BALANCE

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al campo técnico de las energías renovables, más concretamente a la energía undimotriz.

El objeto de la invención pertenece al sector de la generación eléctrica a partir de la energía de las olas marinas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dentro de la búsqueda de fuentes de energía renovables y no contaminantes, como alternativa a la obtenida de los hidrocarburos, la obtenible a partir de las olas o undimotriz, se presenta como una opción de interés, por una parte debido a su potencial en términos globales de potencia disponible así como por el hecho de presentar, dependiendo de las localizaciones geográficas, un carácter predecible en intervalos determinados de tiempo.

El aprovechamiento de la energía presente en las olas, se encuentra en un estado incipiente de desarrollo, comparativamente con el de otras fuentes de energía renovables como es el caso de la eólica o solar. Aún así, son muy numerosos los sistemas ingeniados para este propósito y que han sido objeto de patentes. Admiten diversas clasificaciones:

1 .- Según el tipo de emplazamiento:

- Fijos en la costa.

- Flotantes, anclados al fondo marino mediante línea de fondeo. - Fijos al fondo marino con una parte móvil.

2.- Según el método empleado para transformar la energía de la ola:

- Hidráulicos de elevación:

Estos dispositivos están basados en el aprovechamiento de la energía potencial de una masa de agua elevada por efecto de las olas y que se convierte en electricidad mediante una turbina.

Pueden ser de tipo flotante, o bien fijos en la costa. Al primer tipo pertenece el descrito en la patente GB2436595 al igual que el sistema denominado Wave Dragón.

- Gravitatorios:

Son aquellos que utilizan el movimiento vertical inducido por la ola en uno o varios flotadores o boyas y mediante sistemas hidráulicos, neumáticos o mecánicos accionan generadores eléctricos o almacenan la energía para ser posteriormente transformada.

Los descritos en las patentes GB 2434620 A, EP 1439306 A1 , WO2007/086750 A1 y DE 3642060 A1 , pertenecen a este tipo al igual que los sistemas Pelamis OPD y AWS.

- De desplazamiento:

En este tipo de sistemas, están basados en la energía cinética de la ola que actúa sobre placas o paletas o bien comprimiendo una masa de aire.

En los documentos de patente DE102006024042 A1 , US 2007/0081861 A1 , US 2007/015463 A1 , están descritos sistemas basados en este principio al igual que los sistemas Wave Roller, Oyster, así como los de tecnología OWC (Oscillating Water Column). Las características deseables para un sistema de generación eléctrica undimotriz, son las siguientes:

- Captación y transformación eficiente de la energía de la ola.

- Robustez del conjunto frente a condiciones severas de oleaje.

- Simplicidad mecánica.

- Capacidad de adaptación frente a las variaciones en las características de las olas.

- Facilidad de instalación.

- Alteración mínima del entorno marino.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención está basada en un sistema autoportante que da solución a los problemas anteriormente descritos, para ello se aprovecha del movimiento de balance de un buque o vaso flotante, debido a la acción de las olas que actúan en un ángulo aproximadamente transversal a su dimensión principal, viene determinado en sus características físicas por diversos parámetros que derivan de la geometría, masa y de la posición vertical del centro de gravedad de dicho buque o vaso flotante. Para una geometría, peso y posición del centro de gravedad definidos, cada buque o vaso flotante particular, cuenta con un periodo de balance propio determinado que es aquel con el cual oscila libremente cuando se ve sometido a un momento exterior que perturbe su equilibrio. La máxima oscilación del vaso por acción del oleaje se obtiene cuando el periodo propio del vaso se encuentra en sincronismo con el de las olas que actúan sobre él, siendo en estas condiciones cuando la captación de la energía de las olas es, por consiguiente, mayor. La energía del balance está ligada al periodo, al ángulo máximo obtenido y a los momentos adrizantes existentes en el curso del mismo. La presente invención trata de la búsqueda aprovechamiento óptimo de esta energía del vaso sometido a balance por efecto de las olas.

El objeto de la invención está basado en la captación de la energía del balance producido por la acción de las olas en un vaso flotante o casco, mediante el movimiento de una o varias masas, que se sitúan en su interior, y se desplazan en sincronismo con el movimiento de balanceo de dicho vaso. Las dimensiones, geometría y centro de gravedad del elemento flotante se optimizan para producir la máxima amplitud de oscilación mediante la aproximación del periodo propio de balance del casco y el periodo predominante de las olas, con objeto de obtener condiciones próximas a la resonancia. El desplazamiento del centro de gravedad de los pesos puede ser lineal en un plano perpendicular al eje de balance o bien pendular sobre eje paralelo a este. El recorrido del peso se adecúa para obtener un máximo rendimiento en la captación de la energía obtenida de su desplazamiento y en función del mecanismo empleado para este fin. En cada movimiento de balanceo del vaso flotante, cada peso se desplazará por acción de la gravedad, bien sobre unas vías en el sentido de la manga, esto es la menor dimensión del vaso, o bien en movimiento pendular sobre un eje fijo. La captación de esta energía se realiza mediante la presión ejercida por el peso sobre un cilindro hidráulico, directa o a través de una palanca o biela. El fluido hidráulico comprimido, a través de un circuito en el cual se incluyen acumuladores y válvulas reguladoras, acciona un motor hidráulico que está a su vez acoplado a un alternador que genera la electricidad.

El recorrido y presión del circuito son ajustados para un aprovechamiento energético óptimo mediante una unidad de control y un procesador que recibe la señal del movimiento mediante un clinómetro electrónico. Como alternativa a estos medios de aprovechamiento energético citados que incorporan un accionamiento hidráulico, el sistema puede incorporar uno de tipo neumático o bien uno mecánico que conste de cadenas o correas de transmisión, utilizando poleas, engranajes, embragues y reductoras para accionar el alternador.

El periodo propio de balance del vaso flotante es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del radio metacéntrico que, a su vez, depende de la ordenada del centro de gravedad. Con objeto de regular el periodo propio de balance del vaso, aproximándolo al de las olas, se procede a variar, de forma automática la posición del centro de gravedad mediante el trasiego, con una bomba eléctrica, de agua a tanques situados a distintas alturas.

La posición del vaso que contiene el sistema, se mantiene gracias a dos o más líneas de fondeo, preferiblemente fijadas en sus extremos longitudinales y que constan de cadenas fijadas a un ancla o muerto en el fondo marino. Considerando que la condición óptima para un balance máximo es cuando las olas predominantes inciden transversalmente al vaso, las líneas de fondeo se pueden ajustar para conseguir la posición adecuada frente a la variación en la dirección de aquellas, mediante el cazado o arriado de cadena con un chigre o molinete.

El sistema objeto de la invención ofrece las siguientes ventajas adicionales:

- Sistema exterior compacto sin partes móviles sensibles a la acción de la mar, lo cual se traduce en menor mantenimiento y reducción de las posibilidades de avería. Esta particularidad, muy ventajosa considerando la variabilidad de las condiciones del medio es, por si misma, una característica singular frente a los existentes.

- Posibilidad de instalación en las barras con rompientes en proximidad de los puertos en zonas de mar agitadas con lo cual, además de su función propia de generación de energía eléctrica, el sistema es útil para amortiguar las olas.

- Adaptación a las condiciones del oleaje para optimizar la producción de energía como consecuencia del incremento de la amplitud del balance.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1a.- Muestra una sección transversal del sistema adaptado al movimiento lineal del peso.

Figura 1 b.- Muestra sección transversal del sistema adaptado al movimiento lineal del peso en una posición final de su movimiento oscilatorio.

Figura 2a.- Muestra una sección transversal del sistema adaptado al movimiento pendular del peso.

Figura 2b.- Muestra una sección transversal del sistema adaptado al movimiento pendular del peso en una posición final de su movimiento oscilatorio.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A la vista de las figuras se describen a continuación dos ejemplos a modo de realización preferente del objeto de la invención.

Ejemplo 1

En la Figura 1 a se muestra una sección trasversal del sistema y se representa un vaso flotante (1 ), que puede ser construido en acero, poliéster reforzado con fibra de vidrio, aluminio o bien en hormigón armado, dependiendo de los requerimientos de peso y producción del conjunto. La forma de la sección es derramada de cara a aumentar el par adrizante con la escora. Dispone de una cubierta cerrada que hace el conjunto estanco y lo protege de la intemperie. Se han dispuesto diversos compartimentos a modo de tanques de agua (3) con objeto de permitir la variación en altura del centro de gravedad y por consiguiente variar el periodo propio de balance del vaso flotante. El llenado y trasiego del agua se efectúa mediante una bomba (4) y un conjunto de colector, tubería y electroválvulas. En el interior del vaso flotante (1 ) se dispone, en sentido transversal, rectas o bien ligeramente curvadas, una o varias vías (13) metálicas, sobre la cual se encuentra situado un peso (12) móvil que se mueve sobre ella mediante unas ruedas. Al balancear el barco por efecto de las olas, el peso se desplaza sobre la vía, actuando sobre unos cilindros hidráulicos (1 1 ), ejerciendo presión sobre ellos y desplazando su pistón un cierto caudal de fluido hidráulico, generando por consiguiente una determinada potencia. En la Figura 1 b, puede verse el sistema en condición de balance. En los extremos de vía se disponen unos topes de recorrido (14) mientras que se incorporan al sistema unos medios de aprovechamiento energético, en este ejemplo medios hidráulicos con un circuito hidráulico que incluye válvulas y compensadores de presión (2), así como un acumulador (9) para proporcionar una potencia constante durante un determinado periodo de tiempo, y un motor (5) hidráulico que conectado a un alternador (6) para producir corriente eléctrica. Esta corriente es transformada mediante un transformador (7) y enviada a tierra mediante un cable submarino (16). Un clinómetro electrónico (8), como sensor de balance, situado en la crujía del vaso flotante (1 ) transmite información sobre el ángulo de balance y su variación en el tiempo a una unidad de control (10) encargado de regular unas variables del sistema. El vaso flotante (1 ) está sujeto al fondo marino mediante dos líneas de fondeo (15) que incluyen molinetes eléctricos o chigres convencionales, que pueden ser accionados de forma automática, para ajustar la posición del vaso con respecto a la de las olas. El generador puede contar, además y con objeto de disponer de una información precisa sobre el frente de olas, de un sensor flotante (17), que capta y transfiere información sobre la altura y periodo de las olas.

Ejemplo 2

En las figuras 2a y 2b se muestra el mismo sistema con una variación en la disposición del peso (12) móvil que, en este caso efectúa un movimiento oscilatorio pendular alrededor de un vástago (18). Tal y como se observa en la figura 2a Los cilindros hidráulicos (1 1 ) son accionados mediante el efecto de palanca que realiza el brazo (19) soporte del peso (12). Es posible ajustar la posición vertical del peso (12) desplazándolo en su brazo soporte mediante procedimiento mecánico o hidráulico. El funcionamiento del sistema es, por lo demás similar al descrito en el Ejemplo 1 . En la Figura 2b puede verse el sistema en operación con el vaso flotante (1 ) en condición de balance y el brazo (19) actuando sobre los cilindros hidráulicos (11 ).