ES2980373T3 - Sistema avanzado de potencia hidráulica por momento de gravedad - Google Patents

Abstract

Un sistema de generación de energía basado únicamente en la gravedad incluye una carcasa con agua en una cámara principal. Un pistón convertible interactúa con el agua para desplazarla en un ciclo. El agua desplazada se dirige hacia y a través de unidades generadoras de energía, y el agua que sale de una unidad generadora de energía continúa hacia y a través de una unidad generadora de energía posterior a medida que el agua se mueve de regreso hacia la cámara principal de la carcasa. El agua puede entonces interactuar nuevamente con el pistón convertible para desplazarse nuevamente a través del ciclo de generación de energía. Se integran al menos dos sistemas de generación de energía separados para un suministro de energía ininterrumpido durante las 24 horas del día, los 7 días de la semana y los 365 días del año. Este ciclo continúa (no en el concepto de movimiento perpetuo), según sea necesario, para crear energía que se puede usar a pedido o almacenar de otra manera para uso futuro. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema avanzado de potencia hidráulica por momento de gravedad

Campo de la invención

La invención se refiere en general a la generación de energía, la conversión de energía, el almacenamiento de energía y, en particular, la generación de energía eléctrica con base en el uso efectivo de la gravedad, la fuerza de flotación, la ciencia de los materiales, el principio de momentos y la palanca.

Antecedentes de la invención

A medida que la población mundial crece y los avances de la tecnología continúan, el uso de dispositivos eléctricos también ha aumentado. Esto viene acompañado de un crecimiento exponencial de la potencia requerida por las técnicas, sistemas y similares de generación, y puede exacerbarse en las áreas rurales, donde el acceso a las principales redes de generación y distribución de potencia es menos accesible. Además, existen desafíos asociados con la mayoría de las técnicas y sistemas de generación de potencia. A continuación se muestran algunos ejemplos:

Central potenciada por combustibles fósiles: incluye todas las centrales de potencia que queman carbón, gas natural y petróleo y sus derivados para generar electricidad. Los combustibles fósiles son finitos, no renovables y su combustión produce gases de efecto invernadero tal como el dióxido de carbono que, según los estudios, causa un calentamiento global que conduce a un cambio climático adverso. La combustión de combustibles fósiles también produce otros contaminantes del aire, tales como óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, compuestos orgánicos volátiles y metales pesados. También produce calor residual que calienta aún más negativamente la atmósfera terrestre.

Planta de potencia nuclear: implica fisión nuclear atómica, desintegración nuclear o fusión nuclear de principalmente uranio y plutonio para generar calor que convierte el agua en vapor que acciona turbinas para generar electricidad. También genera calor residual sustancial que calienta negativamente la atmósfera terrestre y requiere un gran volumen de agua dulce escasa para enfriar los sistemas. La seguridad y los problemas de radiación para la vida asociados con el combustible y los desechos nucleares han generado resentimiento hacia la potencia nuclear. Más aún, la proliferación nuclear para convertirla en armas nucleares es una preocupación mundial que también limita su aceptación.

Potencia solar: utiliza celdas fotovoltaicas (PV) para convertir directamente la luz solar en energía eléctrica. Además, existe la potencia solar concentrada (CSP), que utiliza lentes, espejos y sistemas de seguimiento para enfocar una gran área de luz solar en un pequeño haz para calentar agua y convertirla en vapor para hacer girar las turbinas y generar potencia. Las celdas fotovoltaicas son costosas, dependen del clima, requieren sistemas de almacenamiento costosos y, sobre todo, requieren un espacio muy grande por kilovatio.

Potencia eólica: Se trata del uso de palas especialmente diseñadas unidas a un generador para capturar la energía eólica y convertirla en electricidad. Depende del clima (velocidad y duración del viento), por lo que la generación de potencia es intermitente, requiere sistemas de almacenamiento costosos, limitaciones de ubicación y requiere un área de terreno muy grande por kilovatio.

Potencia geotérmica: La energía geotérmica es la energía interna original de la Tierra y la energía almacenada debido a la desintegración radioactiva de los materiales dentro del núcleo terrestre. Esto implica la exploración y extracción de esta energía térmica del núcleo de la Tierra para calentar agua y convertirla en vapor para generar potencia o calentamiento directo perforando el núcleo de la Tierra y bombeando la roca fundida y el agua a la superficie de la Tierra. Sin embargo, esta roca fundida libera una mezcla de gases, en particular dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, metano y amoníaco, que provocan la lluvia ácida y el calentamiento global que conduce al cambio climático. Es costoso y se limita a ubicaciones cercanas a placas tectónicas.

Potencia mareomotriz: potencia aprovechada de las mareas oceánicas mediante turbinas especialmente diseñadas. Tiene una limitación de ubicación ya que su idoneidad está determinada por el flujo de marea, el aumento de la marea, la vulnerabilidad del ecosistema y la exposición al clima. Tiene un coste inicial muy elevado. Generalmente es perjudicial para la vida acuática.

Potencia hidroeléctrica: es potencia generada a partir del flujo de agua debido a la gravedad mediante turbinas especiales. Requiere represas costosas y puede impactar negativamente en la vida acuática y los ecosistemas naturales. Su ubicación está limitada ya que debe haber suficiente gradiente geológico para crear una altura de agua razonable para accionar las turbinas. También debe haber una masa de agua corriente, tal como un río. Los sistemas de potencia hidroeléctrica de bombeo requieren una fuente de potencia externa para bombear agua de regreso al depósito de almacenamiento para continuar generando potencia. Esto tiene un coste muy alto que reduce los márgenes de beneficio y lo hace menos atractivo para los inversores dado el enorme gasto de capital inicial.

Por lo tanto, existe un momento crucial, oportuno, y la extrema necesidad de combatir el cambio climático y contribuir a la profunda descarbonización de la atmósfera de la Tierra proporcionando una fuente de generación de electricidad más ecológica y rentable con emisiones limitadas o nulas y la huella de área más pequeña por kilovatio para satisfacer la demanda de electricidad tanto industrial como doméstica durante las 24 horas del día, los 7 días de la semana y los 365 días del año.

El documento DE102010033340 divulga una planta de potencia hidráulica que tiene un tanque de almacenamiento de agua inferior equipado con varias bombas de agua. Las bombas de agua se controlan de manera que el nivel de agua en el tanque de almacenamiento de agua superior sea el mismo que el nivel de agua en el tanque de almacenamiento de agua inferior. El agua se hace fluir desde el tanque de almacenamiento de agua superior hasta una turbina. Se proporciona un sistema de seis pistones corriente abajo de la turbina.

El documento DE102012015421 divulga una planta de potencia que tiene tres unidades que están conectadas en cascada y se controlan electromecánicamente con base en una caída dinámicamente variable y apariencia de un flotador en un sistema de flotador de cilindro. Un sistema de transmisión de potencia hidráulica está conectado al sistema de flotador de cilindro para generar fuerza mecánica mediante el fluido de trabajo en energía. Los movimientos mecánicos del flotador se realizan mediante palancas o transmisiones por engranajes y correas en un generador eléctrico para convertir las fuerzas generadas en formas adecuadas de energía.

Resumen de la invención

Por lo tanto, un objeto, característica y/o ventaja principal de cualquiera de los aspectos de la invención divulgados es mejorar o superar las deficiencias de la técnica.

Todavía es un objeto, característica y/o ventaja adicional proporcionar un sistema de generación de potencia independiente.

Todavía es un objeto, característica y/o ventaja adicional proporcionar potencia constante y continua, no intermitente, disponible en cualquier momento.

Todavía es un objeto, característica y/o ventaja adicional proporcionar una calidad de potencia adecuada para todo tipo de cargas y que pueda resistir sobretensiones de carga.

Todavía es un objeto, característica y/o ventaja adicional proporcionar generación de potencia descentralizada, asegurando así una menor pérdida de energía debido a la transmisión a larga distancia.

Todavía es un objeto, característica y/o ventaja adicional proporcionar una ubicación flexible, un coste de capital más bajo, una construcción y puesta en servicio rápidas, una circulación de agua óptima y un retorno temprano de la inversión.

Los objetos, características y/o ventajas anteriores de la presente invención, así como los siguientes aspectos y/o realizaciones, no son exhaustivos y no limitan la divulgación general. Ninguna realización individual necesita proporcionar todos y cada uno de los objetos, características o ventajas. Cualquiera de los objetos, características, ventajas, aspectos y/o realizaciones divulgadas en este documento pueden integrarse entre sí, total o parcialmente.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de generación de potencia de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método de generación de potencia de acuerdo con la reivindicación 11.

En una realización, la carcasa contiene agua con un conducto forzado que controla el agua que sale de ella hacia las etapas del generador de potencia. Tenga en cuenta que la compuerta debe abrirse total o parcialmente para que se genere potencia.

De acuerdo con algunas realizaciones adicionales de la presente invención, la primera etapa de generación de potencia comprende una turbina Francis.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la segunda etapa de generación de potencia comprende un arreglo de bombas de turbina Kaplan.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la tercera etapa de generación de potencia comprende al menos un generador de rueda de potencia de momento diseñado de forma patentada.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el al menos un lastre del pistón convertible incluye válvulas selectivamente controlables para permitir selectivamente que el agua entre o sea bombeada fuera del interior del lastre.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, al menos un lastre comprende además un respiradero de aire en comunicación con la atmósfera para añadir flotabilidad al pistón convertible a medida que se bombea el agua del lastre.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la cámara inflable viene con un compresor de aire y una unidad de tanque de aire comprimido que la infla para controlar el movimiento descendente del pistón convertible en la carcasa debido a la gravedad. La cámara inflable se desinfla para controlar el movimiento ascendente del pistón convertible debido a la flotabilidad.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el sistema también incluye una cuarta etapa de generación de potencia que recibe agua de la tercera etapa de generación de potencia y antes de que el agua se reintroduzca en la unidad de carcasa y pistón convertible; en donde la cuarta etapa de generación de potencia comprende un generador de potencia de vórtice.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el sistema también incluye una quinta etapa de generación de potencia que recibe agua de la cuarta etapa de generación de potencia y antes de que el agua se reintroduzca en la unidad de carcasa y pistón convertible; en donde la quinta etapa de generación de potencia comprende al menos otro generador de turbina Kaplan.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el sistema también incluye una sexta etapa de generación de potencia que recibe agua de la quinta etapa de generación de potencia y antes de que el agua se reintroduzca en la unidad de carcasa y pistón convertible; en donde la sexta etapa de generación de potencia comprende al menos un segundo generador de rueda de potencia de momento diseñado patentada.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el método también incluye, antes de enviar el agua hacia el pistón convertible y la unidad de carcasa, hacer pasar el agua a través de una cuarta, quinta y sexta etapa para generar potencia adicional en cada una de las cuarta, quinta y sexta etapas.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la primera etapa comprende al menos un generador de turbina Francis; la segunda y quinta etapas comprenden generadores de turbinas Kaplan; las etapas tercera y sexta comprenden generadores de rueda de potencia de momento; y la cuarta etapa comprende un generador de potencia de vórtice.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el paso de mover el pistón convertible hacia abajo por gravedad comprende abrir al menos una entrada al menos aun lastre del pistón convertible para permitir que entre agua en al menos un lastre para aumentar el peso del pistón convertible mientras expulsa el aire a través del respiradero de lastre a la atmósfera.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el paso de mover el pistón convertible hacia arriba mediante flotabilidad comprende bombear el agua en al menos un lastre y reemplazar el agua con aire naturalmente procedente del respiradero de lastre para aumentar la flotabilidad del pistón convertible.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el sistema de potencia hidráulica de momento basado en la gravedad incluye una carcasa vertical que contiene agua; un pistón convertible en la carcasa, siendo móvil el pistón convertible en una dirección generalmente vertical; una serie de generación de potencia en comunicación fluida con la carcasa, la serie de generación de potencia que comprende: un generador de potencia de primera etapa; un generador de potencia de segunda etapa; y un generador de potencia de tercera etapa; en donde cada uno de los generadores de potencia de la serie de generación de potencia está en comunicación fluida entre sí; y en donde el pistón convertible se mueve hacia abajo, en parte por gravedad, para desplazar el agua en la carcasa, moviéndose el agua desplazada a través del ciclo de generación de potencia antes de regresar hacia el pistón convertible.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la serie de generación de potencia comprende además: un generador de potencia de cuarta etapa; un generador de potencia de quinta etapa; y un generador de potencia de sexta etapa.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la primera etapa comprende un generador de turbina Francis; la segunda y quinta etapas comprenden turbinas generadoras Kaplan; las etapas tercera y sexta comprenden generadores de rueda de potencia de momento; y la cuarta etapa comprende un generador de potencia de vórtice.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la potencia se genera cuando el pistón convertible se mueve hacia abajo, por lo tanto, para lograr una generación de potencia independiente e ininterrumpida (24 horas durante 7 días durante los 365 días del año), se deben construir y sincronizar al menos dos unidades separadas de carcasa y pistón convertible de manera que cuando un pistón convertible esté arriba, el otro pistón convertible esté abajo. Así, un pistón convertible produce potencia para regenerar el otro pistón convertible.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, el pistón convertible se mueve hacia arriba mediante la flotabilidad lograda al desinflar la cámara y bombear agua fuera del lastre mientras el aire llena naturalmente el lastre a través de una salida de aire a la atmósfera y la abertura simultánea de la puerta de acero del pistón convertible para que pase el agua a medida que el pistón convertible se sumerge hacia arriba.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones de la invención, la rueda de potencia de momento está especialmente diseñada para aprovechar su gran radio para amplificar la fuerza de impacto en sus aletas para realizar un trabajo mucho más útil hacia su centro.

Estos y/u otros objetos, características, ventajas, aspectos y/o realizaciones resultarán evidentes para los expertos en la técnica después de revisar las siguientes descripciones breves y detalladas de los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección de un sistema de generación de potencia de acuerdo con aspectos de la invención. La figura 2 es una vista en sección de arriba de un sistema de generación de potencia que muestra aspectos de una rueda de potencia de momento posicionada en la carcasa del sistema tomada a lo largo de la línea 2-2 en la figura 1. La figura 3 es una vista ampliada que muestra una porción de la figura 2.

La figura 4 es otra vista ampliada de una porción de la figura 2.

La figura 5 es una vista ampliada que muestra una porción del sistema de la figura 1.

Las figuras 6A y 6B son vistas ampliadas de una porción del sistema de la figura 1 que muestra cámaras en una configuración inflada (figura 6A) y una configuración desinflada (figura 6B).

Las figuras 7A y 7B son vistas en sección tomadas a lo largo de la línea 7-7 en la figura 1, y mostrando una válvula de pistón convertible en una configuración abierta y válvulas de lastre en una configuración cerrada (figura 7 A) y la válvula de pistón convertible en una configuración cerrada con las válvulas de lastre abiertas (figura 7B).

La figura 8A es una vista en planta de un lastre.

La figura 8B es una vista en perspectiva del lastre de la figura 8A.

Las figuras 9A y 9B son vistas ampliadas, similares y reflejadas, de porciones del sistema en 9-9 de la figura 1. La figura 10 es un diagrama de flujo de ejemplo que muestra un proceso de generación de potencia de acuerdo con cualquiera de las realizaciones divulgadas en este documento.

La figura 11 es una jerarquía de ejemplo para generar y almacenar energía de acuerdo con cualquiera de las realizaciones divulgadas en este documento.

La figura 12 es otra vista en sección de un sistema de generación de potencia de acuerdo con aspectos de la invención. La figura 13 es una vista en sección de la figura 12 tomada a lo largo de la línea 15-15 en la figura 12.

Se ilustran y describen en detalle varias realizaciones en las que se puede poner en práctica la invención, en donde caracteres de referencia similares representan componentes similares en las distintas vistas. Los dibujos se presentan con fines de ejemplo y no pueden estar a escala, a menos que se indique lo contrario, y por lo tanto las proporciones de las características en los dibujos no se interpretarán como evidencia de las proporciones reales.

Descripción detallada de la invención

Las siguientes definiciones y cuestiones introductorias se proporcionan para facilitar la comprensión de la presente invención. A menos que se defina lo contrario, todas las expresiones técnicas y científicas utilizadas en este documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenecen las realizaciones de la presente invención.

Las expresiones "un", "uno, una" y "el, la" incluyen referentes tanto en singular como en plural.

La expresión "o" es sinónimo de "y/o" y significa cualquier miembro o combinación de miembros de una lista particular. Las expresiones "invención" o "presente invención" como se utilizan en este documento no pretenden referirse a ninguna realización única de la invención particular, sino que abarcan todas las realizaciones posibles como se describe en cualquier parte de la especificación, incluidas, entre otras, la descripción escrita y las reivindicaciones. La expresión "aproximadamente", tal como se utiliza en este documento, se refiere a ligeras variaciones en cantidades numéricas con respecto a cualquier variable cuantificable. Un experto en la técnica reconocerá que pueden producirse errores involuntarios, por ejemplo, mediante el uso de técnicas o equipos de medición típicos o por diferencias en la fabricación, fuente o pureza de los componentes. Las reivindicaciones incluyen equivalentes a las cantidades modificadas o no por la expresión "aproximadamente".

La expresión "configurado" describe un aparato, sistema u otra estructura que está construida para realizar o es capaz de realizar una tarea particular o para adoptar una configuración particular. La expresión "configurado" se puede utilizar indistintamente con otras expresiones similares tal como construido, dispuesto, adaptado, fabricado y similares.

Las expresiones que caracterizan un orden secuencial (por ejemplo, primero, segundo, etc.), una posición (por ejemplo, de arriba, de abajo, lateral, medial, adelante, atrás, etc.), y/o se hace referencia a una orientación (por ejemplo, ancho, largo, profundidad, grosor, vertical, horizontal, etc.) de acuerdo con las vistas presentadas. A menos que el contexto indique lo contrario, estas expresiones no son limitativas. La configuración física de un objeto o combinación de objetos puede cambiar sin salirse del alcance de la presente invención.

Como se entenderá, las siguientes realizaciones ilustran diversos aspectos de un sistema 100 de potencia hidroeléctrica de momento basado en la gravedad, al que también se puede hacer referencia genéricamente a lo largo de la siguiente descripción como sistema 100 de potencia. El sistema 100 de potencia puede incluir cualquiera de los componentes individuales o ensamblaje de componentes de cualquiera de las realizaciones divulgadas en este documento, cualquiera de los componentes o ensamblajes de los mismos se puede combinar de maneras no mostradas o descritas específicamente en este documento, pero que pueden ser obvias para los expertos en la técnica. Además, como será evidente, las sustituciones de componentes similares, el número de componentes, la ubicación de los componentes u otras variaciones obvias del sistema 100 de potencia también deben considerarse parte de la divulgación.

Por lo tanto, como se muestra en las figuras 1-9B, se muestra un sistema 100 de potencia de acuerdo con aspectos de la invención. Como se divulga, el sistema 100 de potencia puede considerarse un sistema de potencia hidráulica de momento basado en la gravedad. En particular, el sistema puede considerarse un sistema 100 de potencia hidráulica de momento de gravedad avanzado. El sistema 100 utiliza la gravedad para mover componentes a través de un fluido, tal como agua, para crear potencia hidroeléctrica. Como es sabido, la potencia hidroeléctrica es potencia derivada de la energía del agua que fluye. Sin embargo, como se entenderá, el sistema 100 de potencia divulgado en este documento no depende del movimiento natural del agua, sino que creará artificialmente el movimiento del agua. En otras palabras, se actúa sobre lo que puede considerarse agua generalmente estancada o sustancialmente tranquila para mover el agua a través de uno o más elementos productores de energía. El agua es movida por un pistón convertible al que se le permite moverse generalmente verticalmente debido a la gravedad (que puede ser controlada o no controlada). El movimiento del pistón convertible con respecto al agua provocará el desplazamiento del agua a través del sistema 100 de potencia para crear/generar electricidad, que luego puede enviarse para uso inmediato o almacenarse para un uso posterior. Así, es el movimiento del pistón convertible, al menos parcialmente provocado por la gravedad, que provoca el movimiento artificial del agua para crear la potencia hidroeléctrica.

Como se muestra en la figura 1, el sistema 100 de potencia incluye una carcasa 102 con paredes 16. La carcasa 102 y las paredes 16 pueden adoptar generalmente cualquier forma geométrica y pueden construirse sobre el suelo, bajo el suelo o parcialmente sobre y bajo el suelo. Como se muestra en la figura 1, la carcasa 102 incluye una base h generalmente cilíndrica, con una porción u superior o distal bulbosa. Se muestra que un techo 33 está en el extremo distal de la porción u bulbosa y generalmente puede encerrar la carcasa 100. Por lo tanto, la carcasa 102 también puede denominarse torre, ya que la estructura tiene una altura y una anchura que albergan muchos de los componentes del sistema 100. También se debe apreciar que la longitud o altura sustancial de la carcasa 16 desde una porción 6 de base hasta el techo 33 distal puede ser generalmente cilíndrica con el mismo o similar diámetro a lo largo de la altura de la carcasa 100. También se pueden usar otras formas y combinaciones de formas para formar la carcasa 100. La carcasa 102 se llenará con agua u otro líquido, que luego se moverá para crear el movimiento artificial para interactuar con los componentes productores de energía con el fin de crear energía para uso y/o almacenamiento. De acuerdo con algunas realizaciones, la carcasa 102 tendrá una cantidad de llenado mínima o sugerida, que se muestra mediante la línea 23 discontinua en la figura 1. Sin embargo, la ubicación de esta línea puede depender de numerosos factores, incluidos, entre otros, la altura de la carcasa, la salida de energía deseada del sistema, el ancho de la carcasa, la cantidad de recorrido de los componentes dentro de la carcasa, el número de componentes móviles dentro de la carcasa, la tasa de flujo del agua movida artificialmente, así como otros factores.

El piso de la carcasa 102 es una base 6 de acero montada sobre una base 7 de pilotes profundos de hormigón armado. Las paredes 16 de la carcasa 102 comprenden una composición rígida. Las composiciones de ejemplo pueden ser, entre otras, acero, hormigón, fibra de vidrio, plásticos, piedra, madera, compuestos o alguna combinación de los mismos. Sin embargo, los materiales divulgados en este documento no limitan la invención y otros materiales deben considerarse parte de la divulgación.

El agua inicial se introduce en la carcasa 102 utilizando una fuente de potencia externa para potenciar una bomba externa que extrae agua de un acuífero subterráneo o de una fuente de río. Una vez que se alcanza el nivel de agua deseado, el pistón g convertible de acero convertible especialmente diseñado es operado también por una fuente de potencia externa que podría ser preferiblemente eólica o solar.

Se muestra que un ensamblaje g de pistón convertible reside dentro de la carcasa 102, y en la configuración particular mostrada en la figura 1, se muestra que reside y se mueve dentro de la porción de base h cilíndrica de la carcasa 102. Sin embargo, el ensamblaje g de pistón convertible también puede moverse hacia la sección u superior o bulbosa.

Como se entenderá, el movimiento del ensamblaje de pistón convertible en la carcasa 102 crea el movimiento del agua almacenada dentro de la carcasa 102.

El ensamblaje g de pistón convertible se mueve inicialmente a una posición dentro de la carcasa 102 en una ubicación hacia arriba o distal hacia, hasta, o cerca del tope 41 de pistón convertible. En esta ubicación, el ensamblaje g de pistón convertible puede estar total o parcialmente sumergido dentro del agua en la carcasa 102. En general, el ensamblaje g de pistón convertible comprende una línea de ecualización del nivel del tanque de lastre 8, una manguera de abajo del tanque de lastre/abridor hidráulico y un cierre 9, una plataforma 10 de aterrizaje de pistón convertible, una bomba 11 sumergible de tanque de lastre, un tanque 12 de lastre, una línea de descarga de agua de lastre equipada con una válvula 13 de retención, un sello 14 de cámara inflable, un cierre/abridor 15 hidráulico de puerta de pistón convertible de acero convertible, tanque o tanques de acero cerrados que contienen una masa calculada de hematita 17, un canal de agua de pistón convertible de acero convertible 18, una manguera 19 de aire de tanque de lastre ventilada a la atmósfera y una base 22 de pistón convertible de acero convertible.

Como se muestra mejor en las figuras 7A, 7B, 8A y 8B, el ensamblaje g de pistón convertible comprende una pluralidad de lastres 12, que pueden ser acero u otros materiales rígidos. De acuerdo con al menos algunas realizaciones, puede haber cuatro lastres 12 por cilindro. Sin embargo, este no es un número requerido, y cualquier número de lastres 1-N, donde N es cualquier número, debe considerarse parte de la invención.

El movimiento artificial del agua dentro del sistema 100 lo imparte el pistón g convertible. Una base 22 soporta una pluralidad de tanques 17 cerrados o sellados. De acuerdo con al menos algunas realizaciones, los tanques 17 contienen un material que soporta peso, tal como hematita o similar. El peso y la cantidad de hematita u otro material se calcula con base en el volumen de agua 37 que se desplazará dentro de la carcasa 102 y la cantidad de potencia que se generará. El pistón g convertible tiene un cierre y abridor 15 hidráulico de puerta de pistón convertible central. Esta puerta 15 se cierra cuando el pistón convertible se mueve hacia abajo y se abre cuando el pistón convertible se mueve hacia arriba. El canal 18 de agua de pistón convertible de acero permite un pasaje suave de agua a través de la base 22 de pistón convertible de acero convertible. Los tanques de acero cerrados que contienen una masa calculada de material 17 ponderado proporcionan el peso base deseable del pistón convertible de acero junto con los marcos de acero y otras estructuras de acero en el pistón convertible de acero. El peso adicional se obtiene del agua que se encuentra encima del pistón convertible en el cilindro a medida que se recicla de nuevo al cilindro. El pistón convertible de acero convertible aterriza en el piso 6, 7 del cilindro usando la plataforma 10 de aterrizaje del pistón convertible de acero convertible.

Como se ha observado, el ensamblaje de pistón g convertible mostrado en las figuras incluye cuatro tanques o recámaras 12 de lastre. Cada recámara 12 incluye una placa 9 rotativa que permite la entrada de agua, forzando así la salida del aire hacia la parte de arriba del recinto, tal como a través de una manguera 19 de aire flexible. Cada recámara está conectada por una tubería 8 de ecualización de nivel. Las placas 9 rotativas se activan para abrirse y cerrarse mediante un motor, que puede ser eléctrico, neumático, hidráulico, mecánico o alguna combinación de los mismos. Cada recámara 12 incluye una bomba para expulsar el agua cuando el ensamblaje g de pistón convertible llega a la parte de abajo o cerca de la parte de abajo de la base h cilíndrica. El ensamblaje g de pistón convertible tiene una placa 50 rotativa más grande en o cerca del centro que se abre y cierra para permitir que el pistón convertible suba y baje de manera controlable. Esta placa también se acciona para abrir y cerrar mediante un motor, que puede ser eléctrico, neumático, hidráulico, mecánico o alguna combinación de los mismos. Cuando se abren las válvulas 9 rotativas de cada recámara de lastre 12, se cierra la válvula 15 rotativa de pistón convertible (véase, por ejemplo, la figura 7B). Las recámaras 9 se llenan de agua, lo que hace que el pistón convertible pierda flotabilidad y le permite descender hacia la parte de abajo de la carcasa 102. Cuando se cierra cada válvula rotativa 9 de la recámara de lastre, se abre la válvula 15 rotativa de pistón convertible (véase, por ejemplo, la figura 7A). Las bombas internas de las recámaras de lastre expulsan el agua y el aire fluye naturalmente, lo que hace que el pistón convertible flote y le permite elevarse en el agua hacia la superficie del agua (en o cerca de la línea 23 discontinua).

Como se muestra mejor en las figuras 8A y 8B, los tanques 12 de lastre tienen una línea 8 de ecualización para asegurar que todos los tanques 12 de lastre mantengan sustancialmente el mismo nivel. El tanque de lastre incluye al menos un mecanismo 9 de abertura, que tiene aberturas para permitir selectivamente que entre agua en el tanque de lastre. De acuerdo con algunas realizaciones, el mecanismo 9 de abertura puede ser un actuador rotativo. Sin embargo, se pueden utilizar otros actuadores, solenoides, puertas con engranajes o accionadas de manera similar u otros miembros de abertura selectiva de modo que las válvulas se puedan abrir para permitir que una cantidad de agua entre en el lastre, pero cerrarse para evitar o mitigar de otro modo la entrada de agua adicional al lastre. Abrir el tanque 12 de lastre permite que el agua 43 llene la recámara de lastre. El aire dentro del lastre 12 se ventila a la atmósfera a través de una manguera 19 de aire flexible. La adición de agua a los lastres del ensamblaje de pistón convertible agregará peso y/o reducirá la flotabilidad del ensamblaje de pistón convertible. Por lo tanto, el pistón g convertible se sumergirá o se moverá hacia abajo cuando se abran el lastre 12 y la puerta 15.

El ensamblaje g de pistón convertible regresará hacia arriba, hacia el nivel 23 de agua, cuando se descargue agua de los tanques 12 de lastre, tal como a través de una o más bombas 11 sumergibles y líneas 13 de descarga. La línea 13 de descarga incorpora una válvula de retención para evitar que el agua bombeada regrese a través de la línea 13. Se introduce aire en los tanques 12 de lastre a través de la manguera 19 desde la atmósfera. La flotabilidad del ensamblaje g de pistón convertible puede superar el peso de los tanques 17 que contienen la masa ponderada.

Además, como se muestra en las figuras 1, 6A y 6B, la periferia del ensamblaje g de pistón convertible puede incluir una única cámara 14 continua, o una pluralidad de ensamblajes 14 de cámara intermitentes. El uno o más ensamblajes 14 de cámara incluyen una sección inflable, que puede ser un polímero inflable. Durante el movimiento descendente del ensamblaje g de pistón convertible, las cámaras 14 se infla usando un compresor externo y una unidad de tanque de aire comprimido alineada con ella a través de la manguera de aire del tanque de lastre para presionar una porción de la cámara cerca o contra la pared de la carcasa 102. Esto crea un sello entre las cámaras y la pared de la carcasa, que puede ser hermético para evitar o mitigar de otro modo el desplazamiento del agua por encima del pistón convertible a través de los lados internos de la carcasa 102 durante el movimiento descendente. Durante el movimiento ascendente del pistón convertible, la cámara se puede desinflar para permitir un movimiento ascendente más fácil o más eficiente con menos impedancia en el ensamblaje g de pistón convertible. La figura 6A muestra la cámara o cámaras 14 infladas, además de mostrar una flecha hacia abajo para indicar el movimiento del ensamblaje de pistón convertible. Obsérvese que las flechas que apuntan hacia el lado izquierdo de la figura indican un inflado hacia afuera de las cámaras hacia la pared 102. Como se muestra en la figura 6B, las cámaras se han desinflado, como lo indican las flechas que miran hacia la derecha. Observe una brecha entre las cámaras y la pared 102. Además, la flecha orientada hacia arriba indica que el pistón convertible se está moviendo hacia arriba.

Como se señaló, se introduce agua en la carcasa 102 del sistema 100. El ensamblaje g de pistón convertible se mueve hacia arriba hacia un punto marcado por un tope 41 de pistón convertible. Las cámaras 14 inflables, que pueden comprender sellos de pistón convertibles de polímero resistente a la abrasión, se inflan para asegurar un contacto deslizante y hermético entre los lados del pistón convertible y la pared 16 de la carcasa. Las válvulas 9 rotativas del tanque de lastre se abren y se permite que entre agua en los tanques 12 de acero de lastre, lo que desplaza el aire, que se ventila a través de la manguera 19 de aire del tanque de lastre. El nivel de agua en los tanques de acero de lastre se iguala utilizando la línea 8 de ecualización del tanque de acero de lastre. La línea 8 de ecualización, la altura calculada del conjunto de sellos inflables del pistón convertible y la distribución uniforme de pesos sobre el pistón convertible mitigan o evitan que el pistón convertible se incline en cualquier dirección mientras se mueve hacia arriba o hacia abajo. El pistón g convertible tiene una válvula 15 rotativa central de puerta del pistón convertible. Esta válvula se cierra cuando el pistón convertible desciende y se abre cuando el pistón convertible desciende hacia arriba. El canal 18 de agua de pistón convertible de acero permite un pasaje suave de agua a través de la base 22 de pistón convertible de acero convertible. Los tanques de acero cerrados que contienen una masa calculada de material 17 ponderado proporcionan el peso base deseable del pistón convertible de acero junto con los marcos de acero y otras estructuras de acero en el pistón convertible de acero. El peso adicional se obtiene del agua que se encuentra encima del pistón convertible en la carcasa a medida que se recicla de nuevo al cilindro. El pistón convertible de acero convertible aterriza en el piso del cilindro usando la plataforma 10 de aterrizaje del pistón convertible de acero convertible.

El movimiento ascendente (retorno) del pistón g convertible es posible utilizando bombas 11 sumergibles con tanque de lastre. Las bombas 11 podrían ser potenciadas por un sistema creado o almacenado similar al ilustrado en las figuras. Las bombas 11 sumergibles de los tanques de lastre evacuan el agua hasta un cierto nivel en los tanques 12 de lastre y la descargan en la parte superior del pistón convertible de acero convertible a través de la línea de descarga de agua de lastre equipada con una válvula 13 de retención. La naturaleza aborrece el vacío. Por lo tanto, el aire por encima del nivel del agua en el cilindro se mueve hacia el tanque de lastre a través de la manguera 19 de aire flexible del tanque de lastre, que puede flotar por encima del nivel del agua en la carcasa (es decir, la línea 23). La puerta 15 de pistón convertible de acero convertible se abre gradualmente, y los sellos 14 del pistón convertible inflable se desinflan lentamente, lo que permite que el pistón convertible se suelte y se sumerja hacia arriba debido al empuje hacia arriba creado por el aire en los tanques de acero de lastre que es menos denso que el agua. Al acercarse al nivel máximo de inmersión, los sellos 14 se inflan gradualmente hacia atrás, que actúan como frenos y la puerta central convertible de acero de pistón convertible 15 también se cierra. El tope 14 mecánico del pistón convertible detiene además el movimiento del cilindro g. El ciclo continúa para lograr la inmersión hacia arriba y hacia abajo del pistón convertible, que desplazará el agua a través del resto del sistema 100 de potencia.

Aspectos adicionales del sistema 100 de potencia incluyen que la porción h de base comprende una línea 20 de descarga que está fijada externamente mediante abrazaderas 21 de línea, una válvula/filtro 5 de compuerta motorizable, una base 6 de acero, una base 7 de pilotes profundos de hormigón armado, un muro de hormigón armado con placa de acero en el revestimiento 16, una vía 36 de ascensor personal y agua 43, que tiene un nivel 23.

Por lo tanto, el movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón g convertible desplaza el agua 43 en la carcasa 102. El desplazamiento del agua durante el movimiento hacia abajo del pistón convertible empuja el agua debajo del pistón convertible. Esta agua debe ser desplazada a algún lugar y, como se comprenderá, será accionada a través de una red de dispositivos generadores de potencia para generar potencia a partir del movimiento. A medida que el cilindro sube y baja continuamente, el agua seguirá desplazándose a través del sistema, creando una salida constante de potencia.

A continuación, pasando a las figuras 1, 9A y 9B, el sistema 100 de potencia se pone en servicio cuando se abren la válvula de compuerta motorizada y el filtro 5, permitiendo que el agua desplazada sobre la que actúa el pistón g convertible entre en una unidad 4 o 44 generadora de turbina, donde se genera la primera etapa de electricidad. Cabe señalar que las unidades 4 y 44 de turbina están posicionadas en diferentes ubicaciones alrededor de la carcasa 102 para permitir una mayor captura del agua desplazada. Obsérvese también que la posición de las unidades 4, 44 y 1 puede no ser siempre en la parte de abajo de la carcasa 102 dependiendo de si la carcasa 102 está construida sobre el suelo o bajo el suelo. Cuando la carcasa 102 se construye como un árbol vertical bajo el suelo usando una máquina de hundimiento de árbol vertical, las unidades 4, 44 y 1 están ubicadas cerca pero por debajo del nivel del agua 41, pero la compuerta permanece en la parte de abajo alineada con él. Además, las turbinas 4, 44 pueden ser turbinas Francis, que son turbinas de reacción de flujo interno que combinan conceptos de flujo radial y axial. La unidad generadora de turbina Francis descarga en otra unidad 1 generadora de turbina, que puede ser una unidad generadora de turbinas Kaplan en colector paralelo, donde se genera la segunda etapa de electricidad. La turbina Kaplan es una turbina de reacción de flujo hacia adentro, lo que significa que el fluido de trabajo cambia de presión a medida que se mueve a través de la turbina y cede su energía. La potencia se recupera tanto de la cabeza hidrostática como de la energía cinética del agua que fluye. El diseño combina características de turbinas radiales y axiales. La entrada es un tubo en forma de espiral que envuelve la compuerta de la turbina. El agua se dirige tangencialmente a través de la ventanilla y gira en espiral sobre un corredor en forma de hélice, lo que hace que gire. La salida es un tubo de aspiración de forma especial que ayuda a desacelerar el agua y recuperar energía cinética. No es necesario que la turbina esté en el punto más bajo de flujo de agua siempre que el tubo de aspiración permanezca lleno de agua. Sin embargo, una ubicación más alta de la turbina aumenta la succión que el tubo de aspiración imparte a las palas de la turbina. La caída de presión resultante puede provocar cavitación. La geometría variable de la compuerta y las palas de la turbina permiten una operación eficiente para un rango de condiciones de flujo. Las eficiencias de las turbinas Kaplan suelen ser superiores al 90%, pero pueden ser inferiores en aplicaciones de muy baja altura.

En esta unidad, hay una pluralidad de turbinas más pequeñas (en la realización mostrada, hay cinco enumeradas como 1A, 1B, 1C, 1D, 1E y 1... , en donde el último permite usar cualquier número) están dispuestos en paralelo con una entrada común y líneas 3 y 20 de descarga más pequeñas separadas que se dirigen hacia la sección u de la rueda de potencia de momento del sistema 100.

La sección u de la rueda de potencia de momento se muestra mejor en las figuras 1,2, 3, 4 y 5. Las líneas 3, 20 se sujetan a la carcasa 102 de la torre cilíndrica usando abrazaderas 21 de líneas de descarga. La cabeza 28 cónica de alta presión de la línea de descarga de la turbina Kaplan está dirigida tangencialmente hacia la estructura 31 de acero en forma de disco de la rueda de potencia de momento, de modo que una corriente de agua a alta presión se descarga desde las líneas 3, 20 en la cabeza 28 e impacta las aletas 29 de impacto del generador de rueda de potencia de momento de la estructura 31 de rueda de momento, provocando que gire. De acuerdo con algunas realizaciones, el agua impacta sobre las aletas de forma tangencial y casi perpendicular. Las aletas 29 pueden adoptar muchas formas y en las figuras se muestran en forma de copa para recibir eficientemente el agua para convertirla en rotación. Esto se muestra mejor en la figura 3. Sin embargo, la configuración exacta y/o el número de aletas 29 no deben limitar la invención. Además, el tamaño de la rueda 31 de momento tampoco debería ser limitante.

La rueda 31 de momento es un tipo de volante o rueda Pelton. Un volante es un dispositivo mecánico diseñado específicamente para almacenar eficientemente energía rotacional (energía cinética). Los volantes resisten los cambios de velocidad de rotación por su momento de inercia. La cantidad de energía almacenada en un volante es proporcional al cuadrado de su velocidad de rotación y su masa. La forma de cambiar la energía almacenada en un volante sin cambiar su masa es aumentando o disminuyendo su velocidad de rotación. Dado que los volantes actúan como dispositivos mecánicos de almacenamiento de energía, son el análogo de almacenamiento de energía cinética de, por ejemplo, los condensadores eléctricos, que son un tipo de acumulador. Al igual que otros tipos de acumuladores, los volantes suavizan la fluctuación de la potencia de salida, proporcionando picos de alta potencia de salida según sea necesario, absorbiendo picos de alta potencia de entrada (potencia generada por el sistema) según sea necesario, y de esta manera actúan como filtros de paso bajo sobre la velocidad mecánica (angular o no) del sistema. Sin embargo, la rueda de potencia de momento funciona mucho más como una rueda Pelton que como un volante al convertir la fuerza del impacto en movimiento de rotación y también más como una palanca, ya que está diseñada para hacer palanca en un radio muy grande para amplificar la fuerza del impacto en sus aletas circunferenciales, aumentar el torque para realizar un trabajo más útil hacia su centro.

La estructura 25 de soporte de acero de la rueda de potencia de momento proporciona una base para el árbol de la rueda de potencia de momento y la carcasa 27 de cojinete, lo que permite que la rueda de potencia de momento gire, lo que puede ser a alta velocidad, de manera constante y segura. La estructura 30 de soporte de acero superior de la rueda de potencia de momento sostiene la carcasa del cojinete extremo de la rueda de potencia de momento y proporciona una base estacionaria para los alternadores y engranajes 32 de la rueda de potencia de momento (véase, por ejemplo, la figura 4). La fusión técnica del engranaje del alternador con la cremallera de la rueda (una gran cremallera circular ubicada cerca del árbol de la rueda de potencia de momento) traslada la rotación de la rueda de potencia de momento en la rotación del árbol del alternador para generar electricidad en la tercera etapa. Cabe señalar también que se puede ensamblar un alternador con una caja de cambios que aumenta la velocidad directamente en el árbol central de la rueda de potencia de momento.

El techo 33 de la carcasa cubre la sección superior de la torre 102. También hay un descargador 34 de corrientes de rayo para proteger el sistema 102 de los peligros y efectos dañinos de la caída de un rayo. También podría ser una simple varilla de pararrayos hecha de metal.

Un canal 36 de agua de vórtice recoge el agua después de impactar las aletas 29 de impacto de la rueda de potencia de momento y crea una cabeza de 3 metros (esto es solo para fines de ejemplo, y el tamaño exacto de la cabeza no debe limitar la invención), que acciona un generador 35 de potencia de vórtice para una generación de potencia de cuarta etapa. De acuerdo con los principios de la potencia gravitacional del vórtice de agua, la tecnología se basa en un recipiente redondo con un desagüe central. Por encima del desagüe, el agua forma un vórtice lineal estable que acciona una turbina hidráulica. El agua pasa por una entrada recta y luego pasa tangencialmente a un recipiente redondo. El agua forma un gran vórtice sobre el desagüe de la parte de abajo central del recipiente. Una turbina extrae energía rotacional del vórtice, que un generador convierte en energía eléctrica.

La descarga 37 de canal de vórtice luego dirige el agua de salida hacia un generador 38 de turbina Kaplan secundario para una generación de potencia de quinta etapa. Este generador 38 secundario de turbina Kaplan descarga agua hacia un generador 40 de rueda de potencia de momento secundario para una generación de potencia de sexta etapa. Esto se muestra con mayor detalle en la figura 5. Como se muestra en la figura, la rueda 40 de momento está soportada por un marco 24. La rueda 40 incluye un número de aletas alrededor de la periferia de la rueda. Las aletas interactúan con el agua descargada de las turbinas 38 para girar y generar potencia adicional.

El agua, después de interactuar con las ruedas 40 de momento, vuelve a caer suavemente hacia la porción h inferior de la carcasa 102. Las 1a, 2a, y 3a etapas de generación de potencia son las generadoras de potencia primarias, mientras que las 4a, 5a y 6a etapas de generación de potencia son las generadores de potencia secundarias.

Las figuras 10 y 11 ilustran el ciclo del agua (figura 10) y las etapas de generación de potencia (figura 11), respectivamente. La potencia generada se conduce a transformadores elevadores y una o más subestaciones para su sincronización y suministro a donde se necesita electricidad. Estos procesos están controlados por un sistema de control lógico programable (PLC).

La sección u de la rueda de potencia de momento está hecha de una pared cilíndrica de placa de acero reforzada con marcos 24 de soporte de acero. Esta sección u puede tener un diámetro más ancho que la sección h base y proporciona un espacio de piso más ancho de 3 metros para fines de mantenimiento e instalaciones. El gancho 26 de elevación de mantenimiento del pistón convertible de acero convertible permite trabajos de mantenimiento tales como cambio de sellos de pistón convertible dañados y otros trabajos de mantenimiento. Se puede proporcionar una escalera 39 vertical para el acceso del personal a los generadores de rueda de potencia de momento y plataformas estructurales. Se instala un sistema elevador 42 de personal para llevar personal desde un sótano hasta el piso de la sección u. Cuando la carcasa 102 se construye completamente bajo tierra como un árbol vertical utilizando una máquina de hundimiento de árbol vertical, el elevador 42 de personal sólo será necesario para mover al personal desde el sótano donde están instaladas las unidades 4, 44 y 1 hasta la parte de arriba de la rueda de potencia de momento.

De acuerdo con al menos algunas realizaciones, las dimensiones típicas de la carcasa pueden ser las siguientes: h sección de radio interno del cilindro igual a aproximadamente 5 a 50 metros y grosor de pared de hormigón igual a, menor o mayor que aproximadamente 1 metro, h igual a, inferior o superior a unos 300 metros, g igual a, inferior o superior a unos 20 metros, u igual a, menor o mayor que aproximadamente 25 metros y la sección del techo igual a, menor o mayor que aproximadamente 10 metros.

Por lo tanto, el principio de funcionamiento en resumen es que el peso del pistón convertible y el agua sobre el pistón convertible ejercen presión sobre el agua debajo de la base del pistón convertible según la ley de Pascal, que establece que "un cambio de presión en cualquier punto de un fluido encerrado en reposo se transmite sin disminución a todos los puntos del fluido". Esta presión hace que el agua fluya desde el interior de la carcasa a través de un conducto que está en línea con al menos uno o más de un generador de turbina Francis, uno o más de un generador de turbina Kaplan, uno o más de un generador de rueda de potencia de momento, uno o más de un generador de potencia de vórtice, uno o más de un generador de turbina Kaplan secundario, y uno o más de un generador de rueda de potencia de momento secundario, donde la electricidad se genera en seis etapas respectivamente. Luego, el agua se recicla en la carcasa. El pistón convertible se mueve hacia abajo por gravedad y hacia arriba por el empuje creado por el desplazamiento de aire y líquido mediante una bomba. Esto se rige por el principio de Arquímedes, que establece que "un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del fluido que desplaza". El aire en los tanques de lastre es menos denso que el agua, por lo que crea un empuje ascendente que levanta el pistón convertible de acero hacia arriba. La rueda de potencia de momento aprovecha su gran diámetro para convertir la fuerza del impacto en sus aletas para realizar más trabajo de rotación mecánico, que a su vez se convierte en energía eléctrica mediante alternadores. Esto está en línea con los principios operativos de una palanca de Arquímedes, que establece que "el momento de una fuerza alrededor de un punto u objeto es igual al producto de la fuerza aplicada por la distancia perpendicular de la fuerza aplicada al punto u objeto". También obedece las leyes de rotación de Newton: la primera ley de rotación de Newton establece que un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo, y un objeto que está girando tiende a girar con una velocidad angular, a menos que actúe sobre él un torque neto distinto de cero o haya un cambio en la forma en que se distribuye la masa del objeto. La Segunda ley de rotación de Newton establece que el torque externo neto es igual al momento de inercia multiplicado por la aceleración angular.

De acuerdo con algunas realizaciones, se utilizan dos sistemas de torre tal como el que se muestra en la figura 1 para la generación de potencia ininterrumpida. Una torre genera potencia que se suministra a los consumidores y se utiliza para regenerar la segunda torre y viceversa. El ciclo continúa ininterrumpidamente durante 24 horas por 7 días por 365 días. Tenga en cuenta que esto no implica que sea una máquina de movimiento perpetuo en el concepto de movimiento perpetuo.

Las ventajas de dicho sistema como se muestra y/o divulga en este documento incluyen, entre otras, las siguientes, en donde el sistema

Puede operar como un sistema de generación de potencia independiente.

Proporciona potencia constante y continua, no intermitente, disponible en cualquier momento.

No es necesario un costoso almacenamiento de potencia porque la potencia se genera según la demanda. Proporciona una calidad de potencia adecuada para todo tipo de cargas y puede resistir sobretensiones de carga.

Es flexible: si la red necesita más potencia, las válvulas motorizadas se abren más para aumentar el flujo de agua.

Proporciona la fuente más ecológica de electricidad confiable. Utiliza únicamente fuerza gravitacional, garantizando así cero uso de combustible, cero emisiones y el menor impacto ambiental.

En comparación con todas las demás fuentes comerciales de generación de potencia, tiene la huella ambiental más pequeña por kilovatio de electricidad generada, por lo tanto, ahorra tierra para la agricultura, la habitación humana y la industrialización.

Es adecuado para la generación de potencia descentralizada, asegurando así una menor pérdida de energía por transmisión a larga distancia, lo que permite satisfacer los requerimientos de potencia por ciudad.

Proporciona la fuente más barata de electricidad confiable por kilovatio-hora dado el bajo coste operativo, al mismo tiempo que maximiza las ganancias porque se pierde menos en transmisión y almacenamiento.

Debería contar con permisos y licencias fáciles para construir sin muchos problemas ambientales.

No necesita diferencia de elevación y no hay disponibilidad de un río para ubicar la planta.

Incluye una generación de potencia óptima de seis etapas automatizada controlada por lógica programable (PLC) que garantiza la mayor eficiencia posible en comparación con cualquier otro sistema de energía.

Utiliza una ubicación flexible, menor coste de capital, construcción y puesta en servicio rápidas, circulación de agua óptima y retorno temprano de la inversión.

De acuerdo con algunas realizaciones, que pueden incorporarse a cualquiera de las mostradas y/o descritas en este documento, la carcasa del sistema tiene una forma similar a la de un contenedor de granos típico. Sin embargo, como se muestra, la carcasa 102 puede adoptar otras formas y tamaños, tales como una sección de base cilíndrica con una porción superior bulbosa (véase, por ejemplo, la figura 1). Además, cabe señalar que la carcasa está generalmente orientada verticalmente y también puede denominarse torre o estructura similar. Aún más, se debe apreciar que una o más torres como se divulga en este documento pueden estar por encima o por debajo del suelo.

Aún realizaciones adicionales incluyen aspectos adicionales de la invención. Por ejemplo, las figuras 12 y 13 ilustran tal situación. En estas figuras, se incluyen muchas de las mismas estructuras y/o componentes que en las figuras 1 11. Por lo tanto, estos componentes individuales no se volverán a describir. Sin embargo, las figuras 12 y 13 divulgan una situación en la que dos o más ensamblajes de carcasa 102 y pistón convertible pueden compartir con una rueda de potencia de momento de un sistema 100 de potencia.

Como se indica en este documento, se podrían usar dos o más carcasas junto con otras para proporcionarse cualquier potencia externa entre sí, así como para aumentar la salida de las unidades de torre combinadas para un sistema particular. Para las configuraciones mostradas en las figuras 12 y 13 (donde sólo se muestra un ensamblaje de torre, pero se duplicaría con componentes similares), el número de combinaciones convertibles de pistón y carcasa podría aumentar considerablemente.

Como se muestra en la figura 13, la carcasa 102 podría ser tres o más. Estas tres carcasas 102 separadas operan por separado pero de forma interdependiente para la regeneración. Sin embargo, las tres carcasas 102 estarían asociadas con un sistema 100 de generación de potencia común que consta de una rueda de potencia de momento primario, un generador de potencia de vórtice, un generador Kaplan secundario y una rueda de potencia de momento secundario tal como se muestra en la figura 12, donde el agua desplazada de cualquiera de las secciones sería movida a través de las etapas de generación de potencia primera, segunda, tercera, cuarta, quinta y sexta (véase, por ejemplo, figuras 10 y 11).

Mientras que una única unidad de pistón convertible permitiría un único ciclo de las etapas de generación de potencia por movimiento descendente, una situación con más de un pistón convertible permitiría un escalonamiento del movimiento de los pistones convertibles. Esto podría proporcionar un flujo de agua casi continuo a través de las etapas de potencia para producir potencia continuamente. Esto podría resultar útil en áreas de mayor demanda o cuando se debe generar una mayor cantidad de potencia para almacenamiento. La programación del sistema podría controlar el movimiento de los pistones convertibles para proporcionar un escalonamiento más eficiente de la pluralidad de pistones convertibles en la carcasa 102 separada para intentar proporcionar un flujo casi continuo de agua a través de las etapas de generación de potencia y la consiguiente generación continua de potencia.

Esto se puede mejorar aún más mediante el uso de sistemas 100 de potencia duales, cada uno de los cuales tiene tres carcasas 102 separadas con pistones convertibles que se mueven por separado. Cada sistema de torre tendría una única rueda de momento principal en la tercera etapa de generación de potencia, pero por lo demás incluiría otras etapas de potencia separadas para cada una de las secciones individuales de carcasa 102 y pistón convertible, lo que aumenta exponencialmente la generación potencial de producción de potencia.

Como se señaló, cualquiera de los sistemas proporcionados puede controlarse mecánicamente, pero se contempla que el sistema deba controlarse mediante un control lógico programable (PLC). El sistema también puede utilizar cualquier sistema de control industrial (ICS). ICS es una expresión general que abarca varios tipos de sistemas de control e instrumentación asociada utilizados para el control de procesos industriales. Dichos sistemas pueden tener un rango desde unos pocos controladores modulares montados en paneles hasta grandes sistemas de control distribuido interactivos e interconectados con muchos miles de conexiones de campo. Todos los sistemas reciben datos de sensores remotos que miden variables de proceso (PV), los comparan con los puntos de ajuste deseados (SP) y derivan funciones de comando que se utilizan para controlar un proceso a través de los elementos de control finales (FCE), tales como las válvulas de control. Los sistemas más grandes generalmente se implementan mediante sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA), o sistemas de control distribuido (DCS), aunque los sistemas SCADA y PLC son escalables hasta sistemas pequeños con pocos bucles de control. Estos sistemas se utilizan ampliamente en industrias tal como la de procesamiento químico, la fabricación de pulpa y papel, la generación de potencia, el procesamiento de petróleo y gas y las telecomunicaciones.

Una o más realizaciones que incluyen el PLC descrito en este documento se pueden implementar utilizando módulos, motores o componentes programáticos. Un módulo, motor o componente programático puede incluir un programa, una subrutina, una porción de un programa o un componente de software o un componente de hardware capaz de realizar una o más tareas o funciones indicadas. Como se utiliza en este documento, un módulo o componente puede existir en un componente de hardware independientemente de otros módulos o componentes. Alternativamente, un módulo o componente puede ser un elemento o proceso compartido de otros módulos, programas o máquinas.

El PLC de acuerdo con los aspectos de la presente invención también puede incluir componentes tales como componentes de comunicación y control inteligente. Ejemplos de tales unidades de control inteligente pueden ser unidades centrales de procesamiento solas o en tabletas, teléfonos, dispositivos portátiles, ordenadores portátiles, visualizadores de usuario o, en general, cualquier otro dispositivo informático capaz de permitir entradas, proporcionar opciones y mostrar salidas de funciones electrónicas. Una unidad central de procesamiento (CPU), también llamada procesador central o procesador principal, es la circuitería electrónica dentro de un ordenador que lleva a cabo las instrucciones de un programa de ordenador realizando las operaciones básicas aritméticas, lógicas, de control y de entrada/salida (I/O) especificadas por las instrucciones. Otros ejemplos más incluyen un microprocesador, un microcontrolador u otro dispositivo programable adecuado y una memoria. El controlador también puede incluir otros componentes y puede implementarse parcial o totalmente en un chip semiconductor (por ejemplo, un arreglo de puertas programables en campo ("FPGÁ')), tal como un chip desarrollado a través de un proceso de diseño de nivel de transferencia de registros ("RTL").

La memoria incluye, en algunas realizaciones, un área de almacenamiento de programas y un área de almacenamiento de datos. El área de almacenamiento de programas y el área de almacenamiento de datos pueden incluir combinaciones de diferentes tipos de memoria, tal como la memoria de sólo lectura ("ROM", un ejemplo de memoria no volátil, lo que significa que no pierde datos cuando no está conectada a una fuente de potencia) o la memoria de acceso aleatorio ("RAM", un ejemplo de memoria volátil, lo que significa que perderá sus datos cuando no esté conectada a una fuente de potencia). Algunos ejemplos adicionales de memoria volátil incluyen RAM estática ("SRAM"), RAM dinámica ("DRAM"), DRAM síncrona ("SDRAM"), etc. Ejemplos adicionales de memoria no volátil incluyen memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente ("EEPROM"), memoria flash, un disco duro, una tarjeta SD, etc. En algunas realizaciones, la unidad de procesamiento, tal como un procesador, un microprocesador o un microcontrolador, está conectado a la memoria y ejecuta instrucciones de software que son capaces de almacenarse en una RAM de la memoria (por ejemplo, durante la ejecución), una ROM de la memoria (por ejemplo, de forma generalmente permanente), u otro medio no transitorio legible por ordenador tal como otra memoria o un disco.

Para interactuar o controlar de otro modo cualquiera de los componentes del sistema, se puede incluir una interfaz máquina-usuario. Una interfaz de usuario es la forma en que el usuario interactúa con una máquina. La interfaz de usuario puede ser una interfaz digital, una interfaz de línea de comandos, una interfaz gráfica de usuario ("GUI") o cualquier otra forma en que un usuario pueda interactuar con una máquina. Por ejemplo, la interfaz de usuario ("UI") puede incluir una combinación de dispositivos de entrada y/o salida digitales y analógicos o cualquier otro tipo de dispositivo de entrada/salida de UI necesario para lograr un nivel deseado de control y monitorización para un dispositivo. Ejemplos de dispositivos de entrada y/o salida incluyen ratones de ordenador, teclados, pantallas táctiles, perillas, diales, interruptores, botones, etc. Las entradas recibidas desde la IU pueden luego enviarse a un microcontrolador para controlar los aspectos operativos de un dispositivo.

El módulo de interfaz de usuario puede incluir un visualizador, que puede actuar como un dispositivo de entrada y/o salida. Más particularmente, el visualizador puede ser un visualizador de cristal líquido ("LCD"), un visualizador de diodos emisores de luz ("LED"), un visualizador de LED orgánico ("OLED"), un visualizador electroluminiscente ("ELD"), un visualizador emisora de electrones de conducción superficial ("SED"), un visualizador de emisión de campo ("FED"), un visualizador LCD con transistor de película delgada ("TFT"), un visualizador reflectante colestérica biestable (es decir, papel electrónico), etc. La interfaz de usuario también se puede configurar con un microcontrolador para mostrar condiciones o datos asociados con el dispositivo principal en tiempo real o sustancialmente en tiempo real.

Como resultará evidente para un experto en la técnica, se pueden realizar cambios mecánicos, de procedimiento o de otro tipo sin apartarse del alcance de la invención. El alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100) de generación de potencia, que comprende:

una carcasa (102) que contiene agua;

un pistón (g) convertible posicionado en la carcasa (102), en donde el pistón (g) convertible se puede mover en el agua contenida en la carcasa (102) de agua para desplazar una cantidad de agua, en donde dicho pistón (g) convertible comprende al menos un lastre (12), una porción (17) ponderada y una cámara (14) inflable;

en donde el pistón (g) convertible es móvil, en parte, por gravedad y por flotabilidad;

una primera etapa (4, 44) de generación de potencia para recibir una cantidad de agua desplazada por el pistón (g) convertible para crear una primera cantidad de potencia eléctrica;

una segunda etapa (1) de generación de potencia en comunicación fluida con la primera etapa (4, 44) de generación de potencia, en donde la segunda etapa (1) de generación de potencia recibe agua producida por la primera etapa (4, 44) de generación de potencia para crear una segunda cantidad de potencia eléctrica; y

una tercera etapa de generación de potencia en comunicación fluida con la primera y segunda etapas (1, 4, 44) de generación de potencia, en donde la tercera etapa de generación de potencia recibe agua producida por las etapas (1, 4, 44) de generación de potencia primera y segunda para crear una tercera cantidad de potencia eléctrica.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde la primera etapa (4, 44) de generación de potencia comprende una turbina Francis.

3. El sistema de la reivindicación 1, en donde la segunda etapa (1) de generación de potencia comprende un generador de turbina Kaplan.

4. El sistema de la reivindicación 1, en donde la tercera etapa de generación de potencia comprende al menos un generador de rueda de potencia de momento (u).

5. El sistema de la reivindicación 1, en donde al menos un lastre (12) del pistón (g) convertible incluye una válvula selectivamente controlable para permitir selectivamente que el agua entre o sea bombeada fuera del interior del lastre (12).

6. El sistema de la reivindicación 5, en donde al menos un lastre (12) comprende además un respiradero de aire en comunicación con la atmósfera para añadir flotabilidad al pistón (g) convertible.

7. El sistema de la reivindicación 1, en donde la cámara (14) inflable se infla para controlar el movimiento descendente del pistón (g) convertible en la carcasa (102) debido a la gravedad.

8. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:

una cuarta etapa de generación de potencia que recibe agua de la tercera etapa de generación de potencia y antes de que se reintroduzca el agua en el pistón (g) convertible;

en donde la cuarta etapa de generación de potencia comprende un generador (35) de potencia de vórtice.

9. El sistema de la reivindicación 8, que comprende además:

una quinta etapa de generación de potencia que recibe agua de la cuarta etapa de generación de potencia y antes de que se reintroduzca el agua en el pistón (g) convertible;

en donde la quinta etapa de generación de potencia comprende otro generador (38) de turbina Kaplan.

10. El sistema de la reivindicación 9, que comprende además:

una sexta etapa de generación de potencia que recibe agua de la quinta etapa de generación de potencia y antes de que se reintroduzca el agua en el pistón (g) convertible;

en donde la sexta etapa de generación de potencia comprende un segundo generador (40) de rueda de potencia de momento.

11. Un método de generación de potencia, el método que comprende:

mover un pistón (g) convertible en una dirección vertical en una carcasa (102) para desplazar el agua dispuesta en la carcasa (102), el pistón (g) convertible se mueve hacia abajo por gravedad y hacia arriba por flotabilidad, en donde dicho pistón (g) convertible comprende al menos un lastre (12), una porción (17) ponderada y una cámara (14) inflable; generar potencia en una primera etapa (4, 44) con el agua desplazada;

sacar el agua de la primera etapa (4, 44) a una segunda etapa (1) para generar potencia adicional en la segunda etapa;

sacar el agua de la segunda etapa (1) a una tercera etapa para generar potencia adicional en la tercera etapa; y sacar el agua de la tercera etapa de regreso hacia el pistón (g) convertible en la carcasa (102).

12. El método de la reivindicación 11, que comprende además: antes de sacar el agua hacia el pistón (g) convertible, hacer pasar el agua a través de una cuarta, quinta y sexta etapa para generar potencia adicional en cada una de las cuarta, quinta y sexta etapas.

13. El método de la reivindicación 12, en donde:

la primera etapa (4, 44) comprende un generador de turbina Francis;

la segunda (1) y quinta etapas comprenden generadores (38) de turbina Kaplan;

las etapas tercera y sexta comprenden generadores (u, 40) de rueda de potencia de momento; y

la cuarta etapa comprende un generador (35) de potencia de vórtice dispuesto como se muestra en este documento.

14. El método de la reivindicación 11, en donde el paso de mover el pistón (g) convertible hacia abajo por gravedad comprende abrir al menos una entrada al menos a un lastre (12) del pistón (g) convertible para permitir que entre agua en al menos un lastre (12) para aumentar el peso del pistón (g) convertible.

15. El método de la reivindicación 14, en donde el paso de mover el pistón (g) convertible hacia arriba mediante flotabilidad comprende bombear el agua en al menos un lastre (12) y reemplazar el agua con aire para aumentar la flotabilidad del pistón (g) convertible.