Sistema para el aprovechamiento eléctrico del movimiento de una masa de agua.

La solución se basa en una estructura flotante, con la suficiente envergadura como para albergar una serie de turbinas. La energía cinética de cada turbina es conducida a través de transmisiones, sumando la salida de la fuerza obtenida por cada una y conduciéndola con transmisiones hasta un generador eléctrico.

Una solución que no requiera de complicados permisos, que esté lista para su inmediata instalación, sea escalable, integrada en el medio ambiente, de bajo coste y que concentre la suficiente energía para ser rentable

Sistema para el aprovechamiento eléctrico del movimiento de una masa de agua.

Sector de la técnica

Esta invención se refiere a la generación de energía eléctrica proveniente de la fuerza motriz ejercida por una corriente de agua en movimiento. Se entiende por corriente de agua aquella que es provocada por la fuerza de la gravedad ejercida sobre una masa de agua al deslizarse desde un punto más alto hasta otro más bajo sobre la superficie terrestre. O en el caso de las corrientes marinas son las producidas por las diferencias de temperatura de estas masas de agua y otros factores que inducen al movimiento de sus partículas.

Estado de la técnica

Como resultado del efecto nocivo y problemático producido por la generación de energía eléctrica por los medios convencionales como hidrocarburos, plantas nucleares, carbón, etc., en las últimas décadas, se han investigado otras fuentes alternativas que tengan un carácter renovable. Esto es, que la propia naturaleza sea la provisora de la fuerza motriz, fotoeléctrica o térmica que convertida con diferentes métodos produzca electricidad. Otro aspecto deseable de estas nuevas fuentes de energía, es la de ser no contaminantes, además de que sean provenientes de recursos renovados naturalmente. Como fruto de dichas investigaciones hoy día podemos disfrutar de energía eólica (producida por la fuerza del viento), solar (con células fotovoltaicas o plantas térmicas), geotérmicas o hidroeléctricas por la fuerza del mar o los ríos. En las tecnologías referidas a las corrientes de agua, desde los años 70 se ha investigado en la producción eléctrica en ríos y canales de agua. Son mucho anteriores el método de reserva de agua con diques y turbinas generadoras de electricidad.

Recientemente se han desarrollado adaptaciones del concepto de generador eólico en versión sumergida en los lechos de los ríos. Todos los modelos analizados tienen la particularidad de tener aspas rígidas rectas con una sección oblicua que provoca el movimiento de un eje que trasmite la fuerza a un generador conectado a estas. Está, al igual que las turbinas de viento, encarado al flujo de aire, en este caso de agua. Si bien, este diseño funciona con relativa efectividad con el viento, al ser expuesto a objetos flotantes o en suspensión como los que se encuentran en los ríos, tienen el inconveniente de que pueden acumular dichos objetos y reducir su efectividad e incluso dañarlos. Además el diseño de las aspas en conjunto con su base agrava si cave más está situación. Otro inconveniente que tienen es que se convierten en un peligro para la fauna acuática ya que pueden provocar daños o incluso la muerte a algunas especies al chocar contra estas aspas rectas. Además, se necesitan licencias muy difíciles de obtener para la instalación en el lecho de los ríos por su posible impacto ambiental. Al estar emplazadas en el lecho del río, están expuestas a las consecuencias de las crecidas súbitas que podrían inutilizarlas o destruirlas.

Otro inconveniente es el correcto direccionamiento contra la corriente para una máxima absorción de energía. En el caso de las corrientes marinas, estas cambian de dirección por diversos factores y se hace muy importante readaptar los elementos de absorción al unísono de la corriente. Muchas de las soluciones se emplazan solamente en el lecho de los ríos lo cual, dificulta su acceso para reparaciones o mantenimiento y un alto coste añadido al tener contar con un generador por turbina.

Otro aprovechamiento tradicional es la producción hidroeléctrica utilizando presas y diques para acumular agua y con la presión de esta, producir energía. Esta solución representa en muchas casos un impacto ambiental que modifica negativamente y en profundidad el ecosistema natural.

La energía eólica al estar basada en el viento que es una fuente de energía discontinúa y necesita de adaptaciones constantes por la diferencia en la velocidad, requiriéndose de sofisticados mecanismos para regularla. En las paradas regulares por falta de viento se reduce su eficacia como fuente fiable de energía.

Las aspas de las turbinas de viento por su gran tamaño, suponen una amenaza para cierto tipo de aves y el ruido que producen asusta a la fauna circundante. Además del impacto visual que suponen en parajes normalmente con un alto valor paisajístico.

Estos factores que aparentemente se creyeron menores en el inicio de la industria eólica, son ahora determinantes para su implantación y suponen en muchas casos un rechazo en las poblaciones en las que está prevista su ubicación. La migración de esta tecnología al medio acuático presumiblemente arrastrará algunos de sus defectos.

Otro inconveniente del viento en comparación con el aprovechamiento de las corrientes de agua, es que las corrientes de agua son prácticamente constantes en contraposición al viento, con mínimas o controlables oscilaciones en su velocidad. Por tanto las corrientes de agua son una fuente de energía mucho más fiable que el viento o las olas, sobre todo tratándose de una energía como la eléctrica, que no se acumula y sin embargo, su consumo es constante.

Hasta ahora el concepto de aprovechamiento hidroeléctrico se basa en poner una presa en un punto del río y instalar turbinas. Sin embargo el potencial es inmensamente mayor si se puede aprovechar la energía de la corriente del agua a lo largo del río, inmensamente más que solo en un punto. Los ríos y canales representan en muchos casos cientos o miles de kilómetros de energía en movimiento que con el dispositivo adecuado, podrían convertirse en una fuente inagotable y limpia de energía, eliminando la necesidad de construir presas que afectan a las comunidades fluviales.

Descripción detallada de la invención

A diferencia de estos acercamientos, el aquí propuesto, se basa en un diseño del conjunto generador desde una perspectiva diferente, no se trata de adaptar los desarrollos en energía eólica al agua, sino de desarrollar una tecnología propia del elemento en el que los aparatos van a trabajar: el agua y adaptarlo a las necesidades de las comunidades a las que se va a servir.

En el caso concreto de los desarrollos actuales en la materia, se tiene el conocimiento de patentes de generación eléctrica con unos artefactos semejantes a los molinos de energía eólica -con aspas-, sumergidos y sujetos al fondo del río. Cada molino o turbina, tiene un generador y cada unidad se conecta a la red, individualmente o en grupo.

Con el presente invento se pretende resolver las carencias en los anteriores desarrollos que se han realizado en esta materia con un acercamiento diferente.

El conjunto generador eléctrico descrito, se basa en la concentración de la fuerza motriz captada por múltiples planos de absorción (hélices 17, plano cónico 13), conduciéndola a través de transmisiones mecánicas (1-2-11-14), hacia un generador (3) para producir electricidad. Todos los sistemas están emplazados en una estructura flotante (4) con capacidad de navegar, en la que se instalan uno o más generadores (3) en un compartimiento estanco.

Se diseñaron dos posibles acercamientos:

En el primero (figura 5 y 8), se instalan unas hélices (17) especialmente diseñadas tanto para fluir automáticamente con la corriente y adaptarse a su dirección, no acumular objetos en suspensión y no dañar la fauna del medio. Las hélices pueden disponerse bajo el casco de la estructura flotante en batería (figura 5) y expuestas al movimiento del agua para hacerlas girar libremente con la fuerza de la corriente de agua.

La nave o estructura flotante (4), esta sujeta a un punto fijo mediante sistema de sujeción (20) en tierra o anclada al lecho fluvial, por tanto el agua discurre bajo esta y mueve las aspas de las hélices (17) dispuestas bajo el casco de la nave.

El diseño de las hélices puede ser ligeramente helicoidal, semejante al paso de un tornillo pero con la arista de cada surco con la forma adecuada para capturar óptimamente la fuerza de la corriente de agua. Con sus bordes suavizados se pretende no dañar a la fauna y reducir la posibilidad de atrapar objetos en suspensión. Esta forma de hélice, quizá pueda ser las que actualmente de fabrican, por tanto se podrá utilizar material existente en el mercado.

El soporte de las hélices puede tener una base (Figura 5 -21-) giratoria con el objeto de posicionarse automáticamente contra la corriente. El movimiento es similar al que tienen las veletas que indican la dirección del viento. La hélice se expone a la corriente...

1. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua (ríos, océanos, canales, etc.), fruto de corrientes marinas y/o por efecto de la gravedad al desplazarse una masa de agua desde un punto más alto hasta uno más bajo. Caracterizado por una estructura flotante sobre dicha corriente, y que está sujeta a un punto fijo (a tierra firme o al fondo por donde transcurre la corriente de agua) y que tiene elementos (hélices o aspas) de captación de energía cinética del movimiento de agua. Estos elementos de captación se suman en lo que se refiere a la salida de la fuerza obtenida por más de un elemento de absorción de energía (turbina) por el libre paso del agua, conduciendo la fuerza obtenida por medio de transmisiones mecánicas hasta uno o más generadores para producir electricidad.

2. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener hélices bajo una estructura flotante que actúan como turbinas y que se suma la energía obtenida por cada una de ellas por medio de transmisiones mecánicas, conseguida por la libre exposición de estas a la corriente de una masa de agua para producir electricidad.

3. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por un sistema de transmisiones, que conecta y suma directamente o a través de elementos de regulación de fuerza (contraladores de velocidad, embrague, piñones u otros que se precisen, que suman la energía obtenida de múltiples turbinas expuestas a una corriente de agua y que están sujetas a una estructura flotante, concentrando la energía mecánica en uno o más generadores.

4. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener uno o más orificios en una estructura flotante que permiten el paso de la corriente de agua en la que flota, a través de su estructura con el objeto de mover elementos de absorción de energía (turbinas) y producir electricidad.

5. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en la estructura flotante unos orificios de entrada conectados a conductos o bien cilíndricos o cónicos que al introducirse el agua en estos provocan el giro de la misma en su interior por el efecto de unas cuchillas soldadas a su superficie interior, conformando una forma más o menos helicoidal para dirigir las partículas de agua en el sentido de giro deseado.

6. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en la estructura flotante unos orificios de entrada conectados a conductos que provocan el giro del agua en su interior que tienen una entrada de agua de una corriente de agua en un plano superior que la salida de agua del conducto para aprovechar la fuerza de la gravedad que provoca naturalmente el giro del agua.

7. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura flotante unos orificios de entrada conectados a conductos que provocan el giro del agua en su interior y proyectan el chorro resultante sobre un plano de absorción con una forma circular, mirado desde arriba, y cónico-piramidal, desde una vista lateral, con aspas cóncavas dispuestas radialmente desde el centro de la forma cónico-piramidal y helicoidal para absorber el máximo de energía de un chorro de agua girando y ofrecer poca resistencia a objetos flotantes que puedan obstruir el conducto de una turbina.

8. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura flotante unos orificios de entrada conectados a conductos que provocan el giro del agua en su interior y proyectan el chorro resultante sobre un plano de absorción con una forma circular, mirado desde arriba, y cónico-piramidal, desde una vista lateral, con aspas cóncavas dispuestas radialmente desde el centro de la forma cónico-piramidal sujeto a un eje transmisor de la energía cinética obtenida en su giro, para llevar dicha energía por medio de transmisiones o bien a un generador eléctrico o a un sistema de transmisión que permita acoplar la fuerza de varias transmisiones.

9. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener embragues mecánicos para frenar el paso de energía cinética proveniente de uno o más planos de absorción (hélices-turbinas).

10. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener elementos de regulación mecánica de la fuerza obtenida de turbinas o hélices y transferida por transmisiones para controlar y equilibrar la llegada de dicha energía a un generador eléctrico.

11. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura flotante con una cubierta vegetal para aminorar el impacto medioambiental en su emplazamiento.

12. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura flotante unos orificios de salida de agua direccionada por una forma a modo de canal invertido bajo el casco de la estructura flotante para eliminar turbulencias y conducir el agua saliente de cada una, sin perturbar las otras salidas de agua de cada turbina que están dispuestas en batería.

13. Sistema mecánico de transmisión de la fuerza motriz proveniente de las corrientes de masas de agua, según reivindicación 1, caracterizado por tener en una estructura flotante con hélices bajo su casco con aspas suavizadas y con base giratoria y que se mueven libremente por efecto de una corriente de agua en la misma dirección de esta, para no dañar la fauna circundante. La base giratoria direcciona las hélices para obtener el máximo de energía aunque cambie la dirección del flujo y posicionarse automáticamente con la corriente de agua como lo hace una veleta indicadora del viento, donde la cola de la veleta se correspondería con la hélice que absorbe energía y la base donde se sujeta es giratoria.