AUTOFLOTANTE

1- CAMPO DE APLICACION

El sistema aprovecha la energía kinética contenida en las corrientes “naturales” de alta velocidad, como las que existen aguas abajo de las presas, y las de determinados ríos, canales, mareas, y corrientes marinas. A si mismo se pueden aprovechar las corrientes de “velocidades incrementadas artificialmente” mediante pequeñas Obras Civiles, o mediante “aceleradores de fluidos auto-flotantes” - El sistema comprende dos, (o más) convertidores hidrokinéticos auto-flotantes, transversales a las corrientes, de paletas radiales excéntricas, de láminas curvas terminadas en aletas tipo “winglets”, sostenidas por tenso-estructuras auto-flotantes, vinculadas por vigas que conforman los “bogies” que incorporan los sistemas de multiplicación de revoluciones y los sistemas de generación eléctrica y a su vez comprende un sistema auxiliar de guinches instalados en tierra firme, o en embarcaciones especializadas, según los casos, que permiten elevar fuera del agua el conjunto generador a fin de regular ó detener completamente su velocidad de rotación. En determinados casos, las velocidades de las corrientes de agua pueden ser aceleradas mediante “dispositivos auto-flotantes aceleradores de fluidos” cuando las velocidades naturales sean insuficientes (que en muchos casos permiten evitar la construcción de Obras Civiles).

2- ANTECEDENTES

Desde hace miles de años la humanidad busca la forma de cosechar la inagotable energía contenida en las grandes masas de agua en movimiento: las corrientes de baja velocidad de los ríos, mareas, y mares. La energía que resulta de la aplicación de la fuerza de gravedad sobre las masas de agua puede ser aprovechada por medios directos, o por medios indirectos. Los aprovechamientos por medios indirectos utilizada en los últimos dos siglos recurren a las diferencias de nivel del agua de los diques para incrementar la velocidad de los fluidos, con el fin de concentrar grandes cantidades de energía en relativamente pequeñas turbinas, (a costa de ingentes inversiones y desmesurados impactos ambientales negativos).

Los aprovechamientos por medios directos, empleados en los últimos dos o más milenios, que utilizaban la energía cinética contenida en las velocidades “naturales” de las corrientes de agua prácticamente sin generar impactos ambientales negativos fueron superadas por otros, y desaparecieron entre fines del siglo XIX y principios del XX.

Un nuevo interés mundial está resurgiendo, a partir de que se comprobara matemática y geométricamente que la cantidad de energía hidráulica cosechable por medios directos puede ser infinitamente superior a la cosechable por medios indirectos (represas), siempre que se logren desarrollar Convertidores de Energía Hidrocinética eficientes, y de bajo costo, que puedan ser replicados en grandes cantidades, y que puedan ser distribuidos a lo largo (y a lo ancho) de los cursos de agua de los ríos. La nueva variable de cálculo: La “velocidad de los fluidos”, (que incide al cubo en la potencia), condujo a la búsqueda de soluciones tecnológicas que permitan aprovechar el inmenso potencial hidrokinético contenido en el movimiento natural de las aguas de un río, (representado en la fig. N°1 por el triángulo A, con respecto al aprovechado por las presas, representado por el triángulo B). El corte esquemático de un rio, (fuera de escala), de la fig. N°1 representa su potencial energético total por efecto de la gravedad, comparado con una presa en el mismo río. El Triángulo A, (1), (representa el potencial energético total por efecto de la gravedad de un rio que nace en una montaña y termina en el mar) - El Triángulo B, (2), (representa el potencial energético de un Embalse, por efecto de la gravedad) - (3) Plano Horizontal - (4) Pendiente, ó desnivel - (5) Zonas con mayores velocidades de las corrientes - (6) Vertical en la intersección entre la desembocadura del río y el nivel del mar.

La energía aprovechada por las Presas se extingue luego de pasar por los álabes de las turbinas. En cambio, la Energía Cinética de los sectores de los ríos (y mareas) que tengan determinadas velocidades mínimas puede ser cosechada todo a lo largo, y a lo ancho, de esos cursos de agua, por medio de una Sucesión de Turbinas Hidrokinéticas diseñadas para tal fin, separadas por una distancia entre sí, que permita la recuperación de la velocidad de las aguas, desaceleradas por los “vórtices” causados por el “efecto presa” generados por las turbinas precedentes.

El nuevo término:” Convertidor Hidrokinético”, (o “Convertidores de Energía Hidrokinética”) refleja más acertadamente las características de los dispositivos para cosechar las relativamente lentas velocidades de las corrientes “naturales” de los ríos, que el término “Turbina Hidrokinética”, asociado a altas velocidades de rotación.

3- ESTADO ACTUAL DE LA TÉCNICA

Problemática: del análisis de más de 170 Patentes mundiales, la primera de ellas presentada en enero de 1956, surgieron una serie de consideraciones, que pasamos a enumerar.

Puede afirmarse que la totalidad de los dispositivos para capturar la elusiva energía hidrocinética de los ríos, y de las mareas, patentados y/o publicados, sufren una, o más de una fallas graves. Son notablemente ineficientes y costosos en relación a la energía generada, y todos presentan numerosos inconvenientes y desventajas que los tornan prácticamente inviables para generar energía a escala. La mayoría, sino todas las “ruedas de paletas”, “ruedas de agua” o “norias” y demás Convertidores Hidrokinéticos, fueron construidos usando el “método a dedo”, más que usando reglas y cálculos basados en el análisis científico.

En la mayoría de los casos los Convertidores no cuentan con un “sistema de engranajes a escala real” fuerte, confiable, y liviano, capaz de elevar las relativamente lentas velocidades de rotación de los Convertidores a los 1500 r.p.m, ó más, necesarios para generar electricidad. Este hecho implica que los pesados Multiplicadores de Revoluciones deben ser instalados en tierra firme, o en embarcaciones de gran porte. Además, resulta prácticamente imposible conectar los ejes de los Convertidores emplazados en el agua, con los de los Multiplicadores de Revoluciones emplazados en tierra firme. Por otra parte resulta extremadamente engorroso conectar los ejes “desplazables” (de los Convertidores que ocasionalmente deben extraerse fuera del agua para detener su rotación, para su revisión), con los ejes de los multiplicadores de Revoluciones dispuestos en tierra firme, o sobre embarcaciones auxiliares.

Prácticamente la totalidad de los Dispositivos Hidrokinéticos estudiados, no contemplan la necesidad (fundamental) de poder detenerlos, (para su revisión y mantenimiento), y menos aún contemplan la posibilidad de regular sus velocidades de rotación.

Desde el punto de vista estructural, por trabajar a la flexo/compresión, (y no a la tracción pura y compresión pura), los convertidores hidrokinéticos del estado actual de la técnica son extremadamente pesados, y sus dimensiones se ven limitadas a largos no mayores de 2m a 3m. Los convertidores del estado actual de la técnica presentan elevadas masas estructurales, que se traduce en elevados pesos propios, baja eficiencia mecánica y elevados costos. Debido a su gran peso y masa estructural, para ponerlos en movimiento a menudo era necesario construir esclusas, compuertas, y diques para guiar las aguas hacia las ruedas, con los consiguientes incrementos de costos y complejidad. En las turbinas de paletas radiales una cantidad sustancial de agua fluye hacia abajo y por los laterales. La falta de “placas de fondo” y de “contenciones laterales”, disminuyen notablemente los rendimientos energéticos. A excepción de las turbinas tipo Zuppinger que requieren la construcción de importantes Obras Civiles para construir los canales que alojan sus varios componentes.

Los diseños pequeños, que en ocasiones aparentan ser relativamente eficientes, en general no son escalables, o sea no pueden llevarse a escalas mayores, invalidando esas opciones para generar energía a escala real. Los diseños a escalas mayores como los “molinos subacuáticos” solo logran generar electricidad a altísimos costos por Kwh, y por lo tanto resultan poco competitivos. Además solo pueden ser emplazados donde existen profundidades considerables y elevadas velocidades de las corrientes, o sea en el mar o en ríos de gran profundidad. Este hecho limita el número de emplazamientos posibles para estas tecnologías.

La mayoría de los dispositivos tienen “Paletas” que tienen Áreas de Reacción extremadamente pequeñas, lo que se traduce en que tengan rendimientos energéticos insignificantes. Además, estos dispositivos en general no pueden ser escalados. En otras palabras, difícilmente pueden ser construidos a escala real, ó comercial. Utilizando la metodología de conversión de energía del Electric Power Research Institute, (EPRI), la potencia instantánea que puede generar un fluido está dada por la fórmula: Pw = ~ A x V ³ x P x (CBetz x Cef). Donde Pw se expresa en Watts, A es el área “barrida”; V es la velocidad en m/s; P es el peso específico del agua dulce 1000 kg/m ³ ; (la del agua salada 1025 kg/m ³ ); CBetz = 0.59, (límite aplicable solamente a las turbinas que “barren un Área”); y Cef es la sumatoria de los Coeficientes de Eficiencia (de los engranajes, de los generadores, del arrastre de las paletas (drag), y otros) Si se elimina el peso específico P = 1000 kg/m ³ y se reemplaza (W) por (Kw) el resultado es:

Pkw = 0.5 x åA x V ³ x CBetz x å Cef - (Donde åA es la sumatoria de los cosenos de las Áreas (A) de las paletas sometidas a las corrientes) - De la fórmula antedicha se deduce que: a) El Área de los Convertidores (A) debería ser la mayor posible - En la totalidad de los ejemplos del estado actual de la técnica, el área (A) es prácticamente insignificante. b) Las paletas de los Convertidores deberían barrer la mayor “sección transversal” de los ríos que sea posible, (Puesto que en general los anchos son mucho mayores que las profundidades); Además deberían poder barrer la mayor sección “longitudinal” de los ríos que sea posible (Hecho que no sucede en ninguno de los casos en el estado actual de la técnica) c) A fin de incrementar al máximo las Áreas de Captación de energía cinética, el diseño de las turbinas debe contemplar la posibilidad de que estas puedan emplazarse una detrás de otras a lo largo de los cursos de agua, (que tengan determinadas velocidades mínimas económicas), o sea, las turbinas deben diseñarse para minimizar las interferencias con las turbinas emplazadas aguas abajo. Esto no sucede en ninguno de los antecedentes de patentes estudiados. d) En determinados casos la velocidad de los fluidos puede ser incrementada mediante pequeñas intervenciones de Obra Civil, o por otros medios, siempre que estas no generen impactos ambientales negativos e) En el caso de turbinas que tengan “múltiples paletas de alma llena”, deberían considerarse, para los cálculos de potencia: la sumatoria de las proyecciones de cada paleta inmersas en las corrientes de agua o sea:

A = å (eos A1 + cosA2 + cosA3). (En todos los antecedentes estudiados, no se realizaron cálculos matemáticos o comprobaciones empíricas sobre el tema)

El límite de Betz = 0.59, que no es contemplado en los ejemplos del estado actual de la técnica, refleja la potencia máxima extraíble por las palas de las turbinas que “barren un Área” antes que el fluido pase por los álabes sin generar energía, (por efecto del frenado impuesto por el sistema Generador de Energía). Este Limite solo es aplicable a las turbinas tipo “hélice”, tipo Darrieux, tipo Orlov o similares. No corresponde su aplicación a las turbinas de “paletas de alma llena”. En la presente innovación se utilizan “paletas de alma llena” por lo que el rendimiento no se ve afectado por el límite de Betz. En las turbinas “de paletas de alma llena” una cierta cantidad de “energía adicional a la energía kinética” podría provenir de “la Inercia de las masas de agua en movimiento” empujando por detrás a las que pasan por las paletas. En este tipo de turbinas la energía aplicada se ejerce parcialmente en forma kinética, pero también en forma de “presión”.

La energía en forma de “presión” tendría el mismo efecto que un aumento adicional de la masa de agua. “Seria análogo a la presión de una muchedumbre tratando de salir por una puerta cerrada”. Las fuerzas ejercidas sobre esa puerta pueden ser mucho mayores que las ejercidas solamente por las personas en contacto físico con esa puerta (representada por las formulas E = M V ² lo o por E = A V ³ ) ; o por Ekw = A V ³ Para determinar la “Cantidad de la Potencia Cosechada, medida en el tiempo”, o sea la Potencial Real entregada por una turbina, a lo largo de por ejemplo un año, debe multiplicarse la potencia expresada en las fórmulas antedichas por un “Factor de Capacidad” (F.C.), que refleja el tiempo que efectivamente la turbina genera energía. A modo de ejemplo en energía eólica el Factor de Capacidad (F.C.) rara vez supera el 30% (0.30), aun en las mejores localizaciones. A pesar de que en general la energía hidráulica es más previsible, y en los ríos se ejerce en una sola dirección, puede presentar variaciones de velocidad que obliguen a contar con “algún tipo de dispositivo” capaz de regular la velocidad de rotación, a fin de que el Factor de Capacidad tienda a ser 1. Podemos afirmar que ningún convertidor hidrokinético en el estado actual de la técnica cuenta con ese tipo de dispositivo. Adicionalmente, todos los sistemas para fijar los convertidores Hidrokinéticos al lecho de los ríos y los que dependen de grandes embarcaciones para sostenerlos a flote, son extremadamente costosos en relación a las potencias generables y difícilmente pueden replicarse en grandes números para aprovechar el extraordinario potencial hidrocinético contenido a lo ancho, pero especialmente a lo largo de los ríos.

En el estado actual de la técnica no existen turbinas a escala real que sean totalmente “auto-flotantes”, o sea capaces de prescindir de embarcaciones para sostenerlas a flote, y menos aún turbinas que además de ser auto-flotantes sean capaces de mantener a flote los pesados multiplicadores de revoluciones y los generadores eléctricos, que completan cualquier esquema de generación eléctrica. 4- DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

(fig. N° 1) - Corte esquemático de un río, fuera de escala, que representa su potencial energético por efecto de la gravedad comparado con una presa en el mismo río.

(fig. N° 2) - Diámetros máximos de las turbinas “tipo a hélice”; con referencia a las profundidades de los ríos. (fig. N° 3) - Sucesión de múltiples “turbinas tipo a hélice”, para aprovechar la energía hidrokinética contenida en la sección transversal de un río.

(fig. N° 4) - Vista (esquemática) de una Paleta “ideal” que aprovecha la totalidad de la energía hidrokinética contenida en el ancho de un río.

(fig. N° 5) - Plano transversal de un río (corte esquemático) - Vista esquemática de una Paleta ideal que sigue el contorno del Plano transversal de un río. (fig. N° 6) - Sistema para asegurar a los convertidores hidrokinéticos capacidades para flotar por si mismos - Esqueletos auto-flotantes inundibles.

(fig. N° 7); (fig. N° 8) - Variantes de Tenso-estructuras Auto-flotantes de discos crucetas de igual diámetro.

(fig. N° 9); (fig. N° 10) - Variantes de Tenso-estructuras Auto-flotantes de discos crucetas de diámetros desiguales.

(fig. N° 11) - Tensores planos - Aletas, tipo “winglets” de los extremos de las Paletas. (fig. N° 12) - Tensores.

(fig. N° 13) - Esquemas de los componentes de los discos cruceta flotantes. (fig. N° 14) - Sistema neumático auxiliar, opcional.

(fig. N° 15 - Esquemas de las Paletas Laminares.

(fig. N° 16) - Sistemas para rigidizar las finas láminas de las paletas.

(fig. N° 17) - Esquemas comparativos de las áreas barridas por los convertidores de 4,6, y 8 paletas radiales.

(fig. N° 18) - Distancias mínimas que deben guardar entre si los sucesivos Convertidores, tomando en consideración que las turbulencias generadas por los convertidores auto-flotantes son paralelas a la dirección de los fluidos, o sea no son divergentes (como el caso de las turbinas a hélice y otras) - Ver hidrodinamia de los fluidos). (fig. N° 19) - Esquemas comparativos entre los convertidores hidrokinéticos que incluyen dispositivos para evitar los “derrames de los fluidos”, (hacia los “laterales”, en los extremos de los convertidores, y hacia “abajo”, en las paletas radiales), y los que no los incluyen. (fig. N° 20) - El área de reacción de cada paleta es igual al coseno del ángulo que esta forma con el plano superficial del agua. Como resultado el área total de un convertidor es igual a la sumatoria de las áreas útiles de las paletas sumergidas. (fig. N° 21) - Esquemas de las “vigas Bogie” - Los mismos conceptos que condujeran al desarrollo de los “bogies” de los trenes permitieron transformar los “convertidores hidrokinéticos auto-flotantes” en “generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes”, mediante el empleo de un sistema de vigas especializadas, de ínfimo peso, que vinculan dos, ( o más) convertidores. (fig. N° 22) - Esquema - Vista lateral de una “viga bogie”.

(fig. N° 23) - Aprovechamiento de las olas ascendentes de popa a la salida del 1- convertidor, para incrementar el diámetro y por consiguiente las áreas de reacción del 2 convertidor.

(fig. N° 24) - Esquema de la primera etapa, (mecánica), del multiplicador de revoluciones.

(fig. N° 25) - Variantes de sistemas para elevar parcial, ó totalmente fuera del agua los generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes.

(fig. N° 26) - Catamaranes auxiliares, de bajo calado, y mínima resistencia a las corrientes, especialmente diseñados, para elevar los “generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes” fuera del agua, y para poder acoplarse a dispositivos “aceleradores de fluidos flotantes de anchos de boca variables”, (cuando económicamente resulte conveniente).

(fig. N° 27) - Dispositivos para mantener en posición el conjunto de los convertidores y de los “generadores electro hidrokinético auto-flotantes” dentro de los espacios libres existentes entre los cascos de los catamaranes, con el objetivo de impedir que estos puedan impactar contra los Cascos; por efecto del viento, o de las olas.

(fig. N° 28) - Esquemas de los dispositivos “aceleradores de fluidos auto- flotantes de anchos de boca variables”, compuestos por “faldones” de láminas finas, (que pueden ser de diversos materiales, rigidizados, o no, por medio de estructuras secundarias, y articulados, o no articulados), sostenidos por dos (o más) tubos flotantes, (rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas), que pueden vincularse elásticamente con las proas de catamaranes especializados, (en un extremo), y con los sistemas de transferencia de las amarras, (o con los deflectores de impactos), en el otro extremo .

Uno o los dos extremos de los dispositivos aceleradores que conforman los “embudos” puede desplazarse a voluntad, (por medio de aparejos de cables, cabos y poleas, automatizadas o no), que permiten regular el ancho de las bocas de los “embudos”). El sistema permite la construcción de “trenes de generadores auto-flotantes impulsados por fluidos acelerados en el interior de sus propias estructuras”

(fig. N° 29) - Esquemas y características de diversos tipos de “faldones” de los aceleradores de fluidos auto-flotantes. (fig. N° 30) - Esquemas de: "deflectores de impactos auto-flotantes”.

(fig. N° 31) - Dispositivos para Transferir las fuerzas de tracción ejercidas por las cuatro (4) amarras que sostienen los “generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes”, a una sola línea de fondeo.

(fig. N° 32) - Sistemas para impedir el hundimiento de la “proa” de los “deflectores de Impactos” y de los “sistemas de transferencia de amarras”, para los casos en que, (por efecto de crecidas extraordinarias), puedan modificarse los “ángulos de tiro” de las líneas de fondeo.

(fig. N° 33) - (Opcional) - “Capotas tensadas”, (en una, o dos, direcciones), para proteger los Convertidores de los vientos extraordinarios que se prevean puedan tener igual dirección que las corrientes.

(fig. N°34) - Esquema de sectores de “paletas de láminas multivalvulares” (fig. N°35) - Esquemas de generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes de ejes verticales, (u horizontales), de convertidores totalmente sumergidos. 5- SOLUCIÓN APORTADA

La presente innovación permite resolver la mayor parte de los problemas expuestos con anterioridad, en donde el inventor aporta un sistema de generación de energía que incluye dispositivos que permiten generar tanto energía renovable “distribuida”, como energía renovable “concentrada”, (en forma de Centrales Lineales compuestas por múltiples y sucesivos generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes dispuestos unos detrás de otros).

El desarrollo de la tecnología electro hidrokinética promete ser de fundamental importancia, habida cuenta que las corrientes de agua tienen una densidad energética casi 1000 veces superiores a las del aire, y por lo tanto, a igual potencia generada, los convertidores hidrokinéticos podrían tener dimensiones, y costos, muy inferiores a sus equivalentes en el aire.

El objeto de la presente innovación consiste en proveer un “Sistema de generación electro hidrokinético auto-flotante” replicable “a lo largo de los ríos”. El mismo cuenta con una serie de características y soluciones que lo distingue de todos los antecedentes de turbinas hidrokinéticas del estado actual de la técnica.

Los convertidores hidrokinéticos auto-flotantes aprovechan las “velocidades naturales” de los cursos de agua de cierta velocidad, como los que existen aguas abajo de las presas y otros. En determinados casos, las velocidades de las corrientes pueden ser incrementadas mediante pequeñas intervenciones de obra civil, como reducciones en el ancho o profundidades de los cauces y mediante otros medios. La presente innovación contempla la posibilidad de utilizar “aceleradores de fluidos auto-flotantes” descriptos en páginas posteriores. En general el único recurso posible para aumentar la potencia de los convertidores hidrokinéticos consiste en aumentar al máximo posible las áreas (las superficies), que reaccionan a los fluidos, dado que no es posible aumentar las “velocidades naturales” de los ríos sin recurrir a costosas obras civiles.

Para lograr esos fines las longitudes de las turbinas deben tender a adaptarse a los anchos, y a las profundidades de los cauces de los ríos.

Estos condicionantes determinan que no resulta conveniente utilizar turbinas de ejes paralelos a las corrientes, como las tipo hélice, ni las turbinas de ejes verticales u horizontales, tipo Orlov, Darrieux, y similares, porque se necesitarían instalar múltiples turbinas para cubrir el ancho de los ríos - (Ver los gráficos de las fig. N° 2 y N° 3 adjuntos) Para aprovechar la mayor cantidad posible de la energía hidrokinética contenida en el plano transversal de un río, la presente innovación contempla utilizar “Turbinas Transversales a las corrientes”, de grandes luces, que emplean sistemas estructurales tensados que permiten mantener los pesos propios contenidos y pueden ser escalados, en otras palabras, pueden tener grandes dimensiones sin perder sus características y cualidades para generar energía electro hidrokinética.

Nota: A lo largo de un río existen “múltiples planos transversales” susceptibles de ser aprovechados (y no solo uno).

(fig. N° 2). Diámetros máximos que pueden tener las turbinas “tipo hélice”; con referencia a las profundidades de los ríos); (7) Las turbinas de ejes paralelos a las corrientes no pueden tener diámetros mayores que la profundidad de los ríos, medida en la bajante máxima extraordinaria; (8) Nivel mínimo de un río correspondiente a la bajante máxima - (fig. N° 3) - Sucesión de múltiples “turbinas tipo a hélice”, para aprovechar la energía hidrokinética contenida en la sección transversal de un río.

Fijar múltiples turbinas (7) al lecho de los ríos, sería una tarea, extremadamente engorrosa y económicamente inviable solución, si se desea extraer la mayor cantidad posible de la energía hidrokinética contenida en el plano transversal de un río.

(fig. N° 4) - Vista (esquemática) de una Paleta “ideal” que aprovecha la totalidad de la energía hidrokinética contenida en el ancho de un rio.

Las paletas sumergidas “transversales a las corrientes” de la presente innovación (9), pueden dimensionarse, en longitud, profundidad, y forma, para captar la mayor cantidad posible de la energía hidrokinética contenida en el plano transversal de un río; (10) Sectores “fuera del agua” de las paletas de los convertidores auto-flotantes (11) bordes de ataque paralelos a los ejes, (variante de paletas); (12) Ejes de los Convertidores auto-flotantes.

(fig. N° 5) - Vista esquemática de una paleta ideal que sigue el contorno del plano transversal de un río); (12) ejes de los convertidores (13) sectores de los bordes de ataque de las paletas, no paralelos a los ejes.

En algunos casos los convertidores cuyas paletas tienen sectores de los bordes de ataque, no paralelos a los ejes, pueden adaptarse mejor a los perfiles de determinados cauces, (a fin de captar la mayor cantidad posible de energía hidrokinética)

La ejecución de turbinas hidrokinéticas de gran envergadura capaces de cosechar cantidades apreciables de energía resultaba prácticamente imposible (en el estado actual de la tecnología), debido a que las pesadísimas estructuras metálicas que fuesen capaces de resistir el empuje de las corrientes, y los esfuerzos generados durante el montaje, imponían limites insuperables en las dimensiones de las Paletas de los Norias, y de las turbinas, (que en general no tenían más de 0.25m ² de superficie y raramente superaban el metro cuadrado

La fijación de una turbina, o una noria, a tierra firme, o al lecho de los ríos, resultaba ser una tarea extremadamente difícil, y onerosa. La fijación de múltiples turbinas, (para poder incrementar las superficies de reacción), resultaba irrealizable.

Otro inconveniente de fundamental importancia: los convertidores Hidrokinéticos deben ser independientes de las “fluctuaciones del nivel de los ríos”, y de los efectos devastadores de las crecidas extraordinarias.

Este hecho sumado a los problemas antedichos y a los costos prohibitivos de las alternativas que contemplaban instalarlos sobre embarcaciones, determinó la desaparición de la tecnología hidrokinética a gran escala.

Las soluciones aportadas por la presente innovación a los gravísimos problemas mencionados pasan por: (1) Asegurar a los Convertidores Hidrokinéticos condiciones de Auto-flotabilidad, (o sea que no deben recurrir a embarcaciones auxiliares para mantenerlos a flote). Para lograrlo sus propias estructuras incluyen los medios para que puedan flotar por si mismas -

(fig. N° 6 - Sistema para asegurar a los convertidores hidrokinéticos capacidades para flotar por si mismos). Esqueletos auto-flotantes inundibles;

(8) “Línea de Flotación en coincidencia con un nivel predeterminado (por el diseño de las paletas, las velocidades de las corrientes, y otros considerandos); (14) discos cruceta flotantes, (rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas), cuyo diámetro responde a las profundidades de los ríos, al perfil de los cauces y a las velocidades de las corrientes, y cuyo ancho, (espesor), resulta de los cálculos de desplazamiento, que tienen como premisa que: los empujes verticales equivalentes al peso de los volúmenes del agua desplazada por los sectores sumergidos de los discos cruceta, sean iguales a la sumatoria de los pesos de todos los componentes de los generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes incluyendo los motores generadores y otros;

(12) Ejes huecos rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas;

El sistema permite aumentar al máximo posible las áreas, (las superficies que reaccionan a los fluidos), mediante la utilización de “tenso-estructuras extendidas”, transversales a las corrientes, capaces de salvar grandes luces, (similares a los mástiles de los veleros dispuestos en posición horizontal) (fig. N° 4), y utilizar paletas que puedan adaptarse en longitud, profundidad, y forma, a la sección transversal de los ríos. (fig. N° 5)

El sistema permite reducir a un máximo el peso de cada uno de los componentes, a fin de disminuir el espesor y el “drag” de los discos cruceta.

A si mismo permite utilizar paletas que trabajen a la tracción pura, como las velas de los barcos, a fin de disminuir su peso propio y utilizar estructuras tensadas que trabajen a la tracción pura, vinculadas a ejes que trabajan a la compresión pura, con el fin de evitar el uso de las pesadas estructuras que trabajan a la flexo-compresión.

Para evitar la “auto-rotación” utiliza los mismos conceptos que condujeron al desarrollo de los “bogies” de los trenes, (y de los camiones), que permiten transmitir la energía mecánica generada por los ejes de dos (2,) (o más), convertidores hidrokinéticos, a los “multiplicadores de revoluciones” y a los “generadores eléctricos” de flujo axial de imanes permanentes, descriptos en páginas posteriores. Desde el punto de vista estructural, la solución aportada por la presente innovación a los problemas planteados por las estructuras tradicionales, (pesos propios excesivos y dimensiones mínimas), consiste en la utilización de tenso- estructuras extendidas, o sea estructuras tensadas similares a los mástiles de los veleros, dispuestos en posición horizontal, donde los esfuerzos de compresión se absorben en el eje central; los de tracción en tensores dispuestos alrededor de los ejes, distanciados por crucetas especializadas en forma de discos, y los esfuerzos de flexión, (que se generan mayormente durante el izado de las estructuras durante su botado), son tomados por tensores en diagonal, (que conforman triángulos con los ejes). Todos los tensores se distancian de los ejes por medio de “crucetas”, (como las de los mástiles de los veleros). El conjunto de “crucetas” dispuestas radialmente conforman unos dispositivos circulares denominados “discos cruceta”, (que además cumplen con una variedad de otras funciones). (fig. N° 7; fig. N° 8) - Variantes de tenso-estructuras auto- flotantes cuyos discos crucetas tienen igual diámetro) (fig. N° 9; fig. N° 10 - variantes de tenso- estructuras auto-flotantes cuyos discos crucetas tienen diámetros desiguales); (14) Discos cruceta flotantes, rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas; (12) Ejes huecos rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas, dimensionados para resistir las fuerzas de torsión, (de cada caso particular), con la única condición que sean livianos y auto-flotantes;(15) tensores estructurales externos, de flejes, (o de cables en algunos casos), donde se fijan los bordes de ataque de las paletas laminares y las costillas de rigidización. Incluyen los dispositivos para tensionarlos; (16) Puntas de eje cuyo fin es reducir el diámetro de los ejes y el de los rodamientos; (17) Tensores en diagonal que contribuyen en la rigidización de las tenso-estructuras. En algunos casos pueden disponerse de forma tal que permitan tomar esfuerzos de torsión; (18) perfiles tubulares que contribuyen a “fijar” los discos cruceta de ambos extremos; (19) Dispositivos para tensar los cables o los flejes - Los tensores externos paralelos a los ejes, conformados por flejes planos, sostienen el “borde de ataque de las paletas de los convertidores”, (como los cables que sostienen las velas de proa de los veleros). La forma aplanada de estos tensores permite que puedan resistir pequeños esfuerzos a la flexión impuestos por las paletas, (en el sentido de la abscisa mayor). (fig. N° 11 - Tensores planos - Aletas, de los extremos de las paletas), (tipo Winglets) ; (15) Tensores estructurales externos de “flejes planos”; (11 ó 13) Bordes de ataque de las Paletas laminares; (20) Zona de las Paletas laminares que conforman aletas tipo “winglets”; (21) Remaches, tuercas, o dispositivos para fijar el borde de ataque de las paletas a los flejes tensados; (30) Paletas laminares -

Las variantes con flejes tensados no paralelos a los ejes y sus correspondientes bordes de ataque (de las paletas), se distancian de los ejes por medio de “discos cruceta de diámetros desiguales” (fig. N° 9; fig. N° 10).

Además de los tensores perimetrales y los en diagonal, los discos Cruceta admiten que se puedan disponer los tensores en múltiples otras posiciones. En los casos que resulte conveniente podrán disponerse números impares de tensores (no opuestos), con sus correspondientes números impares de paletas.

(fig. N° 12), Tensores; (22) Tensores auxiliares opcionales; (31) Tensores impares (no opuestos)

Los tensores en diagonal, (cuya función es contrarrestar los esfuerzos a la flexión de los ejes), conviene que sean de cable, para disminuir la resistencia a los fluidos.

Los discos cruceta no sirven solamente para posicionar y distanciar los tensores, que sostienen los bordes de ataque de las paletas laminares, sino para transmitir a los ejes las fuerzas (torque) generadas por estas últimas, y fundamentalmente otorgar “reservas de flotación” al conjunto del Sistema de generación de energía electro hidrokinético auto-flotante (mediante el rellenado de todos sus componentes con espumas plásticas de celdas cerradas)

(fig. N° 13 Esquemas de los componentes de los discos cruceta flotantes); (15) Variantes de cables o de flejes de los tensores externos. El aro estructural perimetral (23), que conforma el borde de ataque de los discos cruceta flotantes permite fijar y posicionar los tensores y transmitir los esfuerzos generados por las paletas a los rayos (24), y a las “placas de torsión y de cierre de ambas caras (26). Los rayos, alivianados, transmiten a los bujes (25) y estos a los ejes (12), una parte de las fuerzas de rotación impuestas por las paletas. Las “Placas de torsión” y cierre (26) transmiten a los bujes (25) y estos a los ejes (12) el resto de las fuerzas de rotación. (27) Relleno del interior de los componentes y de los espacios libres con espumas plásticas de celdas cerradas -

El ancho, o sea el espesor de los discos cruceta flotantes, es la variable de cálculo para que el nivel de flotación del sistema de generación electro hidrokinético auto-flotante concuerde con los niveles de diseño.

A fin de que el conjunto del sistema de generación electro hidrokinéticos auto- flotante pueda flotar en coincidencia con una línea de flotación predeterminada por el diseño y por los cálculos, el peso del volumen de agua desplazada por la sumatoria de los sectores sumergidos de los discos cruceta, (determinados por esa línea de flotación), debe coincidir con la sumatoria de los pesos propios de la totalidad de los componentes, incluyendo los de los generadores eléctricos, los de las “vigas Bogie”, los de los propios convertidores Hidrokinéticos y los de los demás componentes.

Los Discos Cruceta Flotantes en conjunto con los Ejes flotantes constituyen el “esqueleto flotante” de los Convertidores Electro Hidrokinéticos auto-flotantes, caracterizado por que la estructura flota por sus propios medios, sin necesidad de recurrir a embarcaciones auxiliares para sostener el peso de sus componentes (fig. N° 6).

En ciertos casos un sistema neumático auxiliar permite regular los niveles de flotación.

(fig. N° 14 - Sistema neumático auxiliar, opcional); (14) discos cruceta; (28) cámaras neumáticas; (29) Inyección/extracción de aire; (16) Puntas de eje. Las “Paletas laminares” (de láminas finas) de los Convertidores Hidrokinéticos auto- flotantes sostenidas en su posición relativa por los tensores externos de las tenso-estructuras, (detalle fig. N° 11), están construidas con láminas curvadas de pequeño espesor y peso contenido, que trabajan a la tracción pura, como las velas de los barcos. Debido a esas inusuales características las resistencias al giro por efecto de la fricción sobre los rodamientos, (y las fuerzas de inercia a vencer), son insignificantes, con los consiguientes aumentos de eficiencia. Por otra parte, al contrario de las ínfimas superficies de reacción y pesos desmesurados de las paletas de las Norias tradicionales y las de los convertidores tipo Orlov, Darrieux, Thawt y otros similares, de paletas de secciones variables que además de ser extremadamente pesadas, pequeñas y onerosas, solo pueden ponerse en movimiento en localizaciones con grandes velocidades de los fluidos, las paletas laminares de los convertidores auto- flotantes pueden tener grandes superficies extendidas horizontalmente (fig. N° 4 y 5) que permiten aprovechar mejor las relaciones ancho/ profundidad de la mayoría de los ríos y las variadas velocidades que puedan presentarse.

Los discos cruceta de diámetros desiguales, (figs. N° 5/6/9/10), y sus correspondientes tensores no paralelos a los ejes, determinan que las paletas resultantes sean levemente helicoidales y que los “bordes de ataque” de este tipo de paletas (13) entren “progresivamente” en el agua, durante los cambios de fases de los fluidos, o sea cuando estas pasan del aire al agua, por efecto de la rotación, reduciendo los típicos impactos y vibraciones de los convertidores cuyas paletas tienen bordes de ataque paralelos a los ejes y a la superficie del agua (11). (fig. N° 15 - Esquemas de las Paletas laminares); (8) Nivel de flotación predeterminado por los cálculos y el diseño; (15) Tensores estructurales externos, (de flejes tensados), que sostienen en sus posiciones relativas el borde de ataque de las paletas laminares (30), distanciadas de los ejes por medio de “bujes distanciadores” (32), que permiten variar los ángulos de inclinación de las paletas con respecto a los de los teóricos rayos concéntricos, separándolas de los ejes; (20) Zona de las paletas con forma de aletas, tipo “winglets”, cuya función es evitar los “derrames” de los fluidos hacia abajo ; (14) Discos cruceta flotantes - Las zonas externas de las paletas laminares sostenidas en su posición relativa por los flejes tensados externos de las tenso-estructuras (15) presentan unas aletas tipo “winglets” (20) cuyo plegado contribuye a rigidizar el borde de ataque longitudinal de las Paletas -

Las paletas laminares, (de láminas finas) incluyendo las aletas de sus extremos, (“winglets”), se rigidizan, (en un sentido), por medio de unos “perfiles rigidizadores curvos”, (en lo posible planos y alivianados con múltiples huecos), que cumplen con la función de que las láminas de las paletas ultralivianas conserven las curvaturas que surgen de los cálculos y de los diseños. En el otro sentido la rigidez se logra por forma.

(fig. N° 16 - Sistemas para rigidizar las Láminas finas de las Paletas) - Un cierto número de “Perfiles Rigidizadores” alivianados (33) soldados a las paletas laminares (30) permiten que estas mantengan las curvaturas de diseño. En la zona interior de los convertidores una serie de “bujes distanciadores” (32) vinculados a los “perfiles rigidizadores (33) permiten conformar una zona central “libre de paletas” alrededor de los ejes (12), que tiene como fin incrementar la eficiencia de los convertidores; (34) dispositivos para sujetar los “perfiles rigidizadores” a los “bujes distanciadores” de los ejes (32).

Para aprovechar al máximo posible las Áreas de reacción, el número de paletas radiales debe ser tal que siempre haya por lo menos una perpendicular a la corriente, a 90°, (Cos 90°=1); de lo que se deduce que el número mínimo de paletas debe ser de al menos ocho (8), pudiendo ser más pero no menos. (fig. N° 17 - Esquemas comparativos de las áreas barridas por los convertidores de 4,6, y 8 paletas radiales) -

Los convertidores (que transforman la energía hidrokinética en energía mecánica) de los generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes pueden disponerse unos detrás de otros, todo a lo largo de los ríos, o sectores de los mismos, (siempre que estos mantengan las velocidades mínimas, determinadas por la ecuación económica). Esto es posible debido a la particular disposición que tienen las paletas de los convertidores, radiales, excéntricas, y transversales a las corrientes, que no generan distorsiones en la dirección de los fluidos a la salida de las mismas, tal como sucede en las turbinas: tipo a hélice, tipo Orlov, tipo Darrieux, y otras similares, que al igual que los molinos eólicos, no pueden disponerse unos detrás de otros porque las turbulencias generadas por las que las preceden, las destruirían. De lo antedicho se deduce, que las potencias totales generables en un determinado sector de un río, son directamente proporcionales a la sumatoria de las áreas de reacción de los múltiples convertidores auto-flotantes que se puedan instalar, e inversamente proporcionales a las distancias mínimas que deben guardar entre si los convertidores para que no se vean afectados por las turbulencias generadas por el efecto presa de los convertidores que los preceden. (fig. N° 18 - Distancias mínimas que deben guardar entre si los sucesivos convertidores tomando en consideración que las turbulencias generadas por los convertidores auto-flotantes son paralelas a la dirección de los fluidos, o sea no son divergentes - hidrodinamia de los fluidos); (35) Ola de proa (generada por compresión contra el convertidor); (36) Primera Ola de popa descendente (succión), a la que sigue una segunda Ola de popa, ascendente ; (37) Estela de vórtices y turbulencias no divergentes que se suceden hasta que se recuperan las velocidades (iniciales) de los fluidos; (38) Distancia mínima teórica entre convertidores para que puedan recuperarse las velocidades iniciales de los fluidos, (o la de la desaparición de los vórtices) - (Esta distancia depende de la velocidad de los fluidos, de la forma y dimensiones de las Paletas, de la profundidad existente bajo las paletas, y de otros considerandos. La potencia resultante de la sumatoria de las potencias individuales generadas por esos “trenes de generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes” puede ser extraordinaria, y tomando en especial consideración que prácticamente no generan impactos ambientales negativos, en muchos casos se podría evitar la construcción de represas hidroeléctricas que generan enormes impactos ambientales negativos.

Además, la construcción de estos trenes de generadores puede realizarse por etapas, ya que comienzan a generar desde el momento mismo en que son emplazadas, a diferencia de las represas que necesitan estar completamente terminadas para comenzar a generar energía.

Con el fin de evitar las importantes pérdidas de potencia que resultan del “derrame” de las corrientes de agua hacia abajo, y hacia los laterales de los convertidores del estado actual de la técnica, por efecto del frenado impuesto por los generadores, la presente innovación prevee la utilización de los discos cruceta de los dos extremos, para impedir el “derrame” de los fluidos hacia los laterales, y la disposición de aletas tipo “winglets” en los extremos de las paletas, para evitar los “derrames” hacia abajo.

(fig. N° 19) - Esquemas comparativos entre los convertidores hidrokinéticos que incluyen dispositivos para evitar los “derrames de los fluidos”, hacia “afuera”, en los extremos de los convertidores, y hacia “abajo”, en las paletas radiales, comparando con los convertidores que no los incluyen) a) Ejemplos de convertidores que no cuentan con dispositivos para evitar los “derrames de fluidos” - (b) Ejemplos de Convertidores que cuentan con dispositivos para evitar los “derrrames de los fluidos”.

Desde el punto de vista de la aplicación del “límite de Betz”, (x0.59), que disminuye en un 41%, (o más), las potencias generables por los tipos de convertidores que “Barren un Área”,( sean estos eólicos o hidrokinéticos), como es el caso de las turbinas a Hélice, Orlov, Darrieux, y similares.

La Solución aportada por la presente innovación para no ser alcanzada por las deducciones de potencias impuestas por ese límite, consiste en utilizar convertidores compuestos por varias “paletas de alma llena” de grandes dimensiones, que no son alcanzadas por ese límite, por “no tener áreas abiertas” por donde los fluidos puedan pasar, (como las que existen entre las palas de los convertidores “tipo hélice”), cuando son frenadas por los generadores.

Por otra parte, el “área de reacción de este tipo de convertidores” es considerablemente mayor que la que considera para el cálculo solamente el área de una sola paleta a 90 ^o - A = Cos. 90° = 1.

A los efectos de los cálculos de potencia deberían ser tomadas en consideración: la sumatoria de las áreas de todas las paletas sumergidas, sometidas a los empujes de las corrientes, representada por la fórmula P = å (cosA1 + cosA2 + cosA3). A si mismo, deberá comprobarse empíricamente y (si es posible teóricamente), lo expuesto precedentemente con referencia a la existencia de una cierta “energía adicional a la energía kinética” proveniente de la fuerza de inercia de las masas de agua en movimiento -

(fig. N° 20 - El área de reacción de cada paleta es igual al coseno del ángulo que esta forma con el plano superficial del agua. Como resultado el “área de cálculo total de un convertidor” es igual a la sumatoria de las áreas útiles de las paletas sumergidas) - En la variante de cálculo (a) A = coseno 90° = 1 , o sea A = 1 = al plano lateral de una paleta - En la variante de cálculo (b)

A = å (coseno 45° + coseno 90° + coseno 135°) = å (0.707 + 1 + 0.707) = 2.14, o sea en la variante de cálculo (b) A es 2.414 veces mayor que si se adopta para el cálculo del Área el plano lateral de una paleta a 90° -

En el estado actual de la tecnología hidrokinética, para evitar el efecto de “autorrotación” que se genera al aplicar el torque generado por los multiplicadores de revoluciones y los generadores eléctricos sobre los convertidores, resulta imprescindible poder fijarlos, de alguna manera, al lecho de los ríos, o a tierra firme.

Esto puede lograrse a costa de grandes inversiones y extremadamente dificultosas tareas de implementación y mantenimiento. Otra opción contemplaba la posibilidad de instalar todos los componentes incluyendo los generadores y los multiplicadores de revoluciones sobre embarcaciones especializadas, (que resultaban extremadamente onerosas en relación a las potencias generadas).

La opción de emplear “convertidores que sean auto-flotantes” estaba circunscripta a pocos ejemplos que recurrían a “extensiones rígidas de las amarras” para frenar la “Autorrotación” y el consiguiente “enrollamiento de las amarras”. Los pocos ejemplos existentes de la categoría de “Convertidores Hidrokinéticos auto-flotantes”, son pequeños tambores flotantes con paletas radiales de ínfimas dimensiones, (e ínfimo rendimiento), que no son escalables, (o sea que no pueden construirse a escala real) -

La solución al problema de la “autorrotación” de los Convertidores aportado por la presente innovación, conceptualmente es similar al resuelto por los “bogies de los trenes”, (y de los camiones), que utilizan vigas, o estructuras especializadas, para vincular dos, ó más, ejes, con el fin de establecer puntos fijos solidarios entre sí, que permiten incorporar los sistemas de frenos, los motores, los engranajes reductores y demás componentes.

La solución aportada en la presente innovación tanto para evitar la “autorrotación”, como para incorporar los soportes de los sistemas de los multiplicadores de revoluciones, los soportes de los generadores eléctricos, los extremos de los cabos de amarra a los fondeos y los extremos de los cabos de amarra hacia los convertidores subsiguientes, consiste en vincular los extremos de los ejes, (las puntas de eje), de dos, (o más), convertidores hidrokinéticos auto-flotantes, mediante dos “vigas bogie” especialmente diseñadas, de peso contenido, paralelas entre sí y escuadradas mediante tensores que “conforman cruces de San Andrés”.

(fig. N° 21 - Esquemas de las “vigas bogie” - Los mismos conceptos que condujeran al desarrollo de los “bogies”, permitieron convertir los “convertidores hidrokinéticos auto-flotantes” en “generadores eléctro Hidrokinéticos auto- flotantes”, mediante la incorporación de unas estructuras especializadas que vinculan dos, (ó más), convertidores: las “vigas bogie”); (39) vigas bogie; (40) Tensores de las cruces de San Andrés; (41) dispositivos para fijar las amarras de proa y de popa; (42) dispositivos para incorporar a las “vigas bogie” la 1- etapa de los multiplicadores de revoluciones; (43) Dispositivos para fijar las otras etapas de multiplicación y los generadores eléctricos.

Las vigas, (y los dispositivos que las vinculan con los ejes de dos, ó más convertidores auto-flotantes) conforman los “Bogies Auto-flotantes” que sostienen las varias etapas de los multiplicadores de revoluciones, los generadores eléctricos de flujo axial de imanes permanentes, las amarras a los fondeos y las amarras a los generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes subsiguientes. Además, sostienen los anclajes para los cables de los guinches (para elevar el sistema fuera del agua).

Las “vigas bogie” cuentan con prolongaciones hacia proa y hacia popa, en el extremo de los cuales se fijan las amarras. En los extremos hacia proa se afirman las amarras que llegan de los deflectores anti- Impactos; o las de los dispositivos que transfieren los esfuerzos de tracción de cuatro (ó más), amarras a una sola, (según los casos). En los extremos hacia popa se afirman las amarras que conducen a los generadores electro hidrokinéticos auto- flotantes subsiguientes, (que se encuentran aguas abajo). (fig. N° 22 - Esquema - Vista lateral de una “viga bogie”); (44) prolongaciones hacia proa y hacia popa de las “vigas bogie”.

Las distancias que deben guardar entre si los ejes de los dos (tres, o cuatro) convertidores auto-flotantes, (vinculados por las vigas que conforman los “bogies”), están condicionadas por: el diámetro de los convertidores auto- flotantes, sumada a la distancia mínima que debe guardar el segundo convertidor, (el que se encuentra aguas abajo del primero) para no verse afectado por las “estelas de turbulencias” generadas por el convertidor que lo precede. En algunos casos (cuando las velocidades de los fluidos son elevadas), y con el fin de incrementar las Áreas de reacción, puede aprovecharse la altura de los sectores ascendentes de las olas de popa, (que se producen a la salida del 1 ^er convertidor), para aumentar el diámetro del 2 convertidor, sin variar su calado. En otras palabras manteniendo el mismo calado para los dos Convertidores pueden incrementarse las Áreas de reacción elevando el eje y aumentando el diámetro del segundo convertidor -

(fig. N° 23), Aprovechamiento de las olas de popa ascendentes a la salida del 1- convertidor, para incrementar el diámetro y por consiguiente las áreas de reacción del 2 convertidor); (42) 1 ^er convertidor (aguas arriba); (43) 2 convertidor (aguas abajo); (36) Ola de popa ascendente del 1 ^er convertidor. La presente innovación partió de la premisa que resulta imprescindible alivianar al máximo posible el peso de los componentes del sistema multiplicador de revoluciones y del generador eléctrico para que puedan ser sostenidos a flote por las reservas de flotación de los propios convertidores hidrokinéticos auto- flotantes. Para lograr ese cometido conviene utilizar multiplicadores de revoluciones construidos con carcasas de duraluminio y engranajes alivianados, más que los pesadísimos multiplicadores tradicionales. Otro camino alternativo es utilizar generadores multipolares de bajo peso propio - Ambas variantes precedidas por una etapa de multiplicación de “piñón y corona” que aprovecha la forma de los discos cruceta para emplazar la corona dentada del mismo. Además, resulta imprescindible evitar los generadores eléctricos “tradicionales” porque estos tienen pesos tan elevados, que resultan incompatibles con los fines de que sean mantenidos a flote por las reservas de flotabilidad de los propios convertidores auto-flotantes. En la presente innovación se utilizan las características distintivas, de los discos cruceta de los extremos motrices de los convertidores para hacer frente al peso adicional impuesto por los engranajes, el generador, y los demás componentes. Esto se logra incrementando el espesor de esos discos cruceta. Por otra parte, el aumento del espesor de esos discos cruceta contribuye a transmitir el torque proveniente del perímetro de esos discos, a los ejes. Para evitar los pesadísimos multiplicadores de revoluciones tradicionales, en la presente innovación se desarrolló un Sistema Multiplicador de Revoluciones flexible, liviano, y capaz de adaptarse a las diversas r.p.m (revoluciones por minuto) que puedan ser requeridas por los generadores eléctricos. El Sistema comprende una primera etapa de multiplicación, que se materializa adosando a los discos cruceta motrices una “corona dentada” de gran diámetro, y un “piñón” de pequeño diámetro.

Esta configuración de engranajes tiene un peso propio sumamente contenido y presenta mínimas resistencias al giro durante las etapas iniciales de puesta en marcha. A esta etapa la siguen una etapa secundaria de multiplicación y (eventualmente) otra terciaria, de tipo “flexible”, y de peso contenido.

Con respecto a los generadores eléctricos, se estima utilizar “generadores de flujo axial de imanes permanentes” cuyo peso es despreciable si se los compara con los “tradicionales.

(fig. N° 24 - Esquema de la primera etapa, del multiplicador de revoluciones). La estructura de vinculación, Indeformable (42), vincula la punta del eje del convertidor (16), con el piñón (46), y con la viga bogie (39), (que vincula los convertidores del sistema de generación eléctro hidrokinético). La corona dentada (45), adosada al disco cruceta motriz impulsa al piñón (46) y este a la polea mayor de la 2 etapa de multiplicación o al multiplicador de revoluciones. En líneas generales, los sistemas de generación Electro Hidrokinéticas a escala real deberían contar, indefectiblemente, con algún tipo de dispositivo que permita regular las velocidades de rotación, (para el caso de aumentos desmedidos de la velocidad de las corrientes de agua, por efecto de lluvias extraordinarias, deshielos, y crecidas) y que a su vez permitan detenerlas completamente, para poder efectuar las tareas de mantenimiento preventivo y correctivo de sus componentes. En el estado actual de la técnica, ningún convertidor incluye dispositivos para regular las velocidades de rotación para hacer frente a aumentos desmedidos de las velocidades de las corrientes y menos aún dispositivos para extraer fuera del agua convertidores de grandes dimensiones para detenerlos y poder repararlos.

La presente innovación contempla la posibilidad que el conjunto del “sistema de generación de energía electro hidrokinético auto-flotante” pueda ser elevado, parcial, o totalmente fuera del agua, para regular las velocidades de rotación, o para detenerlas completamente, utilizando para tal fin, (según las diversas situaciones y tipos de ríos): a) Guinches instalados en tierra firme, b) Pescantes dispuestos sobre catamaranes especializados, c) Estructuras neumáticas, d) Guinches sobre vigas que atraviesan ríos, e) Sistemas colgantes f) Otros sistemas

(fig. N° 25 - Variantes de sistemas para elevar parcial, ó totalmente fuera del agua los generadores electro hidrokinéticos auto- flotantes).

(A) Variante con guinches dispuestos en tierra firme. En un estrechamiento natural (ó artificial) de un cauce que Incluye una barrera anti- impactos con una pequeña bahía para recolectar residuos; (B) Variante con guinches horizontales en tierra firme; (C) Variante con guinches contrapesados; (D) Variante bajo puentes, ó sobre pilotes; (E) Variante para convertidores de grandes luces; (F) Variante de guinches sobre flotadores asimétricos con faldones, aceleradores de fluidos (G) Variante sobre flotadores asimétricos con faldones aceleradores de fluidos de láminas contrapesadas; (H) Variante que utiliza vigas tendidas sobre los cauces. En algunas variantes las vigas pueden deslizarse a lo largo de los mismos; (I) Guinches sobre cascos; (J) Guinches dispuestos sobre tubos neumáticos horizontales y (K) Variantes sobre flotadores neumáticos verticales.

En los casos donde los guinches para extraer total o parcialmente fuera del agua los “conjuntos de generadores hidrokinéticos auto-flotantes” deban ser dispuestos sobre embarcaciones, (por no poder instalarlos en tierra firme), la presente innovación prevee la posibilidad de utilizar una suerte de catamaranes auxiliares de bajo costo e ínfimo calado que además de sostener dichos guinches, tienen como característica distintiva, entre otras, que pueden acoplarse a “dispositivos aceleradores de fluidos auto-flotantes”.

(fig. N° 26 - Catamaranes auxiliares, de bajo calado, y mínima resistencia a las corrientes, especialmente diseñados, para elevar los “generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes” fuera del agua, y para poder acoplarse a dispositivos “aceleradores de fluidos flotantes de anchos de boca variables”, cuando económicamente resulte conveniente); (47) Cascos de tubos metálicos rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas; (48) espacios internos entre los tubos metálicos rellenos de espumas plásticas de celda cerrada revestidas con compuestos plástico-cementicios reforzados con mallas de fibra de vidrio con tratamiento antialcalino, o con otros revestimientos; (49) estructuras transversales que vinculan los cascos de los catamaranes, o trimaranes; (50) Cruces de San Andrés tensadas; (51) Pescantes o guinches, incluyendo los dispositivos para que puedan deslizarse verticalmente los “resortes posicionadores”; (53) Motorización y automatismos; (52) Dispositivos opcionales para vincular los cascos de tubos metálicos de los catamaranes con los (eventuales) extremos de los tubos metálicos de los “aceleradores de fluidos flotantes de anchos de boca variables”.

La presente innovación prevee que los propios “pescantes”, (guinches emplazados sobre los catamaranes), para elevar a los convertidores auto- flotantes fuera del agua, cuenten con unos dispositivos que permitan posicionar los convertidores (con un cierto margen de elasticidad), dentro del espacio libre entre los cascos de los catamaranes, utilizando para tal fin unos elásticos contrapuestos, montados en dispositivos que pueden deslizarse verticalmente (cuando los convertidores deban elevarse fuera del agua).

(fig. N° 27, Dispositivos de “resortes opuestos” para mantener en posición el conjunto del “generador electro hidrokinético auto- flotante” dentro de los espacios libres existentes entre los cascos del catamarán, con el objetivo de impedir que estos puedan impactar contra los cascos; por efecto del viento, o de las olas).

(39) “vigas bogie”; (51) Pescantes o guinches que incluyen los dispositivos para que los resortes opuestos de posicionamiento puedan desplazarse verticalmente durante el izaje. (53) Resortes opuestos para posicionar las vigas bogie entre los cascos del catamarán.

Tomando en especial consideración que la velocidad de los fluidos incide “al cubo” en las potencias generables, y que el agua, al contrario que el aire, es incompresible, la presente innovación incluye la posibilidad de instalar unos “dispositivos aceleradores de fluidos auto-flotantes”, de anchos de boca regulables, (o no regulables), que permiten incrementar localmente las potencias generadas. Toda reducción en el ancho de la boca de una tobera se traduce en un aumento de la velocidad de los fluidos, (mientras que en el aire se traduciría en un aumento de presión).

En el caso de ríos cuya velocidad resulte insuficiente para generar energía de forma económica, la presente innovación contempla la posibilidad de acelerar las corrientes de agua mediante una suerte de “embudos auto-flotantes de anchos de boca regulables” ó “toberas auto-flotantes de paso variable que aceleran la velocidad de los fluidos”, que permiten evitar los impactos ambientales negativos (y los costos) de los sistemas basados en el estrechamiento de los cauces por medio de obras civiles.

La posibilidad de regular “el ancho de la boca de los embudos”, permite regular la velocidad de las corrientes que inciden en los Convertidores, (a diferencia de los pequeños embudos de anchos de boca fijos, del estado actual de la tecnología), y evitar de esta manera los incrementos de velocidad excesivos que pueden presentarse en los sistemas de boca fija, cuando se producen crecidas y lluvias extraordinarias. Además, la capacidad del sistema de regular el ancho de la “boca de los embudos”, disminuye los problemas que se generan durante las etapas de botado de los sistemas de boca fija, (por efecto de los ángulos de incidencia entre los “faldones” y la dirección de los fluidos. En algunos casos, los “faldones” pueden ser “articulados”, a fin de poder elevarlos durante las etapas de transporte y de botado, y para regular la velocidad de los flujos de agua que inciden en los Convertidores, (mediante sistemas automatizados, o manuales). También permiten hacer frente a crecidas y bajantes extraordinarias y responder a los requerimientos de los generadores de energía eléctrica. El sistema acelerador de fluidos está compuesto por uno o dos dispositivos flotantes de tubos metálicos rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas, que soportan unos “Faldones” de láminas rigidizadas, que se vinculan elásticamente con los extremos de la proa de los cascos de los catamaranes auxiliares.

En alguno de los dos extremos una serie de cabos, o cables, accionados manual ó automáticamente permiten regular el ancho de la boca de los “embudos” - Los tubos de los cascos de los catamaranes auxiliares y los tubos de los dispositivos aceleradores de fluidos cuentan con unos “faldones” que conforman los “canales” y los “embudos” auto- flotantes del sistema acelerador de fluidos. (fig. N° 28 - Esquemas de los dispositivos “aceleradores de fluidos auto- flotantes de anchos de boca variables”, compuestos por “faldones” de láminas finas, (que pueden ser de diversos materiales, rigidizados, o no, por medio de estructuras secundarias, y articulados, o no articulados), sostenidos por dos (o más) tubos flotantes, (rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas), que pueden vincularse elásticamente con las proas de los catamaranes especializados, (en un extremo), y con los sistemas de transferencia de las amarras, (o con los deflectores de impactos), en el otro extremo. Uno de los dos extremos de los dispositivos aceleradores que conforman los “embudos”, puede desplazarse a voluntad, (por medio de aparejos de cables, cabos y poleas automatizadas o no) que permiten regular el ancho de las bocas de los “embudos”).

Zona (a) deflector de Impactos - Zona (b) acelerador de fluidos - Zona (c) catamaranes Auxiliares ; (54) Cables (o cabos) de amarra al fondeo ; (55) Cables (o cabos) de amarra entre los extremos de las “vigas bogie”; (41) y (opcionalmente) entre la proa de los catamaranes auxiliares (a) a los deflectores de impactos ó a los sistemas de transferencia de amarras (c); (56) Tubos flotantes (rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas); (57) Vigas transversales livianas dispuestas por encima del nivel del agua, apoyadas sobre los tubos flotantes y opcionalmente sobre flotadores auxiliares (58) flotadores auxiliares (59), Tubos flotantes con “faldones” incorporados (del dispositivo “acelerador de fluidos”); (60) Tubos flotantes para contrapesar el dispositivo acelerador de fluidos” - (sin faldones) (61) aparejos, (de cables o de cabos automatizados o no automatizados), para posicionar los “dispositivos aceleradores autoflotantes”.

Los aparejos posicionadores pueden disponerse (opcionalmente) en el extremo de proa de los aceleradores de fluidos; (62) Posición de los dispositivos aceleradores de fluidos paralelo a las corrientes para el caso de crecidas y corrientes extraordinarias); (64) Tubos centrales de los cascos de los catamaranes auxiliares con “faldones” paralelos a las corrientes ; (63a) Tubos flotantes con faldones paralelos a las corrientes de los dispositivos aceleradores de fluidos autoflotantes de “embudos asimétricos”; (63b) Idem anterior, sin faldones

Los “embudos auto-flotantes de faldones” conforman estrechamientos que tienden a acelerar “localmente” la velocidad de los fluidos. Además, con el fin de impedir que las corrientes se “derramen” hacia abajo, fuera de los faldones, estos cuentan con unas aletas longitudinales en forma de (L); o de (Z), (“winglets” longitudinales) que impiden, o limitan, dichos derrames. Los

“faldones” pueden ser (según los diversos casos): (a) Articulados, (para poder elevarlos durante las etapas de transporte y de botado) - (b) Articulados y contrapesados, (para poder adaptarse a bajantes, ó bajantes extraordinarias) - (c) No articulados, (fijos) - (d) De láminas rigidizadas - (e) De lonas contrapesadas - (f) Híbridas, (parcialmente de láminas rigidizadas y parcialmente de lonas contrapesadas) - (g) Fijos, integradas a los cascos (de espumas plásticas de celdas cerradas, revestidas con P.R.F.V o P.C.R.F.V) -

Los incrementos de velocidad (de los fluidos) que pueden lograrse es proporcional al cociente entre las separaciones máximas y mínimas entre los faldones. O sea, la Velocidad “Incrementada” por el Dispositivo es igual a = (la velocidad “natural” del río x ,¾Bg , (-) (menos una pérdida de velocidad

“por rozamiento” y por “turbulencias”). Otra particularidad de estos dispositivos es que permiten conformar “Trenes de generadores electro hidrokinéticos auto- flotantes accionados por fluidos acelerados en el interior de sus propias estructuras”.

(fig. N° 29 - Esquemas y características de diversos tipos de “faldones” de los aceleradores de fluidos auto-flotantes); (65) Estructura transversal, de travesaños que vinculan los tubos flotantes (59) y (60) de los aceleradores de fluidos; (65) Articulaciones de los "faldones”; (66) Dispositivos mecánicos, eléctricos, hidráulicos, o neumáticos para elevar los faldones; (67) “Faldón laminar” en posición operativa; (68a) “Faldón laminar” en posición totalmente retraída; (68b) “Faldón laminar” en posición intermedia, (para hacer frente a bajantes extraordinarias); (69) Estructura secundaria para rigidizar los “Faldones laminares”.

En determinados casos donde exista un riesgo de que “objetos flotantes grandes” llevados por las corrientes puedan impactar en los convertidores en la presente innovación se incluye un “deflector de Impactos auto-flotante” conformado por un dispositivo de forma triangular que transfiere a una sola amarra las fuerzas de tracción ejercidas por las amarras provenientes de la proa de los dos cascos de los catamaranes y las provenientes de los extremos de las dos vigas/bogie. La amarra resultante (de la transferencia de las cuatro amarras a una sola de fondeo) puede ser anclada al lecho de los ríos mediante “muertos”, o “gaviones rellenos de piedras”, ó anclas, según los casos, o pueden anclarse a puntos fijos en tierra firme - Los detritos, ramas pequeñas, y otros objetos pequeños que puedan filtrarse a través de los deflectores no causan problema alguno en los convertidores auto-flotantes.

(fig. N° 30 - Esquemas de” deflectores de impactos auto-flotantes”) - (a) Zona correspondiente al generador electro hidrokinético auto-flotante - (b) Zona de las 4 amarras (c) Zona del deflector de impactos auto-flotante ; (39) “Viga bogie” ;(44) Prolongaciones hacia proa de las “Vigas Bogie” ; (55) Cabos, (o cables) de amarra que vinculan el Deflector de Impactos Autoflotante con las prolongaciones hacia proa de las Vigas Bogie (44) y/o con las proas de los tubos centrales (64) de los catamaranes auxiliares; (56) Tubos flotantes rellenos de espumas plásticas de celdas cerradas; (57) Vigas transversales livianas dispuestas por encima del nivel del agua, apoyadas sobre los tubos flotantes, y opcionalmente sobre flotadores auxiliares (58). Los tubos flotantes (56) sostienen un sistema estructural de caños sumergidos rellenos de espumas de celdas cerradas (70) especialmente diseñadas para que los objetos flotantes de un determinado tamaño puedan deslizarse a lo largo de los mismos, fuera de las zonas que puedan impactar con los generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes. Para lograr ese cometido los perfiles tubulares anti- impactos (70) solo se sostienen en sus dos extremos - En el extremo de proa se vinculan a un dispositivo tubular anti- impacto y en el de popa a la zona interna del extremo posterior del tubo, donde se une con la viga transversal (57) En condiciones normales, donde no se prevean crecidas extraordinarias que puedan modificar significativamente los “ángulos de tiro” de las amarras de fondeo, no es necesario implementar flotadores adicionales en la proa (71) -

En los casos donde no exista posibilidad alguna de que objetos flotantes puedan impactar en los convertidores, (como en los sectores “prefiltrados” aguas abajo de las represas, en determinados canales de riego, y otros), la presente innovación prevee un dispositivo auto-flotante triangular que transfiere los esfuerzos de tracción de las (4) cuatro amarras indicadas precedentemente, a una sola línea de fondeo, anclada al lecho de los ríos, o a puntos fijos en tierra firme, según los casos. La particular disposición del sistema de amarras permite que se puedan evitar los tradicionales “enredos” que se producen cuando se despliegan múltiples amarras a múltiples anclajes.

(fig. N° 31 - Dispositivos para transferir las fuerzas de tracción ejercidas por las cuatro amarras que sostienen los “generadores electro hidrokinéticos auto- flotantes”, a una sola línea de fondeo).

Dependiendo de la profundidad de los ríos, y de la altura de las posibles crecidas extraordinarias, pueden incorporarse (a los Deflectores de Impactos, ó a los Sistemas de Transferencia de cuatro amarras a una sola), “flotadores adicionales” que permiten incrementar la flotabilidad en el vértice de proa de las estructuras triangulares. (fig. N° 32 - Sistemas para impedir el hundimiento de la “proa” de los “Deflectores de impactos” y de los “sistemas de transferencia de amarras”, para los casos en que, (por efecto de crecidas extraordinarias), puedan modificarse los “ángulos de tiro” de las líneas de fondeo; (71) flotador adicional relleno de espumas plásticas de celdas cerradas, cuyo fondo inclinado colabora hidrodinámicamente a contrarrestar las fuerzas que tienden al hundimiento de la proa de los deflectores de impactos y de los sistemas de transferencia de las amarras a una sola línea de fondeo.

Para el caso de emplazamientos en zonas extremadamente ventosas, o en zonas que puedan sufrir vientos extraordinarios y que no estén protegidos por costas escarpadas, y en los casos en que la dirección predominante de los vientos haga preveer, por su dirección, que estos no colaborarán en la generación de energía, la presente innovación prevee la posibilidad e desplegar una suerte de “capotas” tensadas, perforadas, o no perforadas, de una sola curvatura, o de dos curvaturas, (tipo paraboloide hiperbólico) apoyadas en las propias vigas bogie (para evitar que estas deban ser replegadas cuando los Convertidores deban ser elevados).

(fig. N° 33- (Opcional según los casos) - Esquema de “Capotas tensadas” en una o dos direcciones para proteger los convertidores de los vientos extraordinarios que tengan igual dirección que las corrientes de agua; (72) Tensores paralelos de las “capotas” de una sola curvatura ó tensores alabeados en el caso de “capotas de doble curvatura”; (73) capota; (74) Vientos extraordinarios que tienen igual dirección que las corrientes de agua -

Las paletas de “geometría fija” generan considerables fuerzas de arrastre, (drag), que tienden a frenar la rotación, además tienden a que el aire quede atrapado entre las paletas, disminuyendo la capacidad de convertir la energía kinética en energía mecánica. Para solucionar esos problemas, numerosos autores han sugerido mecanismos para cambiar la geometría de las paletas rígidas durante la rotación, a fin de mejorar la eficiencia de las “ruedas de las paletas”. Por ejemplo Brewer J.J. (1976) en “waterwhel driven electric generador” (U.S. Patente N°3984698) - Otros autores han propuesto el uso de paletas flexibles apoyadas sobre estructuras metálicas radiales en su fase de extracción de la energía hidrokinética, que pueden arquearse al entrar al agua y al salir - University of Southampton (Patente G.B. 2479912 A)

La solución aportada en la presente innovación a la problemática de las palas rígidas de las norias y de otras máquinas a paletas que convierten la energía hidrokinética en energía mecánica, consiste en emplear paletas de “láminas perforadas cubiertas de múltiples válvulas flexibles que permiten o impiden el peso de los fluidos a través de las perforaciones en función del ángulo de incidencia de las presiones que ejercen las corrientes sobre sus caras”. El sistema permite que las válvulas de las paletas de los “convertidores hidrokinéticos auto-flotantes” se abran cuando reciben los impactos de las fases iniciales de la transición aire-agua, disminuyendo las presiones negativas y permitiendo que el aire acumulado en las celdas entre las paletas pueda salir. En las fases de la rotación inmediatamente posteriores las válvulas permanecen abiertas mientras subsisten las presiones negativas, hasta que se cierran al alcanzarse las posiciones de extracción de la energía cinética (alrededor de 20° en convertidores de 8 paletas), y a partir de aproximadamente los 160° las válvulas se abren nuevamente en correspondencia con las fases de salida agua-aire, disminuyendo el efecto de arrastre.

Las perforaciones de las láminas de las paletas pueden ser circulares, cuadradas o rectangulares. Las válvulas flexibles que las cubren son tiras de membranas de polietileno, polímeros sintéticos, gama natural o sintética y demás materiales plásticos flexibles y delgados con o sin la inclusión de fibras, filamentos o mallas de refuerzo que se fijan a las zonas no perforadas de las láminas perforadas mediante pegamentos o tiras metálicas fijadas con remaches o tornillos, o seregrinado, dejando libre el sector opuesto al sector adhesivado. En determinadas circunstancias donde se consideren presiones superiores a las que pueden soportar las membranas, para salvar las distancias internas de perforaciones, se podrán incrementar los espesores de las membranas en los tramos que cubren las perforaciones. Esos incrementos de espesor pueden lograse mediante el adhesivado o seregrinado de sucesivas láminas del mismo material, o de otros materiales como aluminio y otros.

Las paletas laminares multivalvulares de las presente innovación, permeables a los fluidos en un sentido, e impermeables en el otro, no solo permiten aumentar el rendimiento de los “generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes”, sino, “por diferencia de presión entre una paleta y la opuesta”, permiten aprovechar la energía hidrokinética contenida en las mareas, y en las corrientes oceánicas, mediante el uso de Convertidores subacuáticos de características similares a las expuestas con anterioridad, o mediante turbinas tipo “símil Savonius” totalmente sumergidas, o mediante turbinas de paletas textiles enrollables, o mediante otros similares, que permiten o regular la velocidad de rotación, o detenerla completamente.

Las paletas de láminas multivalvulares abren un nuevo campo de “Investigación & desarrollo” para el aprovechamiento hidroeléctrico de las corrientes oceánicas.

(fig. N° 34 - Esquemas de sectores de las paletas de “láminas multivalvulares”) (a) De láminas con perforaciones circulares - (b) De láminas con perforaciones cuadradas - (c) De láminas con perforaciones rectangulares - (75) Láminas multiperforadas, de aluminio, metálicas, de textiles, de P.R.F.V, de fibra de carbono, etc. - (76) Válvulas de films flexibles, de plásticos, textiles, o de otros materiales - (77) Zonas de las cintas de films flexibles a adherir a las láminas multiperforadas - (78) Huecos de las láminas multiperforadas. (fig. N° 35 - Esquemas de generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes, de ejes verticales, (u horizontales), cuyos “Convertidores se encuentran totalmente sumergidos” y los demás componentes como los generadores eléctricos, los multiplicadores de revoluciones y otros componentes se disponen fuera del agua) - (82) Nivel de Flotación fig. N° 35 (a) Corte/vista esquemática de convertidores sumergidos fig. N° 35 (b) Planta esquemática de convertidores totalmente sumergidos. (fig N° 36 - Esquemas de generadores electro hidrokinéticos auto-flotantes de ejes verticales cuyas paletas textiles multivalvulares permiten sean enrolladas)

(79) - Posición “enrollada” de la lámina textil multivalvular - (posición detenida)

(80) - Posición “de trabajo” de la lámina textil (girando) - (81) Tensores - Es indudable que al ser el presente invento llevado a la práctica, podrán ser introducidas modificaciones en lo que a ciertos detalles de construcción y forma se refiere, sin que ello implique apartarse de los principios fundamentales que se agregan en las cláusulas reivindicatorías que se adjuntan a la presente.