Generador eólico oscilante neumático.

Generador eólico oscilante neumático consistente en una estructura (1),

soportando unas alas (2) y (3) en posición vertical, que según su ángulo de ataque, ejercen hierras en diferentes direcciones, sobre la estructura (1). Estas hienas producen su oscilación y un elevado momento sobre la misma. La fuerza de este momento es transmitida a unos cilindros neumáticos (27), situados en unas torres (5) y (6), que comprimen el aire en etapas y a diferentes presiones.

A través de alas (2) y (3) circula helio, calentado mediante el calor de la compresión del aire. Este crea un empuje que ayuda a contrarrestar la inercia de la estructura (1).

El aire comprimido a diferentes presiones, es almacenado en irnos depósitos (46) y empleado en los cilindros neumáticos (27), para resistir la hierra del viento y elevar la presión en etapas, del aire comprimido almacenado, consiguiendo una baja velocidad de la estructura (1).

Genmdor cólico oscilante neumático Objeto de la 'avudóD

La invención se refiere a UD nuevo tipo de generador eólico oscilante para la producción de electricidad como uso fundamental, 8W'1qUC puede tener otras aplicaciones. Las principales caracterlsricas innovadoras consisten en almacenar energla en forma de aire comprimido mediante un sistema neumático y poseer una gran adaptación a las condiciones de:! viento.

CUlpO de aplicación de ¡alDveacióD

La invención se encuadn! en el sector de las energías renovables, y dentro de éstas en el aprovechamiento de la energía del viento y de las corrientcs I1t\I.rinas para producir electricidad fu ndamentalmente, asl como otro tipo de energías.

ADlecedCDIe5 de ¡a ¡aYudó",

Acrualmente las energías renovables presentan un desarrollo considerable, debido a la esperanza que la sociedad deposita en ellas. Las consecuencias de graves problemas como el calentamiento global. la contaminación, el agotamiento de las encrglas fósil es. etc., están demandando Iml búsqueda de fuentes de energia renovables limpias y

baratas. Dentro de btas. las m{is desarrolladas son las que utilizan la fuerza del viento.

La industria ha desarrollado como sistema para aprovechar el viento el aerogenerador de eje horizontal con tres aspas. Estos aparatos han alcanzado un gran desarrollo en potencia y tamano. Con el objetivo de awnentar su rendimiento, últimamente se está comenzando su instalación en el mar, cerca de la costa, mediante plataformas flotantes ancladas al fondo marino. Aún con estos adelantos, estos sistemas tienen unas serias desventajas. Primero, el no aprovechamiento de todo el !"<lngo de vdocidades dd viento ni su potencia. La curva de potencia de estos aparatos es plana cuando éstos alcanzan la potencia nominal y asl se mantiene para velocidades mayores. Segundo, necesitan emplazamientos de instalación en los cuales el viento circule con regímenes laminares sin que exista interferencia entre ellos. Tercero, precisan grandes alturas de torre para evitar las turbulencias del suelo, encareciendo el coste de la máquina, ya que el cenlrO de gravedad está situado muy elevado. Por esta circunstancia, para su utilización en el mar necesitan unas plataformas grandes y estables, debiendo estar sólidamente fijadas al fundo marino. Cuarto. producen contaminación acústica asl como interferencias con la muna. Quinto, sin duda, c:I mayor inconveniente de estos aparatos es que son incapaces de almacenar la energla producida por el viento. Este es el motivo principal por el cual los aerogeneradores de eje horizontal marinos actuales no pueden operar en medio del

océano, donde existe la mAxima energía cólica. Sexto, debido a su dmo especifico para producir electricidad, estos aparatos son incapaces de ser utilizados en OlrOs usos con un rendimiento adecuado, lo cual limita el empico de la cncrgla cólica al 6mbito de la producción eléctrica.

Seria por lo tanto deseable, disei\ar una rntiquina que solucione las carencias de los aerogeneradores actuales. Para 45 lo cual la presente invención trata de resolver los citados problemas combinando las siguientes innovaciones:

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I~ Emplea unas alas aerodin{unicas instaladas en posición vertical distribuidas en filas y columnas en una estrucrura, para captar la fuerza aerodimÚllica del viento incluida la fuerza de resistencia, produciéndose un movimiento oscilante en la estructura generado por [a variación del ángulo de ataque de las alas.

2° La estructura crea un gran momento de fuerza en el eje de giro de la misma. que se transmite a unos cilindros neumáticos para obtener aire comprimido.

3° Las alas aerodinámicas contienen gas helio, calentado con el calor sobrante de la compresión. Como consecuencia se prod~ una fuerza de sustentación que compensa la inercia al movimiento de la estructura en cada inicio de su ciclo de oscilación. con Jo cual la estructura inicia su desplazamiento con vientos muy débiles.

4° Se utilizan para comprimir el aire unos cilindros neumáticos colocados en paralelo, complementados con unos depósitos y sistemas de regulación para almacenar el aire a las presiones qu e se logren alcanzar. La compresiÓD del aire en los cilindros se realiza en etapas, consiguiéndose así el funcionamiento de la invención resistiendo a las altas velocidades de vienlo, con una baja velocidad de movimiento de su estructura.

S" Debido a la utilización del aire comprimido en su funcionamiento, la invención con unas adaptaciones, es capaz de desalar agua marina, purificar aguas residuales, oblenet" agua del aire atmosférico y generar calor.

Todas estas innovaciones consiguen que la invención funcione con todo el rango de velocidades de viento y con regímenes turbulentos de viento. La curva de potencia de la inven:ión es parecida a la curva de potencia del viento. Con su baja velocidad de operación no produce contaminación acústica, ni interferencias con la fauna y aprovecha las alIas velocidades de viento. Es posible instalarla en una plataforma flotante en medio del océano, debido a su bajo cenrro de gravedad. Al ser UD dispositivo neumático, no tiene restringida su utilización solamente a la generación de electricidad. La principal innovación es sin duda, el almacenamiento de la energia producida.

Por parte del solicitante se desconoce la existencia de alguna invención en el estado de la tecnica que reúna las novedosas características presentes en la invención aquí propuesta y cuyos elementos caracterizadores se detallan a continuación..

Descripción de la Invención El generador eólico oscilante neumático consiste en una estructura que soporta unas alas aerodinámicas, distribuidas en la misma en filas y columnas. Esta estructura, a partir de ahora se denominará estructura alar. Esta posee dos ejes de giro, uno horizontal y otro vertical, como indica la figura 1. El viento, al incidir en las alas aerodinámicas, crea una fuerza sobre éstas que se transmite a la estnx:tura alar. Como consecuencia, se prod~ el giro de la estructura alar alrededor de su eje de giro horizontal. Este giro de la estructura alar tiene lugar en el plano vertical que ella misma define y a la <lelecha e izquierda de su posiciÓD vertical de equilibrio, limitado este giro por la unión mecánica de la estructura alar con el resto de la invención. El giro de la estructura alar entre las dos posiciones en las que está limitado el movimiento de giro, define el ciclo de oscilación de la invención. Este giro produce un elevado momento de fuerza, debido a la situación vertical y su distrlbu;ión en filas y columnas de las alas aerodinámicas en la estnx;tura alar, constituyendo una de las caracteristicas fundamentales de la invención. La figura

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I muestra, con carácter ilustrativo y no limitativo, una tqJreSentación en perspectiva de una posible realilllCión de la invención, en la cual se indican los ejes de giro de la esttuctura alar y los ejes de giro de las alas aerodinámicas.

Las alas aerodinámicas se dividen en dos clases: unas alas rigidas y otras alas globo. Estas últimas son Hexibles y poseen un gran tamafto y volumen. Las alas rigidas se sitúan en la parte infenor de la estructura alar y su nlÍmero varia según eltal1lllll.o y polencia de la invención. Las alas g lobo se sitúan en la parte superior de la estructurn alar y su número varia según el tamaikl y potencia de la invención. Cada ala, tanto las rlgidas como las globo, gira alredeoor de un eje vertical. situado en la estructura alar, mediante unos medios de accionamiento, como por ejemplo unos motores neumáticos, como indica la figura 1. El giro de cada ala es independiente del giro de las dem{¡s alas. La estructura alar tiene un segundo eje de giro, en este caso vertical como indica la figura l. Este eje de giro vertical lo define el giro de un elemento estructural giratorio, como por ejemplo una tone móvil, mediante un medio de accionamiento, como por ejemplo un TIKItor neumático, sobre un elem:nto estructural fijo que lo s ('lJKlrta, como por ejemplo una torre fija. La torre móvil, contiene el eje de gilO horizontal de la estructura alar y por lo tanto soporta ésta.

El giro independiente de las alas en su eje. combinaoo con el gilo de la estructura alar en tomo a su eje vertical, produce un cambio del ángulo de ataque de las alas y por lo tanto, un cambio de dirección y sentido de la fuerza aerodinámica que actúa sobre las alas y como consecuencia, la estructura alar cambia de dirección y sentioo de desplazamiento. Los dos giros anteriores. tienen lugar al principio y al final del ciclo de oscilación, con el objeto de oonseguir el cambio de sentido de giro de la estructura alar y su oscilación...

1. Generador eólico oscilante neumático, del tipo que consta de una estructura (1) , [a cual soporta unas alas aerodinámicas (2) y (3) con perfil aerodinámico silnttrico, que al cambiar su ángulo de ataque con respecto al viento, éste produce una fuerza cambiante de dirección y sentido. cuyo efecto es la oscilación de la estructura (1) , orientándose ésta en la dirección más favorable al viento mediante su giro alrededor de un eje vertical y definido este eje por el giro de una torre móvil (5) , soporte de la estructura (1) . sobre una torre fija (6) , caracterizado por el hecho de que las alas aerodinámicas (2) y (3) varían su ángulo de ataque indepmdienlemenle unas de otras a través de un medio mecMico, distribuyéndose en filas y colunmas en la estructura (1) , estando simado el eje de variación del ángulo de ataque de las mismas en posición vertical en la estructura (1) , [a cual oscila alrededor de un eje de giro horizontal (25) situado en su zona inferior. siendo éste [a unión de la torre móvil (5) y la estrucrura (1) , produciendo esta oscilación un elevado momento de fuerza que es empleado en accionar mediante un sistema de mmsmisión de fuerzas, dos grupos de uno o más cilindros neumáticos (27) cada uno, situados en la torre fija (6) , en el interior de cada uno de estos cilindros neumáticos (27) un pistón de empuje (69) se desplaza por la camisa de un CUCJ'110 de cilindro (76) , en estos cilindros neumáticos (27) alternativamente se comprime aire en uno de los grupos mientras que en el otro se aspira aire, debido a la variación de volumen de un fuelle flexible (68) situado en el interior de los cilindros neumáti cos (27) y unido por sus extremos al pistón de empuje (69) y al cuCJ'110 de los cilindros (76) , este aire comprimido se almacena en unos depó5itos (46) y es empleado por un circuito neumático (99) , constituido por electroválvulas, reguladore5 de pre5ión y válvulas antirretomo conectados por unas tuberias, en el llenado de los cilindros neumáticos (27) antes de cada compresión, estando la presión de esle aire detenninada y calculada según la velocidad del viento por un 5istema irúonnático, con el fin de que los cilindros neumáticos (27) en su carrera de compresión, mediante la fuerza ejercida por la pre5ión de este aire, resistan la fuerza ejercida por el viento y como consecuencia eleven la presión inicial de este aire de fOnDa escalonada, siendo almacenado este aire en los depósitos

(46) según sus diferentes presiones alcanzadas; porque combinando la variación del ángulo de ataque de las alas aerodinámicas (2) y (3) , independientemente unas de otras, con el giro de la esttuctura (1) alrededor de su eje vertical y calculados y dirigidos estos movimientos por el b;stema infonnático existente, se consigue el máximo aprovechamiento de las fuerzas aerodi námicas., incluida la resistencia aerodinAmica; porque las alas aerodinámicas

(2) Y (3) contienen en su interior gas helio, el cual ejerce una fuerza de empuje ascensional produciendo en la estructura (1) un momento de empuje que se opone al momento del peso de la estructura (1) , ayudando este momento de empuje a disminuir la inercia al movimiento al principio de cada ciclo de oscilación, siendo las alas aerodinámicas

(3) de mayor tamaño, volumen y flexibilidad que las alas aerodinámicas (2) y al estar situadas las alas aerodinámicas

(3) en la parte superior de la estructura alar (1) , crean un momento de empuje ascensional superior al de las alas (2) ; y porque la mayor parte del calor generado en la oompresión del aire en los cilindros neumático¡; (27) se extrae por medio de unos intercambiadores de calor (104) , disminuyendo éstos la temperarura de dicho aire antes de almacenarlo en los depósito¡; (46) y cediendo tstos el calor al gas helio que circula por ellos, este gas helio caliente es enviado hacia las alas aerodinámicas (2) y (3) , produciendo un aumento adicional del empuje ascensional al circular por ellas, debido a la disminución de la densidad del gas helio al elevar.óe su temperulunt.

2. Generador eólico oscilante neumiltico, segím reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el reve~timientD exterior de las alas aerodinámicas rlgidas (2) es transparente a la radiación infrarroja y ultravioleta de la luz solar y los annazones de las alas aerodinámicas rlgidas (2) son de color oscuro, incrementando la fuerza de empuje ascensional producida; y porque el revestimiento exterior de IIIS alas aerodinámicllS globo (3) esul reali7.ado en tejido resistente a las altas temperaturas del gas helio almacenado en IIIS mismas.

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3. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las alas aerodinl'lmicas (2) y (3) contienen la pane principal de [a estrucrura (I) que \as soporta, estando está dividida en unas vigas (10) estructurales unidas por la tensión de unos cables (17) que discurren por el interior de las mismas,

consiguiendo la estructura (1) mayor resistencia a la flexión con menor peso.

4. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incoIJlOl8 un sistema de retención que frena y retiene la estructura (1) al final de cada ciclo de oscilación, consistente en un cable de retención (19) , que fijado en su principio y final en la parte superior de la estructura (1) . traoscurre a lo largo de la misma por unos pasadores de unos arbotantes (13) Y en el exterior de la estructura (1) transcurre por unas poleas (20) que disponen de unas zapatas (24) con el fin de frenar y bloquear el cable de retención (19) .

S. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el movimiento de oscilación de la estructum (1) se detiene e inmoviliza mediante un fiem con zapatas neumáticas (66) situado en la 1 S corredera (60) , que actúa sobre el eje estructuml (SO) .

6. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en su openlción submarina para aprovechar la fuerza de las corrientes acuáticas, emplea un medio de captación del aire atmosrérico de alimentación del sistema neumático, el cual sobresale de la superficie acuática, siendo también utilizado este aire en las alas aerodinámicas (2) como sistema de flotabilidad de las mismas, con el objeto de contrarrestar su inercia al movimiento.

7. Generador cólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que complementado con una bomba de calor cuyo compresor de gas refrigerante (115) es accionado mediante el aire:

2S comprimido de los depósitos (46) , produce agua obtenida por condensación del vapor de agua del aire atmosrérico en el evaporador (117) , en los depósitos (46) , en los intercambiadores de calor (104) y colectores (92) ; y porque el calor generado en el condensador (118) de la bomba de calor, se transfiere al gas helio con el fin de aumentar el empuje pn:xIucido por este.

8. Generador eólico oscilante neumático, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que utilizando los cilindros neumáticos (27) en su carrera de expansión y comunicados con los depósitos (46) , se realiza el vaclo en los cilindros neumáticos, almacenando éste en el interior de los depósitos (46) progresivamente.

9. Generador cólico oscilante neumático. según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en su operación como compresor de aire: utilizable en la depuración de aguas residuales y desalación de agua de mar mediante ósmosis inversa, emplea unos medios de transrerencia de presión, los cuales transfieren la presión del aire comprimido procedente de los depósitos (46) al agua, con el fin de utilizar esta en el proceso de ósmosis inversa.

10. Generador eólico oscilante nenmitico, según reivindicación 1, l;llracterlzado por el hecho de que el calor

producido dW1lnte la compresión del aire en los cilindros neumáticos (27) , unido al calor extraido del subsuelo mediante una bomba de calor, cuyo compresor (199) es accionado mediante la energla del aire comprimido almacenado en los depósitos (46) , se emplean en un sistema de calefacción o en otros fines.

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11. Generador eólico oscilante neumático, según teivindicación 1, elractcriudo por el hecbo de que el calor contenido en el gas helio almacenado en las alas ar;rodinámicas (2) y (3) , se transmile por medio de un intercambiador fin.1 (135) , gas belio-aire ~rimido, al aire comprimido con baja tempel1ltunl procedente de los depósitos (46) , anles de su utilización para accionar un medio IJleCt¡nico, consiguierxlo aumentar el rendimiento de éste.

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