AGUIRRE SOTO ALEJANDRO (CO)
AGUIRRE SOTO ALEJANDRO (CO)
| US20070080540A1 | 2007-04-12 | |||
| US3961479A | 1976-06-08 | |||
| US20050188691A1 | 2005-09-01 | |||
| CN107131094A | 2017-09-05 | |||
| JP2011027037A | 2011-02-10 |
| Reivindicaciones 1. Aparato para transformar la energía potencial del agua en trabajo caracterizado porque comprende: Un contenedor (5) abierto en su parte superior, el cual es un recipiente que contiene agua y es el componente estático del aparato, se encuentra unido al conducto (8), al soporte (6) y a la válvula (7). El contenedor (5) está sellado en su base y sólo puede comunicar los fluidos de su interior al exterior a través de la válvula (7). La burbuja artificial (1) ubicada al interior del contenedor (5), el cual es un recipiente que puede contener agua y/o aire en su interior y es el componente motriz del aparato, se encuentra unida a las válvulas (2) y (3) y al conducto (4). La burbuja artificial (1) está sellada completamente y sólo puede comunicar los fluidos de su interior a su exterior a través de las válvulas (2) y (3) y del conducto (4). La válvula (2) normalmente cerrada y encastrada en la parte inferior de la burbuja artificial (1), la cual regula el flujo del agua que viaja desde el interior de la burbuja artificial (1) hacia el exterior del contenedor (5). La válvula (2) sólo se abre cuando ésta se acopla con la válvula (7). La válvula (3) normalmente cerrada y encastrada en la parte superior de la burbuja artificial (1), la cual regula el flujo de agua que viaja desde el interior del contenedor (5) hacia el interior de la burbuja artificial (1). La válvula (3) sólo se abre cuando la burbuja artificial (1) se encuentre en la superficie del agua del contenedor (5). La válvula (7) normalmente cerrada y encastrada en la base del contenedor (5), la cual regula el flujo del agua que viaja desde el interior de la burbuja artificial (1) hacia el exterior del contenedor (5). La válvula (7) sólo se abre cuando ésta se acopla con la válvula (2). El conducto (4), diseñado para ser un canal por el cual fluye aire, tiene dos extremos: uno de sus extremos encastrado en la parte superior de la burbuja artificial (1) y el otro ubicado afuera del agua del contenedor (5) en contacto permanente con el aire exterior. El conducto (4) comunica el aire del exterior del aparato con el aire al interior de la burbuja artificial (1). El conducto (8), diseñado para ser un canal por el cual fluye agua, uno de sus extremos se encuentra encastrado en la parte superior del contenedor (5). El conducto (8) es un suministro de agua al contenedor (5) y está unido a la llave (9). f. La llave (9) de naturaleza mecánica o electromecánica tiene al menos dos posibles estados: cerrado y abierto. La llave (9) regula el flujo de agua del conducto (8). g. El soporte (6), diseñado para sostener al contenedor (5) y brindarle una altura determinada al aparato para que el agua que se desaloja en la parte inferior del contenedor (5) a través la válvula (7) fluya sin restricciones. 2. Aparato para transformar la energía potencial del agua en trabajo según la reivindicación 1 caracterizado por ser escalable en todas sus dimensiones, estar rodeado en su exterior por aire y funcionar con agua y aire. 3. Aparato según la reivindicación 1 caracterizado porque las válvulas (2), (3) y (7) son de naturaleza mecánica o electromecánica, diseñadas para ser dispositivos de regulación del flujo de agua con al menos dos posibles estados: cerrado y abierto. 4. Aparato según la reivindicación 1 y 2 caracterizado porque: b. La forma geométrica tridimensional de la burbuja artificial (1) es invariable e hidrodinámicamente eficiente para moverse dentro del agua, por ejemplo de forma redonda u ovalada. c. La forma geométrica tridimensional de las válvulas (2), (3), (7) y de los conductos (4) y (8) es invariable e hidrodinámicamente eficiente para que fluya agua al interior, por ejemplo de forma tubular. d. La dimensión de la altura de la burbuja artificial (1) es menor a la dimensión de la altura de la columna de agua contenida en el contenedor (5). e. La dimensión del largor del conducto (4) es mayor a la altura de la columna de agua contenida en el contenedor (5). f. La burbuja artificial (1) es un componente motriz del aparato y puede desplazarse desde el fondo del agua hacia la superficie del agua contenida en el contenedor (5). g. La burbuja artificial (1) es un componente motriz del aparato y puede desplazarse desde la superficie del agua hacia el fondo del agua contenida en el contenedor (5). 5. Procedimiento de transformación de la energía potencial del agua en trabajo según todas las reivindicaciones anteriores caracterizado porque implementa el aparato descrito en dichas reivindicaciones que transforma la energía potencial del agua en trabajo mediante la ¡mplementación de dos principios físicos: la ley de la gravedad y el principio de empuje o flotabilidad. Este procedimiento es ejecutado según las siguientes etapas: a. La burbuja artificial (1) se encuentra flotando en el agua al interior del contenedor (5) ya que ésta se encuentra llena de aire y su masa es mucho menor a la fuerza de empuje ejercida. b. La válvula (3) unida a la burbuja artificial (1) se abre para permitir el paso del agua desde el contenedor (5) hacia la burbuja artificial (1). c. La burbuja artificial (1) se llena de agua que fluye a través de la válvula (3) proveniente del contenedor (5), al mismo tiempo, el aire al interior de la burbuja artificial (1) es desalojado a través del conducto (4) hacia el exterior. h. La masa de la burbuja artificial (1 ) masa aumenta, por lo tanto aumenta su peso y ésta tiende a descender hacia el fondo del agua del contenedor; ya que su peso es mayor a la fuerza de empuje ejercida. i. La válvula (3) unida a la burbuja artificial (1) se cierra una vez la burbuja artificial (1) esté descendiendo. d. La burbuja artificial (1) llega al fondo del contenedor y la válvula (2) unida a la burbuja artificial (1) se acopla con la válvula (7) unida al contenedor (5). e. Las válvulas (2) y (7) se abren simultáneamente cuando éstas se acoplan. f. El agua al interior de la burbuja artificial (1 ) es desalojada a través de las válvulas (3) y (7) hacia el exterior del aparato, al mismo tiempo, la burbuja artificial (1) se llena de aire proveniente del exterior a través del conducto (4). g. La masa de la burbuja artificial (1) masa disminuye, por lo tanto disminuye su peso y ésta tiende a ascender hacia la superficie; ya que su peso es menor a la fuerza de empuje ejercida. h. Las válvulas (2) y (7) se cierran simultáneamente cuando éstas se desacoplan. i. La burbuja artificial (1) se encuentra en la superficie, un ciclo ha terminado. 6. Aparato según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el contenedor (5) puede tener la dimensión suficiente para contener más de una burbuja artificial (1) en su interior siempre y cuando las burbujas artificiales contenidas no alteren la esencialidad de la invención. |
Aparato y procedimiento para transformar la energía potencial del agua en trabajo
Sector tecnológico. La presente invención está relacionada con el sector energético que transforma la energía potencial del agua en trabajo (energía en movimiento).
Tecnología anterior. Es extensamente conocido, a través de la historia de la humanidad, el aprovechamiento de la energía hídrica o del agua con diversos fines, por ejemplo, en el pasado era común la utilización de molinos mecánicos accionados por la fuerza del caudal de un río, transformando así la energía cinética del agua en trabajo. En la actualidad son principalmente las centrales hidroeléctricas, las encargadas de transformar la energía potencial y cinética del agua en energía eléctrica, gracias a la implementación de turbinas y generadores eléctricos.
Aparte de las plantas hidroeléctricas, se han concebido otros sistemas para aprovechar la energía del agua cuando esta se encuentra en un estado más estático, es decir, sin la necesidad de que haya un caudal o un movimiento fuerte por parte del agua. Estos sistemas aprovechan la energía potencial del agua directamente, más no su energía cinética, de manera que el fluido puede permanecer en un estado de relativo reposo mientras que el sistema le extrae energía, por ejemplo en la patente US20070283689A1 existe una cadena cerrada de nodos flotantes que pasan por un contenedor lleno de agua en reposo, la cadena tenderá a moverse en un sentido debido al principio de flotabilidad, el cual causará un empuje haciendo mover estos nodos flotantes. También se pueden encontrar otras patentes ES2379520A1 y US20070284883A1 que fueron concebidas bajo el mismo principio de empuje generado por la flotabilidad de los objetos en el agua, transformando así la energía potencial del agua en relativo reposo en trabajo.
Descripción de la invención. La presente invención plantea la implementación de un nuevo aparato y procedimiento para transformar la energía potencial del agua en reposo en trabajo mediante dos leyes naturales fundamentales, una es la ley de la gravedad, que nos indica que existe una fuerza de atracción que el planeta tierra ejerce sobre todos los cuerpos hacia su centro y la otra es el principio de Arquímedes o fuerza de empuje, el cual índica que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje hacia la superficie del fluido igual al peso del volumen del fluido que desaloja.
i Al igual que las patentes enumeradas anteriormente, este aparato aprovecha el principio de flotabilidad de los cuerpos en el agua para generar un empuje hacia la superficie y un movimiento lineal que se traduce como trabajo. Sin embargo, esta invención se presenta como un sistema más simple de implementar al contar con menos componentes para su ejecución.
Por otro lado, éste aparato es más eficiente que los sistemas convencionales de extracción de energía del agua como las turbinas de las plantas hidroeléctricas; debido a que el rozamiento entre los componentes del aparato es mínimo, las fugas de agua se reducen al aprovechar el volumen de ésta de manera efectiva y las pérdidas de energía disminuyen al evitar choques innecesarios entre partículas ocasionados por la energía cinética del agua al entrar en contacto con dichas turbinas.
Esta invención se desarrolla gracias a las observaciones de los comportamientos de las burbujas de aire o de gas dentro de un fluido líquido en reposo. Se ha observado como algunas burbujas que aparecen en el fondo de un contenedor lleno con un fluido líquido, tienden a subir hacia la superficie gracias a que la fuerza de empuje ejercida es mucho mayor que el mismo peso de la burbuja. Como resultado de estas observaciones, se origina la idea de transformar la energía potencial del agua en trabajo a través del movimiento de estas burbujas.
Se propone entonces la implementación de un recipiente que puede contener en su interior agua y/o aire que se denomina en esta patente burbuja artificial (1), la cual se desplaza línealmente dentro de un contenedor (5) con agua en su interior, a través del siguiente procedimiento:
1. La burbuja artificial contiene aire en su interior, por lo tanto ésta se encuentra flotando en la superficie del agua alojada en el contenedor, debido a que la fuerza de empuje ejercida en la burbuja artificial es mayor a su propio peso (fuerza ejercida por la gravedad).
2. El aire contenido dentro de la burbuja artificial es desalojado y reemplazado por agua del contenedor. Cuando la burbuja artificial se llena con agua su masa aumenta, por lo tanto aumenta su peso y ésta tiende a descender hacia el fondo del agua del contenedor; ya que su peso es mayor a la fuerza de empuje ejercida.
3. La burbuja artificial llega al fondo del contenedor, el agua contenida en ella es desalojada y reemplazada por aire del exterior. Cuando la burbuja artificial se llena con aire su masa disminuye, por lo cual disminuye su peso y ésta tiende a ascender hacia la superficie del agua del contenedor; ya que su peso es menor que la fuerza de empuje ejercida. Es así como se establece el trabajo representado en un movimiento lineal cíclico al interior del contenedor causado por la burbuja artificial, la cual va de la superficie hacia el fondo del agua del contenedor y viceversa.
Se debe tener en cuenta que la presión hidrostática alrededor de la burbuja artificial es anulada en todos los sentidos una vez ésta se encuentra sumergida en el fondo del contenedor, debido al equilibrio de fuerzas que se genera al estar rodeada uniformemente por vectores de presión hidrostática.
Convencionalmente, se utiliza la energía potencial acumulada de una columna de agua para transformarla en energía cinética con el fin de mover turbinas que accionan generadores eléctricos (ejemplo: las plantas hidroeléctricas). Por el contrario, esta nueva invención expresa otra forma de transformar directamente la energía potencial de una columna de agua en trabajo.
Mientras que en esos sistemas convencionales se desaprovecha energía por choques cinéticos entre partículas y se pierde parte del volumen del agua, en esta invención esas pérdidas de energía son despreciables y además todo el volumen se aprovecha, lo cual representa una gran ventaja en términos de eficiencia. Este aparato también representa una forma más simple de implementar un sistema de transformación de energía potencial del agua en trabajo con respecto a los sistemas referenciados anteriormente (US20070283689A1 , ES2379520A1 , US20070284883A1)
El trabajo (o sea, energía en movimiento) generado por el aparato descrito en esta invención puede ser transformado en otro tipo de energía, como la energía eléctrica. Por ejemplo, mediante el acoplamiento de un sistema mecánico para transformar el movimiento lineal en movimiento circular con el fin de impulsar generadores eléctricos rotativos. Un segundo ejemplo, es a través de la implementación de imanes unidos a la burbuja artificial mientras que el contenedor es envuelto en un material conductor, para así crear un sistema electromagnético de inducción y generar electricidad. Aún así, podrían existir más implementaciones para transformar esta energía en movimiento en energía eléctrica.
Descripción de los dibujos. Con el fin de complementar la descripción de la invención en cuestión y comprender mejor las características de la innovación, se acompaña este trabajo con una serie de 4 dibujos de carácter ilustrativo en donde: • La Figura 1 muestra la burbuja artificial por fuera del contenedor.
• La Figura 2 muestra el contenedor con un corte transversal para observar el interior de éste. La burbuja artificial se encuentra en la superficie del agua del contenedor.
• La Figura 3 muestra el mismo contenedor con un corte transversal para observar el interior de éste. La burbuja artificial se encuentra en la mitad del contenedor.
• La Figura 4 muestra el mismo contenedor con un corte transversal para observar el interior de éste. La burbuja artificial se encuentra en el fondo del contenedor.
Descripción detallada de la invención. Este aparato para transformar la energía potencial del agua en trabajo es escalable en todas sus dimensiones, tiene todos sus componentes hechos de un material que puedan soportar los esfuerzos mecánicos a los cuales éstos son sometidos, tiene todos sus componentes en contacto con el agua hechos de cualquier material que pueda soportar la presión hidrostática a la cual éstos son sometidos, tiene todos los componentes en contacto con el agua hechos de cualquier material que pueda soportar la corrosión del agua y tiene todos los componentes en contacto con el aire hechos de cualquier material que pueda soportar la corrosión del aire.
Este aparato tiene todas las uniones de sus componentes selladas para evitar filtraciones o fugas de agua y/o aire, se encuentra rodeado en su exterior por aire y puede ¡mplementarse en cualquier parte del planeta siempre y cuando el agua y el aire estén disponibles.
El contenedor (5) es la representación de un recipiente que contiene agua en su interior, es de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma no interfiera en el movimiento lineal de la burbuja artificial (1), se encuentra estático y no puede moverse.
El contenedor (5) está unido al conducto (8), al soporte (6) y a la válvula (7). Se encuentra sellado en su base y abierto en su parte superior.
La burbuja artificial (1) es un recipiente que puede contener agua y/o aire en su interior, es de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma geométrica sea invariable e hidrodinámicamente eficiente, por ejemplo de forma redonda u ovalada. Se encuentra ubicada al interior del contenedor (5) y está unida a las válvulas (2) y (3) y al conducto (4).
La burbuja artificial (1 ) está sellada completamente y sólo puede comunicar los fluidos de su interior a través de las válvulas (2) y (3) y del conducto (4), tiene la dimensión de su anchura menor a las dimensiones de las anchuras del contenedor (5) y tiene la dimensión de su altura menor a la altura de la columna de agua contenida en el contenedor (5).
La burbuja artificial (1) puede desplazarse desde el fondo del agua hacia la superficie del agua contenida en el contenedor (5) y desde la superficie del agua hacia el fondo del agua contenida en el contenedor (5).
Las válvulas (2), (3) y (7) son dispositivos de regulación del flujo de agua y de naturaleza mecánica o electromecánica. Estas son de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma geométrica interfiera mininamente en el movimiento de la burbuja artificial (1) y permita un flujo eficiente de agua en su interior, por ejemplo de forma tubular. Las válvulas (2), (3) y (7) tienen al menos dos posibles estados: cerrado y abierto.
La válvula (2) se encuentra encastrada en la parte inferior de la burbuja artificial (1 ) y regula el flujo del agua que viaja desde el interior de la burbuja artificial (1) hacia el exterior del contenedor (5). La válvula (2) sólo puede abrirse cuando ésta se acopla con la válvula (7).
La válvula (3) se encuentra encastrada en la parte superior de la burbuja artificial (1) y regula el flujo del agua que puede fluir desde el interior del contenedor (5) hacia el interior de la burbuja artificial (1). La válvula (3) sólo puede abrirse cuando la burbuja artificial (1) se encuentra en la superficie del agua del contenedor (5).
La válvula (7) se encuentra encastrada en la base del contenedor (5) y regula el flujo del agua que viaja desde el interior de la burbuja artificial (1) hacia el exterior del contenedor (5). La válvula (7) sólo puede abrirse cuando ésta se acopla con la válvula (2).
El conducto (4) es un canal por el cual fluye sólo aire, es de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma interfiera mininamente en el movimiento de la burbuja artificial (1) y permita un flujo eficiente de aire en su interior, por ejemplo de forma tubular.
El conducto (4) debe tener al menos dos extremos, uno de sus extremos está encastrado en la parte superior de la burbuja artificial (1) y el otro extremo está siempre afuera del agua del contenedor (5) en contacto permanente con el aire exterior.
El conducto (4) tiene la dimensión de su largo mayor a la altura de la columna de agua contenida en el contenedor (5) y se mueve en conjunto con la burbuja artificial (1) debido a que uno de sus extremos está encastrado a ella. El conducto (4) comunica el aire del exterior con el aire interior de la burbuja artificial (1). El conducto (8) es un canal por el cual fluye agua y es un suministro constante de agua al contenedor (5), es de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma permita un flujo eficiente de agua en su interior, por ejemplo de forma tubular.
El conducto (8) está unido al contenedor (5) y a la llave (9), tiene al menos dos extremos con uno de sus extremos encastrado en la parte superior del contenedor (5). El conducto (8) suministra agua al contenedor (5).
La llave (9) es un dispositivo de regulación de flujo de agua, es de naturaleza mecánica o electromecánica y es de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma permita un flujo eficiente de agua.
La llave (9) está unida al conducto (8), tiene al menos dos posibles estados: cerrado y abierto y regula el flujo de agua que fluye al interior del conducto (8).
El soporte (6) es el soporte del contenedor (5), es de cualquier forma geométrica tridimensional siempre y cuando su forma permita que el contenedor (5) se quede estático y nivelado.
El soporte (6) está unido al contenedor (5) y le brinda una altura determinada al aparato para que el agua que se desaloja en la parte inferior del contenedor (5) a través la válvula (7) fluya sin restricciones.
Mejor manera de ejecutar la invención. Se detalla el procedimiento ejecutado por este aparato para trasformar la energía potencial del agua en trabajo:
1. La burbuja artificial (1) se encuentra flotando en el agua al interior del contenedor (5) ya que ésta se encuentra llena de aire y su masa es mucho menor a la fuerza de empuje ejercida. La válvula (3) unida a la burbuja artificial (1) se abre para permitir el paso del agua desde el contenedor (5) hacia la burbuja artificial (1).
2. La burbuja artificial (1) se llena de agua que fluye a través de la válvula (3) proveniente del contenedor (5), al mismo tiempo, el aire al interior de la burbuja artificial (1) es desalojado a través del conducto (4) hacia el exterior.
3. La masa de la burbuja artificial (1) masa aumenta, por lo tanto aumenta su peso y ésta tiende a descender hacia el fondo del agua del contenedor; ya que su peso es mayor a la fuerza de empuje ejercida. La válvula (3) unida a la burbuja artificial (1) se cierra una vez la burbuja artificial (1) esté descendiendo. 4. La burbuja artificial (1) llega al fondo del contenedor y la válvula (2) unida a la burbuja artificial (1) se acopla con la válvula (7) unida al contenedor (5). Las válvulas (2) y (7) se abren simultáneamente cuando éstas se acoplan.
5. El agua al interior de la burbuja artificial (1 ) es desalojada a través de las válvulas (3) y (7) hacia el exterior del aparato, al mismo tiempo, la burbuja artificial (1) se llena de aire proveniente del exterior a través del conducto (4).
6. La masa de la burbuja artificial (1) masa disminuye, por lo tanto disminuye su peso y ésta tiende a ascender hacia la superficie; ya que su peso es menor a la fuerza de empuje ejercida.
7. Las válvulas (2) y (7) se cierran simultáneamente cuando éstas se desacoplan.
8. La burbuja artificial (1) se encuentra en la superficie, un ciclo ha terminado.
Se considera necesario resaltar en esta descripción detallada los siguientes puntos extensivos: i. El contenedor (5) puede tener la dimensión suficiente para contener más de una burbuja artificial (1) en su interior.
ii. Los materiales, forma, tamaño y disposición de los componentes del aparato son susceptibles a variación siempre y cuando no se altere la esencialidad de esta invención. ii¡. El trabajo generado por este aparato puede ser transformado en energía eléctrica a través del acoplamiento de otros sistemas que transformen la energía en movimiento de la burbuja artificial (1) en energía eléctrica.
iv. Los términos en que se ha redactado este trabajo debe ser tomados en sentido amplio y no limitativo.
Indicación de la aplicación industrial. El trabajo generado por este aparato a través de la ejecución del procedimiento descrito anteriormente puede ser transformado en energía eléctrica, de manera que, la aplicación industrial más usual sería la implementación de una planta hidroeléctrica que haga uso de la presente invención. Patentes consultadas
Oficina Española de Patentes y Marcas Numero de publicación 2 379 520
Numero de Solicitud: 201 101305
F03B 13/18(2006.01 )
Numero de publicación 2 202 820 T3 Fecha de Publicación: 01.09.1999
Numero de Solicitud 201 101305
F03B 13/18
Instituto Nacional de propiedad Industrial INPI Numero de publicación PT 2796708 T F03B 13/18 (2006.01 )
Pub. No.: US 2007/0284883 A1
Cafariello US 20070284.883 A1
(43) Pub. Date: Dec. 13, 2007
(10) Pub. No.: US 2007/0283689 A1
McGahee
(43) Pub. Date: Dec. 13, 2007
(43) International Publication Number WO201 1/010945 A1
27 January 201 1 (27.02.201 1 )
(10) Pub No.: US 2017/0133910 A1
(43)Pub Date May 1 1/217