ES2408479A2 - Dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas - Google Patents

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Abstract

Dispositivo semi-sumergido para el aprovechamiento de la energía de las olas, que comprende al menos un conjunto móvil formado por una boya (1) unida a un vástago (2), que se desplaza a través de un cilindro (4) provisto de una válvula inferior (6) de entrada de agua del mar, estando dicho conjunto móvil ubicado en el interior del espacio delimitado por una estructura portante fija que comprende al menos tres tubos (14) verticales huecos interconectados entre sí, provisto al menos uno de ellos de una válvula (7) de entrada del agua procedente del cilindro (4) mediante la cual se conecta a dicho cilindro (4), y otro con una válvula (16) de salida del agua a presión, y cada uno con una cámara de aire (15). Comprende además una plataforma (18) superior ubicada sobre los tubos (14) sobre la superficie del agua.

Description

Dispositivo semi-sumergido para absorber de la energía de las olas
Objeto de la invención
La presente invención trata de un dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas, a través del movimiento vertical de las olas, que provocan la subida y bajada de una boya que acciona un vástago que acumula agua a presión en el interior de la estructura portante del propio dispositivo. Comprende una estructura con la mayor parte de sus elementos fijos y una pequeña parte móvil, sin necesidad de ningún tipo de amarre al fondo marino.
La parte de la estructura del dispositivo que se encuentra sumergida en el agua crea un espacio protegido, mientra que la parte que se encuentra sobre la superficie puede utilizarse para otros fines.
Antecedentes de la invención
Una ola es todo tipo de oscilación periódica que se produce en la superficie del mar. Las olas se producen en el mar, originadas por el viento, las tormentas, maremotos, fuerzas de atracción gravitación, etc. Sin embargo, de todas ellas, el viento es el que genera las olas más comunes y de mayor densidad energética.
Cuanto mayor es la altura de las olas, mayor es la cantidad de energía que se puede extraer de ellas. La altura de las olas depende de tres parámetros del viento, la velocidad, su persistencia en el tiempo, y la estabilidad de su dirección.
Se han desarrollado en el estado de la técnica una pluralidad de dispositivos para captar esta gran cantidad de energía de las olas. Los dispositivos para aprovechar la energía almacenada en las olas deben captar la energía cinética y/o potencial de las olas y convertirla en otra forma de energía útil. Sin embargo, existen algunos problemas en el diseño de este tipo de dispositivos. Por ejemplo, la irregularidad en la amplitud, fase y dirección de las olas dificulta la obtención de la máxima eficiencia del aparato en todo el rango de frecuencias de excitación, mientras que las condiciones climáticas extremas tampoco son favorables.
De este modo, los dispositivos para extraer la energía de las olas se clasifican en función de diferentes criterios. Atendiendo a la posición relativa de los dispositivos respecto a la costa, pueden distinguirse dispositivos ubicados en la costa, cercanos a la costa y en alta mar. Si se tiene en cuenta su capacidad de extraer energía, pueden ser dispositivos de pequeña, mediana o gran capacidad. Si se clasifican por su geometría y posición relativa al oleaje se puede distinguir entre totalizadores o terminadores, con eje principal paralelo a las olas, es decir, perpendicular a la dirección en que se mueven las olas, extrayendo la energía de las olas de una sola vez; los atenuadores son dispositivos cuyo eje principal es paralelo a la dirección del movimiento de las olas, extrayendo la energía de forma progresiva; y los captadores puntuales, que son dispositivos aislados de dimensiones reducidas que aprovechan la concentración y convergencia del oleaje. Por su movimiento relativo respecto a las olas se distingue entre aparatos de estructura fija a la costa o al fondo marino y aparatos flotantes o semi-sumergidos.
Los dispositivos de estructura fija se anclan al fondo del mar o en la costa, de manera que la estructura principal no se mueve con el mar, sin embargo, estos aparatos disponen de elementos que pueden moverse respecto de la estructura fija cuando las olas actúan sobre ellos, convirtiendo la energía del oleaje en energía mecánica que se transforma en otra forma de energía útil. Estos dispositivos son más fáciles de fabricar y mantener que los dispositivos flotantes, pero presentan otros inconvenientes como el reducido número de lugares costeros donde se pueden instalar, o la captura de energía menor que los aparatos flotantes que se instalan alejados de la costa.
Los dispositivos basados en columnas oscilantes de agua consisten en una estructura hueca, parcialmente sumergida, que está abierta al mar por su parte inferior. Esta estructura encierra una columna de aire en la parte superior de una columna de agua. Cuando las olas actúan sobre el aparato hacen que la columna de agua suba y baje, con lo cual la columna de aire se comprime y descomprime alternativamente. Es decir, se aprovecha el principio de la cavidad resonante. Si este aire atrapado se le permite fluir hacia y desde la atmósfera a través de los alabes de una turbina, puede extraerse energía mecánica del sistema y usarse para generar electricidad mediante un generador eléctrico mecánicamente acoplado a la turbina. Las turbinas generalmente utilizadas son las denominadas turbinas Wells, que reciben este nombre de su inventor, el profesor Alan Wells. Estas turbinas tienen la propiedad de rotar en el mismo sentido independientemente del sentido en que el aire pase por sus alabes de perfil simétrico.
Descripción de la invención
La invención que se propone consigue un dispositivo semi-sumergido de aprovechamiento de la energía de las olas de diseño sencillo y versátil, simplificando la fabricación y facilitando el montaje y posterior mantenimiento, en comparación a los dispositivos existentes en el estado de la técnica. Se trata de un sistema modular formado por al menos una unidad estructural que comprende una boya o flotador unido a un vástago, y un cilindro, todo ellos soportado en una estructura fija formada por una pluralidad de tubos verticales huecos conectados entre sí apoyados en el fondo marino que serán la estructura portante, unos rigidizadores y una serie de válvulas. En función de los resultados que se deseen obtener, así como del espacio del que se disponga, se dispondrá un número mayor o menor de unidades modulares del dispositivo, pudiendo trabajar junto a otras unidades idénticas formando una estructura con múltiples disposiciones y funciones.
El reducido número de piezas móviles minimiza el desgaste y alarga la vida del mecanismo, pues la boya y el vástago son los únicos elementos móviles del mecanismo.
El dispositivo de la invención puede disponer en su parte superior de una plataforma, ubicada por encima de la superficie del mar, de modo que puede utilizarse para una pluralidad de aplicaciones, como para la creación de carreteras, paseos, bahías en calma, puertos deportivos, arrecifes artificiales para el cuidado de flora y fauna, y otros.
El amplio recorrido de su vástago le permite recoger la energía de las olas de gran amplitud. Olas mayores a las del diseño, pasarían por la parte superior de esta sin dañarla. Además, su alta capacidad de amortiguamiento le permite llegar hasta la total absorción de la amplitud de la ola, acumulando esa energía en el interior de la propia estructura portante.
El dispositivo de la invención puede adaptar su tamaño y número de módulos a las necesidades, según las diferentes frecuencias y amplitudes de olas.
El dispositivo de la invención podrá adoptar diferentes geometrías y, de esta forma, realizar diferentes funciones. Así, según el número de unidades que se dispongan puede utilizarse como arrecifes, diques de protección, carreteras, piscifactorías y otros.
Además, gracias a unos elementos rigidizadores, no es necesario el amarre de la estructura en las profundidades.
Por otro lado, el conjunto de tubos que forman la estructura portante, que pueden variar en número y dimensión, siendo un mínimo de tres tubos, crean un espacio protegido que puede generar un arrecife natural con hábitat protegido.
Descripción de los dibujos
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, 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 Figura 1.-muestra una vista en alzado y corte vertical, de un dispositivo de la invención.
La Figura 2.-muestra una vista de la planta en sección horizontal de un dispositivo de la invención, cuando dispone de seis tubos (14)
La Figura 3.-muestra una vista en alzado de una posible disposición de un conjunto de dispositivos de la invención.
La Figura 4.-muestra una vista en planta y sección horizontal de un conjunto de dispositivos de la invención, dispuestos de manera modular, comprendiendo cada uno de ellos una estructura hexagonal.
La Figura 5.-muestra una vista esquemática de una posible aplicación de un conjunto de dispositivos como el de la invención, en este caso, formando una bahía de mar interior en calma.
La Figura 6.-muestra una vista esquemática de una posible aplicación de un conjunto de dispositivos como el de la invención, en este caso, formando islas artificiales y piscifactorías.
Realización preferente de la invención
La invención que aquí se describe trata de un dispositivo semisumergido para el aprovechamiento de la energía de las olas. Su reducido número de elementos móviles consigue alargar su vida útil y reducir su mantenimiento, así como la disposición de cada uno de los elementos hace que, además de cumplir con su objetivo de almacenar y aprovechar la energía de las olas, pueda utilizarse para otros fines.
De este modo, el dispositivo semi-sumergido para el aprovechamiento de la energía de las olas que aquí se describe comprende un conjunto móvil que se mueve verticalmente en el interior de un conjunto fijo.
El conjunto móvil está formado por una boya (1) unida a un vástago (2) a través de un manguito (3). Este conjunto móvil se puede desplazar a través de un cilindro (4) con un casquillo y retén, y que está provisto de una válvula (6) con filtro de un solo sentido de entrada de agua del mar. De este modo, cuando la válvula se encuentra abierta, el agua entra por ella y hace que el conjunto móvil de boya (1) y vástago (2) se desplace hacia arriba a través del cilindro (4).
El recorrido del conjunto móvil ha de estar dirigido y delimitado de algún modo. Para ello, se ha dispuesto la estructura portante fija, que rodea el conjunto móvil, dirigiendo el movimiento de manera vertical, y limitando su recorrido tanto superior como inferiormente a través de unos limitadores (10, 11). De este modo, el conjunto móvil se encuentra en el interior de la estructura portante fija.
La estructura portante fija comprende al menos tres tubos (14) verticales huecos conectados entre sí, apoyados sobre el fondo marino, de longitud suficiente para albergar en su interior el cilindro (4) y dirigir verticalmente el recorrido del conjunto móvil, y estando dichos tubos (14) dispuestos alrededor de la boya (1). Uno de dichos tubos (14) estará provisto de una válvula (7) de un solo sentido de entrada del agua procedente del cilindro (4), mientras que otro tubo (14) comprenderá una válvula (16) de salida de agua a presión para su utilización; mientras que cada uno de los tubos (14) dispondrá de una cámara de aire (15) en su parte superior. Así, la comunicación entre el cilindro
(4) y los tubos (14) se realiza a través de la válvula (7). Para centrar la estructura portante se puede disponer un centrador entre el cilindro (4) y los tubos (14).
Y del mismo modo que los tubos (14) dirigen el recorrido del conjunto móvil de manera vertical, unos limitadores (10, 11) de recorrido en la partes superior e inferior de dichos tubos hacen que el dispositivo móvil no pueda superar dichos límites.
La propia estructura del dispositivo hace que se cree un espacio protegido en el interior de la misma. El hecho de disponer los tubos (14) alrededor del conjunto móvil hace que el interior esté protegido de acciones externas no controladas.
Además, puesto que se trata de un dispositivo semi-sumergido, la parte superior de los tubos (14) se encuentra por encima del nivel del agua. De este modo, en dicha parte superior de los tubos (14) se puede disponer una plataforma (18) superior, siempre por encima de la superficie del agua, que genera un espacio que puede ser utilizado para una pluralidad de aplicaciones como puentes, carreteras y otros.
Otra característica importante del dispositivo descrito en la presente invención se trata de su amarre al fondo. No es necesario el amarre al fondo de la estructura, pues comprende unos elementos rigidizadores (17) entre cada par de tubos (14) contiguos, siendo éstos los únicos elementos de arriostramiento, dando rigidez y evitando la deformación y caída de la estructura del dispositivo.
En un ejemplo de realización práctica de la invención, el dispositivo descrito comprenderá seis tubos (14) conectados entre sí, formando un hexágono regular que delimita y dirige el conjunto móvil. Una característica de la invención es que se trata de un dispositivo modular, es decir, se pueden colocar tantas unidades de dispositivo juntas como se considere necesario, de modo que se formarían puentes, carreteras o cualquier otra superficie aprovechable en función del número de unidades que se dispongan. Viendo las Figuras 5 y 6, podemos observar diferentes posibilidades en la disposición y aplicación de varios dispositivos unidos.
Preferentemente, todas las unidades o dispositivos tienen la misma geometría en relación a la disposición de sus tubos (14). Así, se pueden disponer con el mismo número de tubos (14) y unirlos a través de la plataforma (18), o bien, unirlos a través de dichos tubos (14) y la plataforma, de modo que cada dispositivo pueda compartir uno o más tubos (14) con el dispositivo contiguo. Esto sucedería cuando los dispositivos se encuentren muy juntos, adosados unos a otros, permitiendo colocar gran cantidad de dispositivos en un reducido espacio para aprovechar más la energía de las olas. Se conseguirá de este modo una disposición como la que se muestra en la Figura 4.
Por otra parte, como se ha comentado, cuando no sean necesarios gran cantidad de unidades del dispositivo, o se tenga suficiente espacio según las necesidades, se podrán disponer los dispositivos a una determinada distancia, aumentando en este caso la longitud de la plataforma por unidad de dispositivo, según se muestra como ejemplo en la Figura 3.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas, caracterizado porque comprende al menos un conjunto móvil formado por una boya (1) unida a un vástago (2), que se desplaza verticalmente a través de un cilindro (4) provisto de una válvula inferior (6) de un solo sentido de entrada de agua del mar, estando dicho conjunto móvil ubicado en el interior del espacio delimitado por una estructura portante fija que comprende al menos tres tubos
    (14) verticales huecos conectados entre sí y apoyados sobre el fondo marino, donde al menos uno de dichos tubos (14) comprende una válvula (7) de entrada del agua procedente del cilindro (4) mediante la cual se conecta a dicho cilindro (4), y otro de dichos tubos (14) comprende una válvula (16) de salida de agua a presión, y disponiendo cada uno de dichos tubos (14) una cámara de aire (15).
  2. 2.-Dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el espacio interno delimitado por los tubos de la estructura portante fija se disponen unos limitadores (10, 11) de recorrido superior e inferior para el conjunto móvil de boya (1) y vástago (2).
  3. 3.-Dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende una plataforma (18) superior ubicada sobre los tubos (14), donde dicha plataforma (18) se dispone sobre la superficie del agua.
  4. 4.-Dispositivo semi-sumergido para absorber la energía de las olas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende elementos rigidizadores (17) entre cada par de tubos (14) contiguos como únicos elementos de arriostramiento.
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