APARATO CONCENTRADOR DE ENERGÍA DE OLAS PARA CONVERTIRLA EN ENERGÍA UTILIZABLE.

La invención se refiere a un aparato concentrador de energía de las olas por medio de una construcción cóncava en forma de casco rígido que concentra las olas tomando en cuenta su naturaleza tri-dimensional para que en el vértice o zona superior extrema de popa del aparato haya una elevación considerable de un cierto volumen de agua de manera periódica.

Este desplazamiento de agua se puede acoplar a turbinas directas, turbinas por rebase de agua, o a una columna de agua oscilante, para la transformación de la energía de las olas en energía rotacional.

Aparato concentrador de energía de olas para convertirla en energía utilizable.

Objeto

La invención se refiere a un aparato concentrador de energía de las olas por medio de una construcción cóncava en forma de casco rígido que concentra las olas tomando en cuenta su naturaleza tri-dimensional para que en el vértice o zona superior extrema de popa del aparato haya una elevación considerable de un cierto volumen de agua de manera periódica. Este desplazamiento de agua se puede acoplar a turbinas directas, turbinas por rebase de agua, o a una columna de agua oscilante, para la transformación de la energía de las olas en energía rotacional.

Antecedentes de la invención

Existen diversos modelos de concentración de energía de las olas entre los que se encuentran reflectores parabólicos horizontales y rampas de rebase verticales que tratan de elevar el agua por encima de una barrera. Algunos de ellos (por ejemplo la tecnología “WAVE DRAGON”) intentan recoger la ola con un plano horizontal para después elevarla y obtener su energía potencial en el plano vertical. Otros utilizan barreras verticales para obtener un rebase lateral. Estos dispositivos constan de diferentes partes unidas mediante bisagras para tratar de combinar dos problemas bidimensionales en lugar de verlo como un sistema completo tri-dimensional.

De momento, algunos de los problemas más serios en los sistemas actuales se encuentran en las uniones entre partes móviles, y la estabilidad dinámica.

Es por tanto conveniente disponer de un aparato concentrador de energía de las olas que no esté afectado por los problemas mencionados. En particular, es conveniente disponer de un aparato concentrador que tenga una estructura rígida sin partes movibles para mejorar el mantenimiento y aumentar la fiabilidad.

Un aparato concentrador como el indicado se reivindica en la reivindicación 1. En la versión preferida, el aparato se estabiliza por medio de un espacio lleno de agua encerrada en el fondo del mismo para aumentar significativamente la masa añadida del aparato y así favorecer su estabilidad.

Descripción de la invención

En la dinámica de fluidos, la velocidad normal a una barrera es cero cerca de la barrera, sólo permitiendo la velocidad tangencial que se ve incrementa a medida que se aleja de la barrera dentro de la capa límite. Esta característica de la dinámica de las olas es la base de la presente invención, que provee un aparato concentrador formado esencialmente por un casco exterior y un casco interior en forma de “cuchara” o recogedor, con un extremo a modo de vértice o zona superior extrema de popa o punta de la “cuchara”, cuya forma optimiza la concentración de la ola dicha zona. La ola, a medida que llega al vértice o zona superior extrema de popa, aumenta en altura y provoca una ola estacionaria dentro del concentrador. La dirección de las velocidades de órbita abierta de las olas se ve progresivamente modificada por las paredes curvadas, hasta que la energía se concentra en el vértice o zona superior extrema de popa donde la velocidad lineal es más alta.

El aparato concentrador de la invención presenta formas curvas suaves para concentrar la energía en tres dimensiones y obtener un movimiento de agua fácilmente convertible en energía en el vértice. La curva se optimiza de tal forma que la ola no rompe ni se refleja en las paredes. Esto permite que el máximo de la energía que entra por la apertura se pueda convertir en energía útil.

El aparato de concentración de la invención contiene un espacio encerrado para aumentar la masa añadida. Este espacio se encuentra parcialmente dividido por unos primeros mamparos longitudinales y transversales en el fondo similar al doblefondo de un buque carguero convencional. Unos segundos mamparos se encuentran entre el casco exterior y el casco interior y dividen los tanques utilizados para flotación y lastre. Los mamparos mencionados están unidos de forma fija a los cascos interior y exterior. El espacio encerrado por los primeros mamparos longitudinales y transversales estabiliza los movimientos de tres posibles modos: aumentando la inercia por medio de masa añadida, encerrando aire y usando la ola estacionaria en la superficie libre para amortiguar los movimientos y en tercer lugar es dividiendo el espacio encerrado en depósitos, los cuales están perforados en el fondo y en los que existe una burbuja de aire en la parte superior. El trabajo de los cambios de presión de agua contra el aire frena los movimientos del aparato concentrador.

El aparato concentrador de la invención consiste en una estructura flotante de un material “offshore” (como hierro o cemento armado marino) cuya forma general es similar a la sección de popa de un buque con doblefondo. El aparato se amarra y ancla “a la gira” de la misma forma que un buque para que los vientos y movimientos del mar predominantes orienten la boca (sección abierta o de proa) del dispositivo hacia las olas. Los movimientos de guiñada se pueden limitar fijando el aparato desde el extremo de proa.

La eslora y manga son escalables (entre 30 y 200 m dependiendo del modo de emplazamiento) para adaptarse a las características del emplazamiento. La profundidad y el francobordo están sujetos a las condiciones de las olas predominantes. El aparato tiene un calado de entre8y25 metros dependiendo del clima marítimo local. El francobordo está sujeto a la optimización del aparato y las condiciones operativas. Tanto el francobordo como el calado se pueden modificar cambiando el nivel de la línea de flotación mediante del llenado o vaciando de los tanques de lastre.

La forma del casco interior donde el aparato recibe las olas es una superficie cóncava en forma de cuchara. Esta superficie cóncava del casco interior modifica la dirección de los flujos cíclicos de agua para concentrar la energía en el vértice o zona superior extrema de popa del aparato para que sea más fácilmente aprovechable.

El casco exterior tiene una separación del interior que aumenta en la popa del aparato concentrador para poder alojar la maquinaria de extracción de energía. El espacio entre los cascos se encierra por medio de unos segundos mamparos intermedios para contener aire o agua.

Los mismos permiten obtener flotación, lastre o estabilidad. Estos espacios encerrados entre los cascos (con aire o agua) se denominan “tanques” de flotación, llenos solamente con aire o llenos parcialmente de agua a modo de lastre. Estos tanques están distribuidos de tal forma que mantienen el aparato flotando horizontalmente con el francobordo ajustado al tamaño de ola predominante. El espacio entre el casco interior y el casco exterior puede modificarse para aumentar el volumen debajo del agua. Esto permite maximizar flotabilidad sin aumentar el área que cruza la superficie libre para no perder estabilidad dinámica. La flotación se puede suplementar utilizando compartimentos de flotación auxiliares.

El nivel de los tanques de lastre que forman los segundos mamparos se controla con bombas para modificar el trimado y el francobordo. Este ajuste se puede hacer de forma continua o periódicamente para ajustar el francobordo del aparato a las condiciones del clima marítimo. La estructura de doblefondo también proporciona rigidez estructural.

En la parte inferior del doblefondo, la estructura encerrada por los primeros mamparos longitudinales y transversales contiene agua para aumentar la masa e inercia añadida y reducir los movimientos del aparato. En la versión preferida, el canto perpendicular a las olas incidentes (en la proa del aparato) puede prescindir del mamparo transversal extremo. Esto se hace para poder contener agua pero no presentar una superficie perpendicular a las olas incidentes. Los primeros mamparos longitudinales y transversales sirven para aumentar la resistencia estructural y pueden también ser perforados para dejar pasar agua amortiguando su velocidad. Existe la opción de atrapar aire en el espacio encerrado por los primeros mamparos longitudinales y transversales para formar una superficie libre. Esto permite que los movimientos del aparato formen una ola estacionaria desfasada como en los tanques pasivos de estabilización de buques. Existe una tercera opción que consiste en practicar orificios en la parte inferior del doblefondo. Se dispondría de múltiples depósitos sumergidos comunicados con el exterior y llenos parcialmente de agua. Al pasar...

1. Un aparato concentrador de energía de las olas para convertirla en energía rotacional, caracterizado porque comprende:

o una estructura adaptada para flotar en una masa de agua con un extremo de proa abierto para entrada de olas y un extremo de popa cerrado, que comprende

- un casco interior (1) ; que forma una superficie cóncava (6)

- un casco exterior (2) ;

- una pluralidad de mamparos unidos de forma fija a dicho casco interior (1) y a dicho casco exterior (2) , dichos mamparos comprendiendo unos primeros mamparos de refuerzo transversales (21) , que incluyen un mamparo transversal extremo (19) , y longitudinales (22) en una zona inferior de doblefondo de dichos cascos (1, 2) , y unos segundos mamparos de división (31) ;

o un sistema de conducción del agua de olas a una turbina (12, 14, 18) situada en el interior de un ducto (11, 15, 17) ;

o una maquinaria (5) de generación de energía eléctrica situada en un área de maquinaria (32) entre dicho casco interior (1) y dicho casco exterior (2) ;

o un sistema de fondeo (4) .

2. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dicho sistema de conducción del agua de olas comprende un depósito alto de rebase (7) en un vértice o zona superior extrema de popa del aparato concentrador, y un ducto (11) que conduce el agua a una turbina (12) .

3. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dicho sistema de conducción del agua de olas comprende un canal o ducto (15) abierto al aire por una abertura situada en el extremo superior de popa de dicho ducto (15) , dicho ducto (15) estando formado entre dicha superficie cóncava (6) y una cubierta superior o techo (13) y conduciendo el agua a una turbina (14) .

4. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dicho sistema de conducción del agua de olas comprende un ducto (17) que disminuye en sección progresivamente desde su extremo de proa hacia su extremo de popa, dicho ducto (17) estando formado entre dicha superficie cóncava (6) y una pared (16) que corta la superficie del agua, con lo que se forma sobre la superficie de agua dentro de dicho ducto (17) una columna de aire oscilante que mueve una turbina (18) .

5. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dichos primeros mamparos de refuerzo transversales (21, 19) y longitudinales (22) constituyen una cámara o tanque de doblefondo de estabilización (3) .

6. El aparato concentrador de la reivindicación 5, en el que dicho tanque de doblefondo de estabilización (3) está lleno de agua para funcionar como simple tanque de agua generalmente estática (20) .

7. El aparato concentrador de la reivindicación 5, en el que dicho mamparo extremo (19) puede ser abierto.

8. El aparato concentrador de la reivindicación 5, en el que dichos primeros mamparos longitudinales y transversales (21, 22) pueden estar perforados.

9. El aparato concentrador de la reivindicación 5, en el que dicho tanque de doblefondo de estabilización (3) puede estar parcialmente lleno de agua para formar una cámara de aire y constituir un tanque pasivo de estabilización (23) .

10. El aparato concentrador de la reivindicación 9, en el que dicho tanque de doblefondo de estabilización (3) puede estar perforado por mediante orificios (27) para comunicación con el exterior de unos depósitos perforados (26) formados por dichos primeros mamparos longitudinales y transversales (22, 21) y el mamparo extremo transversal (19) .

11. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dichos segundos mamparos de separación (31) forman unos tanques de lastre ajustable (28, 29) y de flotación (30) localizados entre dichos dos cascos (1, 2) , estando dichos tanques (28, 29) situados respectivamente en la proa y la popa de dicho aparato concentrador para poder modificar el francobordo y el trimado del aparato, y estando dichos tanques de flotación (30) distribuidos por una parte superior de dicho aparato que no incluye la proximidad del vértice o zona superior extrema de popa de dicho aparato, disponiendo dicha zona superior extrema de popa de un espacio (32) para una maquinaria (5) .

12. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dicho casco exterior (2) puede tener una variedad de formas (33) para ajustar la distribución de volumen y mejorar la estabilidad y flotabilidad del aparato.

13. El aparato concentrador de la reivindicación 1, en el que dicho casco exterior (2) puede además tener unos compartimentos adicionales de flotación sumergidos (34) .

14. Uso del aparato concentrador de energía de las olas para convertirla en energía rotacional de la reivindicación 1, en el que la energía rotacional obtenida se utiliza para mover un generador eléctrico, o para mover bombas de desplazamiento de fluidos.