La presente invención se refiere a un sistema generador de energía a partir de la energía undimotriz, soluciona y satisface la demanda mundial de energía con energías limpias y renovables (fig.2) su campo de aplicación es la captación de la energía cinética de las olas de traslación en el borde costero; el segundo campo de aplicación es utiliza el aire comprimido, por las propiedades elástica del aire, como medio de almacenamiento de energía permitiendo para lograr amplificar la potencia al concentrarla y independizar la generación de las condiciones oceanográficas al rescatar un flujo constante y controlado.

Las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) se perfilan como una alternativa limpia, segura y eficiente, si bien los costos no son aún competitivos dada la escasa presencia, algunos ejemplos de los Países Bajos con plantas 2MW, Portugal con plantas 400 Kw, Reino Unido con 500Kw, Dinamarca con 4MW, aun los mecanismos existentes son insuficiente, sin embargo, el aprovechamiento de fuentes propias, hídricas, eólicas o geotérmicas, para la generación de electricidad, se está posicionando a nivel internacional como una opción sustentable, y en el mediano y largo plazo. Existen varios métodos de explotación de la energía undimotriz y mareomotriz, pero aun no se logra una estandarización al no encontrar un método eficiente y rentable. Chile posee litoral mas 4200 KM con condiciones favorables para la extracción de la energía de las olas en la Fig. la muestra los KW por metro lineal de costa según estimaciones globales de Topex Poseidon proyecto en conjunto de la NASA y CNES.

En la actualidad los sistemas conocidos, presentan problemas continuidad en la entrega de la energía por depender directamente de las variaciones climáticas y oceanográficas, además son directamente proporcionales al frente de ola porque utilizan directamente le energía potencial del movimiento, otra variable es el costo de la inversión.

Las patentes siguientes utilizan diferentes métodos rescate de la energía de las olas

Patente US 7,755,224 B2 CIP H02K35/02, utiliza olas de profundidad, por lo tanto, la energía recuperada es solo un movimiento vertical lo que es ineficiente solo usa la oscilación horizontal por la diferencia entre el valle y la cresta de la ola.

Patente US 2010/0230965 Al CIP: F03B 13/14 F03D9/00, sistema y método de generación eléctrica usando una combinación viento y energía del agua, el problema está en la continuidad y liberación de la energía, depende directamente de la existencia de ambos elementos

Patente US 2003/0110767 Al CIP F03C 1/00, Método y instalación de generador eléctrico por olas oceánicas, el principal problema está en la elasticidad del vástago principal porque absorbe mucha energía, para que sea más eficiente necesita olas muy grandes, el segundo problema está en la continuidad y liberación de la energía, depende directamente condiciones de existencia de olas.

Patente ES 2356719 (T3) ó EE.UU. 2008231054 (Al) CIP : E02B9/08; F03B13/06; F03B13/12 el sistema opera por el movimiento de flotadores conectados a los brazos horizontales. Estos brazos se mueven las bombas hidráulicas, que inyectan el agua en la cámara hiperbárica. Esta cámara de suministro de agua a través de una válvula de control de salida. Este sistema presenta dos problema, la elasticidad de compresión de un liquido es menor a la del aire, además en la cámara hiperbárica al utilizar agua de mar requerirá de mas mantenciones para eliminar micro organismos, en nuestro modelo al utilizar son filtrado, necesitaría menos mantención. La turbina tipo Pelton es menos eficiente que una motor con pistones y levas. El Capturador de las olas al utilizas un brazo tan largo para capturar las olas se disipa el torque por la elasticidad del brazos, además necesita olas de mayor tamaño.

Adjunto lista de patentes otorgadas o solicitadas referidas a la obtención de la energía de las olas

Patente US 2002/0155767 Al CIP: B63B 22/00, método de generación eléctrica por boya en movimiento. Patente US005027000 CIP: F03B13/24, método y sistema pera generación eléctrica usando olas marinas. Patente US006109863A CIP: F03B 15/06, sistema sumergible para la generación eléctrica y métodos asociados. Patente US006756695B2 CIP: F03 13/10, Método y sistema para conversión de energía de olas usando flotador o boya. Patente US007554215B1 CIP: F03B 13/10 F03B 13/12, Generador y método para generador eléctrico a partir de las corrientes sub-superficiales

Otras referencias de patente US007453165B2; S20090243293; US20060232074A1; US20050121915; US20080018114; US20100283249, US20090165454A1; US007579705B1; US20080053084A1; US007845880B2; US004851704; US007915750B1; US007557456B2; US20050279085A1; US20100207392A1; MX2010011157 (A); AR229752 (Al); GTPI19868615 (A); CR2451 (Al); ES2354899 (Al); CL12372008 (A); ES2356719 (T3); ES2224832 (Al); ES2224832 (Al) ; BR9205901 (A); EE.UU. 7566983 (Bl)

LO CONOCIDO SOBRE MOTORES NEUMÁTICO

Los motores neumáticos desarrollan más potencia con relación a su tamaño que la mayoría de los otros tipos de motores y no se dañan aun cuando se bloquean por sobrecargas no importando el tiempo que estén bloqueados. Cuando la carga baja a su valor normal, el motor vuelve a funcionar correctamente; el arranque, el paro y el cambio de sentido de giro son instantáneos ; el Control de velocidad es infinitamente variable, simplemente con una válvula montada a la entrada del motor, variando la presión de trabajo.

Los motores neumáticos de pistones tienen de 4 a 6 cilindros. La potencia se desarrolla bajo la influencia de la presión encerrada en cada cilindro, trabajan a revoluciones más bajas que los motores de paletas; tienen un par de arranque elevado y buen control de su velocidad; se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas; pueden tener pistones colocados axialmente o radialmente; a continuación se adjunta patentes de motores radiales a combustión interna que son susceptible a adaptación neumática.

US 1931401 cip: F02B 75/22; US5297448 cip :F16H 25/14 ; US 2003/0183071 cip:F01L 21/2; US 2006/0260465 Al cip:F16J 15/18; US 2004/0231504 Al cip :F01B 13/00

PROPIEDADES DE LAS OLAS A EXPLOTAR

El presente invento utiliza las olas en rompientes en la resaca (Fig. 4a,4b,4c), olas de traslación 86 del tipo Collapsing o Colapso, Plunging o Voluta; cuando una ola de oscilación se acerca a una costa donde el mar tiene poca profundidad, su porción inferior encuentra resistencia en el fondo, mientras la cresta es impulsada hacia adelante con gran velocidad, produciendo una reducción en la longitud de la ola y un aumento en su altura provocando un desplazamiento horizontal 87, la cima de la ola al no poder completar la onda esta colapsa y rompe en la costa esto da origen a las rompientes que avanzan hacia la playa costa como un bloque o muro de agua 86 DESCRIPCIÓN DIBUJOS

FIG 1 Diagrama de flujo del modelo del sistema generador de energía eléctrica a partir desde energía undimotriz

FIG la Dibujo indica los kilowatts por metro lineal, imagen desarrollada por T W Thorpe, FIG 2 Planta generadora de energía localizada en el borde costero

FIG 3 Vista general del sistema plataforma capturadora de ola 170 y estructura de anclaje fondo marino

FIG 4 Vista lateral del sistema plataforma capturadora de ola y estructura de anclaje fondo marino, indicando ubicación según nivel de mar y la adaptación de la pendiente de la costa

FIG 4a Esquema del movimiento de la captura de la ola por la boya-pendular

FIG 4b Paleta de impacto rectangular cóncava y flotadores L

FIG 4c Paleta de impacto rectangular cóncava y flotadores lineales

FIG 5 Vista detalle sistema OLAS 10

FIG 6a Vista isométrica del carro-trineo 180

FIG 6b Vista inferios del carro-trineo 180

FIG 6c Vista sección b-b' del carro-trineo 180

FIG 6d Vista del carro-trineo 180 montado sobre el riel pefil "H"128

FIG 7 Vista isométrica con corte de la caja presurizada

FIG 8 Vista isométrica frontal sistema AIRE 20

FIG 9 Vista isométrica posterior sistema AIRE 20

FIG 10 Vista isométrica del Volante de inercia 240 de carga variable

FIG 11 Vista isométrica parcial y detalle sistema AIRE 20

FIG 12 Vista isométrica de detalle de las cajas reductoras

FIG 13 Vista lateral del almacenamiento hiperbárico gran volumen 30

FIG 14 Vista isométrica sistema MOTOR-GENERADOR 40

FIG 15 Vista isométrica de detalle del motor neumático 410

FIG 16 Vista lateral del motor neumático 410

FIG 17 Vista sección A-A' del motor neumático

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención mejora y/o resuelve tres aspectos para la eficiencia en la generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz, estos aspectos son: Continuidad, Almacenamiento de la energía y amplificación de la potencia.

El almacenamiento de la energía neumática mitigar las variaciones oceanográficas y climáticas que afectan el comportamiento de las olas y además puede Amplificar o concentrar la potencia para una mayor generación de energía

La invención es un sistema generadora de energía eléctrica (Fig.l) a partir desde energía undimotriz , se compone de sucesivas conversión de energías, inicia con el sistema OLAS 10 (Fig. 3) captura de energía cinética de la ola que se trasforma en energía hidráulica por las bombas de agua sumergibles 140 , es conducida a la superficie por tuberías acero flexibles 121, la fuerza hidráulica acciona el segundo sistema AIRE 20 compuesto por una turbina Pelton 220 y compresores de aire 260, el aire comprimido es trasformado en energía neumática y es conducido por tuberías neumáticas de acero 90, hacia los almacenadores que son estanque hiperbárico 30 de gran volumen, la energía neumática 3 se conduce por tuberías neumáticas de acero 90 al tercer sistema Moto-Generador 40, compuesto por los motores neumáticos 401 y los generadores 440, una válvula de restricción 430 permite regular el flujo de trabajo y potencia para mantener una velocidad constante de los motores neumáticos 401. Los motores neumáticos trasfieren su energía mecánica mediante una caja de engranaje 420 a los generadores 440, la energía de los generadores 440 se transmite a la casa de fuerza 50.

Sistema Olas 10 (Fig. 3), se compone por dos conjuntos de elemento, estructura de anclaje- fondo 110 y la plataforma de captura de ola 170, se unen por un carro-trímero 180 con ruedas y freno para el desplazamiento libre entre ambos componentes. La plataforma de anclaje 110 se conforma de dos vigas estructurales de acero tipo "H" 112 unidos por vigas de acero atravesado 113 distribuidos en forma equidistante para mantener la estructura rígida, a la plataforma de anclaje se incorporó a ambos lados de la estructura 110 una serie de soportes de acero 114 de ángulo variable para las soporte-fondo 111 de altura variable que permite adaptase a la irregularidades de fondo y a la pendiente de la playa (fig. 4). En ambos lado de la cara superior de la viga estructura "H" 112 (fig. 6d), se incorporó una serie de sacados cuadrados de vértices redondeados 127 donde se introduce la pestaña del frenos 183 del carro-trineo 180. (fig.6b); el desplazamiento libre de la plataforma de captura de ola 170 permite mantener parcialmente sumergida la Boya 157 ajustándose a las variaciones de las mareas

El capturador de olas (fig. 5), se compone de plataforma 170 maciza, que soporta la estructura de los perfiles 175, que su vez soporta los bujes 173 del eje de boya 171 donde hace torque la boya pendular 150, la boya pendular 150 posee dos extremos, (Fig. 4) posee una semi rueda dentada 151., (fig. 5), que tracciona el engranaje externo 133 de la caja presurizada del volante 130, en el extremo opuesto (Fig. 4, 4a,4b,4c), la boya 157 estructura de acero de cuerpo cilindro elíptico hueca, su cara lateral elíptica se proyecta horizontalmente por sobre los cuatro mts. de ancho, Alternativa de boya (Fig. 4b,4c), paleta-impacto compuesta por una lamina rectangular cóncava de acero 159 que en su base se agrupan flotadores individuales de mediano tamaño 158, por la cara conversa de lamina de acero 159, la estructura Fig. 4b posee dos columnas huecas que se acoplan a los pilares de la corona 151.

La caja presurizada del volante 130 (Fig. 7) se transmite el giro al interior a un engranaje interno 136 por un eje que posee dos rodamiento unidireccionales 135, tipo trinquete, que rota con por la fuerza mecánica del engranaje externo 133 un solo sentido, el sentido dirección de ola 87 (fig. 4a) y después la boya-pendular 150 por el peso regresa libre a su posición normal en espera de la siguiente ola, por el torque en el eje 171.

El engranaje interno 136 (fig. 7) mueve el volante 131 por una fila de dientes de engranajes 137 dispuestos en la cara interior del volante de inercia 131. Eje del volante de inercia 138 (fig.5) emerge al exterior de la caja presurizada 130, con una polea 132, para trasmitir la fuerza mecánica a la bomba de agua sumergible 140 a través de una correa de trasmisión 143

En la entrada de la bomba de agua sumergible 140 se conecta un filtro de partículas 160, a la salida de la bomba de agua sumergible 140 se expulsa el agua 145 a la tubería de acero en forma de "Y" cuadrada 141. La tubería "Y" 141 posee dos entradas una para cada bomba sumergible 140a , 140b y una salida única 129 hacia el distribuidor 123.

El distribuidor de salida 123 posee una entrada y múltiples salida 126 hacia la tubería flexible 121, que distribuye el caudal de las bombas de agua sumergibles 140 hacia la superficie a través de tubería flexible 121.

La tubería flexible 121 (fig. 3), son cinco líneas de tubos de acero en paralelo en forma de "C" cuadrada, que en sus extremos posee un codo con acople rápido que permite girar libremente, por cada articulación intercalada la tubería flexible 121 se fija con una abrazadera 125 a un perfil rectangular con dos carro-trineo 180 uno en cada extremo, el carro trineo 180 rueda libre sobre el perfil "H", permitiendo adaptarse a la variación de distancia entre la plataforma 170 y la salida emergente 122, La salida emergente 122 se compone por entradas múltiple una por cada tubería flexible 121 , concentra el flujo a una salida única hacia tubería de acero 172 y hacia una matriz de acero 70 que se empalma al sistema AIRE 20 que alimenta la turbina Pelton.

El carro-trineo 180 (fig.6a) se compone de una pieza única de acero, con cortes en la cubierta superior para ubicación de frenos 184 y pernos de fijación, posee cuatro piezas soldadas una en cada extremos en forma de "J" 190, la pestaña inferior 190 mantiene el carro circulando en el perfil estructura "H" 128, evita su salida y se mantiene libre movimiento longitudinal en el sentido del perfil "H" 128, para disminuir el roce en el desplazamiento se incorporó dos filas de tres ruedas 186 en líneas, que ruedan sobre la cara superior del perfil estructural "H"128, en la para inferior de la pestaña posee un rueda 185 de menor tamaño, corre por la cara opuesta de la cara superior del perfil estructural "H" 128.

El freno del carro-trineo 184 se compone de tres elementos, la pestaña de anclaje 183, elipsoide 187 y resorte retráctil 188, la pestaña de anclaje 183 hace torque en su parte superior por un vástago 181, tiene un movimiento pendular (fig.6c), la pestaña 183 se introduce en sacado 127 del perfil estructural "H" 128 trabando la estructura. El resorte retráctil 188 mantiene las pestañas de anclaje cerrada, se desbloquea el freno al girar el elipsoide 187 (fig. 6b) que empuja las pestaña 183 hacia afuera dejando libre el carro-trineo 180.

El sistema AIRE 20, (fig. 8) está compuesto por una entrada de la matriz de acero 70, distribuye el flujo hidráulico por una tubería de acero de forma semi arco 232, por el costado emergen salidas 231 múltiples, que traspasan el caudal hacia los inyectores que mueven las paletas 222 de la turbina Pelton 220, el flujo de agua de salida es retornado al mar por la tubería de salida 210.

El giro de eje 223 (fig. 10) de la turbina Pelton 220, mueve un volante de inercia 240, el volante de inercia 240, posee unas bola de acero 244 en los rayos 246, la bola de acero 224 posee un buje que le permite desplazarse desde el centro hasta el borde de la rueda de inercia 240 por la fuerza centrifuga, la bola es desplazada hacia el centro por biela 247 , la biela está fijado a un soporte 248 , el soporte 248 está fijado a un buje 245 sobre el eje 241 del volante de inercia 240, el buje 245 es empujado por un resorte 243 hacia afuera, el propósito del mecanismos es disminuir la inercia en la partida de la rotación mejorando la aceleración, y aumenta el peso en los extremos permite mantener el giro.

El eje del volante de inercia 241, pose una polea 242 (fig. 11) en su extremo, la polea 242 trasmite el giro por una correa de trasmisión 252 hacia el cigüeñal 251 o eje de trasmisión, se conecta a la primera caja reductora 270,

La caja reductora 270(fig. 12) posee una salidas frontal 272 que mueve el eje de compresor de aire 257 y posee un eje trasmisión interna con terminales macho256 y hembra 255 una a cada lado de la caja reductora, el eje de trasmisión 251 con un cabezal hexagonal hembra 253, se empalma al eje 256 salida de caja, además el eje de trasmisión 251 posee una punta hexagonal macho 254, se empalma al eje de entrada hexagonal hembra 255 de la caja el eje de trasmisión 270.

La caja reductora posee una palanca de embriagué 271, permite entrar y sacar de operación al compresor de aire comprimido 260, dependiendo del flujo hidráulico del sistema OLAS 10.

La salida (fig. 11) de los compresores de aire de alta presión 260 se empalma con a las tuberías de acero 90 neumática, en cada salida del sistema AIRE 20 se incorporó una válvula de seguridad 280 y reflujo.

Las tuberías de acero 90 neumática, (fig. 13) se conectan a la entrada 305 de los almacenamientos en los estanques hiperbárico 301 de gran volumen, se evacúa el flujo de trabajo por la salida 306 se distribuye el aire el estanque hiperbárico 301 a través de tubería de acero 90 neumática, esta tubería distribuye (fig. 14) el flujo de trabajo a cada moto- generador 40, se empalma a una válvula de retención 430 por cada motor neumático 410 y controla el flujo, la potencia y velocidad del motor neumático 410. A la salida de la válvula de retención 430 se instaló un distribuidor 431, que posee una entrada única y salidas múltiples, su función conduce el aire comprimido 417 (fig. 15) individualmente hacia los pistones por medio de tubería de acero 432.

MOTOR-GENERADOR 40 (fig. 14), está compuesto por tres grupos de sistemas, el motor de aire comprimido 410, caja de engranaje 420 y el generador eléctrico de imanes 440. El motor de aire comprimido 410, es un motor convencional radial de combustión interna de cuatro tiempos, modificado para operar con aire comprimido (fig. 16b), las modificaciones son la reducción de ciclo de cuatro a dos tiempo, un tiempo de llenado y el segundo de vaciado, para ellos se modificó el discos de eleva, que abre y cierra las válvulas 412 por los balancines 415, las dos válvulas de escape originales, se destina una válvula de entrada 412b y otra válvula de salida 412a, se ampliaron los diámetros de los ductos de entrada 416 y salida 413. El flujo de trabajo 417 (fig. 15 y fig. 16b) o aire comprimido se distribuye a cada cilindro 411 por la tuberías 432 a la entrada de pistón 416, se abre la válvula 412b, ingresando el flujo de trabajo a la cámara del pistón, desplaza el embolo 461 hasta el fin de su carrera, la biela 462 gira el cigüeñal 463 y a su vez el eje del trasmisión del motor neumático 450. En el tiempo dos del motor se abre la válvula de salida 412a, el aire comprimido es liberado 418 por el escape 413. En el extremo del eje de trasmisión 251 (fig.14) posee una polea 423 que gira la polea de entrada 424 de la caja de engranaje 420 por una correa de transmisión 422, la salida de la caja de engranaje través de una polea 425 una correa de trasmisión 421, gira la polea 426 y el eje del generador de magneto 440, el giro genera energía eléctrica 4 que es evacuada por cables de conductores 511(fig.2) a las casa de fuerza e inversores.

APLICACIÓN

El presente invento utiliza en las olas en rompientes, resaca Fig. 4a, por su deformación e inclinación de las ondas de olas, que provoca un colapsando de su parte superior al no poder completar la onda como consecuencia se desplaza horizontalmente , olas traslación 86 , como un bloque de agua, la diferencia de las olas de profundidad es que tienen una oscilación circular, obteniendo solo movimientos verticales.

Al utilizar energía cinética las olas se obtienes los siguientes beneficios: Energía limpia, ecológica, sustentable y renovable. Su aplicación modular permitiría ampliar la potencia de generación de energía aumentando los sistemas OLAS 10 y aumentando el tamaño de los acumuladores 40 y el sistema MOTOR-GENERADOR 40, es decir tiene propiedad modular.

Una aplicación secundaria es utilizar este mismo método en centrales de pasos pequeñas utilizando energía potencial de fuerza hidráulica, para generar energía neumática permitiendo generar mayor potencia de energía eléctrica.

LA PRESENTE INVENCIÓN OPERA DE LA SIGUIENTE FORMA

El sistema OLA 10 (fig. 2) está sumergido y anclado al fondo marino 84, el carro-trineo 180 permite el desplazamiento de la plataforma 170, para ajustase a la variación de las mareas, porque la boya 157 debe estar parcialmente sumergida para que la masa de agua 86 golpea la boya 157, el golpe gira la boya-péndular 150 que hace torque en el eje 171, por la diferencia de longitud entre la semi rueda 151 y la boya 157 desde eje 171, multiplica el impulso.

La boya pendular posee una posición normal vertical de reposo, por el peso de semi rueda dentada 151 y la flotabilidad de la boya 151, el arco de trayectoria máximos esta dado desde el "PA" 155 al "PB" 154, en la fig. 4a se muestra la trayectoria típica 152.

El sistema OLA 10 bombea agua, su caudal es transportado a la superficie por la tubería flexible 121 y por la matriz hacia la turbina Pelton del sistema AIRE 20, el eje de la turbina transmite su fuerza mecánica a las cajas reductoras y a su vez a los ejes 273 de los compresores de aire de alta presión 270, el aire comprimido es almacenado en los estanque hiperbaticos 301 de gran capacidad, es importante que sean de grandes dimensiones para prolongar el funcionamiento de los motores neumáticos 410, para aprovechar la propiedad elástica del aire, el aire comprimido se libera controladamente por una válvula de retención 430 que controla el flujo 417 (fig. 15) y el caudal de aire es directamente proporcional a la velocidad y potencia del motor neumático 410. La potencia de los motores neumáticos 410 hace girar los generadores eléctricos de ¡manes 440, generando energía eléctrica.