos se puede envolver la estructura (5) con lona mejorando su apariencia.

Para aumentar el coeficiente de mrastre (CO) de los globos (1), creamos concavidades en sus caras, para ello ver Fig.3, en la sección A-A" de los globos se aprecia en línea discontinua las concavidades en el centro de cada cara, dichos centros se unen mediante un cable de tracción (7) con el centro de la cara opuesta, estos cables son más cortos que las aristas del cubo, los cables Cl) se tensan cuando el globo (1) es inflado a presión.

los cables de tracción (2) se dirigen Gil centro del parque eólico donde se encuentra la central hidroeléctrica (3) ver FigA, los ca,bles (2) pasan por una antecámara (13) por media de un agujero muy pequeño sin que roce el cable (2) sobre la pared de ésta, los cables (2) enganchan en el vástago (8) cuyo recorrido varia entre las paredes de la antecámara (13) apoyándose en los rodamientos cerámicos (9), por estos rodamientos hay unas pequeñas fugas de agua provenientes de la cámara de trabajo (12) que caen a la base . de la antecámara (13) la cual comunica por medio de unos agujeros en su base con la

cámara principal (14) donde se encuentra el agua a presión atmosférica.

En la Fig.4, se ven 2 "cilindros hidráulicos" por as( llamar a las cámaras de trabajo

(12) , la de la izquierda realizando el ciclo de succión o expansión y el de la derecha ciclo de impulsión o compresión, cada "cilindro" trabaja a su propio ritmo independientemente del resto.

El vástago (8) en su extremo más intE!rior ésta unido a .Ia parte convexa del émbolo (11), el cual liene forma de plato hondo puesto boca abajo para disminuir el coeficiente de arrastre (CD= 0.4), se realiza de material ultr~lligero y en su interior lleva refuerzos para que no sea defonnado por la presión, los huecos de la concavidad se rellenan cOn espuma, en la espuma se hace un pequeño compartimento para que cuando apoye el émbolo (11) contra la pared de la cámara principal (14) (final del ciclo de expansión) aloje el aire comprimido que hay en esta y actúe como colchón, entre el émbolo (8) y las paredes de la cámara principal (14) se instalan unas membranas dl9 caucho impermeable (21) que se estiran en los ciclos de impulsión impidiendo que entre agua a presión al hueco que deja el émbolo

(11) con la pared de la cámara principal (14) el cual es cubierto por el aire que se expande.

Entre el émbolo (11) Y los rodamientos (9) se sitúa un resorte (10) por cuyo Interior se encuentra el vástago (8), el resorte (10) se comprime en los ciclos de impulsión almacenando energfa y se expande en los ciclos de succión devolviendo la energia anterionnente almacenada y posicionando al ombolo (11) al final de su recorrido.

Ciclo de impulsión o compresión.

Nos fijamos en la cámara de trabajo ("12) que esta en el lado derecho de la Fig.4. el resorte (10) tiene un recorrido que le permitt9 almacenar la energia que provocan suaves vientos de 2 mis hasta fuertes ráfagas de viento de 20 (mis), para ello el resorte (10) se

... ...

~

puede diseí'iar con una resistencia variable modificando el diámetro de las espiras.

Cuando la aceleración del viento es pc:>sitiva (a+), la fuerza (F=m*a) tira del cable de

tracción (2) desplazando al émbolo (11) de i:zquierda a derecha, el agua que estaba en la

cámara de trabajo (12) inicialmente se encontraba a presión atmosférica, este agua tiene impedida la salida por dos válvulas de cla~.ata una inferior (22) y otra superior (23), al

desplazarse el émbolo (11) aumenta la presión del agua (+++P) hasta que es talla presión

que es capaz de abrir la clapeta superior (23) la cual estaba siendo cerrada contra su asiento por la presión (+P) que habla en el alcumulador de presión (15), el fluido sale de la

cámara de trabajo (12) hasta el acumulador ('15) hasta que se igualen las presiones (+P) en

ambas cámaras, entonces se cerrara la cla¡peta superior (23), el tiro del cable (2) sigue desplazando al émbolo (11) a su derecha aLimentando la presión en la cámara de trabajo (12), se repite nuevamente el proceso explicado hasta que comi~mce un ciclo de expansión, el cual comenzara cuando la aceleración del viento sea negativa (a-), entonces la fuerza con

la que tira el cable (2) es menor que la fuerza almacenada en el resorte (10), expandiéndose éste.

Ciclo de succión o expansión.

Nos fijamos en la cámara de trabajo (12) del lado izquierdo de la Fig.4 donde la fuerza con la que tira el cable (2) es menor que la fuerza almacenada en el resorte, expandiéndose éste, desplazando al émbolo (11) contra ta pared de ta cámara principal (14), el desplazamiento del émbolo (11) se debe a la energía de empuje que hablamos almacenado en el resorte (10) y la presión del agua que pasa de ser (+P) a (Patm), al

recuperar volumen en la cámara (12) se gen,era vaclo, el agua de la cámara principal (14) que se encuentra a Patm abre la clapeta (22) llenando el vacío de la cámara (12), la clapeta

(23) pennanece cerrada contra su asiento debidc;> a que la presión que ejerce el acumulador

(15) sobre esta es mucho mayor que la Palmo

Funcionamiento.

Los ciclos de succión e impulsión se realizan uno detrás del otro, su duración es variable en función del viento turbulent.o (que es impredecible), pero serán lo suficientemente rápidos como para crear conientes dentro de las cámaras de trabajo (12),

estableciendo un flujo continuo cuasiestacionario que entra y sale de la cámara (12) desde que es succionado de la cámara principal (14) hasta donde es almacenado en el acumulador de energía (15). Por ello las dupetas «22) y (23) debe ser ultraligeras para interrumpir al flujo de corriente lo menos posible.

El acumulador de presión (15) alimentta a las turbinas Pelton (19), las cuales tienen regulado el caudal por medio de electroválvul¡:ls (17) gestionadas electrónicamente por una CPU en busca de la mejor curva de eficiencia (ver Fig.7), abriendo más o menos el paso a los inyectores (18) de cada turbina (19), las cuales llevan acoplados a su eje un generador eléctrico (20) diseñado para que dé el máximo rendimiento a las mismas RPM de giro de las Peltoos, evitando tener que montar una caja de cambios, el agua turbinada cae por gravedad a la cámara principal (14) estableciéndose un circuito cerrado donde siempre se turbina el mismo fluido (para lugares frlos se usa agua con anticongelante).

El acumulador de presión (15) puede ~;;er de aire o resorte, puede haber uno grande

o varios más pequeños, pero siempre SEf dispondrán de válvulas de seguridad. El acumulador (15) sirve para absorber las variaciones de velocidad de bombeo que prOduce la alta variabilidad del viento turbulento, haciendo funcionar a las turbinas (19) con un régimen estacionario, el cual es más eficiente (Fig.5).

La flecha d1 indica el máximo y mínirno nivel que alcanza el acumulador de presión (15), análogamente la flecha d2 indica el máximo y mínimo nivel que se alcanza en la cámara principal (14), el volumen comprendido entre los niveles del acumulador (15) serán igual al volumen entre niveles de la cámara principal (14), as! que cuando el acumulador

(15) este al máximo de su capacidad, la cámara principal (14) estará al mlnimo, y viceversa.

Aplicaciones industriales:

-Central aerohidroeléctrica para generación de AC, en parques o en sistemas aislados. -Desalinizadora industrial. -Central combinada (agua + electricidad)

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   1. Máquina transformadora de energfa eólica en eléctrica que utiliza un cilindro hidráulico de simple efecto como intermediario en el proceso de conversión de la energfa, se caracteriza por un globo con helio (1) unido por la válvula de llenado a un cable de tracción

   (2) que se une por su otro extremo al vástago (8) del cilindro hidráulico de simple efecto con

   retorno por resorte (10), el cilindro está colocado y fijado verticalmente en el interior del

   depósito (5) mediante tornillos (25), a su vez estos mismos tornillos (25) pueden anclar el

   depósito (5) al suelo, el depósito (5) está sometido a presión atmosférica, y lleno de agua por lo menos tres centfmetros más bajo que el nivel donde se sitúa la turbina Pelton (19), el cable de tracción (2) pasa por unas poleas cóncavas (4) situadas en la parte superior del

   depósito (5) y están alineadas con el eje de tiro del vástago (8) del cilindro hidráulico, el movimiento de vaivén del pistón (11) es debido a la fuerza con la que es arrastrado el globo

   (1) por el viento en su carrera ascendente, y por la fuerza que ejerce el resorte (10) en su carrera descendente.

   En la parte superior del cilindro hidráulico, dentro de la Cámara de compresión (12) se dispone de una válvula de clapeta (23) que comunica con el acumulador de presión (15), el acumulador de presión (15) es de tipo resorte y mantiene la presión de funcionamiento de la turbina (19) constante, conectado en la parte inferior del acumulador (15) está el inyector

   (18) que dispone de una válvula antirretorno que imposibilita la entrada de aire al acumulador (15) cuando este no tenga · presión, el inyector apunta al suelo para que el

   chorro de fluido incida perpendicularmente a los alabes de la turbina Pelton (19), la cual está situada entre el nivel del agua que contiene el depósito (5) y el acumulador de presión (15), solidario al eje de giro de la turbina (19) está el generador eléctrico.
2. 2. Cilindro hidráulico según reivindicación 1 caracterizado por que tiene como base inferior un tronco de cono (24) con grandes agujeros que permite un llenado rápido de agua

   de la Cámara principal (14) al apoyar en el fondo del depósito (5). El vástago (8) del cilindro hidráulico es de pequeño diámelro si lo comparamos con el émbolo (11), el resorte (10)

   apoya por su parte inferior sobre el émbolo en la zona próxima al perimetro exterior, entre el

   resorte (10) Y el váslago (8) se silúan perimetralmenle varias válvulas de clapeta (22) que

   comunican ambos lados del émbolo (11), es decir, ambas cámaras (12) y (14), en las carréras descendentes estas clapetas (22) se abren permitiendo el llenado de la cámara de compresión (12), mientras que en las carreras ascendentes se cierran debido a la presión.