DISPOSITIVO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN TUBERIAS DE AGUA POTABLE MEDIANTE UNA TURBINA MEJORADA Y UN GENERADOR ELECTRICO DE IMANES PERMANENTES.

Dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes caracterizado por estar constituido al menos por los siguientes elementos:

- micro-turbina mejorada (T1), que comprende:

(1) Eje rotor

(2) rodete.

(3) inyector de agua a presión

(AE) Actuador eléctrico

- Generador de alto rendimiento (G1), sin escobillas, que utiliza imanes de neodimio, provisto de rodamientos especiales.

- Doble circuito de agua potable.

OBJETO DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a un dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes, por ejemplo de de neodimio, de alta eficiencia, para conseguir una gran potencia energética, sin escobillas, rodamientos especiales de larga duración que se conectaría al eje de una microturbina especial eficiente aprovechando la energía cinética excedente de suministro de agua potable en las tuberías de las ciudades y poblaciones.

Por lo tanto, el objeto de dicha invención es aprovechar esta energía cinética de exceso de presión o caída de presión del agua que se producen en las válvulas reductoras, aprovechando dicha energía para la producción de energía eléctrica mediante una turbina aplicada a un generador de energía eléctrica.

Con este sistema además, se puede conseguir un equilibrio estable de presión y caudal mucho mas fiable y de calidad que las actuales redes de suministro de agua potable, ya que la turbina, seria la encargada de mantener las presiones mas adecuadas tanto a la entrada de este sistema, como a la salida del sistema para el consumo de las personas, evitando roturas de tuberías por exceso de presión y obteniendo un mayor rendimiento de mas calidad, de mas fiabilidad en toda la red de suministro de agua potable.

CAMPO DE LA INVENCION

La energía liberada por un cuerpo que cae en este caso seria el agua, es su peso multiplicado por la distancia vertical recorrida. La fuerza que ejerce el agua es el producto de su masa (m) y la aceleración de la gravedad (g). La distancia vertical es el salto (hdisp).

Energía liberada= m x g x h salto = joules/seg.

La potencia neta seria igual a la eficiencia del sistema multiplicado por la densidad del agua multiplicada por la aceleración de la gravedad multiplicado por el salto, tendríamos una potencia en Vatios. g = gravedad = 9.81 [m/s2]

H = salto neto de presión en la turbina h [m.c.a.] n = rendimiento del sistema p = densidad del agua = 1000 [kg/m3]

Q [m3/s] = es el caudal de agua que atraviesa la turbina Pneta= n x 1000 x Q x 9.8 x h presión = Vatios.

La empresa suministradora de agua potable, en cualquier ciudad debe contar con toda la información necesaria, de caudales aproximados de la red, presiones, válvulas, depósitos etc.

Además de la cantidad de válvulas reductoras que podemos contar en la red, tanto de suministro a depósitos como de los depósitos a la red urbana.

Con estos datos se puede hacer un estudio previo aproximado de que potencias se podrían conseguir en toda la red de agua potable, aplicando las turbinas en cada una de las válvulas reductoras que tenga la red de suministro de agua potable en cualquier municipio o ciudad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Como es sabido, hay diferentes generadores eléctricos para producir energía eléctrica en el mercado que funciona mediante la aplicación a una turbina, aprovechando la energía cinética del agua.

Existen otros generadores que producen energía eléctrica, mediante turbinas convencionales, que se instalan en ríos, aguas de riego, aguas residuales etc.

Esta invención es totalmente novedosa, ya que este generador produce energía eléctrica aprovechando el salto o exceso de presión que se produce en la turbina, anteriormente la válvula reductora era la encargada, del correcto funcionamiento del suministro del agua potable de la red, manteniendo una presión y caudal ya determinados por la compañía de suministro de agua potable.

La diferencia de este sistema de invención de energía, es aprovechar la energía que se pierde en las válvulas reductoras, del agua potable de las redes de suministro, donde se instalaría una turbina diferente a las convencionales, una turbina especial y eficiente que se colocaría donde están las válvulas reductoras de la red de suministro de agua potable, controlaría el caudal y presión de la red, mediante dos microprocesadores, así como unos dispositivos electrónicos, hidráulicos, eléctricos y mecánicos, que actuarían en función del gobierno de estos dos sistemas operativos de las señales eléctricas, mecánicas o hidráulicas que reciban, actuando directamente sobre la turbina, y dispositivos para mantener el caudal y presión estipulados de la red, tanto a la entrada de la red donde se instale dicho sistema, como a su salida para mantener las condiciones mas optimas de presión y caudal de la demanda de los abonados del suministro de agua potable.

Manteniendo unas presiones y caudales tanto de día como de noche, lo mas favorables posibles, para el consumo de las personas, el punto mas optimo de trabajo de la turbina para obtener la máxima energía eléctrica en el generador eléctrico, y sobretodo aprovechando la energía del agua potable, sin poner en riesgo en ningún momento, el consumo humano, ni afectando a las condiciones del agua, sin perder ninguna de las garantías de su calidad y potabilidad, después de haber actuado el agua sobre el rodete de la turbina, ya que al intercalar una turbina en la red de agua potable, en estas turbinas novedosas respecto a las turbinas convencionales, es que se instalan dispositivos tanto para el rodete, como para el eje y otros accesorios que no afectan a la potabilidad de la misma.

Estas turbinas mejoradas funcionan, con cojinetes sin aceite, evitando así todo riesgo de contacto de este con el agua potable.

Los materiales que se utilizan en dichas turbinas, rodete que toma contacto con el agua potable, debe ser de acero inoxidable o de otro material que no afecte a la potabilidad de la misma.

Es por lo que en cada una de estas válvulas reductoras de la red de agua potable de suministro a las ciudades y poblaciones se instalaría el sistema ya mencionado para producir energía eléctrica ya que en la actualidad no se hace, aprovechando el exceso de presión o salto que se produce en estos dispositivos mecánicos.

Las ventajas que tiene este sistema, mediante el agua potable, con respecto a cualquier otro convencional, es la producción de una energía, limpia, renovable y no contaminante para el medio ambiente, y sobretodo ahorro en grandes costes, por no utilizar líneas de alta tensión, en el transporte de la energía producida, hasta los centros de transformación y distribución.

Aplicación directa de la energía eléctrica en ciudades y poblaciones de esta forma se descentraliza la energía eléctrica, y se tiene otra opción más de suministro eléctrico de una forma independiente a la red general eléctrica.

Ya que en caso de falta de suministro de energía de la red general, se tendría esta opción como suministro de energía de emergencia para hospitales, semáforos, alumbrado publico, etc., en ciudades y poblaciones.

Las turbinas integradas en las redes de agua potable, hasta ahora nunca explotadas, pueden presentar grandes ventajas con respecto a las convencionales que se aplican en ríos, canales, arroyos, manantiales etc.

Entre las ventajas que puede ofrecer este sistema es que las turbinas son generalmente más baratas, además de los beneficios que se obtienen por la distribución del agua potable para las personas tenemos un valor añadido, a la vez que se hace la distribución del agua en ciudades y poblaciones se aprovecha para producir energía eléctrica.

También presentan menores problemas administrativos, ya que las concesiones, permisos y autorizaciones administrativas del agua ya están concedidas a la empresa suministradora de agua potable, duración superior de funcionamiento de una turbina que supera mas de los 25 años, mantenimiento con personal de la localidad, o ciudad ya que el mantenimiento y operatividad es simple y sencilla, creando puestos de trabajo en la localidad, no se necesitan embalses para aplicar este sistema, y en el caso de tenerlos se aprovecharía desde el embalse hasta los depósitos y desde estos a toda la red de distribución de agua potable.

Con este sistema tenemos la ventaja de evitar roturas en las tuberías por exceso de presión, y de poder ofrecer mayores garantías y mayor calidad en el servicio de suministro de agua potable, con las presiones y caudales estipulados por la compañía.

Ya que la turbina, además de producir energía eléctrica, también podría aplicar a la red general de agua potable mayor presión si fuese necesario por la demanda de consumo a la salida del sistema, para mantener las presiones y caudales mas óptimos para el consumo de las personas dentro de los márgenes de presiones estipulados por la compañía suministradora del agua potable.

Por parte del inventor no se conoce ninguna anterioridad que incorpore las disposiciones...

1°.- Dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes caracterizado por estar constituido al menos por los siguientes elementos:

micro-turbina mejorada (T1), que comprende:

(1).- Eje rotor

(2).- rodete.

(3).- inyector de agua a presión

(AE).- Actuador eléctrico, controlado por el micro-procesador (M1), que actúa sobre un rodete (2) imprimiendo mayor o menor presión, lo que significa mayor o menor velocidad del eje rotor (2) del generador.

.- Generador de alto rendimiento (G1), sin escobillas, que utiliza imanes de neodimio, provisto de rodamientos especiales de larga duración y conectado al eje (1) de la micro-turbina mejorada (T1) y donde la energía eléctrica generada pasaría por un regulador de frecuencia (RF), conectado al micro-procesador (M1) de donde saldría directamente a la red eléctrica (RE).

Este sistema de este dispositivo lleva incluido pequeños equipos eléctricos, hidráulicos, mecánicos y electrónicos.

Doble circuito de agua potable, (C1) y (C2), donde después de la entrada de agua (E), se encuentra un filtro (F1) que precede la entrada al doble circuito de agua potable.

En el circuito principal (C2), se encuentra una válvula de mariposa (V2) y posteriormente una electroválvula (EL2), controlada por el microprocesador (M1) y por el sensor (S2) quien detecta la presión y caudal del agua.

De esta forma, el sensor (S2) envía las señales eléctricas al microprocesador (M1) y en función de esta información, el microprocesador actúa sobre la turbina (T1) para que desarrolle el rendimiento más adecuado

Este caudal de agua así regulado incide sobre la turbina (T1), y a la salida de la misma se encontraría el sensor de presión y caudal (S4), conectado con el microprocesador (M1) con el fin de mantener los niveles adecuados de presión y caudal.

Siguiendo el curso del circuito principal (C2) se encontraría una electroválvula (EL4) y posteriormente una válvula de mariposa (V4), para salir ya directamente, salida (S), el caudal de agua a la red de agua potable.

La turbina (T1) estaría conectada a una red de energía privada, (P2) donde suministrarían la energía eléctrica a los distintos generadores que funcionan mediante la red de agua potable, o de la compañía eléctrica suministradora de energía con (P1),

La turbina (T1) en funcionamiento normal mediante las señales eléctricas que lleguen a (M1), que controlara a (T1), mediante los dispositivos (D1), (AE), y (CV), indistintamente de las variaciones de caudal o de salto manteniendo una velocidad constante de la turbina (T1) para aplicar al generador eléctrico (G1), que mantendría una velocidad constante para mantener la misma frecuencia de la red eléctrica.

El microprocesador (M1), cuando detectara que por las variaciones de la demanda de la red de suministro de agua potable, tanto en caudal como en salto de presión, no pudiera mantener una velocidad constante en la turbina (T1), (M1) actuaría sobre el regulador de frecuencia (RF).

De esta forma el microprocesador (M1) le permitiría girar a distintas velocidades a la turbina (T1), que actuando sobre el Generador eléctrico (G1) y este sobre el Regulador de Frecuencia (RF), controlado el regulador de frecuencia (RF), por el microprocesador (M1), se obtendría la misma frecuencia para la red eléctrica.

El otro circuito paralelo (C1), de seguridad, de esta red de suministro de agua potable a partir del filtro (F1) estaría constituido por una válvula mariposa (V1), una electroválvula (EL1) un sensor de presión y caudal (S1), una válvula reductora (R1), un sensor de presión y caudal (S3), una electroválvula (EL3), y una válvula de mariposa (V3).

Este circuito cuenta también con el apoyo del microprocesador (M2), conectado al circuito y al otro microprocesador (M1)

2°.- Dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes de alta eficiencia de acuerdo con la reivindicación 1a y caracterizado porque el microprocesador (M1), también estaría conectado a la red privada (P2) o (P1) de la compañía eléctrica suministradora de energía, así como también dispondría de unas baterías de emergencia para que en caso de que el microprocesador por falta de suministro de energía siguiera funcionando al menos por 72 horas, e inclusive con el apoyo fotovoltaico o eolico si los microprocesadores (M1) o (M2), deben de funcionar durante semanas o meses.

3°.- Dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes de alta eficiencia de acuerdo con la 1a reivindicación y caracterizado porque en caso de fallo o avería del microprocesador (M1), que se encuentra conectado a otro microprocesador (M2), en el caso de no recibir señal eléctrica de (M1), se activaría el microprocesador (M2) para el control de todo el sistema.

4°.- Dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes de alta eficiencia de acuerdo con la reivindicación 1a y caracterizado porque la turbina (T1), además de aplicarse al generador (G1) para producir energía eléctrica, al tener aplicada una tensión directa sobre el generador a 380 voltios en corriente alterna o 220 voltios en c.a. del suministro de energía eléctrica de la compañía (P1) o del suministro de energía privada (P2), mediante la energía acumulada en baterías; en momentos dados de la red del suministro de agua, para mantener las presiones mas adecuadas podría funcionar con energía eléctrica de la compañía (P1) o de la red privada (P2) para proporcionar mas presión a la demanda de los consumidores, mediante la actuación de (M1) sobre el rodete de la turbina (T1), pudiendo cambiar el sentido del giro del rodete de la turbina (T1), para aplicar mas presión a la red de suministro de agua potable, actuando el microprocesador M1 o en su caso el M2 sobre el generador (G1) y este a su vez sobre la turbina (T1) pudiendo cambiar el sentido de giro de la turbina, para aplicar la presión

5a.- Dispositivo de generación de energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes de alta eficiencia de acuerdo con la reivindicación 1a y caracterizado porque el generador (G1) podría ir directamente en un solo bloque acoplado a la turbina (T1), o formar parte de la misma turbina (T1), donde el generador (G1), se integraría dentro de la turbina (T1), y de forma interna iría acoplado al eje interno del rodete de la turbina (T1), de esta forma la turbina (T1) produciría energía eléctrica de forma directa.

6a.- Dispositivo de generación de d energía eléctrica en tuberías de agua potable mediante una turbina mejorada y un generador eléctrico de imanes permanentes de alta eficiencia de acuerdo con la reivindicación 1a y caracterizado porque los equipos de turbina (T1) y generador (G1) pueden ser portátiles o no según el tamaño de la tubería.