REGO GARCIA DE ALBA, Luis Felipe (Bernardo Quintana No. 450, Torre 2 PB 2Col. Loma de Santa F, CP Mexico D.F., 01210, MX)
REIVINDICACIONES
Habiendo descrito suficientemente Ia invención, se considera como novedad y por Io tanto se reclama como propiedad Io expresado y S contenido en las siguientes cláusulas reivindicatorias.
1. Equipo para transformar Ia energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, caracterizado por comprender un flotador que tiene un orificio en el centro, en ese orificio se dispone sujeto fir- 0 memente un tubo rígido conectado hidráulicamente por uno de sus extremos a una manguera, y por el otro extremo a una válvula tipo check en el extremo sumergido en el lecho del agua; el extremo opuesto de Ia manguera que esta unido hidráulicamente al tubo rígido, Ia manguera desemboca en un depósito de agua en tierra fir- 5 me y por arriba del nivel medio del mar.
2. Equipo para transformar Ia energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, tal y como se reclama en Ia reivindicación anterior, caracterizado porque dicho flotador, también denominado bo- 0 ya, esta sujeto a Ia orilla y/o al fondo del mar para efecto de otras aplicaciones en mar adentro, logrando asi minimizar los grados de libertad del sistema y con esto los desplazamientos horizontales.
3. Equipo para transformar Ia energía de las olas en otro tipo de energía útil iza ble, tal y como se reclama en Ia reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho flotador, también denominado boya, esta manufacturado por un alma metálica recubierta de espuma plástica.
4. Equipo para transformar Ia energia de las olas en otro tipo de energía u ti I iza ble , tal y como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque Ia válvula check es una válvula que comprende un asiento de válvula horadado y un disco flexible plástico o metálico con Ia capacidad de sellar contra el asiento, obturando sus orificios y permitiendo el flujo de agua solamente hacia el depósito y evita que esta regrese al mar. |
BOMBA DE OLEAJE UTILIZADA PARA TRANSFORMAR LA ENERGíA DE LAS OLAS EN OTRO TIPO DE ENERGíA
UTILIZABLE
CAMPO DE LA INVENCIóN
La presente invención esta relacionada con Ia industria de Ia transformación de energía, y más específicamente con Ia industria de manufactura de dispositivos no contaminantes para transformación de energías naturales alternativas en energía más controlable y relativamente fácil de almacenar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN
Es innegable, con ciertas dudas sobre Ia energía nuclear, que el conjunto de fuentes de energía en el planeta Tierra, directa o indirectamente, provienen de Ia energía solar. Si pensamos en Ia energía eólica, por ejemplo, esta se debe a las corrientes de convección del aire debido a los gradientes de temperatura que se forman por Ia diferente forma en que el sol caliente diferentes puntos en el planeta.
Unos de los problemas de este tipo de energía, es decir, de las
energías alternativas, es Ia dificultad para controlarlas, su comportamiento errático, presentándose a muy alto nivel en algunos momentos y en otros de manera inexistente.
Una de las fuentes de energía que es errática, pero solo en su magnitud, ya que constantemente está presente, es el oleaje del mar» La energía del viento se trasmite al mar (Alteración del medio) a través de su componte tangencial causando deformaciones u olas, mismas que transportan parte de esa energía hacia las cos- tas, es decir, que en cada punto por el cual esta pasando el oleaje, asociado a éste existe cierta energía, presión y fuerzas gravi- tacionales las cuales influyen en todo el perfil vertical afectando el perfil hasta Yz de L (longitud de onda de Ia ola en el punto) para aguas profundas y el fondo marino en el caso de aguas someras.
La energía que trasportan estas olas es de una magnitud elevada y las personas que han estado en contacto con estos desplazamientos del agua marina pueden corroborarlo. Esto ha llamado mucho Ia atención de aquellas personas que se interesan en nuevas fuen- tes de energía y esto ha generado más de 2000 procesos y como 200 dispositivos que intentan extraer energía de Ia energía contenida en las olas, pero sólo 2 o 3 patentes podrían lograr su objetivo de manera sustentable.
La mayoría de las creaciones al respecto tienen el inconveniente
de que tratan de hacer toda Ia operación dentro del agua y como ya dijimos, el mar contiene mucha energía y para poder extraerla se requiere de dispositivos más simples que permitan soportar esta energía sin que se destruyan.
Además de Ia magnitud de Ia energía, ésta se manifiesta con vectores de dirección variable, frecuencia errática, y es agresiva químicamente (corrosión), y se presenta con magnitudes que pueden rebasar toda resistencia económicamente viable.
Una muestra muy pequeña de estos inventos, los tenemos en los documentos de patentes US5.808.368 y EPO.664.855 B1.
En Ia patente US5.808.368 se reclama y divulga un mecanismo que extrae únicamente Ia energía de Ia ola sin extraer nada de materia. Por el movimiento relativo de un flotador con respecto a un bloque de anclaje, se origina un movimiento de vaivén en un cable unido por uno de sus extremos al bloque de anclaje y por el extremo contrario, fuera del agua, en tierra firme, a otro bloque de contrapeso, con un mecanismo de trinquete intermedio que transforma el movimiento de vaivén en un movimiento circular que puede ser utilizado para proporcionar movimiento a una bomba de agua o a un generador de energía eléctrica.
Este mecanismo presenta varios inconvenientes, uno de ellos, por
ejemplo es que Ia energía obtenida de las olas tiene que ser usada inmediatamente, sino esta energía se pierde, al no poder almacenarse. Otro ejemplo de inconveniente es que esta energía es proporcional a Ia energía que contenga Ia ola en un momento dado y no es posible controlar dicha energía. Comprendiendo por controlar iniciar, continuar y parar en el momento en que se desee.
En el documento de patente EPO.664.855 B1 se divulga un mecanismo que anclado firmemente en el lecho del mar, por medio de una combinación de válvulas, puede actuar como una bomba o como un generador de energía eléctrica.
Este mecanismo tiene como inconveniente principal el de requerir de ser anclado firmemente en el fondo del lecho marino, Io cual significa costos elevados de instalación y con el comportamiento del mar, una vida útil demasiado corta.
Por todo Io anterior, un mecanismo que disminuya al máximo los inconvenientes ya marcados anteriormente para los mecanismos del estado de Ia técnica y que imperan para Ia mayoría de ellos, significaría un avance tecnológico en esta área. La obtención de una eneryía cualquiera a partir de una energía natural y ecológicamente sana, significaría una empresa financieramente sana y una empresa que tendría ventajas competitivas importantes sobre las empresas con tecnologías tradicionales.
OBJETIVOS DE LA INVENCIóN
El principal objetivo de Ia presente invención es el de hacer posible un mecanismo eficiente de extracción de Ia energía del oleaje, con cualidades de larga vida útil.
Otro de los objetivos es el de hacer posible dicho mecanismo con Ia posibilidad de obtener una energía que pueda almacenarse para su uso en el momento en que se requiera.
Aún otro objetivo es el de lograr en este mecanismo Ia posibilidad de transformar Ia energía del oleaje en una energía que pueda ser controlada en su aplicación.
Otros objetivos y ventajas de Ia presente invención podrán ser evidentes a partir del estudio de Ia siguiente descripción y los dibujos que se acompañan con fines exclusivamente ilustrativos y no limitativos.
BREVE DESCRIPCIóN DEL INVENTO
En pocas palabras, Ia presente invención consiste en un mecanismo para transformar Ia energía de las olas en otro tipo de energía utilizable, siendo en este caso Ia energía utilizable Ia energía po-
tencial implícita en cierta cantidad de agua ubicada a una cierta altura, análogamente a Ia energía potencial en el vaso una presa.
La principal función de este dispositivo es de bombear agua a un tanque elevado, utilizando Ia propia energía de las olas del mar.
Ya teniendo agua de mar en tanque elevado, se cuenta con energía potencial almacenada factible de ser transformada en energía cinética controlada. Esta es Ia principal ventaja de este tipo de siste- mas, el poder almacenar Ia energía y sólo usarla en el momento que Ia necesites. Abrir y cerrar una llave de paso.
Para ello el mecanismo consiste en dos elementos principales. Una boya con una válvula check en el centro, un elemento que co- necta hidráulicamente Ia válvula check con un deposito lejano en tierra firme, donde se conduce el agua impulsada por el oleaje a través de Ia válvula y es transportada por el elemento que conecta hidráulicamente esta válvula con el depósito.
El mecanismo de bombeo se puede explicar diciendo que cuando Ia ola actúa sobre Ia boya Ie causa desplazamientos verticales* (hacia arriba y hacia abajo cuyo límite es Ia altura de Ia ola actuante), así al ir subiendo ésta partiendo del valle con Ia ola hasta Ia cresta, se inducen desplazamientos de las partículas de agua con dirección hacia abajo causando con esto una diferencia (gra-
diente) de presiones o vacio en el tubo rígido ( en el espacio que ocupa el nivel de agua y Ia válvula check) y al continuar asi con este movimiento cíclico ondulatorio partiendo ahora de Ia cresta (boya con dirección hacia abajo), se invierten los sentidos de los desplazamientos o velocidades de las partículas hasta llegar al nodo o valle, creando de esta manera un flujo hacia arriba con velocidades de las partículas que sobrepasan Ia resistencia de Ia válvuia check alcanzando asi el bombeo continuo con las aseveraciones de masa y limitaciones que abajo se marcan.
* Los desplazamientos horizontales no se consideran ya que Ia boya será anclada limitando al máximo éstos para hacerla más eficiente.
Otra manera de explicar, se puede indicar diciendo que el proceso esta basado en el movimiento del mar en manera vertical. El sistema consta de dos principales elementos" una boya o flotador y una manguera que en Ia punta tiene una válvula tipo "Check". El flotador tiene pegado al centro Ia manguera y al momento del mo- vimiento de las olas se produce el sube y baja verticalmente, esto ocasiona que Ia manguera con Ia válvula en Ia punta absorba agua y se empiece el proceso de bombeo. Así también el volumen de desplazamiento del flotador (igual al peso o masa de Ia boya) estará directamente relacionado con Ia fuerza de bombeo, es decir, a mayor masa se tiene que vencer una mayor inercia del elemento
para que llegue al reposo (ya que pasa de un estado continuo de movimiento al reposo, en Ia trayectoria hacia crestas y valles) y este movimiento del oleaje genera una fuerza vertical que induce el movimiento de partículas de agua dirigidas directo a Ia toma al bajar Ia boya por el efecto de Ia inercia del cuerpo (masa) . Además deTfactor principal influyente en Ia fuerza del bombeo que es el gradiente de presiones arriba mencionado (energía de Ia ola), Así pues juntos estos dos fenómenos hacen posible el poder romper Ia carga que provoca el peso de Ia columna de ag ua que se es- ta formando y que finalmente a cierta altura ésta será constante para cada proyecto especifico y as í todo el conjunto (Boya- Columna de agua). formaran un sólo sistema.
Para com prender mejor las características de Ia invención se acompaña a Ia presente descripción, como parte integrante de Ia misma, los dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a contin uación.
BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 m uestra u na ilustración esquemática de u n a parte del eq u i po para Ia extracción de energ ía de las ola s del ma r, para expl icación del mecan is mo del bombeo.
La figura 2 ilustra un esquema completo del equipo indicado en Ia figura anterior con Ia boya en una posición dada.
La figura 3 ilustra un esquema completo del equipo indicado en Ia figura anterior con Ia boya en una posición inferior a Ia posición que tenía en Ia figura 2.
La figura 4 ilustra Ia boya en una perspectiva convencional, mostrando el orificio central donde será instalada Ia válvula check
La figura 5 ilustra un esquema de Ia válvula check en Ia posición abierta.
La figura 6 ilustra un esquema de Ia válvula check en su posición cerrada
Para una mejor comprensión del invento, se pasará a hacer Ia descripción detallada de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a Ia presente descripción.
DESCRIPCIóN DETALLADA DEL INVENTO
Los detalles característicos de este novedoso equipo para extraer
energía del oleaje se mostrarán con Ia descripción detallada de Ia modalidad ilustrada en los dibujos anexos, señalando las mismas partes con los mismos signos de referencia para señalar las mismas.
La figura 1 muestra una ilustración esquemática de una parte del equipo para Ia extracción de energía de las olas del mar, para explicación del mecanismo del bombeo.
Cuando Ia ola actúa sobre Ia boya 1 Ie causa desplazamientos verticales* MOO (hacia arriba y hacia abajo cuyo límite es Ia altura h1 de Ia ola actuante), así al ir subiendo ésta partiendo del valle, con Ia ola hasta Ia cresta, se inducen desplazamientos de las partículas de agua con dirección hacia abajo causando con esto una dife- rencia (gradiente) de presiones o vacio en el tubo rígido 2 ( en el espacio que ocupa el nivel de agua y Ia válvula check 3) y al continuar asi con este movimiento cíclico ondulatorio partiendo ahora de Ia cresta (boya con dirección hacia abajo), se invierten los sentidos de los desplazamientos o velocidades de las partículas hasta llegar al nodo o valle, creando de esta manera un flujo hacia arriba con velocidades de las partículas que sobrepasan Ia resistencia de Ia válvula check alcanzando asi el bombeo continuo con las limitaciones y aseveraciones de masa que abajo se marcan.
* Los desplazamientos horizontales no se consideran ya que Ia bo-
ya será anclada limitando al máximo éstos para hacerla más ef i- ciente.
En otras palabras en el momento de venir el oleaje hace que el flotador se eleve y cuando baja Ia válvula check absorbe Ia cantidad de agua que pueda contener y a Ia hora de volver a subir se cierra * por gravedad y por el peso directo del agua absorbida.
Una observación del comportamiento de las partículas en el medio acuoso en cuanto a sus velocidades y aceleraciones locales de acuerdo a su posición (ángulo de fase), permiten ver que al ir subiendo a Ia cresta las velocidades de las partículas son negativas, es decir, el vector velocidad apunta hacia abajo y cuando va ba- jando hacia el valle, Ia velocidad es positiva y el vector apunta hacia arriba con respecto a un nivel de referencia ubicado en el nivel medio del mar.
Partiendo de Ia Ecuación General. F = P x A tenemos en nuestro sistema que se tiene que cumplir de manera general* Ia siguiente desigualdad para que se dé el bombeo, a saber:
F = P 0 Ia x Ai+ Ai (Pa)+ (Ai) p g hi) > M g + P 3 x A 2 ;
* No se considera en Ia desigualdad Ia masa de Ia boya ya que re-
presenta la condición mínima para el bombeo.
Donde el primer factor es el componente dinámico originado por el oleaje (único responsable de suministrar Ia energía para el bom- beo, esto sin considerar Ia masa del flotador) y Io siguiente, es Ia parte hidrosfática del sistema, entendiendo que Ia desigualdad indica que todos los factores tienen que ser mayores al peso de Ia columna de agua más Ia influencia de Ia presión atmosférica sobre el tubo flexible.
F= Fuerza actuando en Ia toma del tubo rígido.
Ai = área en Ia toma (tubo rígido).
A 2 = área del tubo flexible. g = Aceleración de Ia gravedad. p = Peso específico del agua marina. hi= Altura de Ia toma hasta el nivel medio del mar.
M = Masa de Ia columna de agua.
P a = Presión Atmosférica.
Pota = Presión dinámica de Ia ola.
La figura 2 ilustra un esquema completo del equipo indicado en Ia figura anterior con Ia boya 3 en una posición dada. Esta boya 3, en su descenso después de pasar por Ia cresta de Ia ola, al descender hace que se meta agua en el tubo rígido 2, subiendo Ia al- tura tal que Ia columna de agua quede equilibrada con Ia fuerza de
Ia ola, que como ya se mencionó, varia de acuerdo con Ia profundidad a Ia que se encuentre . Al dejar de actuar Ia ola, el agua introducida intentará regresar pero se Io impedirá el sellado de Ia válvula check, no visible en esta perspectiva . De esta manera, con cada nueva ola se estará introduciendo agua primero en el tubo rígido 2 y posteriormente en el tubo flexible 4, hasta hacer llegar el agua al depósito 5, donde se almacenará como energía potencial que dependerá de Ia altura y de Ia cantidad de agua, logrando transformar así Ia energ ía dinámica del oleaje en energía potencial controlable.
La figu ra 3 ilustra un esquema completo del equipo indicado en Ia figura anterior con Ia boya en una posición inferior a Ia posición que tenía en Ia figura 2. En esta figura aparecen los mismos ele- mentos ya descritos en Ia figura 1 , pero en otra posición.
La figura 4 ilustra Ia boya 3 en una perspectiva convencional, mostrando el orificio central 8 donde será instalada Ia válvula check, no ilustrada . En esta figura se ilustra el detalle de las carretillas 7 que facilitarán el transporte de Ia boya en tierra firme. Siendo esta una boya, es claro que deberá tener una densidad menor que Ia del agua, pero con u na resistencia importante a los esfuerzos que pudieran presentarse por su propio peso y su movim iento en el agua. Un ejemplo de estos materiales podría ser compuesto con alma metálica y cubierta de material espumado.
La figura 5 ilustra un esquema de Ia válvula check en Ia posición abierta. Durante Ia definición del invento se probaron diferentes diseños de válvulas, teniendo el inconveniente, Ia mayoría, que de deteriorarse en funcionamiento o en su cuerpo por las características del agua efe mar y por Ia tierra, suciedades o arena que arrastra Ia propia ola. Un diseño que supero los inconvenientes es el mostrado en esta figura en donde se puede ver el asiento 9 de Ia válvula con los orificio a través de los cuales pasa el agua de Ia ola. El disco flexible 10 es el que sella contra el asiento 9, obturando los orificios 11, cuando el agua tiende a bajar.
La figura 6 ilustra un esquema de Ia válvula check en su posición cerrada, con el disco 10 asentado en el asiento de Ia válvula, en su posición de obturación de los orificios no vistos en esta posición.
El conjunto de los elementos mencionados en Ia presente descripción, cooperan para llevar a cabo Ia función de bombear agua del mar a un depósito lejano y alto, utilizando para ello Ia energía contenida en el oleaje.
Las ventajas de este equipo con respecto de los del estado de Ia técnica son sencillez, efectividad, simplicidad, economía, y el principal inconveniente de los procesos actuales es que dependen de factores relacionados con Ia frecuencia y elevación de las olas
para poder generar electricidad y el nuestro es variable, es decir podemos bombera un litro o seis y no nos afecta, porque el desempeño se mide en el promedio de bombeo en un día.
El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en Ia materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en Ia presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de Ia técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modifi- caciones no descritas en Ia presente solicitud, no obstante, si para Ia aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de Ia materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de Ia in- vención.