MX2008001999A - Dispositivo que captura energia de las olas - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de captura de energía de la ola (10) que comprende una base (12) adaptada para la conexión fija a una superficie sumergida (14). Por lo menos una paleta flotante expandida (26) estáensamblada giratoriamente a la base (12) alrededor de un primer eje giratorio (22), para la oscilación angular a través de un rango deángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a la paleta (26). La paleta (26) tiene un eje longitudinal (27), una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior. Un elemento de transferencia de energía estáfijado a la paleta (26) y se adapta para que se impulse por la oscilación angular de la paleta (26). Un ensamble de ajuste de paleta se asocia con la paleta (26) y se adapta para ajustar el rango deángulo de la paleta (26) en magnitud y/o posición angular con relación al primer eje giratorio (22).

Description

DISPOSITIVO QUE CAPTURA ENERGÍA DE LAS OIAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a dispositivos que capturan energía de las olas. La presente invención se desarrolla principalmente para que se utilice en la captura de energía de las olas del océano para la generación de electricidad. Sin embargo, se apreciará que la invención no se limita a esta solicitud en particular y también se puede ajustar a una bomba de agua de mar reciproca para crear agua de mar de alta presión para que se utilice en la desalinización o para impulsar otros dispositivos externos .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los dispositivos conocidos que capturan energía de las olas incluyen una base y una paleta que se conecta giratoriamente a la base . La paleta se impulsa para oscilar giratoriamente sobre un eje generalmente horizontal, en respuesta a la fuerza de las olas del océano, para impulsar un generador. La paleta típicamente es una placa sólida. La paleta tiene un alineamiento fijo, y como consecuencia gira sobre su eje solamente en un plano fijo. La paleta también mantiene un rango de movimiento operativo fijo sin considerar las predominantes condiciones del océano. La magnitud y dirección de las fuerzas de la ola aplicadas a los dispositivos conocidos que captan energía de las olas varía dependiendo de las condiciones predominantes de océano. La fuerza de las olas puede ser muy baja en condiciones de océano en calma y extremadamente alta en condiciones de océano extremas, tal como durante huracanes y ciclones. Los dispositivos conocidos soportan la fuerza extremadamente alta de las olas relacionadas con condiciones de océano extremas ya sea porque están hechos lo suficientemente fuertes para soportar altas fuerzas, o porque están diseñados para evitar una gran cantidad de la fuerza de la ola, o por una combinación de ambos. Una desventaja de hacer los dispositivos que capturan energía de las olas lo suficientemente fuertes para soportar las fuerzas extremadamente altas de las olas es que los dispositivos tienden a ser muy grande y pesados . Una desventaja de diseñar los dispositivos para evitar una gran cantidad de la fuerza de la ola, para manejar las condiciones extremas del océano, es que los dispositivos funcionan de forma menos eficiente en condiciones del océano más en calma. Una desventaja adicional de los dispositivos que capturan energía de las olas es que operan inútilmente cuando la dirección de la propagación de ola se mueve del alineamiento con el alineamiento fijo de la paleta. Otra desventaja de los dispositivos que capturan energía de las olas es que la paleta solida tiende a reflectar, en vez de capturar, la energía de la ola.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es el objetivo de la presente invención superar considerablemente o por lo menos mejorar una o más de las desventajas mencionadas arriba. Por consiguiente, en un primer aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de las olas que comprende: una base que se adapta para conexión fija a una superficie sumergida; por lo menos una paleta flotante extendida que tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior, dicha paleta está ensamblada giratoriamente a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio, para oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta; un elemento de transferencia de energía acoplado a dicha paleta y adaptado para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta; y un ensamble de ajuste de paleta asociado con la paleta y adaptado para ajusfar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio. Preferentemente, se conecta una máquina con dicho elemento de transferencia de energía para extraer la energía del movimiento oscilatorio de dicha paleta. La máquina preferentemente se adapta para recibir una fuerza de torsión desde dicho elemento de transferencia de energía. La máquina preferentemente puede funcionar como ambos, como un motor y como un generador. Más preferentemente, dicha máquina incluye un generador/motor síncrono de imán permanente. De una forma preferida, dicho generador/motor está completamente sellado, y se puede llenar con gas inerte bajo presión, para prevenir la corrosión interna o que se escape. Preferentemente, el ensamble de ajuste de paleta incluye un sensor para detectar un valor indicativo de las fuerzas de la ola que se aplican a la paleta. Más preferentemente, el ensamble de ajuste de paleta incluye un controlador, en respuesta a dicho sensor, que se adapta para transmitir una señal para ajustar el rango del ángulo si el valor detectado queda fuera de un rango predeterminado. El controlador preferentemente se adapta para controlar el suministro de potencia externa para que la máquina mueva la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta se reducen si el valor detectado es indicativo de fuerzas de la ola que pueden dañar el dispositivo. Preferentemente, la configuración en la cual se reducen las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta además se inclina en relación a un plano vertical trazado perpendicular a la dirección de la propagación de ola. Dependiendo del valor indicado por el sensor, la paleta se puede mover y mantener en una configuración considerablemente paralela a la dirección de la propagación de ola para minimizar las fuerzas de la ola aplicadas a la paleta. El controlador preferentemente también se adapta para controlar el suministro de potencia externa a dicha máquina para mover la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta aumentan si el valor detectado por el sensor es indicativo de fuerzas de la ola que no dañaran el dispositivo y las cuales son menos que óptimas en términos de eficiencia para la captura de energía. Preferentemente, la configuración en la cual aumentan las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta se eleva en relación paralela a la dirección de la propagación de ola. Preferentemente, dicha paleta incluye una disposición de aspas espaciadas entre sí. Más preferentemente, dichas aspas se separan por espacios generalmente a lo largo de dicho primer eje giratorio. De una forma preferida, la disposición de las aspas abanica hacia afuera desde un extremo más cercano a la base hasta un extremo libre opuesto. En una modalidad, las aspas se proveen con bordes guía considerablemente aerodinámicos. Sin embargo, en otra modalidad, dichas aspas se proveen con bordes guía generalmente oblicuos. Preferentemente, dicha paleta se auto-orienta con respecto a la dirección de la propagación de ola. Más preferentemente, dicha paleta también se adapta para que se ensamble giratoriamente en relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, que generalmente es perpendicular a dicho primer eje giratorio. En una modalidad, la base se adapta para que se ensamble giratoriamente a la superficie sumergida alrededor de dicho segundo eje giratorio. Sin embargo, en otras modalidades, la base se adapta para que se fije a la superficie sumergida y la paleta se ensambla giratoriamente al eje alrededor de dicho segundo eje giratorio. Preferentemente, un eje se conecta giratoriamente a dicha base alrededor de dicho primer eje giratorio y dicha paleta se conecta fijamente a y se extiende desde dicho eje. El eje se conecta preferentemente a la base por medio de una abrazadera que se ensambla giratoriamente a dicha base alrededor de dicho segundo eje giratorio. De una forma preferida se proveen baleros lubricados con agua entre dicho eje y dicha base. Preferentemente, en uso, dicho primer eje giratorio está considerablemente horizontal y dicho segundo eje giratorio está considerablemente vertical. En un segundo aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de las olas que comprende : una base que se adapta para conexión fija a una superficie sumergida; y por lo menos una paleta flotante extendida que tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior, dicha paleta está giratoriamente ensamblada a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio, para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta, dicha paleta también se adapta para que se ensamble giratoriamente con relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, el cual está generalmente perpendicular a dicho primer eje giratorio, para que se auto-oriente con respecto a una dirección de la propagación de la ola; un elemento de transferencia de energía acoplado a dicha paleta y adaptado para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta. En una modalidad, la base se adapta para que se ensamble giratoriamente a la superficie sumergida. Sin embargo, en otras modalidades, la base se adapta para que se fije a la superficie sumergida y la paleta se adapta para que se ensamble giratoriamente a la base alrededor de dicho segundo eje giratorio. Preferentemente, se conecta una máquina con dicha paleta para extraer la energía del movimiento oscilatorio de dicha paleta. La máquina preferentemente se adapta para recibir una fuerza de torsión de dicho elemento de transferencia de energía. La máquina preferentemente puede funcionar como ambos, como un motor y como un generador. Más preferentemente, dicha máquina incluye un generador/motor síncrono de imán permanente. De una forma preferida, dicho generador/motor está completamente sellado, y se puede llenar con gas inerte bajo presión, para prevenir la corrosión interna o que se escape. Preferentemente, se conecta un ensamble de ajuste de paleta con la paleta y se adapta para ajustar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio. Más preferentemente, el ensamble de ajuste de paleta incluye un sensor para detectar un valor indicativo de las fuerzas de la ola que se aplican a la paleta. De una forma preferida, el ensamble de ajuste de paleta incluye un controlador, en respuesta a dicho sensor, que se adapta para transmitir una señal para ajustar dicho rango de ángulo si el valor detectado queda fuera de un rango predeterminado. El controlador preferentemente se adapta para controlar el suministro de potencia externa para que la máquina mueva la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta se reducen si el valor detectado es indicativo de la fuerza de las olas que pueden dañar el dispositivo. Preferentemente, la configuración en la cual se reducen las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta además se inclina en relación a un plano vertical trazado perpendicular a la dirección de la propagación de ola. Dependiendo del valor indicado por el sensor, la paleta se puede mover a y mantener en una configuración considerablemente paralela a la dirección de la propagación de ola para minimizar las fuerzas de la ola aplicadas a la paleta. El controlador preferentemente también se adapta para controlar el suministro de potencia externa a dicha máquina para mover la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta aumentan si el valor detectado es indicativo de fuerzas de la ola que no dañaran el dispositivo y las cuales son menos que óptimas en términos de eficiencia para la captura de energía. Preferentemente, la configuración en la cual aumentan las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta se eleva en relación paralela a la dirección de la propagación de ola. Preferentemente, dicha paleta incluye una disposición de aspas espaciadas entre sí. Más preferentemente, dichas aspas se separan por espacios generalmente a lo largo de dicho primer eje giratorio, de una forma preferida, la disposición de las aspas abanica hacia afuera desde un extremo más cercano a la base hasta un extremo libre opuesto. En una modalidad, las aspas se proveen con bordes guía considerablemente aerodinámicos.

Sin embargo, en otra modalidad, se proveen dichas aspas con bordes guia generalmente oblicuos. Preferentemente, un eje se conecta giratoriamente a dicha base alrededor de dicho primer eje giratorio y dicha paleta se conecta fijamente a y se extiende desde dicho eje. El eje se conecta preferentemente a la base por medio de una abrazadera que se ensambla giratoriamente a dicha base alrededor de dicho segundo eje giratorio. De una forma preferida se proveen baleros lubricados con agua entre dicho eje y dicha base. Preferentemente, en uso, dicho primer eje giratorio está considerablemente horizontal y dicho segundo eje giratorio está considerablemente vertical. En un tercer aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de la ola que comprende : una base adaptada para la conexión fija a una superficie sumergida; y por lo menos una paleta flotante extendida que tiene una disposición de aspas separadas por espacios, dicha paleta tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior y se ensambla giratoriamente a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta; y un elemento de transferencia de energía que se fija a dicha paleta y se adapta para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta. Preferentemente, se conecta una máquina con dicha paleta para extraer la energía del movimiento oscilatorio de dicha paleta. La máquina preferentemente se adapta para recibir una fuerza de torsión de dicho elemento de transferencia de energía. La máquina preferentemente puede funcionar como ambos, como un motor y como un generador. Más preferentemente, dicha máquina incluye un generador/motor síncrono de imán permanente. De una forma preferida, dicho generador/motor está completamente sellado, y se puede llenar con gas inerte bajo presión, para prevenir la corrosión interna o que se escape. Preferentemente, se conecta un ensamble de ajuste de paleta con la paleta y se adapta para ajustar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio. Más preferentemente, el ensamble de ajuste de paleta incluye un sensor para detectar un valor indicativo de las fuerzas de la ola que se aplican a la paleta. De una forma preferida, el ensamble de ajuste de paleta incluye un controlador, en respuesta a dicho sensor, el cual se adapta para transmitir una señal para ajustar el rango de movimiento de la paleta si el valor detectado queda fuera de un rango predeterminado. El controlador preferentemente se adapta para controlar el suministro de potencia externa para que la máquina mueva la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta se reducen si el valor detectado es indicativo de la fuerza de las olas que pueden dañar el dispositivo . Preferentemente, la configuración en la cual se reducen las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta además se inclina en relación a un plano vertical trazado perpendicular a la dirección de la propagación de ola. Dependiendo del valor indicado por el sensor, la paleta se puede mover a y mantener en una configuración considerablemente paralela a la dirección de la propagación de ola para minimizar las fuerzas de la ola aplicadas a la paleta. El controlador preferentemente también se adapta para controlar el suministro de potencia externa a dicha máquina para mover la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta aumentan si el valor detectado por el sensor es indicativo de fuerzas de la ola que no dañaran el dispositivo y las cuales son menos que óptimas en términos de eficiencia para la captura de energía. Preferentemente', la configuración en la cual aumentan las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta se eleva en relación paralela a la dirección de la propagación de ola. Preferentemente, dichas aspas se separan por espacios generalmente a lo largo de dicho primer eje giratorio. De una forma preferida, la disposición de las aspas abanica hacia afuera desde un extremo más cercano a la base hasta un extremo libre opuesto. En una modalidad, las aspas se proveen con bordes guía considerablemente aerodinámicos. Sin embargo, en otra modalidad, dichas aspas se proveen con bordes guía generalmente oblicuos. Preferentemente, dicha paleta se auto-orienta con respecto a la dirección de la propagación de ola. Más preferentemente, dicha paleta también se adapta para que se ensamble giratoriamente en relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, el cual está generalmente perpendicular a dicho primer eje giratorio. En una modalidad, la base se ensambla giratoriamente a la superficie sumergida. Sin embargo, en otras modalidades, la base está fijada a la superficie sumergida y la paleta se ensambla giratoriamente a la base alrededor de dicho segundo eje giratorio. Preferentemente, se conecta giratoriamente un eje a dicha base alrededor de dicho primer eje giratorio y dicha paleta se conecta fijamente a y se extiende desde dicho eje. El eje se conecta preferentemente a la base por medio de una abrazadera que se ensambla giratoriamente a dicha base alrededor de dicho segundo eje giratorio. De una forma preferida se proveen baleros lubricados con agua entre dicho eje y dicha base. Preferentemente, en uso, dicho primer eje giratorio está considerablemente horizontal y dicho segundo eje giratorio está considerablemente vertical. En un cuarto aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de las olas que comprende : a base que se adapta para conexión fija en relación a una superficie sumergida; por lo menos una paleta flotante extendida que tiene una disposición de aspas separadas por espacios, dicha paleta tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior y está giratoriamente ensamblada a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta, dicha paleta también se adapta para que se ensamble giratoriamente con relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, el cual está generalmente perpendicular a dicho primer eje giratorio, para que se auto-oriente con respecto a una dirección de la propagación de la ola; y un elemento de transferencia de energía acoplado a dicha paleta y adaptado para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta. En un quinto aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de las olas que comprende : una base que se adapta para conexión fija en relación a una superficie sumergida; por lo menos una paleta flotante extendida que tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior, dicha paleta está giratoriamente ensamblada a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta, dicha paleta también se adapta para que se ensamble giratoriamente con relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, el cual está generalmente perpendicular a dicho primer eje giratorio, para que se auto-oriente con respecto a una dirección de la propagación de la ola; un elemento de transferencia de energía acoplado a dicha paleta y adaptado para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta; y un ensamble de ajuste de paleta asociado con la paleta y adaptado para ajustar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio. En un sexto aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de la ola que comprende : una base adaptada para la conexión fija en relación con una superficie sumergida; por lo menos una paleta flotante extendida que tiene una disposición de aspas separadas por espacios, dicha paleta tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior, dicha paleta está ensamblada giratoriamente a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio, para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta; un elemento de transferencia de energía que se fija a dicha paleta y se adapta para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta; y un ensamble de ajuste de paleta asociado con la paleta y adaptado para ajustar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio. En un séptimo aspecto, la presente invención provee un dispositivo que captura energía de las olas que comprende : una base adaptada para la conexión fija en relación con una superficie sumergida; por lo menos una paleta flotante extendida que tiene una disposición de aspas separadas por espacios, dicha paleta tiene un eje longitudinal, una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior, dicha paleta está giratoriamente ensamblada a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio, para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta, dicha paleta también se ensambla giratoriamente con relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, el cual está generalmente perpendicular a dicho primer eje giratorio, para que se auto-oriente con respecto a una dirección de la propagación de la ola; un elemento de transferencia de energía acoplado a dicha paleta y adaptado para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta; y un ensamble de ajuste de paleta asociado con la paleta y adaptado para ajustar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Ahora se describirá una modalidad preferida de la presente invención, solamente a manera de ejemplo, con referencia a las figuras que la acompañan, en donde: La figura 1 es una vista en elevación frontal esquemática de una modalidad preferida de un dispositivo de captura de energía de las olas de conformidad con la presente invención; La figura 2 es una vista en perspectiva esquemática del sistema de la figura 1, mostrado en un modo de operación para condiciones de ola normales; La figura 3 es una vista en perspectiva esquemática del sistema de la figura 1, mostrado en un modo de operación para olas grandes; La figura 4 es una vista en perspectiva esquemática del sistema de la figura 1, mostrado en un modo de operación para condiciones de huracán o ciclón extremas ; La figura 5 es una vista en elevación frontal esquemática de una modalidad alternativa de un dispositivo de captura de energía de las olas de conformidad con la presente invención; La figura 6 es una vista en perspectiva esquemática del sistema de la figura 5, mostrado en un modo de operación para condiciones de ola normales; La figura 7 es una vista en perspectiva esquemática del sistema de la figura 5, mostrado en un modo de operación para olas grandes; La figura 8 es una vista en perspectiva esquemática del sistema de la figura 5, mostrado en un modo de operación para condiciones de huracán o ciclón extremas; y La figura 9 muestra vistas transversales horizontales a través de varias modalidades de aspa alternativas .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a las figuras, el dispositivo de captura de energía de las olas 10 comprende una base 12 que tiene una pestaña de ensamblaje circular 13 que se adapta para conexión fija a una superficie sumergida (es decir, el lecho marino) 14 por una pluralidad de tornillos de ancla 15. Una abrazadera 16 se ensambla giratoriamente a la base 12 alrededor de un eje giratorio 18 que se extiende generalmente perpendicular (es decir, verticalmente) al fondo marino 14. Un eje 20 se ensambla giratoriamente a la abrazadera 16 alrededor de un eje giratorio 22 que se extiende generalmente paralelo (es decir, horizontalmente ) a la superficie sumergido 14. Se proveen baleros lubricados por agua 24 entre la abrazadera 16 y la base 12, asi como entre el eje 20 y la abrazadera 16. Una paleta flotante extendida 26, tiene un eje longitudinal 27 que está fijamente conectado con un extremo del eje 20 y tiene un extremo libre opuesto. Por lo tanto, la paleta 26 es giratoria en relación con la base 12 y la superficie sumergida 14 alrededor de ambos ejes 18 y 22. La paleta 26 se adapta para oscilar angularmente a través de un rango de ángulo sobre de eje 22 cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a la paleta 26. La paleta 26 incluye una disposición de aspas de superficie suave 28 separadas por espacios generalmente en linea recta a lo largo del eje 22. La disposición de aspas 28 abanica hacia afuera desde un extremo más cercano a la base 12 hasta un extremo libre opuesto. Este abanicar hacia fuera de las aspas 28, combinado con el ensamblaje giratorio de la paleta 26 alrededor de los ejes 18 y 22, causa que la paleta 26 se auto-oriente con la dirección de la propagación de ola para maximizar la cantidad de fuerza de las olas captada. Las aspas 28 también se separan por espacios óptimamente, de forma tal que el agua alrededor y entre las aspas 28 de manera tal que crea fuerzas lo más alta posible para condiciones predominantes. Esta disposición de separación de las aspas 28 permite también que se absorba una gran parte de energía en cada ola, con la más mínima desviación. Si se utilizara una sola aspa en lugar de una disposición, entonces se reflejaría la mayor parte de energía de ola de la parte central sólida de aspa amplia . Las aspas 28 preferentemente se proveen considerablemente con bordes guía aerodinámicos, tal como se muestra en las figuras 1 a 4. Las aspas aerodinámicas preferentemente trasfieren fuerzas debido a la aceleración del movimiento de ola, mientras minimizan la fuerza de resistencia opuesta. En muchas situaciones, esto resulta en eficiencia óptima. En otras situaciones, se puede desear que preferentemente se aproveche la fuerza de resistencia, en cuyo caso se prefieren aspas con bordes guía oblicuos, como se muestra en las figuras 5 a 8. La forma, rigidez, espaciado y flotabilidad de aspa 28 se pueden optimizar por experimentación para maximizar la conversión de energía en cualquier condición de ola dada para cualquier ubicación geográfica en particular. La oscilación angular de la paleta 26 alrededor del eje 22 impulsa un elemento de transferencia de energía, en forma de un árbol (no mostrado) que se extiende desde el eje 20. El árbol impulsa el rotor de una máquina en forma de un generador/motor síncrono de imán permanente 30. El generador/motor 30 está completamente sellado, y se puede llenar con gas inerte bajo presión, para prevenir la corrosión interna o que se escape. El generador/motor 30 se expone a una carga eléctrica, de forma tal que se establece una fuerza de torsión para resistir la fuerza de torsión aplicada creada por las fuerzas de la ola. Cuando el eje 20 oscila angularmente contra esta fuerza de resistencia de torsión, el generador/motor 30 produce energía eléctrica para suministrar a una rejilla de distribución. En las ciertas circunstancias, se puede desear que impulse el eje 20 contra las fuerzas de ola o que sujete la paleta 26 en una posición fija en presencia de diferentes fuerzas. Este efecto se consigue suministrando energía de la rejilla de distribución al generador/motor 30, de forma tal que el generador/motor 30 impulsa la paleta 26.

En uso, las aspas de paleta 28 captan y convierten las fuerzas de ola por lo menos de tres formas. En primer lugar, cuando se aproxima una cresta de ola a la disposición de aspas 28, la circulación del agua pasa la disposición se restringe parcialmente lo que resulta en un cumulo momentáneo de agua en lado de la disposición con dirección al mar. Esto a su vez causa una fuerza neta en las aspas 28 en dirección a la propagación de ola. Esta fuerza se trasfiere a lo largo de las aspas 28 hasta el eje 20 y contribuye a la oscilación angular sobre parte del ciclo de ola. El efecto descrito aquí constituye una conversión de la energía potencial en las olas (la cual se atribuye a la diferencia de altura entre las crestas y las depresiones de ola) a la energía mecánica en el eje 20. Un segundo modo de captura de energía es una conversión directa de las fuerzas de resistencia en las aspas 28 debido a la circulación oscilante debajo de las olas que pasan. Esta circulación oscilante despide fuerza de resistencia en las aspas 28 que se trasfiere a lo largo de las aspas 28 hasta el eje 20 y la cual contribuye a la oscilación angular controlada del eje 20. Esta acción constituye la conversión directa de la energía cinética contenida en el campo de ola y contenida en el movimiento del agua.

Otro modo de conversión de energía cinética se atribuye a la aceleración de las partículas de agua bajo la superficie. Cuando la circulación oscila de atrás para adelante y en menor grado (en agua poco profunda) hacia arriba y hacia abajo, las partículas de agua se aceleran después se desaceleran y se detienen y luego en dirección inversa. Es bien sabido que estas aceleraciones imparten fuerza importante en cuerpos sumergidos y a menudo son llamadas fuerzas de aceleración o fuerzas de masa agregada. El último término se refiere al hecho que las fuerzas impartidas al cuerpo resultan de la mas agregada de agua que se debe acelerar para pasar alrededor de un cuerpo. A través del rango de las condiciones de ola apropiadas para la operación del dispositivo, a menudo las fuerzas de aceleración son dominantes con relación a otras fuerzas descritas anteriormente. El movimiento del dispositivo 10 está óptimamente controlado, de forma tal que se utiliza toda la fuerza para maximizar la eficiencia de conversión de energía. El dispositivo 10 se adapta para la instalación en profundidades de agua de alrededor de 15-45 m, de forma tal que cuando se orientan las aspas 28 verticalmente, ligeramente se extienden sobre el nivel de agua medio. En tales profundidades de agua, el movimiento de las partículas de agua es predominantemente horizontal, pero también tiene un componente vertical más pequeño, con la circulación oscilante hacia adelante y hacia atrás en dirección a la propagación de ola. Cuando las olas se propagan pasando las aspas 28, el movimiento de agua imparte una fuerza de varias veces sobre las aspas 28. Esta fuerza, que oscila hacia adelante y hacia atrás, causa que las aspas 28 y el eje 20 oscilen angularmente, alrededor del eje giratorio 22, impulsando por lo tanto, el generador/motor 30 y generando energía eléctrica. La naturaleza de esta fuerza oscilante se describe por la ecuación de Morrison, la cual tiene la forma, F=Cd(l/2pU2) *A+Cm(pdU/dt) *V, donde el primer término surge debido al a la resistencia hidrodinámica (como se describió anteriormente) en las aspas 28 y el segundo término debido a la aceleración del agua alrededor de las aspas 28 (como se describió anteriormente) . Por lo tanto, el dispositivo 10 hace uso de fuerzas debido tanto a la velocidad como a la aceleración del agua. En algunos casos la resistencia y la fuerza de aceleración pueden ser contrarias entre sí en alguna parte de la ola. La forma y orientación del aspa se pueden optimizar para utilizar preferentemente tanto la fuerza de aceleración como la de resistencia.

La orientación aerodinámica mostrada en las figuras 1 a 4 preferentemente maximiza la fuerza de aceleración mientras la orientación oblicua mostrada en las figuras 5-8 preferentemente maximiza la fuerza de resistencia. En la figura 9 se muestran otras configuraciones y formas de aspa posiblemente beneficiosas, en donde se pueden utilizar interacciones más complejas entre las aspas y los movimientos de corriente. En la figura 9, la flecha F muestra la dirección de propagación de las olas. Además, la desviación de la superficie libre debido al paso de las olas causa que una masa de agua se acumule en al lado hacia el mar de la disposición de aspas 28. Esto resulta en una diferencia en la presión hidrostática a lo largo de la disposición y una fuerza neta que tiende a oscilar angularmente el eje 20 en la misma dirección de las otras fuerzas. El efecto de suma de todas estas fuerzas es para impulsar eficientemente el eje de una manera oscilante angular de forma tal que se produce energía tanto en los golpes hacia adelante y hacia atrás . Dependiendo de las condiciones de ola, las cuales generalmente se caracterizan por la altura y periodo de ola, el rango de movimiento de la paleta 26 se ajusta para optimizar la conversión de energía y prevenir el daño al dispositivo 10. Esto se consigue utilizando un ensamble de ajuste de paleta asociado con la paleta 26. El ensamble de ajuste de paleta incluye un sensor (no mostrado) para detectar un valor indicativo de las fuerzas de la ola aplicadas a la paleta 26, y un controlador (no mostrado) en respuesta al sensor para controlar el suministro de potencia externa al generador/motor 30 para ajustar la magnitud y/o posición angular del rango de ángulo a través del cual oscila la paleta 26 en relación con el eje giratorio 22. En condiciones de operación normales, cuando hay un bajo riesgo de daño estructural al dispositivo, y se desea convertir una cantidad máximo de potencia incidente, la paleta 26 se configura para oscilar alrededor de un plano casi vertical, como se muestra en las figuras 2 y 6. Cuando ocurren olas suficientemente grandes, el sensor (no mostrado) detecta un valor indicativo de las fuerzas de la ola que pueden dañar la paleta 26. En respuesta, el controlador (no mostrado) controla el suministro de potencia externa al generador/motor 30 para impulsar la paleta 26 dentro de una configuración en la cual la posición media de la paleta 26 está inclinada en relación con el eje 18, como se muestra en las figuras 3 y 7, de forma tal que se le permite el paso sin aprovechar a un poco de energía de ola y el dispositivo 10 puede continuar funcionando sin peligro. La posición inclinada se mantiene ajustando la resistencia expuesta al generador/motor 30, de forma tal que la fuerza de restauración (debido principalmente a la flotabilidad) bajo olas grandes no es suficiente para levantar el dispositivo por encima de un nivel predeterminado. El generador/motor 30 también puede absorber potencia externa desde una rejilla de distribución de electricidad durante intervalos breves para frenar el movimiento de la paleta 26 de una manera controlada y por lo tanto limitar su rango de oscilación. En el evento infrecuente que ocurran condiciones de huracán o ciclón, que el sensor detecta un valor indicativo de las fuerzas de la ola aplicadas indicativas de un evento extremo, en respuesta, el controlador controla el suministro de potencia externa al generador/motor 30 para impulsar la paleta 26 dentro de una configuración aerodinámica plana contra el fondo marino, como se muestra en las figuras 4 y 8. La paleta 26 se sostiene estacionario en esta posición por el suministro continuado de una cantidad relativamente pequeña de potencia externa al motor 30. En esta posición, las aspas 28 se retiran de la trayectoria de grandes fuerzas debido a olas de huracán, y se alinean con cualquier velocidad lenta del fondo, de forma tal que se minimizan las fuerzas de la ola y el dispositivo 10 permanece protegido contra daños. Cuando el evento extremo pasa, el sensor detecta un regreso a más condiciones normales, y el controlador controla el suministro de potencia externa al generador/motor 30 levante la paleta 26 desde el paralelo con el fondo marino dentro una posición media en la cual aumentan las fuerzas de la ola aplicadas a la paleta 26. Si, en esta nueva posición, el sensor detecta un valor indicativo de fuerzas de la ola que no dañaran el dispositivo 10 y las cuales son menos que óptimas en términos de eficiencia para la captura de energía de ola, entonces el controlador responde controlando el suministro de potencia externa al motor 30 para además levantar la paleta 26. El dispositivo 10 también se provee con un sensor (no mostrado) para detectar la presencia de estructuras móviles cercanas, tal como botes y ballenas. El controlador (no mostrado) también responde a este sensor para mover la paleta 26 dentro de la configuración aerodinámica mostrada en las figuras 4 y 8 hasta que la estructura se mueve fuera del rango. La base 12 forma parte de un anclaje para conectar el dispositivo 10 al lecho marino 16. El anclaje se describe en detalle en la Solicitud de Patente Provisional Australiana de los solicitantes anteriores No. 2006904030 y la solicitud de patente internacional co-pendiente que reclama la prioridad de Convención de la misma, de las cuales se incluye descripción por referencia en la presente invención. El dispositivo 10 se puede instalar como una sola unidad, o se puede instalar en múltiplos para formar una granja de energía de ola, con la potencia enlazada en un bus de DC y enviada a tierra por medio de un solo cable. Se apreciará que los varios modos de operación permiten que el dispositivo 10 se aplique en todas, excepto en condiciones más infrecuentes y extremas. Esto es una clara ventaja sobre los dispositivos conocidos de energía de ola, los cuales se vuelven inoperables en olas medianamente grandes. Una ventaja adicional es que el dispositivo 10 se puede instalar en regiones propensas a ciclón y huracán, donde la mayoría de los otros dispositivos conocidos de energía de ola no pueden ser utilizados, conforme no sobrevivirían a condiciones predominantes del océano. También se apreciará que se reduce ventajosamente el tamaño y peso del dispositivo 10 en comparación con los dispositivos conocidos que capturan energía de las olas, como el dispositivo 10 ajusta su configuración que depende de condiciones predominantes del océano. Por lo tanto, se reduce el costo de fabricación e instalación del dispositivo 10 en comparación con los dispositivos similares conocidos. Otra ventaja del dispositivo 10 es el uso de una disposición de aspas separadas 28, las cuáles permiten que se absorba una gran parte de la energía en cada ola, con la mínimo reflexión. El dispositivo 10 también se auto-orienta venta osamente con la dirección de la propagación de ola para maximizar su eficiencia de captura de energía de ola. Una ventaja adicional es que el uso de una configuración de aspa aerodinámica permite la captación preferente de fuerzas de aceleración de ola, y el uso de una configuración de aspa oblicua permite la captación preferente de fuerzas de resistencia de ola. Mientras la presente invención se ha descrito con referencia a una modalidad específica, se apreciará que también se puede incorporar de muchas otras formas. Por ej emplo : • las aspas se pueden disponer horizontalmente en vez de verticalmente ; • la paleta puede impulsar una bomba de agua de mar reciproca para crear agua de mar de alta presión para que se utilice en la desalinización o para impulsar otros dispositivos externos; • las aspas se pueden alinear a lo largo de más de un eje, o en una disposición circular u otra; • las aspas pueden contener medios para ajustar su distribución de peso interna cambiando la posición de una masa, o recibir o expulsar agua de mar, asi como medios para modificar la respuesta a las olas para maximizar la eficiencia; las aspas pueden ser considerablemente flexibles, o articuladas en una o más articulaciones, asi como medios para conseguir una respuesta de movimiento la cuál incrementa la transferencia de energía en el generador/motor 30; • las aspas se pueden sumergir considerablemente cuando se orientan verticalmente al nivel del mar medio, o pueden sobresalir ligeramente de la superficie de mar; y/o • un solo dispositivo se puede adaptar con más de un generador/motor, cada uno fijó a un paleta distinta, y con cada movimiento en relación a otros de forma tal que se consigue una interacción beneficiosa lo que resulta en un aumento de la eficiencia.

Claims (28)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo de captura de energía de la ola que comprende: una base adaptada para la conexión fija a una superficie sumergida; y por lo menos una paleta flotante expandida que tiene una disposición de aspas separadas por espacios, dicha que paleta tiene eje longitudinal, un porción de extremo superior y una porción de extremo inferior, y está ensamblado giratoriamente a dicha base, alrededor de un primer eje giratorio para la oscilación angular a través de un rango de ángulo cuando el movimiento de la ola aplica una fuerza a dicha paleta; y un elemento de transferencia de energía que se acopla a dicha paleta y se adapta para que se impulse por la oscilación angular de dicha paleta.

2.- Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 1, además comprende una máquina conectada a dicha paleta para extraer la energía del movimiento oscilatorio de dicha paleta .

3. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha máquina se adapta para recibir una fuerza de torsión desde dicho elemento de transferencia de energía.

4. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado porque la máquina puede funcionar ya sea como un motor y como un generador.

5. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado porque dicha máquina incorpora un generador/motor síncrono de imán permanente.

6. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque dicho generador/motor está completamente sellado.

7. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, caracterizado porque dicho generador/motor está llenado con gas inerte presurizado.

8. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a la 7, que además comprende un ensamble de ajuste de paleta asociado con la paleta y adaptado para ajusfar dicho rango de ángulo en magnitud y/o posición angular con relación a dicho primer eje giratorio.

9. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque dicho ensamble de ajuste de paleta incluye un sensor para detectar un valor indicativo de las fuerzas aplicadas a la paleta.

10. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el ensamble de ajuste de paleta incluye un controlador que responde a dicho sensor el cual se adapta para transmitir una señal para ajustar el rango de movimiento de la paleta si el valor detectado está fuera de un rango predeterminado.

11. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque dicho controlador se adapta para controlar el suministro de potencia externa para que la máquina mueva la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta se reducen si el valor detectado es indicativo de las fuerzas de la ola que pueden dañar el dispositivo.

12. - El dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la configuración en la cual se reducen las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta está además inclinado en relación con un plano vertical trazado perpendicular a la dirección de la propagación de ola.

13. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a la 12, caracterizado porque, si el valor indicado por el sensor es indicativo de la fuerza de las olas más grande que una magnitud predeterminada, la paleta se mueven dentro y se mantienen en una configuración considerablemente paralela a la dirección de la propagación de ola para minimizar las fuerzas de la ola aplicadas a la paleta.

14. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a la 13, caracterizado porque el controlador se adapta para controlar el suministro de potencia externa a dicha máquina para mover la paleta dentro de una configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta aumentan si el valor detectado por el sensor es indicativo de fuerzas de la ola que no dañaran el dispositivo y las cuales son menos que óptimas en términos de eficiencia para la captura de energía.

15. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la configuración en la cual las fuerzas de la ola aplicadas a dicha paleta aumentan es una configuración en la cual la posición media del eje longitudinal de la paleta se levanta en relación paralela a la dirección de la propagación de la ola.

16. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 15, caracterizado porque dichas aspas están espaciadas entre sí generalmente a lo largo de dicho primer eje giratorio.

17. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 16, caracterizado porque la disposición de aspas abanica hacia afuera desde un extremo más cercano a la base hasta un extremo libre opuesto.

18. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 17, caracterizado porque dichas aspas incluyen bordes guía considerablemente aerodinámicos.

19. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 18, caracterizado porque dichas aspas incluyen bordes guía generalmente oblicuos.

20. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 19, caracterizado porque dicha paleta se auto-orienta con respecto a la dirección de la propagación de ola .

21. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque dicha paleta se adapta para ensamblarse giratoriamente en relación a la superficie sumergida alrededor de un segundo eje giratorio, el cual generalmente está perpendicular a dicho primer eje giratorio .

22. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la base se adapta para ensamblarse giratoriamente a la superficie sumergida.

23. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la base se adapta para que se fije a la superficie sumergida y la paleta se ensambla giratoriamente a la base alrededor de dicho segundo eje giratorio.

24. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 23, que además comprende un eje conectado giratoriamente a dicha base alrededor de dicho primer eje giratorio, y en donde dicha paleta se conecta fijamente a y se extendiendo desde dicho eje.

25. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque dicho eje está conectado con la base por medio de una abrazadera que se ensambla giratoriamente a dicha base alrededor de un segundo eje giratorio, el cual está generalmente perpendicular a dicho primer eje giratorio.

26. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con la reivindicación 24 o la reivindicación 25, que además comprende baleros lubricados con agua entre dicho eje y dicha base.

27. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 26, caracterizado porque, en uso, dicho primer eje giratorio está considerablemente horizontal.

28. - Un dispositivo de captura de energía de la ola de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a la 23 ó 25, caracterizado porque, en uso, dicho segundo eje giratorio está considerablemente vertical.