Dispositivo para acoplamiento de turbinas o ruedas hidráulicas con la finalidad de obtener energía de una corriente de agua,

variable de profundidad y de sentido de flujo; de instalación, mediante un mecanismo de doble movimiento de realización simultánea de un modo directo o mediante un lastre, a un lecho marino o fluvial; de particular forma hidrodinámica con el objeto de contribuir al direccionamiento y estabilización de este en el sentido y seno de la corriente y provisto de una serie de dispositivos con la finalidad de dirigir a éste, hacia el ángulo más favorable de ataque del flujo de la corriente hacia la turbina.

Dispositivo sumergible para acoplamiento de turbinas o ruedas hidráulicas para aprovechamiento energético de una corriente de agua.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para acoplamiento de turbinas o ruedas hidráulicas con la finalidad de obtener energía de una corriente de agua variable de profundidad y de sentido de flujo. Su instalación se realiza mediante un mecanismo de pivotaje de un modo directo o mediante un lastre a un lecho marino o fluvial. El dispositivo es de particular forma hidrodinámica con el objeto de contribuir al direccionamiento y estabilización de este en el sentido y seno de la corriente y está provisto de una serie de dispositivos con la finalidad de dirigir a este, hacia el ángulo más favorable de ataque del flujo de la corriente hacia la turbina.

La invención es aplicable a cualquier tipo de corriente de agua pero resulta especialmente idónea para la ubicación en una corriente de fondo marina.

Así pues uno de los objetos de la invención es un dispositivo para el acoplamiento de diferentes tipos de turbinas o ruedas hidráulicas, con la finalidad de mantener a estas orientadas en el seno de una corriente de agua variable de profundidad y de sentido de flujo. Como consecuencia de esto, el uso principal se deriva a la obtención de energía, preferentemente eléctrica, la cual se puede obtener mediante la combinación de la turbina instalada con un generador.

La invención se sitúa en el ámbito de los sistemas ecológicos y renovables de energía.

Antecedentes de la invención

Un recurso energético importante de los océanos reside en la energía cinética contenida en las corrientes marinas. Su origen está ligado entre otras causas a diferencias de temperatura o de salinidad, a las que se añade la influencia de las mareas. Los efectos se amplifican cuando la corriente atraviesa zonas estrechas limitadas por masas de terreno, incrementándose la velocidad.

Uno de los principales procesos de captación de esta energía se basa en convertidores de energía cinética similares a los aerogeneradores. De entre la gran variedad existente, una de las técnicas de captación de corrientes de superficie, que normalmente es donde las velocidades de agua son más altas, consiste en el empleo de turbinas similares a las eólicas, pero en este caso de instalación submarina. El rotor de la turbina va montado en una estructura sobre el lecho marino previamente acondicionado o suspendida en un sistema flotante con los convenientes amarres, que se instalan tanto en aguas poco profundas como en las más profundas. Al igual que en el aprovechamiento de la energía del viento, para las corrientes marinas se utilizan principalmente dos tipos de rotores: rotores axiales tipo hélice de eje horizontal y rotores de flujo cruzado de eje vertical. La potencia extraíble por unidad de área barrida es proporcional a la densidad del fluido y a la velocidad. Teniendo en cuenta que la densidad del agua es 850 veces superior a la del aire y que la velocidad del fluido es más pequeña que en el caso del aire resulta que la potencia por unidad de área barrida es mucho mayor respecto a la que se obtendría con una aeroturbina.

Estas corrientes de gran potencial energético suelen ser de fácil predicción en cuanto a su disponibilidad y su factor de capacidad es del 40 al 60% superior frente otras fuentes renovables intermitentes. Además son de bajo impacto medioambiental, pues no producen contaminación visual, polución o ruido y tienen una mínima afección a la vida marina debido a la velocidad lenta de rotación de sus rotores. En cuanto a sistemas instalados a una determinada profundidad, un factor importante es el bajo impacto de inclemencias temporales.

Existen numerosos dispositivos en el estado de la técnica que aprovechan la energía de las corrientes marinas. Podemos citar a modo de ejemplo las patentes siguientes: US20020158472, US6109863, WO2008091172, WO2009004308, GB2441821, WO2009026620, US6472768, US4748808 y GB2434410.

En la mayoría de estas patentes se utilizan turbinas axiales, y aunque en algunas se permite ajustar la posición u orientación de las mismas en ninguna se realiza aprovechando la hidrodinámica. En la solución propuesta, si bien podría ser utilizable una turbina axial, se utiliza preferentemente una turbina de flujo transversal.

Además la mayoría están diseñadas con sistemas de alojamiento en poca profundidad, mientras que el dispositivo reivindicado puede trabajar a grandes profundidades.

Otra de las ventajas que se puede apreciar respecto del estado de la técnica es que la invención reivindicada es susceptible de realización a gran tamaño, debido a que el diseño de la forma del dispositivo es fácilmente escalable, mientras que los dispositivos anteriores no tienen esa posibilidad, debido a que generalmente utilizan turbinas de flujo axial y aunque su tamaño puede ser considerable siempre es limitado debido a su construcción.

La mayoría de los sistemas existentes en el estado de la técnica constan de múltiples mecanismos e incluso con movimiento relativo entre ellos, haciendo preciso el mantenimiento de estos con relativa frecuencia. Además cuando se realiza a gran profundidad, el coste de dicho mantenimiento suele ser elevado. El dispositivo propuesto no dispone de complicados mecanismos lo que garantiza una menor frecuencia de mantenimientos.

La instalación de la mayoría de los mecanismos existentes suele ser mediante una instalación previa en el lecho; nuestro dispositivo se puede instalar desde la superficie sin previa instalación, debido a que contempla un sistema de inmersión y elevación controlada.

El problema técnico se plantea cuando la corriente marina se encuentra a una considerable profundidad, pudiendo tener un sentido de flujo variable, además de variar en altura respecto del fondo e incluso pudiendo ser ascendente o descendente. La dificultad radica en la orientación de una turbina hidráulica en la circunstancia de una corriente de este tipo, para obtener un rendimiento apropiado.

Aquí se plantea una forma de resolver este problema, mediante la utilización de un dispositivo especialmente indicado para la realización de esta acción.

Descripción detallada de la invención

El invento objeto de la presente memoria es un nuevo dispositivo sumergible para acoplamiento de turbinas hidráulicas con el objeto de obtener energía de una corriente de agua variable de profundidad y de sentido de flujo. De instalación en un lecho marino o fluvial mediante un mecanismo de pivotaje, de un modo directo o mediante un lastre o sobrepeso, tiene una particular forma hidrodinámica con la finalidad de contribuir al direccionamiento y estabilización de este en el sentido y seno de la corriente. Dispone de una serie de dispositivos para medir la intensidad de la corriente distribuidos estratégicamente y de un sistema para controlar y dirigir al mencionado dispositivo para acoplamiento de turbinas hacia el ángulo más favorable de ataque de la corriente hacia la turbina.

El mencionado dispositivo está formado esencialmente por un cuerpo de estructura y forma multifuncional, de simetría respecto a un plano central hipotético, en el cual cada una de las diferentes partes y formas contribuyen a diferentes objetivos y realizan diferentes acciones.

Las diferentes partes de este contribuyen a los siguientes objetivos:

- proporcionar una zona para conexión en la instalación,

- proporcionar una zona para la instalación de unos dispositivos de medición de intensidad de flujo,

- proporcionar una zona para la instalación de una turbina hidráulica a una distancia suficiente de la zona de conexión que permita a esta una cierta movilidad con la finalidad de alcanzar el flujo de corriente,

- proporcionar una zona para la ubicación de un sistema que permita a este un estado de inclinación en suspensión en la corriente de agua.

Las diferentes formas del dispositivo contribuyen a provocar en la mencionada corriente diferentes acciones, repercutiendo estas a su vez sobre dicho dispositivo. Las diferentes formas son las siguientes:

- La forma hidrodinámica del conjunto similar a la de un boomerang en su vista de perfil (ver Fig. 2) y en forma de aeronave en su vista de planta (ver Fig. 3) contribuye al direccionamiento y estabilización;

- La forma de la zona deflectora (6) que precede a la zona donde se...

1. Dispositivo (24) sumergible para acoplamiento de turbinas o ruedas hidráulicas con la finalidad de obtener energía de una corriente de fluido, de instalación preferente en un lecho marino o fluvial mediante un mecanismo (25) de pivotaje, provisto de una serie de dispositivos con la finalidad de controlar la inclinación del dispositivo (24) para acoplamiento de turbinas y posicionarlo en el ángulo más favorable de ataque de la corriente con respecto a la turbina y que se caracteriza por constar de:

- un punto de sujeción o conexión (1) al mecanismo (25) de pivotaje;

- una serie de puntos de sujeción (2) para el alojamiento de una turbina hidráulica separados de la zona de conexión (1) a fin de obtener una cierta movilidad para alcanzar el flujo de corriente;

- una serie de departamentos estancos (4) ocupados por un gas;

- una serie de dispositivos capaces de provocar un cambio de densidad en los departamentos estancos;

- una particular forma hidrodinámica que contribuye a su direccionamiento y estabilización en el sentido y seno de la corriente consistente en una forma similar a la de un boomerang en su vista de perfil y a la de una aeronave en su vista en planta y

- un cuerpo de simetría respecto a un plano central hipotético.

2. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado por la siguiente configuración de elementos y su disposición relativa en el conjunto:

- una zona deflectora (6) precedente en el sentido del flujo a la de ubicación de la turbina (8) a fin de dirigir adecuadamente el agua hacia el rotor, a modo de inyector;

- una zona acanalada (5) posterior en el sentido del flujo a la de ubicación de la turbina (8) a fin de minorar las turbulencias originadas;

- una zona plana (3) semejante a unas alas de aeronave posterior en el sentido del flujo a la de ubicación de la turbina (8) a fin de contribuir especialmente en la estabilización,

- una superficie de unión (7) superior a la de ubicación de la turbina (8) a fin de reforzar la zona acanalada (5), actuando como tobera para la turbina (8).

3. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque el mecanismo (25) de pivotaje está provisto por dos vástagos (9 y 12) perpendiculares entre sí que permiten que el dispositivo (24) presente 2 grados independientes de libertad en su movimiento.

4. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque el gas que ocupa los departamentos estancos es aire.

5. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque los departamentos estancos se realizan en una sola cavidad, teniendo sus paredes un estructural interior de refuerzo.

6. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque los departamentos estancos se realizan mediante un tándem de varias unidades conectadas entre sí.

7. Dispositivo según la reivindicación 6 caracterizado porque las unidades tienen forma de cilindros con los laterales de cierre en forma de semiesfera.

8. Dispositivo según la reivindicación 6 caracterizado porque para la carga y descarga de agua de los departamentos estancos no se requiere ninguna válvula.

9. Dispositivo según la reivindicación 8 caracterizado porque en la conducción de entrada de agua marina se dispone un filtro para impedir la entrada a los departamentos estancos de especies marinas y material orgánico.

10. Dispositivo según reivindicaciones anteriores caracterizado por la presencia de otros compartimentos estancos dispuestos en otra parte de la estructura con el fin de aligerar peso o de actuar en la estabilización del dispositivo.

11. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque los dispositivos que provocarán un cambio de densidad en los departamentos estancos utilizarán un método de intercambio de fluidos.

12. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque los dispositivos que provocarán un cambio de densidad en los departamentos estancos utilizarán un método de adición y sustracción de fluidos.

13. Dispositivo según la reivindicación 12 caracterizado porque la estación de almacenaje y servicio de presurización provista de dispositivos de control y elevación de presión está ubicada en una zona exterior a la instalación.

14. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque los dispositivos de medición de intensidad de flujo son barómetros.

15. Dispositivo según la reivindicación primera y segunda caracterizado porque la turbina es de flujo transversal.

16. Dispositivo según la reivindicación primera y segunda caracterizado porque la turbina es de flujo axial.

17. Dispositivo según la reivindicación 15 y 16 caracterizado por la presencia de dos o más turbinas dispuestas en serie en la zona de sujeción (2).

18. Dispositivo según la reivindicación 15 y 16 caracterizado por la presencia de dos o más turbinas dispuestas en paralelo en la zona de sujeción (2).

19. Dispositivo según la reivindicación 15 y 16 caracterizado por la presencia de dos o más turbinas dispuestas en paralelo situadas en la zona plana (3).

20. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado por tener una serie de dispositivos de medición de intensidad de flujo conectados a un sistema para analizar los datos obtenidos.

21. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque se realiza utilizando un estructural de material metálico que podría ser recubierto por algún material plástico adecuado para servir de protección contra agentes de erosión del medio.

22. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque su instalación se realiza directamente en un lecho marino o fluvial.

23. Dispositivo según la reivindicación primera caracterizado porque su instalación en un lecho marino o fluvial se realiza mediante un lastre.

24. Dispositivo según la reivindicación 23 caracterizado porque el lastre (26) está provisto de:

- una zona para la ubicación del mecanismo (25) de pivotaje,

- una serie de patas (16)

- un punto de enganche (18) de uso en la acción de fondeo del conjunto

- unos departamentos estancos

- un dispositivo de ayuda y control de la elevación.

25. Dispositivo según reivindicación 24 caracterizado porque las patas (16) son extensibles con el objetivo de fijar el lastre en la posición adecuada.

26. Dispositivo según reivindicación 24 caracterizado porque los departamentos estancos están ocupados por agua y en su parte superior están conectados a un sistema de suministro de aire presurizado con la finalidad de poder evacuar dicha agua y elevar el conjunto a superficie.

27. Dispositivo según la reivindicación 24 caracterizado porque el dispositivo de ayuda y control de la elevación consiste en un carrete (19) donde va enrollada una cinta, cable o cadena de material altamente resistente a la tracción en cuyo extremo tiene un dispositivo hinchable (28).

28. Método de generación de energía eléctrica que utiliza el dispositivo (24) para acoplamiento de turbinas según reivindicación primera, consistente en poner en movimiento un generador eléctrico utilizando el trabajo desarrollado por la turbina a través de una serie de mecanismos de transmisión.

29. Procedimiento de fondeo del dispositivo (24) para acoplamiento de turbinas según reivindicación anterior caracterizado porque se realiza desde una embarcación, plataforma o similar, provista de una grúa o sistema para maniobrar y sustentar el conjunto, con la ayuda de una cinta, cable o cadena y mediante la ocupación controlada de agua de los diferentes departamentos estancos se procede a la inmersión.

30. Procedimiento de ascensión a superficie del dispositivo (24) para acoplamiento de turbinas según reivindicaciones anteriores caracterizado porque se utiliza un sistema de ayuda y control de la elevación que una vez en superficie se podrá recoger y utilizar para controlar la ascensión y porque mediante el suministro de aire presurizado a los distintos departamentos estancos se provoca la evacuación del agua contenida en estos y la elevación del conjunto a superficie.