Generador flexible de potencia a partir de la energía de las olas.

El generador objeto de la invención está constituido por una boya flotante que sigue el movimiento de las olas y una columna hueca, llena de líquido, flexible y deformable, que la une con el fondo marino. Esta columna está compuesta por dos capas o pieles de materiales y funcionamiento diferente. La capa exterior son fibras helicoidales de elementos flexibles y prácticamente no extensibles, mientras que la interior es impermeable y extensible.

La variación de la longitud del cilindro, forzada por el ascenso de la boya en la ola, disminuye el volumen interior de la columna. Esto conduce el líquido de la cámara hacia el acumulador hidroneumático situado en el flotador superior. La disminución de tensión mecánica en la piel exterior de la columna, por compresión de la columna al bajar la boya en el seno de la ola, permite el retorno del líquido a la cámara de la columna, forzado por la presión del aire comprimido en el flotador.

El flujo cíclico del fluido entre ambas cámaras originado por el movimiento de las olas circula por un motor hidráulico capaz de recoger la energía generada. El ajuste de la operación a las olas, a las mareas y a la profundidad se realiza mediante el número de cámaras de la columna, la cantidad de líquido en cada una de ellas o la presión del aire comprimido en el flotador.

GENERADOR FLEXIBLE DE POTENCIA A PARTIR DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

5 ENTORNO Y OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de la energía y en particular a los dispositivos para capturar energía del mar y emplearla como fuente renovable.

Su diseño elimina los elementos rígidos de conexión entre los

elementos flotantes y los fij os al fondo marino, con buenas prestaciones en cuanto al coste y la capacidad de integración en un entorno costero, contribuyendo simultáneamente a la protección contra la erosión litoral.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Algunos elementos de una onda son: su longitud, esto es, la distancia entre dos crestas consecutivas; la amplitud, la mitad de la distancia vertical entre una cresta y un valle; el período, el tiempo que separa el paso de dos crestas consecutivas por delante en un punto fijo; y la velocidad.

La energía que desarrollan las olas es proporcional a las masas de aguas que oscilan y al cuadrado de la amplitud de oscilación. Según los mapas del Departamento de Energía americano, la potencia promedio de las olas por metro lineal de costa supera los 30kW en la zona noroeste de la Península

Ibérica y alcanza valores por encima de los 50kW en el oeste de Irlanda o en la costa austral de Chile.

Se puede emplear una técnica sencilla para captar la energía desarrollada por las ondas marinas en sus oscilaciones

verticales. Basta para ello disponer de uno o más flotadores, provistos de un vástago, que se deslizan a lo largo de unas guías y cuyos movimientos verticales se transmiten mediante el vástago a generadores eléctricos.

El ingeniero Cattaneo de Veltri ideó un dispositivo, que

instaló al pie del promontorio rocoso en el cual se asienta la

cuidad de Mónaco y con el f in de proveer de agua marina al

Museo Oceanográfico de dicha ciudad. Consiste en un pozo de

cierto diámetro que comunica por su parte inferior con el mar.

A lo largo de este pozo se mueve un pesado flotador guiado por

unas barras de hierro empotradas en la pared de aquel flotador,

que desciende y asciende por la gravedad y por el empuje

vertical del agua del mar y conforme con las oscilaciones de la

superficie de éste. Mediante palancas articuladas, el flotador

transmitía su empuj e a los vástagos de los émbolos de dos

bombas hidráulicas aspirantes-impelentes, que elevaban el agua

hasta el Museo Oceanográfico.

Esta máquina, que funcionó una docena de años, acabó por ser destruida por las olas a pesar de su robustez y construcción sencilla. Su rendimiento era reducido y constituyo más bien una curiosidad que un dispositivo realmente útil.

De los sistemas propuestos, para aprovechar la energía de las

olas, se puede hacer una clasificación: los que se fijan en la

plataforma continental y los flotantes, que se instalan en el

mar. Entre los primeros puede citarse la invención de W.W.

Lininger en febrero de 1970, con número de patente USA 3644052.

Consiste en plataformas articuladas mediante un elemento

giratorio, situadas en la playa o costa inclinada sobre la que

inciden las olas. El movimiento de las plataformas inducido por

3O el oleaj e se recoge en el giro de la rueda que activa un generador eléctrico.

Otro dispositivo fijo a la costa fue el convertidor noruego Kvaerner, cuyo primer prototipo se construyó en Bergen en 1985. Consiste en un tubo hueco de hormigón, de diez metros de largo, dispuesto verticalmente en el hueco de un acantilado. Las olas penetran por la parte inferior del cilindro y desplazan hacia arriba la columna de aire, lo que impulsa una turbina instalada en el extremo superior del tubo. Esta central tiene una potencia de 500 kW y abastece a una aldea de 50 casas.

Otro ejemplo es el rectificador de Russell, formado por módulos que se instalan en el fondo del mar. Cada módulo consta de dos cajas rectangulares, una encima de la otra. El agua pasa de la superior a la inferior a través de una turbina.

Entre los dispositivos flotantes, se encuentra el pato de Salter, que consiste en un flotador alargado cuya sección tiene forma de pato. La parte más estrecha del flotador se enfrenta a la ola con el fin de absorber su movimiento lo mejor posible. Los flotadores giran bajo la acción de las olas alrededor de un eje cuyo movimiento de rotación acciona una bomba de aceite que se encarga de mover una turbina.

Similar es la balsa de Cockerell, que consta de un conjunto de plataformas articuladas que reciben el impacto de las crestas de las olas. Las balsas ascienden y descienden, impulsando un fluido hasta un motor que mueve un generador. La impulsión del fluido se realiza por medio de un sistema hidráulico instalado en cada articulación.

En numerosas ocasiones las boyas constituyen elementos de señalización óptica, acústica o de radio para la navegación. En otros casos, son dispositivos de recogida de datos oceanográficos, repetidores de comunicaciones o generadores de avisos meteorológicos o de maremotos. En todos estos casos el

movimiento de las olas supone una fuente de energía que permite su funcionamiento autosuficiente como sistemas aislados.

Este es el caso del sistema propuesto por Hinck y otros para la Thyocol Chem. Co. en 1963 con patente USA n°. 272765. En este caso una masa inerte gira por acción de las olas en el interior de la boya. Ello activa un generador eléctrico que carga las baterías, capaces de suministrar potencia eléctrica al sistema de forma ininterrumpida.

El desplazamiento vertical de un elemento flotante respecto al fondo marino es utilizado por R.Hamburg, según patente US 2007/0222221A1, en un cilindro hidráulico que acciona una biela-manivela. De esta forma el desplazamiento lineal se convierte en giro para un generador eléctrico.

Ahora bien, el movimiento de la boya puede transformarse directamente en electricidad mediante un generador eléctrico lineal, tal como proponen Taylor et al. en su invención US 2006/02088339 Al o el inglés H.P.G.Kelly en PCT/GB2004/003113. La aplicación directa de esta idea la plasma Hirst en la patente US 7199481 de abril de 2007. Así, la bobina se encuentra en la columna que une la boya al fondo mientras el campo magnético inductor móvil es creado por el flotador que abraza la columna en su desplazamiento.

Para aprovechar el movimiento lateral de la ola, Jorge Negrón, en patente US 2007/0158950, propone una estructura tipo cercha anclada al fondo marino con flotadores oscilantes sobre sus nodos superiores. El movimiento de estas boyas se traslada a los pistones que las unen a la cercha y el desplazamiento del fluido acciona un motor hidráulico que, a su vez, acciona el generador eléctrico.

Wu propone en la patente USA4466244 de agosto de 1984 un

mecanismo hidroneumático en cascada donde las variaciones de presión en varias cámaras causadas por el avance de la ola activan un conjunto de motores neumáticos que enlazan cada cámara con la consecutiva.

F.W. Layher propone en la patente USA n07549288 en junio de 2009, un generador marino con estructura de balancín que activa dos cámaras neumáticas, una en depresión y otra en sobrepresión, que accionan neumáticamente un generador eléctrico.

Recientemente, la patente española de solicitud P201001117 del 31 08 2010 de Guinea y otros, plantea un generador donde la boya acciona un cilindro hidráulico que la une con el fondo marino. Es un sistema efectivo aunque el elemento activo es rígido en su funcionamiento. Los patrones de operación por el

movimiento del fluido interior son dependientes de la capacidad de extensión de este elemento activo. Por ello, la variación de la distancia media de la boya al fondo, por ejemplo por mareas pronunciadas, puede limitar la proporción de desplazamiento útil debido al movimiento de la ola frente al desplazamiento

total.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

1. Generador de potencia a partir de la energía de las olas

(1) caracterizado por estar compuesto de un cilindro hueco y

flexible de doble piel (2) , anclado al fondo marino, y una 5 boya flotante (3) en el extremo superior.

2. Generador de potencia a partir de la energía de las olas

(1) , según reivindicación caracterizado porque la envolvente externa de la columna está constituida por dos conj untos de espirales de hilos o cables flexibles y

prácticamente no extensibles con desarrollo vertical en sentidos opuestos para uno y otro conjunto.

3. Generador de potencia a partir de la energía de las olas (1) , según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la cámara interior de la columna está formada por una piel

flexible y extensible, bien de material elástico tenso o de lámina deformable plegada.

4. Generador de potencia a partir de la energía de las olas,

según reivindicaciones 1, 2 Y 3, caracterizado por incorporar

dos cámaras separadas, una inferior en la columna,

deformable, llena de líquido y de volumen variable (A) y la superior en el flotador (B) , de volumen constante y parcialmente llena de aire comprimido.

5. -Generador de potencia a partir de la energía de las olas, según reivindicaciones 1, 2, 3 Y 4, cuyas cámaras (A) y

(B) se conectan a través de un motor hidráulico acoplado mecánicamente a un generador eléctrico, a una bomba hidráulica o a otro dispositivo de transformación de energía para el uso.

6. -Generador de potencia a partir de la energía de las 3 O olas, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4 Y 5, susceptible de

regulación mediante control de la cantidad de líquido en su cámara inferior (A) y de la presión del aire en su cámara

superior (B) .

7. Generador de potencia a partir de la energía de las olas,

según reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 Y 6, capaz de regulación en la profundidad de instalación y la altura de las mareas mediante la segmentación de la columna en dos o más cámaras de volumen variable, al menos una de las cuales constituye el elemento activo en la generación.