ES2683160T3 - Aparato para convertir energía a partir de un flujo de fluido - Google Patents

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ES2683160T3 ES13731455.5T ES13731455T ES2683160T3 ES 2683160 T3 ES2683160 T3 ES 2683160T3 ES 13731455 T ES13731455 T ES 13731455T ES 2683160 T3 ES2683160 T3 ES 2683160T3
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Abstract

Un aparato (12) para generar electricidad a partir de un flujo de agua que comprende: - una sección (14) convergente conectada a un primer extremo de una 5 cámara (16) de mezclado que define una entrada a la cámara de mezcla de tal manera que se define un venturi (18) entre el extremo de la sección (14) convergente y la cámara (16) de mezclado; - una sección (20) difusora conectada a un segundo extremo de la cámara (16) de mezclado que define una salida de la cámara de mezclado, el difusor configurado de tal manera que durante el uso la presión en la salida del difusor (20) es mayor que la presión en el venturi (18); - al menos parte de un tubo (22) ubicado en la sección (14) convergente, de tal manera que un anillo (24) se define entre el tubo (22) y la sección (14) convergente, para formar un primer pasaje de flujo para un flujo primario, y el tubo (22) que define un segundo pasaje de flujo dentro del tubo para un flujo secundario; y - una turbina (26) que se puede conectar a un generador; en donde la turbina está ubicada dentro del tubo (22) caracterizado porque el aparato está configurado de tal manera que durante el uso el flujo primario se mezcla con el flujo secundario en la cámara de mezclado para formar un flujo mezclado el cual puede entrar en la sección difusora.

Description

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DESCRIPCION
Aparato para convertir ene^a a partir de un flujo de fluido Campo tecnico
Esta invencion se refiere a sistemas y aparatos para generar energfa a partir de un flujo de agua.
Antecedentes de la tecnica
Muchos sistemas han sido propuestos para convertir una ola, una marea, una corriente o flujos fluviales en electricidad. Un tipo de dispositivo que es utilizado para generar energfa es la turbina bajo el agua de corriente libre generalmente accionada por un flujo de marea. Desplegadas bajo el agua, las turbinas de corriente libre se pueden desplegar en un conjunto, pero requieren una separacion considerable entre las turbinas individuales para evitar una degradacion del rendimiento mutuo.
En la practica estos dispositivos tambien requieren una alta velocidad de flujo para permitir utilizar los dispositivos para la produccion de energfa comercial. Las turbinas bajo el agua de corriente libre se basan en la energfa cinetica presente en el flujo de agua para generar energfa y se requiere que se situen en la trayectoria de flujo de alta velocidad para ser rentables sin un diametro grande de forma inviable. Esto es debido a que la energfa cinetica del flujo incidente en el disco de la turbina es proporcional al cuadrado de la velocidad del flujo de la corriente libre.
La fraccion mas grande teorica de la energfa cinetica incidente que se puede convertir en energfa mecanica por cualquier turbina de corriente libre es denominada lfmite de Betz. Mas alla de este punto, el agua simplemente fluye alrededor del exterior del disco de la turbina como si la turbina fuera un obstaculo solido y no proporciona a energfa adicional.
Un tipo adicional de dispositivo utilizado para generar energfa es una presa hidroelectrica donde una fuente de agua canaliza toda el agua a traves de turbinas ubicadas dentro de la presa. Sin embargo, estos tipos de sistemas requieren una diferencia de carga de 5 metros o mas para permitir a los generadores trabajar de forma eficiente. Esto por lo tanto limita el numero de lugares en los que se puede utilizar dicho sistema. Otros dispositivos que generan energfa a partir de un flujo de agua son descritos en los documentos FR2497877, GB2471349, DE102005040805 y US2010289268.
La presente invencion proporciona un aparato alternativo para generar energfa a partir de un cuerpo de agua que fluye a una velocidad relativamente baja, mas lenta que las velocidades deseables para producir una energfa eficiente de una turbina de corriente libre. Ademas, la presente invencion no esta sujeta al lfmite de Betz y por lo tanto es adecuada para generar grandes cantidades de energfa.
Divulgacion de la invencion
La invencion reside en general en un aparato para generar electricidad a partir de un flujo de agua, que comprende:
un tubo de venturi que tiene una region de entrada convergente, una region de salida divergente configurada como un difusor, y una region de garganta constrenida entre el extremo estrechado de la region de entrada y el extremo estrechado de la region de salida que proporciona un pasaje de flujo entre las regiones de entrada y de salida; un tubo que tiene una turbina, configurada en el tubo de venturi, y en donde el extremo del tubo esta situado de tal manera que el espacio entre el tubo de venturi y el tubo forma un primer pasaje de flujo, para un flujo primario, y el tubo forma un segundo pasaje de flujo, para un flujo secundario, de manera que durante el uso del flujo de agua a traves del primer pasaje de flujo induce un flujo de agua a traves del segundo pasaje de flujo. El tubo que tiene la turbina esta configurado en la region de entrada convergente
en donde el extremo del tubo esta situado, de tal manera que un espacio entre la region de entrada convergente y el tubo forma el primer pasaje de flujo y el flujo primario se mezcla con el flujo secundario en una camara de mezclado entre la region convergente y la divergente.
Un aspecto de la invencion proporciona un aparato para generar electricidad a partir de un flujo de agua que comprende: una seccion convergente conectada a un primer extremo de una camara de mezclado de tal manera que se define un venturi entre el extremo de la seccion convergente y la camara de mezclado; una seccion difusora conectada a un segundo extremo de la camara de mezclado, la seccion difusora configurada de tal manera que durante el uso la presion en la salida de la seccion difusora es mayor que la presion en el venturi; al menos parte del tubo ubicado en la seccion convergente, de tal manera que se define un anillo entre el tubo y la seccion convergente, para formar un primer pasaje de flujo, y el tubo que define un segundo pasaje del flujo dentro del tubo; y una turbina conectable a un generador, en donde la turbina esta ubicada dentro del tubo.
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El tubo puede ademas comprender una pantalla que tiene aberturas en su extremo aguas arriba. En un modo de realizacion, el tubo comprende una pantalla que tiene aberturas proporcionadas a traves de la abertura del tubo.
El tamano de las aberturas en la pantalla es seleccionado para permitir el agua seguir fluyendo a traves del tubo, mientras que evita que los peces entren en el tubo. La pantalla puede estar hecha de cualquier material adecuado, tal como una pantalla o una red perforada metalica. El tamano de los aparatos es seleccionado para denegar la entrada en el tubo de los peces y otros animales marinos (nutrias etcetera) mientras que sigue permitiendo al agua fluir a traves del tubo. Se puede utilizar cualquier sistema de acompanamiento adecuado. De forma preferible se utiliza una pantalla de peces.
Como no hay turbina ubicada en la tubena exterior formada por la seccion convergente, la camara de mezclado y la camara divergente, no esta integrado el paso de peces y otros animales marinos aguas abajo. Los peces y otros animales marinos pueden nadar de forma segura desde un lado de la presa en la que esta ubicado el aparato, al otro lado. El aparato sigue siendo capaz de recuperar una gran cantidad de energfa del flujo de agua a la vez que no dana a los peces y otros animales. Se evita que los peces entren en el tubo interior mediante la pantalla.
El tubo tiene una salida y una entrada y al menos parte del tubo que comprende la salida esta ubicada en la seccion convergente. El tubo el cual es coaxial con la seccion convergente y en el cual hay una holgura entre el tubo y la seccion convergente para definir el primer pasaje de flujo.
El tubo puede ser movil con respecto a la seccion convergente y a la camara de mezclado. El tubo puede ser movil axialmente con respecto a la seccion convergente y a la camara de mezclado.
El extremo aguas abajo del tubo se puede situar nivelado con la seccion de venturi, aguas arriba de la seccion de venturi o aguas abajo de la seccion de venturi. El extremo del tubo puede ser movil entre estas posiciones.
El tubo puede estar conectado a la superficie interior de la seccion convergente mediante brazos de soporte. Los brazos de soporte pueden estar perfilados para minimizar la perdida de energfa en el flujo primario.
El tubo puede estar soportado dentro de un buje. El buje puede tener un perfil suave para minimizar la interferencia del flujo. El buje puede comprender un mecanismo de movimiento para mover el tubo axialmente. El buje y el tubo pueden comprender un mecanismo de tornillo y rosca para permitir el movimiento del tubo con respecto a la seccion convergente. El buje y el tubo pueden comprender otros mecanismos de indexado para permitir el movimiento del tubo con respecto al buje y a la seccion convergente.
El extremo aguas arriba del tubo puede estar ubicado dentro de la seccion convergente o el extremo aguas arriba del tubo puede estar ubicado aguas arriba de la entrada de la seccion convergente. El extremo del tubo puede ser movil entre estas posiciones. La posicion del extremo aguas arriba del tubo es seleccionada para optimizar el caudal secundario a traves del tubo y la diferencia de presion entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del tubo.
El tubo puede comprender un conjunto de palas de soporte radiales dentro del tubo. El conjunto de palas de soporte radiales esta en un sentido opuesto a las palas de la turbina. El conjunto fijo de palas de soporte radiales esta situado en el tubo en una ubicacion aguas arriba o aguas abajo de la turbina.
El tubo puede ser una region convergente en su extremo aguas arriba. La region convergente puede ayudar a facilitar el establecimiento de la velocidad de flujo deseada a traves de la turbina. En el tubo puede tener una region divergente en su region aguas abajo.
En un modo de realizacion, el tubo puede tener un diametro sustancialmente uniforme a lo largo de su longitud. La abertura del tubo y la salida del tubo que tienen sustancialmente el mismo diametro.
La relacion del area de seccion trasversal de la entrada de la seccion convergente con respecto al area de seccion trasversal de la entrada de la camara de mezclado es seleccionada para optimizar el caudal secundario a traves del tubo y la diferencia de presion entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del tubo.
La relacion del area de seccion trasversal de la entrada de la capa de mezcla con respecto al area de seccion trasversal del tubo es seleccionada para optimizar el caudal secundario a traves del tubo y la diferencia de presion entre el extremo aguas arriba y el extremo aguas abajo del tubo.
La relacion del area de seccion trasversal de la entrada de la seccion convergente con respecto al area de seccion trasversal de la salida de la seccion difusora es seleccionada para optimizar el rendimiento del dispositivo. La relacion del area de seccion trasversal de la entrada de la seccion convergente respecto al area de seccion trasversal de la salida de la seccion difusora puede ser de 1:1.
La turbina puede estar conectada a un generador coaxial mediante un arbol de accionamiento. De forma alternativa la turbina esta conectada a un generador remoto mediante una rueda de polea y correas de accionamiento, ruedas
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de engranajes y arboles de accionamiento, una bomba hidraulica, o un conjunto de tubenas y un motor hidraulico, o una mezcla de lo anterior.
La salida de la seccion difusora puede tener una seccion trasversal sustancialmente rectangular, circular u oval.
La entrada de la seccion convergente puede tener una seccion trasversal sustancialmente rectangular, circular u oval.
La salida de la seccion difusora y la entrada de la seccion convergente ambas pueden tener una seccion trasversal sustancialmente circular.
La camara de mezclado puede tener una seccion trasversal sustancialmente circular a lo largo de su longitud. La camara de mezclado puede ser conica o acampanada en la direccion aguas abajo para optimizar el caudal secundario a traves del tubo y la diferencia de presion entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del tubo.
Ser conica significa que la camara de mezclado converge en la direccion aguas debajo de tal manera que la abertura de la camara de mezclado tiene un diametro mayor que la salida de la camara del mezclado. Mediante acampanado significa que la camara de mezclado diverge en la direccion aguas abajo de tal manera que la abertura de la camara de mezclado tiene un diametro mas pequeno que la salida de la camara de mezclado.
El venturi de la tubena exterior y las regiones de mezclado estan libres de una turbina. No proporcionando una turbina directamente la camara de mezclado directamente en el venturi ayuda a mantener un flujo condicionado de forma apropiada a traves de esta region antes de que el flujo entre en la seccion difusora. La seccion divergente tambien esta libre de una turbina. La turbina se proporciona solo en el tubo interior de manera que solo el flujo secundario pasa por la turbina.
La invencion puede residir adicionalmente en un sistema que comprende una pluralidad de tubos de venturi, cada tubo de venturi que tiene una region de entrada convergente, una region de salida divergente configurada como un difusor, y una region de garganta constrenida entre el extremo estrecho de la region de entrada y el extremo estrecho de la region de salida proporcionando un pasaje de flujo entre las regiones de entrada y de salida; un tubo que tiene una turbina, una region de entrada y regiones de salida multiples, el tubo que esta configurado en los tubos de venturi, de tal manera que cada salida del tubo esta situada en una region de entrada convergente de un tubo de venturi de tal manera que el espacio entre la region de entrada convergente y la parte del tubo en la region de entrada forma un primer pasaje de flujo, para el flujo primario, y el tubo forma un segundo pasaje de flujo, para un flujo secundario, de tal manera que durante el uso el flujo de agua a traves de los primeros pasajes de flujo induce un flujo de agua a traves del segundo pasaje de flujo. La turbina puede estar ubicada en la region de entrada del tubo.
Un aspecto adicional de la invencion proporciona un aparato para generar electricidad a partir de un flujo de agua que comprende
- una pluralidad de secciones convergentes, cada seccion convergente conectada a un primer extremo de una camara de mezclado de tal manera que se define un venturi entre el extremo de la seccion convergente y la camara de mezclado;
- una pluralidad de secciones difusoras cada seccion difusora conectada a un segundo extremo de una de las camaras de mezclado, el difusor configurado de tal manera que durante el uso la presion en la salida del difusor es mayor que la presion en el venturi;
- un tubo que comprende un tubo de entrada, un distribuidor y una pluralidad de tubos de salida que se extienden desde el distribuidor, en donde al menos parte de uno de los tubos de salida esta ubicada en una de las secciones convergentes, de tal manera que se define un anillo entre el tubo de salida y la seccion convergente, para formar un primer pasaje de flujo y el tubo que define un segundo pasaje de flujo dentro del tubo; y
- una turbina que se puede conectar a un generador, en donde la turbina esta ubicada dentro del tubo.
Una pantalla que tiene aberturas puede estar ubicada a traves de la abertura del tubo de entrada.
La turbina esta ubicada en el tubo de entrada. El tubo puede ademas comprender una region difusora ubicada entre el distribuidor y el tubo de entrada.
El area de seccion trasversal de la region de distribuidor del tubo puede ser mas grande que el area de seccion trasversal del tubo en la que esta ubicada a la turbina.
El aparato tal y como se describio anteriormente puede estar fijado a una presa para proporcionar un pasaje de flujo a traves de la presa.
Un aspecto adicional de la invencion comprende un sistema para generar electricidad a partir de un flujo de agua que comprende: una barrera para ubicarse a traves de la seccion trasversal de un cuerpo de agua que fluye; y
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prevista en al menos un aparato tal y como se describio anteriormente, en donde el aparato esta situado de tal manera que durante el uso proporciona una trayectoria de flujo desde el lado aguas arriba de la barrera al lado aguas abajo de la barrera.
La barrera puede comprender al menos dos aparatos como los descritos anteriormente. De forma preferible, la barrera comprende un conjunto de aparatos como los descritos anteriormente. Los aparatos son incorporados en la barrera para proporcionar una trayectoria de flujo desde un lado de la barrera al otro.
La region de entrada y la region de salida se pueden invertir para usar de forma bidireccional tal como en un flujo de marea. A modo de ejemplo, las caractensticas en la region de entrada tal como un tubo con una turbina, tambien podnan estar previstas en la region de salida.
El aparato se puede utilizar para proporcionar un pasaje de flujo a traves de la barrera. Una barrera puede ser una presa u otra instalacion tal en un cuerpo de agua que crea una acumulacion o contencion de agua a alta presion en un lado.
Un aspecto adicional de la induccion comprende un metodo para proporcionar un pasaje de flujo a traves de una barrera a traves de un cuerpo de agua, que comprende: instalar un aparato como el descrito anteriormente en la barrera.
Un aspecto adicional de la invencion comprende un metodo para generar electricidad a partir de un flujo de agua, que comprende:
- instalar un sistema o aparato como los descritos anteriormente a traves de un cuerpo de agua para proporcionar una acumulacion de agua, de tal manera que se crea una diferencia de carga entre los lados aguas abajo y aguas arriba de la barrera; y
- utilizar el flujo de agua a traves del aparato para rotar la turbina.
En la siguiente descripcion, los terminos “aguas arriba” y “aguas abajo” son utilizados para definir ubicaciones relativas de caractensticas de los aparatos. Las direcciones aguas arriba y aguas abajo son definidas en relacion a la direccion en la cual fluye el agua a traves del aparato durante el uso. El extremo aguas arriba puede ser considerado la region de entrada y el extremo aguas abajo puede ser considerado la region de salida.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describira ahora a modo de ejemplo con referencia los dibujos que acompanan:
La figura 1 muestra una vista lateral en seccion trasversal de un modo de realizacion de la invencion;
La figura 2 muestra una vista lateral en seccion trasversal de un modo de realizacion de la invencion;
La figura 3 muestra un ejemplo de una camara de mezclado para el uso en el aparato de la invencion;
La figura 4 muestra una vista seccionada del tubo y la turbina para el uso con la invencion;
La figura 5 muestra una vista seccionada de un modo de realizacion de la seccion convergente para el uso en el aparato de la invencion;
La figura 6 muestra una vista lateral en seccion trasversal de un modo de realizacion de la invencion;
Las figuras 7 y 8 muestran vistas seccionadas de la seccion convergente para el uso en el aparato de la invencion;
Las figuras 9 y 10 muestran ejemplos de diferentes modos de realizacion de la invencion; y
Las figuras 11 y 12 muestran vistas en planta esquematicas de modos de realizacion de la invencion.
Modo(s) de llevar a cabo la invencion
La figura 1 muestra un sistema de acuerdo con la invencion para convertir un flujo de agua en electricidad. El
sistema comprende una barrera 10 situada a traves de la anchura de un cuerpo de agua y un aparato 12 que
proporciona un pasaje de flujo para el agua a traves de la barrera 10 y desde el lado aguas arriba de la barrera al lado aguas abajo de la barrera. El sistema convierte la energfa del flujo hidraulico en energfa potencial hidraulica y despues convierte la energfa potencial hidraulica en energfa electrica. La resistencia de la barrera al flujo induce una elevacion en la superficie libre del agua, aguas arriba, creando un inventario de energfa potencial hidraulica que conduce el flujo a traves del aparato y desde el cual se extrae la energfa mecanica para la conversion en
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electricidad. El inventario de ene^a hidraulica potencial en la superficie libre aguas arriba elevada se recarga de forma continua mediante la ene^a cinetica del flujo aguas arriba.
Con referencia las figuras 1 y 2, el aparato 12 proporciona un pasaje de flujo desde una ubicacion aguas arriba a una ubicacion aguas abajo de la barrera 10. El aparato 12 comprende una seccion 14 convergente que se estrecha hacia una camara 16 de mezclado de manera que se define un venturi 18 en un lfmite de la seccion convergente y de la camara 16 de mezcla. Una seccion 20 difusora divergente se extiende desde la salida de la camara 16 de mezclado.
Un tubo 22 esta ubicado a lo largo de al menos parte de la longitud de la seccion 14 convergente de tal manera que se forma un anillo 24 entre la superficie exterior del tubo 22 y la superficie interior de las paredes que definen la seccion 14 convergente. El eje longitudinal del tubo 22 esta alineado de forma sustancial con el eje longitudinal de la seccion 14 convergente. Una turbina 26 esta ubicada dentro del tubo 22 y conectada a un generador 28 a traves de un arbol 30 de accionamiento.
Una primera trayectoria de flujo para el flujo 32 primario se define dentro del anillo 24 entre el tubo 22 y las paredes de la seccion 14 convergente. Una segunda trayectoria de flujo para un flujo 34 secundarios se define dentro del tubo 22. El anillo no esta restringido a un espacio circular con forma de anillo entre el tubo y las paredes interiores de la seccion convergente. La forma del anillo dependera de la forma de la seccion transversal de la seccion convergente y del tubo.
La barrera 10 a traves del cuerpo de agua proporciona una carga de presion aguas arriba del aparato. Este convierte algo de la energfa cinetica de la velocidad de flujo en energfa potencial del nivel de agua elevado a medida que el flujo se frena a medida que la profundidad de agua detras de la barrera se hace mas profunda. La diferencia (H) de carga resultante permite la conversion de la energfa potencial en energfa util por encima del lfmite de salida superior, conocido como el lfmite de Betz, de un dispositivo de corriente libre que extrae energfa cinetica directamente de un flujo equivalente. El agua del lado aguas arriba de la barrera 10 fluye a traves de la seccion 14 convergente dentro de la camara de mezclado, y despues fuera del aparato a traves de la seccion 20 difusora. Un flujo 34 secundario a traves del tubo 22 es inducido el cual accion a la turbina 26 y por tanto alimenta al modulo de generador.
La seccion 14 convergente acelera el flujo de agua en la zona de baja presion del venturi, formada de acuerdo con el
teorema de Bernoulli. La zona de baja presion induce el flujo secundario a traves del tubo. Tanto los flujos primario como secundario entran en la camara de mezclado donde los dos flujos se mezclan. El flujo mezclado entra en la seccion difusora y la velocidad del flujo de agua se ralentiza a medida que se mueve a traves de la seccion difusora. A medida que el agua fluye a traves de la seccion 20 difusora el flujo vuelve a ganar su carga estatica y pierde su carga dinamica antes de que salga de la seccion 20 difusora aguas abajo. Esto preserva la carga estatica baja en el venturi.
Por tanto, el aparato es capaz de convertir un flujo de carga baja de alto volumen en un flujo de carga alta de bajo
volumen a partir de la energfa electrica que se puede generar con una turbina de reaccion convencional.
La mayor parte, el flujo 32 primario, del flujo de agua pasara a traves del anillo 24 formado entre las paredes de la seccion 14 convergente y del tubo 22. Un volumen de agua mas pequeno, el flujo 34 secundario, fluira a traves del tubo 22 accionando la turbina 26. Cuando el flujo 32 primario converge hacia el venturi en la seccion convergente, el flujo 32 primario acelera y pierde carga estatica de acuerdo con el teorema de Bernoulli. El flujo 32 primario a alta velocidad fuera del tubo 22 en la salida del tubo ayuda a conducir el flujo 34 secundario mas lento fuera del extremo del tubo 22 en el flujo 32 primario.
En un modo de realizacion, el dispositivo es disenado de manera que aproximadamente un 80% del flujo de agua pasa a traves del anillo 24 y aproximadamente el 20% restante del flujo de agua es conducido a traves del tubo 22.
La seccion convergente tiene la forma de un embudo que tiene una primera abertura como una entrada para recibir agua desde detras de la barrera en un extremo y una abertura mas estrecha en una salida en el extremo opuesto para liberar agua en la camara 16 de mezclado. La seccion 14 convergentes se estrecha desde el extremo aguas arriba hacia la entrada de la camara 16 de mezclado. Se define un venturi en el lfmite de la seccion convergente y de la camara de mezclado. Los parametros de la seccion convergente, tales como el angulo a (alfa) de convergencia, la longitud, la seccion y el tamano, tales como los diametros de la entrada y de la salida de la seccion convergente se pueden seleccionar para optimizar el rendimiento del aparato.
La camara 16 de mezclado proporciona un area en la cual se puede combinar el flujo secundario y primario para formar un flujo sustancialmente uniforme, que es sustancialmente homogeneo antes de salir de la camara de mezclado en la seccion 20 difusora con un perfil de velocidad que permite una recuperacion de presion suficiente en el flujo a traves de la seccion difusora para mantener la diferencia de presion entre la presion baja y el venturi y la presion mas alta en la salida de la seccion difusora. La presion baja por lo tanto mantenida en el venturi adyacente al extremo aguas abajo del tubo se comunica con la cara posterior de la turbina montada dentro del tubo que proporciona una cafda de carga amplificada a traves de la turbina.
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La camara de mezclado esta configurada para maximizar la energfa de salida de una turbina ubicada en el flujo secundario. Esto se logra, al menos en parte, mediante la camara de mezclado que esta configurada para optimizar los regfmenes de flujo en la region inmediatamente aguas abajo del punto en el que el flujo secundario a traves de la turbina inducido por la presion baja en el venturi comienza a mezclarse con el flujo primario. La camara de mezclado esta configurada para optimizar la transferencia de energfa del flujo primario al flujo secundario en la camara de mezclado.
La camara de mezclado tiene una abertura, una salida y una longitud no nula para proporcionar un espacio entre la abertura y la salida en el cual se pueda mezclar el flujo. La longitud (L) de la tubena que define la camara 16 de mezclado es seleccionada de tal manera que un flujo aproximadamente condicionado se obtiene antes de que el flujo entre en la seccion difusora. Seleccionando la longitud correcta para las condiciones de flujo y de presion se asegura que haya una transferencia de energfa optima entre el flujo primario que se mueve rapido y el flujo secundario mas lento, de tal manera que hay un perfil de velocidad aceptable a traves de los dos flujos antes de que los flujos combinados entren en la seccion difusora.
A modo de ejemplo, la seccion convergente, el tubo situado a traves de la misma y la configuracion de la camara de mezclado junto con la seccion difusora y el diseno de la turbina en el tubo, estan todos configurados como un sistema para optimizar la cafda de presion en el tubo a traves de la turbina en conjuncion con el caudal volumetrico inducido a traves del tubo que pasa a traves de la turbina ubicada en el mismo para maximizar la salida de la turbina.
A diferencia de las maquinas de energfa cinetica en una corriente de fluido libre, en donde la potencia maxima en cualquiera de dichas maquinas esta sujeta al lfmite de Betz, y un conjunto de dichas maquinas requiere que sean colocadas con una separacion significativa entre cada maquina, esta invencion crea primero un inventario de energfa hidraulica potencial a partir de energfa cinetica del flujo completo elevando el nivel de agua aguas arriba debido a la provision de la barrera a traves de toda la anchura del cuerpo de agua y despues concentra la mayona de este inventario de energfa potencial en una parte mas pequena del flujo que pasa a traves del tubo en el cual se monta una turbina adecuada y a traves del cual se crea una cafda de presion amplificada de forma correspondiente permitiendo a la energfa electrica ser generada en una eficiencia “agua a cable” alta.
La presente invencion aborda problemas que se encuentran comunmente en el uso de un conjunto de turbinas de corriente libre situadas a su vez a traves de un cuerpo de agua. Si dicho conjunto de turbinas de corriente libre fueron situadas a traves del mismo cuerpo de agua que fluye como la presente invencion, para lograr eficiencias aceptables, el diametro del disco de turbina de la turbina de corriente libre sera mucho mas grande que para la presente invencion. La velocidad de rotacion de la turbina de la turbina de corriente libre sera mucho mas lenta y por lo tanto necesitara una caja de cambios elevadora par pesadas para accionar su generador en comparacion al aparato de la presente invencion. En muchos lugares, incluyendo la mayona de los nos y muchos lugares de estuarios de mareas, el diametro deseable de una turbina de corriente libre puede exceder de forma significativa la profundidad de agua disponible. Como se puede utilizar una turbina mas pequena con el sistema de la invencion para lograr eficiencias equivalentes y/o mayores, el sistema es adecuado para ser utilizado en un rango mas grande de sitios.
La superficie libre del agua aguas arriba por detras del sistema de la invencion es elevada a lo largo de toda la anchura del flujo, tfpicamente, de 1,5 m a 3,5 m. Para turbinas de corriente libre, habra un “abultamiento” en la superficie del agua por encima de la turbina, provocado por la resistencia de la turbina al flujo de agua, y que es una medida de la capacidad de generacion de energfa de la turbina de corriente libre. Este abultamiento es tfpicamente indetectable a simple vista. La elevacion justo aguas arriba de una turbina de superficie libre es casi imperceptible debido a las restricciones del lfmite de Betz. Ademas, este volumen elevado pequeno es local para cada turbina de corriente libre en planta y el lfmite de Betz tambien prescribe un agua abierta significativa entre cada turbina de corriente libre conjunto de manera que el volumen del agua elevada por encima y justo aguas arriba de una turbina de corriente libre o conjunto de turbinas es radicalmente mas pequena que la elevacion aguas arriba de la invencion situada a traves del mismo cuerpo de agua que fluye, tfpicamente mediante un orden de magnitud o mas. Esta comparacion de volumenes del agua elevada es una medida directa de la energfa comparativa disponible para la conversion en energfa electrica por cada tipo de maquina. El sistema de la invencion, por lo tanto, tfpicamente, tiene un orden de magnitud o mas de energfa disponible para ello que la que tiene una turbina de corriente libre o conjunto de turbinas de corriente libre a partir del mismo cuerpo de agua.
Ademas, la invencion crea una elevacion de carga mucho mas grande aguas arriba que la que se podna desplegar de una turbina de corriente libre y, entonces, amplifica tfpicamente esa diferencia de carga adicionalmente por un factor de 3 a 5 veces en el flujo secundario inducido el cual es tfpicamente un 20% del flujo aguas arriba. Asf la carga de accionamiento (presion) de la turbina en la invencion es mayor que aquella a traves de una turbina de corriente libre, tfpicamente en un orden de magnitud o mas. Este aparato de la invencion puede por tanto utilizar una turbina con un diametro que es mas pequeno en un orden de magnitud o mas, y rota a una velocidad que es mas alta en un orden de magnitud o mas, que una turbina de corriente libre tfpica.
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Una presa hidroelectrica tfpica, donde una barrera a traves de una fuente de agua canaliza todo el flujo de agua a traves de la turbina requiere una diferencia de carga de tfpicamente 5 m o mas para hacer que el generador trabaje de forma eficiente. Sin embargo, debido a la amplificacion de presion en el flujo secundario inducido, la invencion puede funcionar como una turbina rentable en diferencias de carga de alrededor de 1,5 m.
Con referencia la figura 3, en un modo de realizacion de la invencion, la camara 16 de mezclado puede estrecharse en la direccion aguas abajo un angulo p, beta, de medio cono, de tal manera que la salida de la camara de mezclado es mas estrecha que su entrada. El angulo de medio cono de la camara de mezclado puede ser positivo o negativo. En un modo de realizacion alternativo, la camara de mezclado puede estrecharse en la direccion aguas arriba de manera que la salida de la camara de mezclado es mas ancha que la entrada de la camara de mezclado, es decir, la camara de mezclado diverge a lo largo de su longitud hacia la seccion difusora. Teniendo una camara de mezclado estrechada se puede facilitar la transferencia de energfa entre el flujo primario a una velocidad mas alta a traves del anillo y el flujo secundario mas lento que sale del tubo 22.
El extremo aguas abajo de la camara 16 de mezclado esta conectado a la seccion 20 de difusor. La seccion de difusor tiene la forma de un embudo que tiene una primera abertura como una entrada para recibir agua desde la camara 16 de mezclado y una abertura mas ancha con una salida en el extremo opuesto para liberar agua devuelta al flujo libre en el lado aguas abajo de la barrera. La seccion 20 difusora diverge hacia fuera desde la salida de la camara 16 de mezclado para ralentizar el flujo y recuperar la presion estatica antes de que salga de la seccion 20 difusora y para minimizar la perdida de energfa a traves de la turbulencia. El angulo de desviacion se puede seleccionar para optimizar el rendimiento del difusor.
Los parametros de la seccion difusora, tales como la longitud de la seccion, el angulo 0 de divergencia y la relacion del area de seccion trasversal de la primera y segunda aberturas se seleccionan para suprimir la turbulencia y para reducir las perdidas de energfa provocadas por la rotura del flujo, a medida que el flujo decelera hasta la velocidad de corriente libre. Una turbulencia indebida, remolinos y la rotura del flujo pueden perjudicar a la recuperacion de presion a medida que el flujo se aproxima a la salida de la seccion difusora. Los parametros son seleccionados para maximizar la recuperacion de presion de manera que la presion en la salida del difusor, que se establece por la profundidad del agua aguas abajo, es tan alta como sea posible por encima de la presion en el venturi.
El tubo 22 se extiende a lo largo de al menos parte de la longitud de la seccion 14 convergente y esta ubicado centralmente dentro de la seccion 14 convergente. El tubo puede tener un diametro sustancialmente uniforme a lo largo de su longitud. La entrada del tubo que tiene sustancialmente el mismo diametro que la salida del tubo. Con referencia las figuras 2 y 7, el tubo 22 esta soportado dentro de la seccion 14 convergente mediante brazos 36 de soporte radiales que se extienden desde la superficie exterior del tubo 22 a la superficie interior de la seccion 14 convergente. El numero de brazos de soporte presentes puede variar. De forma preferible se pueden utilizar 3 o 4 brazos de soporte, sin embargo, se pueden utilizar mas o menos brazos de soporte si se requiere. Los brazos de soporte estan perfilados para minimizar la perdida de energfa en el flujo primario.
En un modo de realizacion adicional, el tubo puede comprender una region convergente en su extremo aguas arriba. La region convergente del tubo facilita una alta velocidad del flujo a traves de la turbina. El tubo puede tener una region divergente en el extremo aguas abajo del tubo aguas abajo de la turbina. La region divergente del tubo actua como un difusor para ayudar a proporcionar una comparacion preferida entre la velocidad del flujo secundario que sale del tubo y el flujo primario anular en la seccion divergente.
La entrada del tubo esta expuesta a la carga estatica aguas arriba y el extremo aguas abajo del tubo esta expuesto a la carga estatica reducida en la region del venturi. El tubo proporciona una trayectoria de flujo entre la carga estatica alta aguas arriba y la carga estatica baja aguas abajo en el venturi. El flujo 34 secundario pasa a traves del tubo 22, inducido por la cafda de carga amplificada entre el extremo aguas arriba del tubo y el venturi. Una turbina 26 esta ubicada dentro del tubo 22 y esta conectada mediante un arbol 30 de accionamiento a un generador 28 y extraer energfa del flujo secundario. Debido a la baja presion en el venturi, la cafda de presion entre la salida del tubo 22 y la entrada del tubo se mejora para coincidir de forma mas proxima a la presion de diseno en la cual la turbina de flujo axial de alta velocidad trabaja mejor.
Tal y como se muestra en las figuras 2 y 6, el extremo aguas abajo del tubo 22 esta ubicado dentro de la seccion 14 convergente de tal manera que el extremo aguas abajo del tubo esta expuesto a la carga estatica reducida en la region del venturi. El extremo aguas abajo del tubo termina a una distancia X1 de la camara 16 de mezclado. El extremo aguas arriba del tubo 22 se extiende fuera de la entrada de la seccion 14 convergente a una distancia X2. Las distancias X1 y X2 se seleccionan para optimizar el rendimiento del dispositivo y para minimizar el flujo secundario a traves del tubo.
X1 y X2 pueden ser positivas o negativas de tal manera que, en una configuracion del aparato, el extremo aguas arriba del tubo puede estar situado dentro de la seccion convergente y en otra configuracion del aparato el extremo aguas abajo del tubo puede estar situado dentro de la camara de mezclado.
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La habilidad para variar la distancia X2 asegura que el extremo aguas arriba del tubo 22 se extiende fuera de mas alia de la entrada de la seccion 14 convergente una distancia optima que proporciona acceso al extremo aguas arriba del tubo 22 a una carga de presion aguas arriba maximas sin perdidas de energfa de rozamiento indebidas en el flujo secundario dentro del tubo provocadas por ser demasiado largo.
El flujo 32 primario de alta velocidad fuera del tubo en la salida del tubo ayuda a conducir el flujo 34 secundario mas lento a traves del tubo y fuera del extremo del tubo dentro del flujo primario. El flujo 34 secundario acelera a medida que se mezcla con el flujo 32 primario. Variando X1, la posicion de la salida del tubo, desde aguas arriba del venturi hasta dentro de la camara de mezclado invoca diferentes caractensticas de mezclado en lo que es un regimen de flujo turbulento y complejo. La flexibilidad para hacer dichos cambios detallados permite que se seleccione un regimen de mezclado optimo para adecuarse a cualquier diseno y condiciones de flujo.
En un modo de realizacion, el tubo 22 es movil hacia adelante o hacia atras (aguas abajo o aguas arriba) con respecto a la camara de mezclado en la direccion axial. Tal y como se muestra en las figuras 5 y 6, el tubo 22 esta soportado en la seccion 14 convergente mediante un buje 42 de soporte hueco. Los brazos 36 de soporte se extienden radialmente desde el buje a la superficie interior de la seccion 14 convergente. El numero de brazos de soporte puede variar y estan perfilados para minimizar las perdidas de energfa en el flujo primario.
El buje 42 y el tubo 22 comprenden un mecanismo de tornillos y rosca complementarios para permitir el movimiento del tubo con respecto a la seccion convergente. Un tornillo roscado dentro del buje se acopla con un roscado de engranaje alrededor de la parte local de la superficie externa del tubo adyacente al buje de soporte. Un mecanismo rotatorio rota el tubo 22 y permite que se vanen las distancias X1 y X2 durante el funcionamiento de manera que se vanen de forma adecuada las condiciones de funcionamiento. Se pueden emplear otros mecanismos de indexado que pueden mover la posicion del tubo con respecto a la seccion convergente y a la seccion de mezcla. Los bordes del buje pueden estar perfilados para ser suaves para minimizar la interferencia de flujo en el flujo primario.
Proporcionando la turbina antes del venturi en el tubo se permite que la cara aguas arriba de la turbina este expuesta a una cara aguas arriba ambiente mientras que la cara aguas abajo de la turbina esta expuesta a una zona de baja presion de manera que hay una diferencia de presion a traves de la longitud del tubo que crea el flujo secundario. La turbina es capaz de tomar energfa del flujo secundario que es empujado a traves del tubo por la presencia de la region de baja presion en la salida del tubo.
El tubo puede comprender un conjunto fijo de soporte radial que soporta palas de un sentido opuesto a las palas de la turbina. Por ejemplo, las palas de soporte pueden estar dispuestas a mano derecha y las palas de turbina pueden estar dispuestas a mano izquierda o viceversa. El conjunto fijo de palas de soporte radiales actua como palas de enderezamiento de flujo que tienen un sentido opuesto a las palas de turbina. El conjunto de palas de soporte radiales puede estar situado dentro del tubo o bien aguas arriba o aguas abajo de la turbina y estan disenadas para asegurar que cualquier energfa rotatoria inducida en el flujo por la turbina sea contrarrestada de tal manera que el flujo que emerge del tubo es tan proximo como sea posible al axial.
Con referencia las figuras 4, 6 y 8, la turbina de flujo axial es soportada mediante un estator que tiene una pluralidad de palas 38 de soporte se extienden radialmente ubicadas aguas arriba de la turbina. El estator puede comprender dos o mas, de forma preferible cinco o mas palas 38 de soporte radiales. Un cojinete 40 de arbol esta montado en el arbol 30 de accionamiento en el centro de las palas 38 de soporte. Cada pala de soporte tiene un angulo de ataque al flujo secundario de manera que se introduce un retorcimiento previo en el flujo secundario en el sentido opuesto al que es causado por el conjunto de rotor de la turbina como resultado del flujo secundario a traves del tubo. Los angulos de ataque de sentido opuesto de las palas de estator y de rotor son seleccionados para maximizar la salida de potencia y crear un flujo que salga del extremo aguas abajo del tubo 22 en una direccion esencialmente axial con el retorcimiento mmimo. La turbina 26 esta conectada por el arbol 30 de accionamiento a un generador electrico. El generador puede estar ubicado bajo el agua, dentro o en estrecha proximidad a la barrera. En otros modos de realizacion, el generador puede estar ubicado alejado del aparato y/o fuera del agua, accionado mediante una correa o tren de accionamiento adecuados que conectan la turbina al regenerador. Otros sistemas adecuados tales como ruedas de polea, correas de accionamiento, ruedas de engranajes, arboles de accionamiento, bombas hidraulicas, conjuntos de tubenas y motores hidraulicos y mezclas de estos sistemas se pueden utilizar para conectar la turbina al generador. En modos de realizacion adicionales, el regenerador puede ser integral con la turbina.
La relacion del area (A1) de seccion trasversal de la camara 16 de mezclado con respecto al area (A2) de seccion trasversal del extremo aguas abajo del tubo 22 influye al rendimiento del venturi. La relacion de A1:A2 se selecciona para optimizar el flujo secundario a traves del tubo y maximizar el rendimiento del aparato. El area (A1) de seccion trasversal de la camara 16 de mezclado y el area (A3) de seccion trasversal de la entrada de la seccion 14 convergente tambien influye al rendimiento del venturi y se selecciona para optimizar el flujo secundario a traves del tubo y para maximizar el rendimiento del aparato.
Tal y como se muestra en la figura 9 en un modo de realizacion, la entrada de la seccion 14 convergente y la salida de la seccion 20 difusora pueden tener una seccion trasversal sustancialmente rectangular. La seccion 14 convergente y la seccion 20 difusora pueden estrecharse hacia la camara 16 de mezclado que tiene una seccion
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trasversal sustancialmente circular. En configuraciones alternativas, el dispositivo puede tener una seccion transversal sustancialmente circular de diametro variable a lo largo de su longitud. Tal y como se muestra en la figura 10, la entrada de la seccion 14 convergente, la salida de la seccion 20 difusora y la camara 16 de mezclado todas ellas tienen una seccion trasversal sustancialmente circular. Tambien se contemplan otras formas de seccion trasversal y combinaciones de formas para la entrada de la seccion convergente y la salida de las secciones difusoras tales como secciones transversales ovales y/o rectangulares en donde las esquinas internas son redondeadas.
La relacion del area de seccion trasversal de la entrada de la seccion convergente con respecto al area de seccion trasversal de la salida de la seccion difusora se selecciona para optimizar el rendimiento del dispositivo. En un modo de realizacion, estas dos areas son sustancialmente iguales. La relacion se selecciona de manera que las condiciones de flujo aguas abajo del dispositivo se han impactadas de forma minima por la instalacion del dispositivo y las condiciones de flujo en la salida del dispositivo reproduzcan de forma efectiva las condiciones ambientes que prevalecen en el cuerpo de agua antes de la instalacion de los dispositivos.
En un modo de realizacion, una pantalla (no mostrada) es ubicada a traves de la entrada del tubo. La pantalla tiene aberturas para permitir al agua seguir pasando a traves del tubo. La pantalla puede ser cualquier pantalla adecuada que siga permitiendo pasar al flujo secundario a traves del tubo. En un modo de realizacion de la pantalla es una pantalla de peces.
Con referencia las figuras 11 y 12, un aparato 110 para generar electricidad comprende un conjunto de modulos de venturi, cada uno que tiene una seccion 112 convergente, una camara 114 de mezclado y una seccion difusora divergente. En cada modulo la seccion convergente se estrecha hacia la camara de mezclado de tal manera que se define un venturi en la region del lfmite de la seccion convergente y la camara de mezclado. Una seccion difusora se extiende desde la salida de la seccion difusora.
Un tubo 116 que tiene una unica entrada esta ubicado a lo largo de al menos parte de la longitud de cada seccion 112 convergente y se extiende aguas arriba en el flujo primario una distancia adecuada. Los pasajes del primer flujo para el flujo 124 primario se definen dentro del aparato entre la parte del tubo 116 ubicada dentro de la seccion convergente y las paredes de las secciones 112 convergentes.
El tubo 116 comprende una pluralidad de tubos 118a, 118b, 118c de salida que se unen en un distribuidor 120 que se conecta a una seccion 122 de entrada unica del tubo. El tubo define una segunda trayectoria de flujo para el flujo 126 secundario. La entrada del tubo esta ubicada aguas arriba de los modulos de manera que la entrada esta expuesta a la carga estatica aguas arriba y el tubo proporciona una trayectoria de flujo entre la carga estatica alta aguas arriba y la carga estatica baja en el venturi. Se puede ubicar una pantalla perforada (no mostrada) a traves de la entrada de la seccion 122 de entrada.
La turbina 128 esta ubicada en la seccion de entrada del tubo en una region comun de la segunda trayectoria de flujo, antes de que el tubo se divida para formar tubos de salida separados para dirigir el flujo 126 secundario a cada seccion 112 convergente.
Un flujo 126 secundario combinado es inducido a traves del tubo 116 y la turbina 128 unica mediante las zonas de baja presion en los venturis. El tubo puede comprender una region 130 difusora entre la turbina y el distribuidor.
La posicion en la que los tubos 118a, 188b, 188c de salida se doblan y se unen esta situada lo suficientemente lejos aguas arriba para no molestar al patron de flujo 124 primario que entra en cada seccion 112 convergente. La union de cada tubo 118a, 118b, 118c con el flujo secundario combinado dentro del flujo distribuidor es perfilado para ser suave, limitando la turbulencia inducida en cualquier doblado afilado o borde interno.
Donde una turbina 128 unica que sirve a un grupo de dispositivos individuales de esta manera esta suficientemente alejada de los dispositivos de venturi, el area de seccion trasversal del distribuidor 130 esta preferiblemente configurada para ser mas grande que la de la turbina 116 por tanto limitando la velocidad de flujo en el distribuidor 130 y por tanto limitando las perdidas de energfa cinetica correspondientes que podnan de otro modo ocurrir.
Instalando varios modulos juntos en un unico curso de agua, se permite a los modulos ser combinados entre sf en grupos con un sistema de tubenas comunes de tal manera que el flujo secundario inducido de varios tubos de salida en la seccion convergente multiple se combina entre sf y ese flujo combinado es conducido a traves de la turbina unica de una capacidad mas grande que la turbina que podna de otro modo ser instalada en cada tubo separado, dentro de la seccion convergente.
Combinando los flujos secundarios se pueden emplear menos turbinas y generadores pero mas grandes que de otro modo se podnan necesitar. Esto puede llevar a una complejidad menor y a una rentabilidad mejorada.
La barrera 10 puede comprender un aparato unico para generar energfa a partir de flujo del agua. En configuraciones adicionales del sistema se puede conectar un conjunto de aparatos 12 a la barrera. De forma
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preferible, los aparatos estan ubicados en la base de la barrera. Sin embargo, en otras configuraciones, los aparatos pueden estar ubicados a diferentes alturas de la barrera.
El aparato esta ubicado en un cuerpo de agua para generar electricidad a partir del flujo de agua. Los aparatos 12 estan conectados a la barrera 10 de tal manera que al menos una porcion de la barrera se extiende sustancialmente de forma perpendicular por encima de los aparatos y por encima del nivel del agua, de manera que la diferencia de carga se crea entre los lados aguas arriba y aguas abajo de la barrera, cuando se instala a traves de un grupo de agua. Cuando los aparatos estan ubicados en la base de la barrera la mayona de la altura de la barrera se extendera por encima de los aparatos.
Los aparatos pueden extenderse transversalmente a traves de la presa. Dependiendo de la anchura de la barrera el aparato puede estar englobado dentro de la barrera o extenderse fuera de los lados aguas arriba y/o aguas abajo de la barrera.
En una configuracion al menos la seccion convergente, la seccion divergente y la camara de mezclado estan ubicadas dentro de la barrera. La entrada de la seccion convergente es sustancialmente en lmea con el lado aguas arriba de la barrera y la salida de la seccion divergente esta sustancialmente en lmea con el lado aguas abajo de la barrera.
En otra configuracion, los aparatos pueden extenderse aguas abajo de la barrera, de manera que la entrada de la seccion convergente este sustancialmente en lmea con el lado aguas arriba de la barrera, mientras que la salida de la seccion divergente se extiende mas alla de la anchura de la barrera.
La barrera puede estar instalada para minimizar el flujo de baipas alrededor de la estructura. En un modo de realizacion, la barrera esta instalada en el lecho del flujo de la corriente, no o marea y a traves de toda la anchura del flujo de la corriente, no o marea para minimizar el flujo de baipas.
Aunque el dispositivo es descrito con referencia a ser parte de un sistema de barrera en un cuerpo de agua para generar energfa a partir de un flujo de fluido. El dispositivo tambien se puede utilizar en otras aplicaciones para generar la electricidad en las que hay un flujo de carga baja de alto volumen.
A la vista de estas y otras variantes dentro del concepto inventivo, debena hacerse referencia a las reivindicaciones adjuntas. Se pueden realizar otros cambios dentro del alcance de la invencion. Por ejemplo, las caractensticas descritas adicionalmente para el aparato que comprenden la seccion convergente unica tambien se pueden incorporar en el aparato que comprende modulos de venturi multiples. Aunque el aparato con modulos de venturi multiples se ejemplifica con cuatro tubos de venturi, mas o menos modulos se pueden incluir en el aparato, por ejemplo, pueden estar presentes dos o mas modulos de venturi.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un aparato (12) para generar electricidad a partir de un flujo de agua que comprende:
    - una seccion (14) convergente conectada a un primer extremo de una camara (16) de mezclado que define una entrada a la camara de mezcla de tal manera que se define un venturi (18) entre el extremo de la seccion (14) convergente y la camara (16) de mezclado;
    - una seccion (20) difusora conectada a un segundo extremo de la camara (16) de mezclado que define una salida de la camara de mezclado, el difusor configurado de tal manera que durante el uso la presion en la salida del difusor (20) es mayor que la presion en el venturi (18);
    - al menos parte de un tubo (22) ubicado en la seccion (14) convergente, de tal manera que un anillo (24) se define entre el tubo (22) y la seccion (14) convergente, para formar un primer pasaje de flujo para un flujo primario, y el tubo (22) que define un segundo pasaje de flujo dentro del tubo para un flujo secundario; y
    - una turbina (26) que se puede conectar a un generador;
    en donde la turbina esta ubicada dentro del tubo (22) caracterizado porque el aparato esta configurado de tal manera que durante el uso el flujo primario se mezcla con el flujo secundario en la camara de mezclado para formar un flujo mezclado el cual puede entrar en la seccion difusora.
  2. 2. El aparato de acuerdo con la reivindicacion 1 que ademas comprende una pantalla ubicada a traves de la abertura del tubo (22).
  3. 3. El aparato de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2 en donde el tubo (22) es movil con respecto a la seccion (14) convergente y a la camara (16) de mezclado.
  4. 4. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el tubo esta conectado a la superficie interior de la seccion (14) convergente mediante brazos (36) de soporte.
  5. 5. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el tubo esta soportado dentro de un buje (42).
  6. 6. El aparato de acuerdo con la reivindicacion 5 en donde el buje (42) comprende un mecanismo de movimiento para mover axialmente el tubo (22).
  7. 7. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el extremo aguas arriba del tubo (22) esta ubicado dentro de la seccion (14) convergente o aguas arriba de la entrada de la seccion (14) convergente.
  8. 8. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que ademas comprende un conjunto de palas (38) de soporte radiales dentro del tubo (22), en donde el conjunto de palas de soporte radiales estan ubicadas aguas abajo de la turbina y/o aguas arriba de la turbina.
  9. 9. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tubo tiene una region convergente en su extremo aguas arriba o una region divergente en su extremo aguas abajo.
  10. 10. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el tubo tiene un diametro sustancialmente uniforme a lo largo de su longitud.
  11. 11. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la seccion (20) difusora, la seccion (14) convergente y/o la camara (16) de mezclado tienen una seccion trasversal sustancialmente circular.
  12. 12. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la camara (16) de mezclado converge en la direccion aguas abajo o en donde la camara de mezclado diverge la direccion aguas abajo.
  13. 13. Un aparato (110) para generar electricidad a partir de un flujo de agua, que comprende:
    - una pluralidad de tubos de venturi, cada tubo de venturi que comprende:
    - una seccion (112) convergente, cada seccion (112) convergente conectada a un primer extremo de una camara (114) de mezclado que define una entrada a la camara de mezclado, de manera que se define un venturi entre el extremo de la seccion (112) convergente y de la camara (114) de mezclado; y una
    - seccion difusora, cada seccion difusora conectada a segundo extremo de una de las camaras de mezclado que define una salida a la camara de mezclado, el difusor configurado de manera que durante el uso de la presion en la salida del difusor es mayor que la presion en el venturi;
    5
    10
    15
    20
    25
    el aparato que ademas comprende:
    - un tubo (116) que comprende un tubo (122) de entrada, un distribuidor (120) y una pluralidad de tubos (118) de salida que se extienden desde el distribuidor, en donde al menos parte de uno de los tubos (118) de salida esta ubicada en una de las secciones (112) convergente, de manera que se define un anillo entre el tubo de salida y la seccion convergente, para formar un primer pasaje de flujo para un flujo primario, y el tubo que define un segundo pasaje de flujo para un flujo secundario dentro del tubo; y
    - una turbina (128) que se puede conectar a un generador en donde la turbina esta ubicada dentro del tubo (116), caracterizado porque durante el uso el flujo primario se mezcla con el flujo secundario en las camaras de mezclado para formar un flujo mezclado que puede entrar en las secciones difusoras.
  14. 14. Un sistema para generar electricidad a partir de un flujo de agua que comprende:
    - una barrera (10) para ubicarse a traves de un cuerpo de agua que fluye; y provista de
    - al menos un aparato (12, 110) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el aparato (12, 110) esta situado de tal manera que durante el uso proporciona una trayectoria de flujo desde el lado aguas arriba de la barrera al lado aguas abajo de la barrera (10).
  15. 15. Un metodo de generacion de electricidad a partir de un flujo de agua, que comprende:
    - instalar un sistema como el reivindicado en la reivindicacion 14 o un aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 a traves de un cuerpo de agua para proporcionar una acumulacion de agua, de manera que se crea una diferencia de carga entre los lados aguas arriba y aguas abajo de la barrera; y
    - utilizar un flujo de agua a traves del aparato para rotar la turbina.
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