"Sistema de Generación de Energía a Partir de una Onda de Presión que Comprende un Mecanismo que Minimiza la Perturbación de la Onda"

La presente invención corresponde a un sistema de generación de energía a partir del movimiento de traslación de una onda de presión, el cual comprende varios accesos que o por una parte abren o cierran siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, o por otra parte se desplazan siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, de forma tal que en cualquiera de ambos casos, dicha sincronización entre los accesos y el frente de avance de la onda de presión se traduce en una mínima perturbación del campo de fuerzas de dicha onda de de presión y una máxima conducción y transformación de su energía.

Antecedentes de la Invención

Son conocidos sistemas de generación de energía a partir de las olas del mar basados en la utilización de las fuerzas boyantes que actúan sobre un cuerpo flotante anclado o lastrado al fondo del mar. El recorrido de trabajo que efectúa el cuerpo flotante debido a la acción de las fuerzas boyantes se aprovecha para obtener energía. La palabra "undimotriz" trata sobre los "Equipos para la Conversión de la Energía de la Ola del Mar". El término "undimotriz" se deriva de la palabra del latín "unda" que significa onda u ola del mar y de la palabra del español "motriz" que significa que tiene o genera movimiento.

Los equipos undimotrices conocidos están agrupados en dos categorías: a) "Boyantes": aquellos que utilizan las fuerzas boyantes que actúan sobre un cuerpo flotante anclado o lastrado al fondo del mar. Dentro de esta agrupación cabe mencionar las siguientes tecnologías undimotrices: absorbedor puntual — Boya oscilante-, Arquímedes WS ~"Wave Sing" según su denominación en inglés-, atenuador lineal - del tipo "Pelamis ", nombre que deriva por su similitud con la serpiente marina del mismo nombre. Comprende una serie de cuerpos abisagrados entre si que flotan sobre la superficie del mar de forma tal que generan energía a partir del movimiento relativo de dichas articulaciones-. b) "Rompientes": aquellos que utilizan la fuerza de la ola al romper contra un cuerpo o cámara de aire. Dentro de esta agrupación cabe mencionar las siguientes

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) tecnologías undimotrices: Columna Oscilante de Agua- "CWC" según su denominación en inglés-, Rampa de Rebalse Flotante -"Wave Dragón" según su denominación en inglés-, ducto o túnel o canal ubicado en dirección hacia una rompiente costera, playa o rompeolas. La patente norteamericana US2006/0273593 describe el equipo undimotriz denominado "Pelamis", el cual comprende una estructura de flotación larga orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje. La estructura se compone de secciones múltiples unidas mediante rótula. El giro relativo entre las secciones se convierte en electricidad usando una máquina electrohidráulica de conversión de energía. Existe una versión del equipo Pelamis en etapa de aplicación industrial, la cual corresponde a una estructura flotante de 5 [m] de diámetro, 120 [m] de largo y que genera una potencia eléctrica trifásica de 750 [k Watt] aproximadamente, para un estado de mar calmo —Altura característica de ola de 0,5 [m]-. La patente internacional WO2007/088325 describe el equipo undimotriz denominado "Anaconda", el cual comprende un tubo de material flexible completamente sumergido bajo la superficie del mar. El tubo flexible contiene líquido hidráulico que ejerce una presión sobre la pared flexible de este, de forma tal que por la acción de las olas del mar el líquido hidráulico mueve una máquina electrohidráulica de conversión de energía. Existe una versión del equipo "Anaconda " en etapa de aplicación a escala, el cual está siendo probado en un estanque para simulación de olas.

Todos los equipos undimotrices del Estado del Arte comprenden o un cuerpo rígido, o un cuerpo flexible, o una cámara de aire que se opone al movimiento de la ola, lo cual genera turbulencia que le resta eficiencia a dichos equipos undimotrices. La presente invención comprende varios accesos que o por una parte o abren o cierran siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, o por otra parte se desplazan siguiendo el frente de avance de dicha onda de presión, de forma tal que minimizan la turbulencia y maximizan la conducción y transformación de la energía de la ola. Existen distintas fuentes de energía limpia del mar: a) "Mareomotriz": Mareas; b) "Corrientes Submarinas"; c) "Undimotriz": Olas; d) "Térmica": Gradiente Térmico del Agua; e) "Gradiente Salino ": Diferencia de la densidad de la aguas;

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) De acuerdo a las experiencias industriales de las plantas a escala real construidas a partir de la energía del mar, de entre todas las energías limpias del océano, las más rentables son las energías: Mareomotriz, Corrientes Marinas y Undimotriz. La Central Mareomotriz en el estuario de La Ranee, Francia, con una potencia instalada de 400 [Mega Watt], se encuentra operando comercialmente y en forma exitosa desde 1968. Los problemas de las energías Mareomotriz y de Corriente Marinas son: a) existen pocos lugares en el mundo donde se dan las condiciones para el empleo efectivo de estas; b) dañan la fauna marina, la flora marina y el plancton, debido a la acción de las turbinas empleadas;

La energía undimotriz tiene la ventaja de que existen muchos lugares en el mundo donde se dan las condiciones para el empleo efectivo de esta -"Densidad Lineal de Energía Undimotriz" mayor o igual a 30 [k Watt/ ^' m] -. Por ejemplo, los 2,100 [km] de las costas del sur de Chile tienen una "Densidad Lineal de Energía Undimotriz" igual o superior a 60 [K Watt / m]. Además los equipos undimotrices se pueden emplazar en cualquier punto de altamar.

El equipo undimotriz propuesto tiene la ventaja que está sumergido a una profundidad de 30 [m] bajo la superficie del mar, por lo cual no daña el plancton marino. Además, la presente invención incorpora una rejilla en cada uno de los accesos de agua - rejilla con un reticulado inferior a 1 [mm] de separación — impidiendo la destrucción de pequeñas especies de flora y fauna marina.

Descripción de la Invención

El objetivo de la presente invención es el desarrollar un sistema que aproveche la energía de una onda de presión, convirtiendo dicha energía en otro tipo de energía limpia y aprovechable, como lo es por ejemplo la energía eléctrica.

En la naturaleza existen numerosas expresiones de ondas de presión. Por ejemplo, existen ondas de presión atmosféricas, más bien conocidas como ondas de gravedad, que se pueden apreciar a simple vista en videos en cámara rápida de fenómenos atmosféricos. Existen recientes estudios que relacionan dichas ondas de gravedad con el fenómeno de los huracanes.

También existen ondas de presión originadas por la oscilación en el campo de fuerza gravitacional las cuales son generadas por cuerpos estelares llamados pulsares.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) También las olas del océano son otra expresión de ondas de presión en la naturaleza.

Preferentemente la presente invención se aplica para desarrollar un sistema de generación de energía a partir de las olas del océano.

Las olas del océano son generadas por la influencia del viento en la superficie del océano. La ondulación en la superficie crea una cresta escarpada contra la cual el viento pueda empujar y hacer crecer la ola u ondas.

Las olas del mar en agua profunda —La definición de agua profunda se señala en la ecuación <1>- se comportan de acuerdo a la "Teoría Lineal" descrita según la ecuación

<2>. Nomenclatura:

L: Longitud de onda, unidad de medida [m]. d: Profundidad del agua característica, unidad de medida [m]. x, y: Coordenadas cartesianas, unidad de medida [m]. Con "y" = 0 a nivel del mar, y el eje positivo de la coordenada "y" es en dirección hacia arriba de la superficie del mar. t: Tiempo, unidad de medida [s].

V (x,t): Ecuación de la altura de la ola a lo largo de la coordenada "x" en función del tiempo "t", cuando es positivo la superficie de la ola se encuentra sobre el nivel del mar, y viceversa, unidad de medida [m].

P : Densidad del agua de mar, unidad de medida [kg / m ^A 3]. g: Aceleración de gravedad terrestre, unidad de medida [m / s ^Λ 2]. p(x,y,t): Presión de la onda de presión a lo largo de las coordenadas "x" e "y" en función del tiempo "t" según la ecuación <2>, unidad de medida [Pascal].

Ecuación 1: Definición de Agua Profunda d/L > 0,5 [adimensional] Para la mayoría de los caso el agua profunda comienza a partir de una distancia de 50

[m] desde la orilla de la playa o el borde costero.

Ecuación 2: Teoría Lineal. cosh 2π[(y + d)/L]

P = cosh 27id/L n-y p g

De acuerdo a la Teoría Lineal - Ecuación <2>— se desprende que la presión de la ola actúa a varios cientos de metros de profundidad con un mínimo de atenuación, actuando sobre la presión media hidrostática de la columna de agua.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Por tal razón, la realización preferida de la presente invención canaliza la energía de la ola del mar descrita según la Teoría Lineal para Agua Profunda - Ecuación <2>-, la cual actúa en un amplio trecho que va desde la superficie del mar hasta cientos de metros de profundidad. La realización preferida de la presente invención minimiza la perturbación de la onda de presión de la ola, descrita según la Teoría Lineal -Ecuación <2>-, lo que le permite maximizar la energía que se captura de la onda de presión.

La realización preferida del invento comprende una estructura de flotación larga estacionaria orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje, la cual flota sumergida a una cierta profundidad bajo la superficie del mar y firmemente anclada al fondo del mar. Dicha estructura de flotación larga dispone de una serie de accesos, los cuales mediante un sistema de compuertas, cada uno en particular abre la compuerta cuando se encuentra próximo a la cresta de una ola, y cierra la compuerta a su vez cuando se encuentra alejado a la cresta de una ola, de forma tal que las compuertas de accesos se van abriendo y cerrando sincronizadamente con el movimiento de traslación de la ola que pasa por el exterior de la estructura alargada, generando un flujo de agua a través de dichos accesos hacia el interior de la estructura alargada, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar. Otra aplicación del invento comprende una estructura larga estacionaria sobre la cual se desplazan uno o varios accesos que siguen el movimiento de traslación de la ola, de forma tal que dichos accesos corren bajo la cresta de la ola, generando un flujo de agua a través de los mismos hacia el interior de la estructura estacionaria, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar.

Otras realizaciones del invento combinan distintos dispositivos que permiten ubicar siempre los accesos abiertos cerca del frente de avance de la onda de presión, canalizando el campo de fuerzas de dicha onda de presión hacia el interior de la estructura del invento. Dichas realizaciones incluyen una serie de dispositivos que o desplazan los accesos o giran los accesos o controlan las compuertas de los accesos, de forma tal de mantener el acceso abierto cercano al frente de avance de la onda de presión.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Todas las realizaciones anteriores también pueden funcionar en sentido inverso o mixto, esto es no sólo canalizando el campo de fuerzas y/o fluido desde el exterior hacia el interior de la estructura del invento, sino que también canalizando el campo de fuerzas y/o fluido desde el interior hacia el exterior de la estructura del invento. Otras realizaciones del invento pueden considerar vehículos como buques o naves espaciales, que se desplazan utilizando la energía de una onda de presión. Otras realizaciones del invento combina un by-pass a la salida del flujo de agua de mar, de forma que este by-pass conmute la salida de dicho flujo hacia uno o más ductos, de forma tal que dicho by-pass permite conmutar la salida del flujo de agua de mar hacia él o los ductos que tengan una menor presión relativa en la zona del extremo opuesto del ducto a la que está conectada a la estructura del invento.

Breve Descripción de los Dibujos

Para una mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realización.

En dichos dibujos, las figuras de la 1 a la 36 son vistas esquemáticas en alzado de la realización preferida del sistema de la invención, la cual comprende un cuerpo flotante sumergido compuesto por 10 módulos acoplados linealmente, cada uno de los cuales tienen en su parte inferior 4 accesos, dispuestos en arreglo a 90 [grado sexagesimal], con un conjunto de compuertas que se abren sincronizadamente con el paso de las olas por el exterior de dicho cuerpo flotante.

La Figura 1 : es una vista esquemática en alzado de la realización preferida del sistema de la invención.

La Figura 2: es una vista de detalle de la Fig. 1. La Figura 3: es una vista esquemática en alzado y en corte de la máquina mostrada en la

Fig. 1.

La Figura 4: es una vista esquemática en alzado del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1, con configuración de compuertas (8) abiertas.

La Figura 5: es una vista de detalle de la Fig. 4. La Figura 6: es una vista esquemática en alzado del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1, con configuración de compuertas (8) cerradas.

La Figura 7: es una vista de detalle de la Fig. 6.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La Figura 8: es una vista esquemática en alzado del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 9: es una vista esquemática en alzado posterior del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 10: es una vista esquemática en alzado y en corte del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 11 : es una vista esquemática en alzado del mecanismo de compuertas (7) de la máquina mostrada en la Fig. 1, dispuesta en su posición de montaje en el módulo undimotriz (ll). La Figura 12: es una vista de detalle de la Fig. 11.

La Figura 13: es una vista esquemática en alzado frontal del mecanismo de compuertas

(7) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 14: es una vista esquemática en alzado del conjunto del mecanismo de compuertas (7) y el bastidor (13) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 15: es una vista esquemática en alzado y en explosión del mecanismo de compuertas (7) y el bastidor (13) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 16: es una vista esquemática en alzado del conjunto del módulo undimotriz

(11) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 17: es una vista esquemática en alzado y en explosión del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 18: es una vista esquemática en alzado del conjunto del mecanismo de compuertas (7) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 19: es una vista de detalle de la Fig. 18.

La Figura 20: es una vista esquemática en alzado de la cadena de compuerta (5) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 21: es una vista esquemática en alzado del pasador de cadena de compuerta (3) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 22: es una vista esquemática en alzado del eslabón de cadena de compuerta (2) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 23: es una vista esquemática en alzado del pifión compuerta (1) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 24: es una vista esquemática en alzado de la compuerta (8) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La Figura 25: es una vista esquemática en alzado del conjunto del embudo (9) y del enrejado del embudo (16) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 26: es una vista de detalle de la Fig. 25.

La Figura 27: es una vista de detalle de la Fig. 26. La Figura 28: es una vista esquemática en alzado y en explosión del embudo (9) y del enrejado del embudo (16) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 29: es una vista esquemática en alzado del embudo (9) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 30: es una vista esquemática en alzado del marco (10) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 31: es una vista esquemática en alzado de la cruceta (12) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 32: es una vista esquemática en alzado del bastidor (13) de la máquina mostrada en la Fig. 1. La Figura 33: es una vista esquemática en alzado del estanque principal (15) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 34: es una vista esquemática en alzado del módulo undimotriz (11) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 35: es una vista esquemática en alzado del módulo generador (18) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 36: es una vista esquemática en alzado del estanque del generador (21) de la máquina mostrada en la Fig. 1.

La Figura 37: es una vista esquemática de la realización denominada "Dudo de Salida con By-P as s", en la que se muestra la tobera de salida y unidad de energía (18).

Descripción de Ia Realización Preferida del Sistema de la Invención

Las figuras de la 1 a la 36 representan la realización preferida del sistema de la invención.

La realización preferida del invento comprende una estructura de flotación larga estacionaria orientada perpendicularmente en la dirección característica del oleaje (24), la cual flota sumergida a una cierta profundidad bajo la superficie del mar y firmemente anclada (25) al fondo del mar. Dicha estructura de flotación larga dispone de una serie de

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) accesos o embudos (9), los cuales mediante un sistema de compuertas (7) abren dichas compuertas (8) cuando dichos accesos están próximos a la crestas de las ola (24), y cierran dichas compuertas (8) a su vez cuando dichos accesos están alejados de las crestas de las olas (24), de forma tal que las compuertas de accesos (8) se van abriendo y cerrando sincronizadamente con el movimiento de traslación de la ola (24) que pasa por el exterior de la estructura alargada, generando un flujo de agua a través de dichos accesos hacia el interior de la estructura alargada, y canalizando dicho flujo hacia algún tipo de dispositivo de generación de energía a partir de un flujo de agua de mar. Tal y como está representado en las figuras 1 y 3, la máquina comprende 10 módulos undimotrices (11). De izquierda a derecha en la figura 1 unas flechas curvas señalan los módulos undimotrices (11) número 3 y número 8, simbolizando mediante esta flecha el agua de mar (24) que ingresa sólo por estos dos módulos undimotrices (11). En dicho instante, los dos módulos undimotrices (11) señalados en este esquema corresponden a los dos únicos módulos undimotrices (11) de la máquina que se encuentran bajo una cresta de ola (24). En otras palabras, el mecanismo de control de la máquina sólo abre las compuertas (8) de los módulos undimotrices (11) que coinciden con crestas de la olas del mar (24), permitiendo el ingreso del agua de mar hacia el interior de la máquina a través de los accesos o embudos (9) de dichos módulos undimotrices (11). En la medida que avance el frente de ola (24) se irán abriendo y cerrando sincronizadamente las compuertas (8) de los módulos undimotrices (11) de forma tal que siempre abren las compuertas (8) de los módulos undimotrices (11) que se encuentren bajo las crestas de las olas. Dicho mecanismo de control permite el continuo ingreso de agua de mar (24) hacia el interior de la máquina, debido al sólo hecho de estar bajo la influencia de la alta presión que produce el paso de la ola por el exterior de la máquina, según la Teoría Lineal -Ecuación <2>-. Luego, el agua de mar (24) que ingresa a través de los módulos undimotrices (11) es canalizada por el interior de cada módulo undimotriz (11) en dirección hacía el módulo generador (18), saliendo finalmente dicho caudal a través del orificio de salida del módulo generador (18), tal y como está representado en las figuras I ₅ 3 y 10. Tal y como está representado en la figuras 3 y 10, el agua de mar que circula a través de los módulos undimotrices (11) converge en el turbo compresor (26), y luego sale dicho caudal a través del orificio de salida del módulo generador (18).

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) El turbo compresor (26) comprende una turbina hidráulica que es movida por el caudal de agua de mar que circula a través de los módulos undimotrices (11). Dicho turbo compresor (26) comprende una caja de reducción que transmite el movimiento de la turbina hidráulica al compresor de aire que forma parte del mismo equipo turbo compresor (26).

Tal y como está representado en la figura 10 el aire atmosférico entra a través del snorkel (23), el cual es conducido hasta la cámara estanca (30).

Tal y como está representado en la figura 10 el turbo compresor (26) saca el aire de la cámara estanca (30) y lo comprime hasta una presión de salida de 1,400,000 [Pascal]. Luego, a través del ducto del compresor (28) conduce el aire comprimido hasta el estanque del generador (21).

Tal y como está representado en las figuras 1, 3, 10 y 34, a través de la matriz de aire (22) el aire comprimido es conducido hacia cada uno de los estanques principales (15), los cuales están dispuestos en la parte superior de cada módulo undimotriz (11), tal y como está representado en la figura (34). En otras palabras, la máquina corresponde también a un gran estanque de acumulación de energía neumática a presión de 1,400,000 [Pascal], el cual está compuesto por 10 estanques principales (15), en el cual se almacena la energía de las olas del mar (24) transformada en energía neumática. Tal y como está representado en la figura 10, el aire comprimido en el estanque del generador (21) es conducido a través del ducto del generador (29) hacia el turbo generador (27). El turbo generador (27) corresponde a un motor neumático conectado a la fecha de un generador síncrono trifásico, el cual genera energía eléctrica, para una carga variable del sistema interconectado en tierra. El aire comprimido a 1,400,000 [Pascal] luego de pasar por el turbo generador (27) es vaciado hasta la presión atmosférica en la cámara estanca (30).

Tal y como está representado en las figuras 1,3, 8 y 10, la energía eléctrica trifásica generada por el turbo generador (27) es enviada a la costa a través de un cable submarino de alto voltaje (20). Tal y como está representado en las figuras 14 y 19 el pifión de la compuerta (1) mueva la cadena de compuerta (5), la que a su vez acciona el mecanismo de compuertas (7), para abrir o cerrar las compuertas (8).

Tal y como está representado en las figuras 16, 17 y 30 el marco (10) conecta mediante un flanche los ductos internos de cada módulo undimotriz (11).

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Tal y como está representado en las figuras 16, 17 y 31 la cruceta (12) es el elementó estructural que amarra los componentes del módulo undimotriz (11). Tal y como está representado en las figuras 14, 15, 16, 17 y 32 el mecanismo de compuertas (7) está dispuesto sobre el bastidor (13). Tal y como se señala en las figuras 25, 25, 27 y 28, los accesos o embudos (9) disponen de un enrejado del embudo (16) el cual impide el ingreso de mugre hacia el interior de la máquina.

Tal y como está representado en la figura 20 la cadena de compuerta (5) está formada por una serie de eslabones de cadena de compuerta (2) y por pasadores de cadena de compuerta (3).

Descripción de la Realización Denominada "Ducto de Salida con By-Pass"

La figura 37 representa la realización denominada ^ítm Ducto de Salida con By-Pass". Tal como está representado en la figura 37, la máquina comprende un sistema de dos ductos cuya salida es conmutada mediante un By-Pass, de forma tal de dirigir el flujo de salida de agua de mar hacia él o los ductos orientados en la dirección de menor presión hidroestática del agua de mar.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)