DISPOSITIVO GENERADOR DE FUERZA MOTRIZ

La presente invención se refiere a un dispositivo generador de fuerza motriz, y en particular a un generador de fuerza motriz que aprovecha la energía del flujo de un fluido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

El objetivo de los dispositivos generadores de fuerza motriz tradicionales, tales como molinos, rotores y turbinas, es el aprovechamiento de la energía dinámica que concentran el aire, el agua y otros fluidos para la generación de fuerzas mecánicas o electromotrices. La fuerza que estos dispositivos son capaces de producir depende del volumen, la masa y la velocidad del fluido con que trabajan, de manera que crece o decrece directamente con la escala, es decir, con el área de batido o de cruce, mientras que varía al cubo respecto a la velocidad del flujo de trabajo.

Este hecho explica que, si bien los molinos y las turbinas han sido utilizados desde los anales de la historia, su funcionamiento se haya basado en explotar flujos bien cargados de energía (saltos de agua, zonas ventosas) . En consecuencia, el progreso puede medirse en términos del aumento de la cantidad y el tamaño de las instalaciones, mientras que las mejoras en eficiencia son relativamente recientes y la aplicación de sus resultados limitada .

Los objetivos de mejora del aprovechamiento de la energía se enfrentan a múltiples dificultades entre las que se cuentan importantes condicionantes de naturaleza dinámica, mecánica y eléctrica: al impactar el flujo sobre un objeto interpuesto se produce una disminución de su velocidad y

una desviación hacia el exterior con el fin de rodear el objeto;

- la resistencia al avance del móvil interpuesto crece más que proporcionalmente a su velocidad, lo que hace que la velocidad del móvil se mantenga por debajo de la del fluido que lo arrastra o que los fenómenos de suspensión o planeo sean inestables;

- la interacción de las tres fuerzas de empuje (flujo, gravedad e inercia) varia a lo largo de los ciclos de la rotación provocando tensiones considerables y desgaste prematuro del conjunto;

- el acoplamiento del giro de la turbina al eje motriz exige un incremento del par y que los limites seguros de trabajo sean mantenidos muy por debajo de las posibilidades empíricas del diseño con la ayuda de dispositivos de variación de paso y frenado;

- la retención que producen las palas o alabes que no están bien orientados en el flujo produce niveles indeseados de vibración y ruido, y aumentan los riesgos de rotura por sobrepresión o resonancia;

- la variabilidad del flujo y los desequilibrios intrínsecos dificultan el aprovechamiento de la corriente obtenida y exigen que, para conectar con la red, sean necesarios sofisticados y también frágiles equipos capaces de llevar a cabo la medición y compensación de diferencias .

Algo que todos los aparatos comparten es la necesidad de limitar la velocidad de giro para no exceder los esfuerzos máximos para los que han sido diseñados. En unos casos esto se logra gracias a las resistencias cinemáticas inherentes al diseño, lo que aumenta el consiguiente riesgo de que el conjunto se rompa o salga literalmente volando. En otros, se trata de dispositivos de freno o de desajuste del paso respecto al idóneo, con lo que la eficiencia desciende muy rápidamente más allá de

la eficiencia óptima. En la práctica, se tiende a que el diseño esté estrechamente relacionado con una condición determinada, de modo que variaciones de intensidad y dirección sobre las condiciones ideales se traducen en notables pérdidas de eficiencia.

Ejemplos comunes y representativos de aplicación y mejora de las tecnologías tradicionales conocidas son los molinos de viento de varias aspas con rotación horizontal, las turbinas de múltiples alabes o cazoletas en línea con el flujo de trabajo del tipo Francis (1849) o Pelton (1879), y las turbinas con rotación vertical sin medios para el guiado del flujo de trabajo de Savonius (US-I.697.574) y Darreius (US-I .835.018 ) . A estas invenciones clásicas cabe añadir las de Kaplan (US- 1.822.778), Yen (US-4.070.131 ) , Seki (US-4.247.252 ) , Gilman (US-4.293.274) , Gorlov (US-5.451.137) , Giorgini (US-5.852.331) , Eider (US-6.538.340 ) y Becker (US- 7.132.760), en las que se experimenta con la curvatura bidimensional (ejes x,y) de los alabes para obtener mejor eficiencia. Más recientes son las invenciones de Sidler (WO 2005/010353 A2 ) o Naskali (WO 2006/119648 Al) en las que los modelos Savonius y Darreius respectivamente son perfeccionados utilizando también un desplazamiento o curvatura en la dimensión vertical (eje z) . Todos estos aparatos se fundamentan en una concepción euclidiana del espacio tridimensional y por más que algunos de ellos ya hablan de diseño helicoidal todos resultan en geometrías de tipo fijo o articuladas a conveniencia, y ninguno resulta en una geometría variable de forma continua e isométrica como la presente invención.

Empíricamente está demostrado que se pueden obtener rendimientos crecientes desde la situación de reposo al aumentar la relación entre la velocidad tangencial de los alabes y la del fluido ("tip speed ratio") hasta un máximo teórico de eficiencia que depende

el fluido. Por ello una importante linea de investigación se orienta hacia la mejora de esta relación. En el caso del aire según la teoría de Betz, este máximo de eficiencia se sitúa en un 59,26%.

En general, las mediciones del funcionamiento real de todo tipo de diseños de turbinas eólicas raramente superan el 60% del limite de Betz. Los clásicos molinos de múltiples palas se sitúan en torno a un 15% o 20%, mientras que aerogeneradores modernos de dos o tres palas de gran tamaño llegan a su eficiencia óptima en el orden del 45% con relaciones de velocidad superiores a las 3 veces .

Desarrollos basados en los anteriormente citados mantienen su rotación a relaciones de velocidad más bajas con eficiencia en torno a un 20-30%. No se disponen datos del rendimiento de las invenciones más recientes más allá de que algunos rotores del tipo Darreius han registrado eficiencias del orden del 30-35% a relaciones de velocidad superiores a las 5 veces.

El coste de arrancar y mantener esa relación de velocidad asociado a los problemas de stress mecánico por la distinta acción de las fuerzas gravitatoria y centrifuga a ratios de velocidad elevados pueden ser razones por las que su explotación comercial no prospera.

Por lo tanto, es evidente, que queda un amplio margen para la mejora, no sólo en términos conceptuales, sino también con la búsqueda de geometrías estructurales más estables y el empleo de nuevos materiales y técnicas. En este sentido la utilización de diseños más eficientes o comparativamente más ligeros y económicos puede suponer un importante avance, ya que el mayor condicionante de la viabilidad de los proyectos es la rentabilidad, es decir su coste en relación con la producción obtenida.

DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

Con el dispositivo de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán.

El dispositivo generador de fuerza motriz de la presente invención comprende una columna provista de una pluralidad de elementos flexibles colocados alrededor de dicha columna, que al interponerse al flujo reaccionan girando positivamente alrededor en un mismo sentido, y se caracteriza por el hecho de que dichos elementos flexibles son unas membranas aerodinámicas cuya disposición y forma sigue patrones espirales logarítmicos y por el hecho de que comprende un cabezal desplazable colocado en la parte superior de dicha columna central y una base colocada en la parte inferior de dicha columna, estando fijada cada membrana en su parte superior a dicho cabezal desplazable y en su parte inferior a dicha base.

Ventajosamente, dicho cabezal desplazable es giratorio alrededor de dicha columna y/o se desliza a lo largo de dicha columna.

Preferiblemente, que las membranas y/o la base son giratorios alrededor de dicha columna.

Según una realización preferida, la base está formada por una serie de vastagos radiales.

Ventajosamente, el empuje de giro positivo en un sentido se obtiene por estar las membranas dispuestas poligonalmente adoptando patrones de persecución espiral.

También ventajosamente, el control de dicho empuje de giro se obtiene variando la geometría de esa disposición espiral.

La forma de dichas membranas se basa preferiblemente en secciones de superficies de revolución arrolladas o contraídas en patrones espirales y/o en secciones de superficies isométricas desarrolladas o expandidas en superposición a cuerpos de revolución.

Aunque podrían estar definidas de cualquier manera adecuada, la forma de dichas membranas puede estar definida, por ejemplo, por las siguientes ecuaciones:

x = s* [senh (v) *cos (t*u) ] / [ 1+cosh (u) *cosh (v) ] y = s'* [senh (v) *sen (t*u) ] / [ 1+cosh (u) *cosh (v) ] z = [cosh (v) *senh (u) ] / [ 1+cosh (u) *cosh (v) ]

en donde :

- x, y, z son las coordenadas espaciales;

- u es un parámetro de crecimiento vertical;

- v es un parámetro de crecimiento horizontal;

- t es un valor de la torsión; y

- s, s' son factores de escala. Preferentemente, dichas membranas aerodinámicas están formadas a partir de por lo menos un polímero termoplástico .

Según una realización preferida, dichas membranas aerodinámicas (3) están formadas a partir de un polímero termoplástico elegido entre politereftalato de etileno (PET) , fibras de polietileno de alto módulo (HMPE) , de poliamidas aromáticos (PPTA, TLPC) , de poliuretano (PBO) , de vidrio (GRP) o de carbono (CRP) .

La presente invención presenta varias ventajas sobre los dispositivos existentes:

- equilibra las fuerzas cinéticas, gravitatorias y centrífugas, minimizando las resistencias; admite diversos ángulos de incidencia y variaciones de dirección e intensidad; mantiene su eficiencia a relaciones de velocidad bajas, medias y altas; posibilita el cambio de membranas para un espectro de operación más amplio;

- utiliza alabes flexibles reduciendo el efecto de posibles colisiones;

- puede sujetarse por un extremo, o mantenerse en suspensión o a flote;

- tiene mínimo impacto ambiental, con posibilidad de reproducción de patrones variados.

Además, la presente invención no presenta algunos de los inconvenientes de diseños existentes:

- al superponer las membranas requiere comparativamente menor área de batido;

- prescinde de deflectores y otros accesorios para dirigir o concentrar el flujo; su geometría (ángulo de ataque, salida, revirado, paso) varía en interacción con el flujo;

- no utiliza aspas o perfiles rígidos evitando problemas por estrés mecánico;

- no ha de ser arrancado ni mantenido en rotación para que funcione;

- alivia una excesiva presión del flujo transformando su forma.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura la es una vista en alzado del dispositivo de la presente invención en su variante de torsión;

Las figuras Ib y Ic son vistas en planta del dispositivo de la presente invención en su variante de torsión;

La figura 2a es una vista en alzado del dispositivo de la presente invención en su variante de expansión;

Las figuras 2b y 2c son vistas en planta del

dispositivo de la presente invención en su variante de expansión;

Las figuras 3a a 3d son vistas esquemáticas en alzado de la forma de las membranas en su variante de torsión;

Las figuras 4a a 4d son vistas esquemáticas en alzado de la forma de las membranas en su variante de expansión;

Las figuras 5a a 5d son vistas esquemáticas en alzado de la forma de las membranas en su variante de torsión y expansión;

La figura 6 es una vista esquemática de la utilización del dispositivo de la presente invención como generador terrestre;

Las figuras 7a y 7b son vistas esquemáticas de la utilización del dispositivo de la presente invención como generador en el mar, flotando y sumergido, respectivamente;

La figura 8 es una vista esquemática de la utilización del dispositivo de la presente invención como sistema de propulsión penetrante;

La figura 9 es una vista esquemática de la utilización del dispositivo de la presente invención como rotor en linea con el flujo; y

Las figuras 10a y 10b muestran geometrías de persecución polinomial, puntual y lateral, respectivamente; y

Las figuras 10c y 1Od muestran patrones de distribución .

DESCRIPCIóN DE UNA REALIZACIóN PREFERIDA

El dispositivo de la presente invención comprende una columna 1 que está dimensionada para soportar el conjunto de elementos que forman el

dispositivo y para transmitir energía motriz a unos vastagos radiales 4 giratorios situados en la parte inferior de la columna 1.

Esta columna 1 comprende un cabezal 2 que es giratorio alrededor de la columna 1 y desplazable a lo largo de dicha columna 1.

El dispositivo de la presente invención también comprende una pluralidad de membranas aerodinámicas 3, preferiblemente flexibles, que están unidas, cada una, por su extremo superior a dicho cabezal 2 y por su extremo inferior a uno de dichos vastagos radiales 4.

El movimiento del cabezal 2 y de los vastagos radiales 4 facilita la transformación continua e isométrica de las membranas 3, cuyo arrollamiento resulta en geometrías de revolución de tipo catenario.

Mediante el control del posicionamiento de cabezal 2 y membranas 3 se afecta a las fuerzas de empuje (flujo, gravitatoria, centrífuga y de fricción) , de cuya interacción resulta una componente giratoria y otra acorde a la transformación. La mejor forma dinámica y la composición de las membranas y perfiles de los elementos mejor indicada para las condiciones y requisitos de trabajo prevalecientes se determina con la ayuda de un análisis computerizado.

La utilización de las simetrías de similitud que ilustran las Figuras 1, 2 y 3 se fundamenta en estudios contemporáneos: Hambidge en 1920 explica los elementos de la simetría dinámica y proporciona métodos para reproducir proporciones naturales en el diseño, la construcción y el arte. Los estudios de Weyl (1952) aportan la posibilidad de su tratamiento matemático exacto al definir dos transformaciones de la similitud del plano (dilatación y rotación) y establecer la relación entre dichas transformaciones y sus correspondientes isometrías espaciales (expansión y torsión) . Bryant (1987) analiza la

representación de superficies de curvatura media constante en el espacio hiperbólico tridimensional en analogía con los modelos de estudio de superficies mínimas en el espacio euclideo. La reinterpretación de las superficies de curvatura media constante e igual a uno como objetos de revolución se debe a Small (1994) y a otras contribuciones más recientes.

El principal elemento simétrico dinámico es la espiral logarítmica (equiangular o geométrica) . La espiral logarítmica cumple la condición del movimiento uniforme, siendo la única curva plana donde la tangente en cada punto corta su radio vector siempre con el mismo ángulo (α) , que es proporcional al logaritmo natural del radio vector y para Oí = 90° la reduce a un círculo. Su ecuación polar es p = a*e V f-), siendo k la cotangente del ángulo tangencial polar constante (Oí) .

La presente invención utiliza la equivalencia de acciones de dilatación y rotación con mismo centro para disponer en todo momento del ángulo aerodinámico mejor indicado .

Desde el punto de vista de la simetría dinámica, reviste especial interés la condición de invariante de una espiral logarítmica respecto a ciertas transformaciones de similitud. Esta propiedad de autoseme janza es conservada en las diversas isometrías de traslación y torsión aplicadas sobre las membranas 3, cuyos puntos manifiestan la dilatación y la rotación en la forma de un crecimiento aditivo y un arrollamiento característicos que hace posible la superposición de estas espirales sobre cualquier cuerpo de revolución definido por la rotación de una recta o curva con origen en el centro de simetría espiral .

Los troncos cónicos y los cuerpos engendrados por curvas catenarias proporcionan la estabilidad requerida al conjunto al equilibrar en todo momento las

tensiones que ejercen las fuerzas de empuje, fricción, gravitatoria y centrifuga sobre las membranas.

La razón por que ninguno de los desarrollos conocidos puede resultar en una geometría variable se debe a que unos obvian la consideración de la curvatura necesaria y otros se remiten a una curvatura bidimensional utilizando espirales de paso constante, de ecuación polar p ^m = a ^m *θ ⁿ , como las arquimedianas (m = n = 1), parabólicas (m = 2, n = 1) o galileanas (m = 1, n = 2), a las que podrían asimilarse incluso sus inversiones hiperbólicas (m =1, n = -1) o lituusianas (m = 2, n = -1) . En consecuencia, las variaciones e hibridaciones de los aparatos que ya tratan con alguna curvatura tridimensional utilizan los helicoides planos, cónicos o esféricos conocidos, los cuales resultan de la extensión tridimensional de estas espirales de paso constante.

Las Figuras 6 a 10 simulan la utilización de aparatos basados en superficies de curvatura media constante del espacio hiperbólico en lugar de los tradicionales helicoides de paso constante para un mejor aprovechamiento de la energía concentrada en los flujos. Tal y como se describe más adelante, ello aporta la posibilidad de concepción tanto de aparatos de amplia polivalencia como de otros estrechamente relacionados con una condición determinada. El empleo de geometrías de búsqueda o persecución poligonal que resultan en espirales logarítmicas permite la determinación de geometrías de tipo fijo con comportamiento similar al de las euclidianas antes descritas. Esto posibilita la disposición fija del conjunto sobre la mejor zona de transición entre el arrastre y la suspensión, favoreciendo aquellos casos en que la simplicidad prima sobre la eficiencia. En tal caso, la transformación se contempla como mecanismo de liberación de las cargas que puedan exceder los parámetros de diseño.

La Figura 8 muestra cómo estos mismos principios de simetría dinámica y persecución poligonal son explotados por la presente invención a la hora de disponer varios aparatos en el espacio. Para sacar el máximo provecho de sus características de adireccionalidad y multiaxialidad se adoptan patrones de recurrencia filotáctica o fractal, y como patrones posibles se da preferencia a los determinados por proporciones áureas y series de Fibonnaci.

Los componentes de la invención citados en la descripción breve pueden identificarse en las Figuras la a Ic y 2a a 2c. En estas figuras aparece la columna 1 que está sujeta en su parte inferior por una base 7 y en su parte superior por un conjunto de vientos 8 mediante cojinetes de aguja u otro rodamiento radial-axial .

Esta columna 1 en su configuración básica comprende el cabezal 2, las membranas 3 y el conjunto de vastagos radiales 4 indicados anteriormente, que constituyen un eje motriz, indicado mediante la referencia numérica 9.

Esta columna 1 puede ser de metal (acero, aluminio, etc.) o resinas compuestas (fibra de vidrio, aramida, carbono, etc.), siendo determinantes para la elección del material el peso por metro lineal y la inercia a la torsión de su sección en el plano diametral (x, y) .

También son posibles configuraciones con el mástil fijo, usando elementos de unión y transmisión de fuerza distintos entre el cabezal 2, las membranas 3 y los vastagos radiales 4 y el eje motriz 9.

En este caso, la columna puede estar arriostrada con el mínimo perfil, alrededor de la cual giran el cabezal 2, las membranas 3 y los vastagos radiales 4 unidos por una o más cuerdas, cables, ejes o varillas que la atraviesan longitudinalmente como elementos

transmisores de la fuerza motriz.

El cabezal 2 y los vastagos radiales 4 cumplen la misión esencial de sujetar los vértices de las membranas 3, permitiendo su desplazamiento espacial coordinado .

El cabezal 2 está constituido por un cilindro o anillo de metal o resina compuesta, que en su versión básica sólo proporciona puntos de sujeción de los vértices superiores de las membranas 3, o de las cuerdas o cables que mantienen estos vértices de las membranas 3 en esta posición, posibilitando el deslizamiento y giro concéntrico de los vértices superiores de las membranas 3 sobre la columna.

El posicionamiento del cabezal 2 se puede realizar mediante diferentes mecanismos, que son distintos en función de la dimensión y precisión deseadas: desde sistemas elementales de resorte y masa hasta sofisticados conjuntos con codificador rotatorio absoluto y servomotor, utilizando una serie de actuadores neumáticos, hidráulicos o eléctricos relacionados, que permiten equilibrar los vértices superiores de las membranas 3 con los vértices inferiores de las membranas 3.

Los vastagos radiales 4 pueden ser de metal o resina compuesta, que en su versión básica sólo proporcionan puntos de sujeción de los vértices inferiores de las membranas 3 o de las cuerdas o cables que mantienen estos vértices inferiores de las membranas 3 en esta posición, posibilitando el giro concéntrico de los vértices inferiores alrededor de la columna a una distancia radial mayor o igual que la de los vértices superior .

El movimiento de los vastagos radiales 4 permite el total ajuste de la posición de las membranas 3 según los requerimientos de cada situación, distribuyendo uniformemente el esfuerzo requerido a lo largo de su

superficie .

Las membranas 3 constituyen elementos esenciales en la invención. Su fabricación debe ceñirse estrictamente a los parámetros de diseño en cuanto a esfuerzo y forma, y entre otras características han de posibilitar las transformaciones de semejanza superando los condicionantes físicos de flexión y fatiga de los perfiles aerodinámicos rígidos .

Para ello, deben mantener una doble condición de rigidez en las direcciones de tensión y de flexibilidad en las de transformación. Esto se consigue mediante materiales monolíticos, hilados o tejidos que son cohesionados, laminados o estratificados con ayuda de presión y temperatura.

El modelado tridimensional de las membranas se realiza partiendo de secciones de superficies de curvatura media constante parientes de catenoides o de las que resultan del arrollamiento logarítmico-espiral de superficies isométricas, que son optimizados para el comportamiento dinámico mediante modelos de análisis de elementos finitos (FEA) y computación de dinámica de fluidos (CFD) .

Si bien en principio sería válido cualquier material natural o sintético adaptable a la forma de un molde tridimensional que cumpliera con las anteriores condiciones y fuera también apto en consideración de otros factores en juego como la resistencia a la exposición ambiental y el aspecto externo o acabado, en su aplicación industrial los exigentes requerimientos de resistencia y peso de su fabricación conducen hacia la elección de determinados polímeros termoplásticos, entre los que figuran el politereftalato de etileno (PET) y las fibras de polietileno de alto módulo (HMPE), de poliamidas aromáticos (PPTA, TLPC) , de poliuretano (PBO) , de vidrio (GRP) o de carbono (CRP) .

La geometría de las membranas varía de acuerdo con diversas interacciones de fuerzas en las que los efectos de transformación deseados se obtienen por acción del cabezal 2 y los vastagos radiales 4.

Estas transformaciones persiguen la captura de la mayor cantidad posible de la energía que transporta el flujo en su incidencia sobre el lado cóncavo de cada una de las membranas, de forma directa y por desvío hacia el área oculta (arrastre) , así como por efecto de la succión sobre su lado convexo (sustentación) . De ello se obtiene una resultante tangencial que alimenta el efecto de giro, y otra resultante normal acorde al incremento de velocidad que ayuda a la transformación, con límites que se establecen en función de los parámetros de diseño.

Para facilitar su descripción, estas interacciones y sus correspondientes modelos tipo se clasifican en tres variantes: Tipo "A" , torsión sin expansión (figuras la a Ic y figuras 3a a 3d) ; Tipo "B", expansión sin torsión (figuras 2a a 2c y figuras 4a a 4d) ; Tipo "C" , expansión y torsión (figuras 4a a 4d) . A éstas se añade una posibilidad efectiva sin expansión ni torsión, asimilada a una geometría fija del tipo "B" situada en la mejor transición entre el predominio del arrastre y la sustentación de las membranas.

Las Figuras la a Ic muestran la geometría y componentes del modelo tipo "A" , en el que la posición estable se obtiene por torsión.

En la figura la puede apreciarse la transformación de una de las membranas 3 como consecuencia del cambio de la posición relativa de su vértice superior respecto a los inferiores por influencia del avance o retroceso del cabezal 2.

Ambas situaciones corresponden a las dos vistas de las figuras Ib y Ic, en las que el conjunto está superpuesto a unas espirales de delimitación 10 y de

crecimiento 11, que las conforman al arrollarse sobre la figura de revolución definida por el área sombreada 12 representada en la figura la.

La curva generatriz es de tipo catenario, resultando de la deformación ejercida por las fuerzas gravitatoria y centrifuga sobre las paredes de un ovoide triaxial. Los limites a la transformación vienen dados por el retardo del cabezal (-t) y el solapamiento de vértices superiores (s) .

Las Figuras 2a a 2c muestran la geometría y los componentes del modelo tipo "B" , en el que la posición estable se obtiene por expansión. En la figura 2a puede apreciarse la transformación de una de las membranas 3 como consecuencia del cambio de la posición relativa de su vértice superior respecto a los inferiores por influencia del ascenso o descenso del cabezal.

Ambas situaciones corresponden a las figuras 2a y 2c, en las que el conjunto está superpuesto a las espirales de delimitación 10 y de crecimiento 11 que las conforman al arrollarse sobre la figura de revolución. La curva generatriz es de tipo catenario, resultando de la deformación ejercida por las fuerzas gravitatoria y centrifuga sobre las paredes de un esferoide triaxial.

En las figuras, el descenso del cabezal 2 se traduce en un aumento igual del radio horizontal. Los limites a la transformación vienen dados por la resistencia del sistema de tracción, el solapamiento de vértices inferiores y la dilatación del radio d.

Las Figuras 3a a 5d muestran la forma de las membranas 3 de los modelos "A" (figura 3a) , "B" (figura 4a) y "C" (figura 5a) en sus diversas disposiciones de arrastre (figuras 3b, 4b y 5b) , transición (figuras 3c, 4c y 5c) y suspensión (figuras 3d, 4d y 5d) .

De forma general, puede usarse cualquier forma isométrica cuyo arrollamiento resulte en otra superficie

de curvatura media constante igual a uno.

Para la determinación de la forma básica de las membranas de las Figuras 3a a 5d se ha usado la superficie hiperbólica definida por las siguientes ecuaciones:

x = s* [senh (v) *cos (t*u) ] / [ 1+cosh (u) *cosh (v) ] y = s'* [senh (v) *sen (t*u) ] / [ 1+cosh (u) *cosh (v) ] z = [cosh (v) *senh (u) ] / [ 1+cosh (u) *cosh (v) ]

en donde :

- x, y, z son las coordenadas espaciales;

- u es un parámetro de crecimiento vertical;

- v es un parámetro de crecimiento horizontal;

- t es un valor de la torsión; y

- s, s' son factores de escala.

En el modelo de prueba, el ángulo de los bordes de ataque y salida de los perfiles de las membranas se ha modificado en ± π/4, para obtener rendimiento aerodinámico. El refinamiento del comportamiento se consigue mediante análisis computacional de dinámica de fluidos (CFD) .

La Figuras 6 a 10 simulan la utilización de turbinas de tipo "A", "B" y "C" en diferentes aplicaciones .

La Figura 6 simula la aplicación como aerogeneradores terrestres. En esta aplicación, el dispositivo de la presente invención comprende en su base una reductora 17 y un generador 18.

Las Figuras 7a y 7b muestran la aplicación del dispositivo de la presente invención para generación eléctrica flotando y en inmersión.

En este caso, el dispositivo de la presente invención comprende una envolvente flotante 21 y un contrapeso adicional 23 por debajo del generador 22, que

garantiza la estabilidad.

Un cable conductor discurre con la linea de fondeo 24 que lo une a un cuerpo muerto 25. Este dispositivo incorpora una antena pararrayos 19 y una radio-baliza o un reflector radar 20.

En la figura 8 se ha representado una aplicación del dispositivo de la presente invención como sistema de propulsión penetrante. En este caso, un buque 26 utiliza un dispositivo de la presente invención como turbina dextrógira 28 y otro dispositivo de la presente invención como turbina levógira 27 para atrapar el flujo y proyectarlo en dirección opuesta a la de la marcha. Unos dispositivos de la presente invención utilizados como turbinas laterales 29 actúan como estabilizadores o propulsores auxiliares para maniobras.

En la figura 9 se ha representado una aplicación del dispositivo de la presente invención como rotor en linea con el flujo. La velocidad de giro de las membranas 3 está regulada por la interacción de la columna 1 con el cabezal 2. Una capa de asiento 34 dentro de una cámara de expansión 35 contribuye a minimizar la fricción y reducir las pérdidas .

Finalmente, las figuras 10a y 10b muestran geometrías de persecución polinomial de n número de elementos con n = 3, 4, 5 y 6. Tanto la persecución puntual 36 como la lateral 37 determinan espirales logarítmicas de ángulo α = (n-2)ji/2n, en este caso 30°, 45°, 54° y 60° .

Por su parte, las figuras 10c y 1Od muestran patrones indicados para la distribución espacial de múltiples aparatos. El patrón fractal de la izquierda 38 se basa en la separación uniforme en circuios concéntricos (α = 90°) de m elementos en un mismo nodo; el ángulo entre éstos es β= 2ji/m = 120° para m = 3. El patrón de la derecha 39 posibilita mayor densidad. Se basa en la

separación creciente de 2 elementos axialmente opuestos que se disponen en proporción áurea (β = 2ji/φ ² ~ 137,51° ) sobre espirales de ángulo α = 85°.

A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el dispositivo descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas .