ES1271453U - Sistema de propulsión para embarcaciones - Google Patents

Abstract

Sistema de propulsión para embarcaciones, que comprende al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire (3), comprendiendo dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) un sistema de succión (10) y una unidad de transmisión (8) para accionar la rotación de dicha al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire (3), caracterizado por que la al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) también comprende una pluralidad de sensores (12, 13, 14, 15) conectados a una unidad de control (9), cuya unidad de control determina la operación del sistema de succión (10) y de la unidad de transmisión (8).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de propulsión para embarcaciones

La presente invención se refiere a un sistema de propulsión para embarcaciones, en particular, a un sistema de propulsión para embarcaciones que comprende una o más velas que funcionan por succión de un flujo de aire.

Antecedentes de la invención

Se conocen el uso de sistemas de propulsión para embarcaciones denominados sistemas de propulsión por viento (WAPS, por sus siglas en inglés), y su rendimiento está relacionado con las fuerzas aerodinámicas (sustentación) que pueden producir.

Estas fuerzas están directamente relacionadas con las características aerodinámicas del sistema, cómo sus coeficientes aerodinámicos, con la superficie del sistema y con la velocidad del viento presente.

El coeficiente de sustentación depende de dos variables principales: la geometría del perfil aerodinámico (asimétrico vs. simétrico) y el ángulo de ataque (definido cómo el ángulo existente entre la cuerda del perfil y la dirección de la corriente de aire).

La primera variable es la forma del perfil aerodinámico. Un perfil simétrico tiene su eje de simetría colineal con la cuerda del propio perfil. Este tipo de perfiles tienen un coeficiente de sustentación nulo cuando el ángulo de ataque es cero, ya que no producen ninguna asimetría en el flujo de aire a su alrededor y, por lo tanto, ningún diferencial de presión.

Añadiendo asimetrías en el perfil aerodinámico se pueden generar diferencias de presión en el flujo de aire alrededor del perfil, produciendo así coeficientes de sustentación mayores. Sin embargo, estás asimetrías son difícilmente aplicables en WAPS, ya que deben de poder operar para cualquier dirección del viento.

La principal limitación a la hora de implementar perfiles asimétricos para incrementar el coeficiente de sustentación reside en la alta complejidad de los sistemas mecánicos de los WAPS, que se traducen en altos costes y mayor peso.

La segunda variable es el ángulo de ataque, el cual se comporta del siguiente modo: para un ángulo de ataque igual a cero, el flujo de aire fluye alrededor del perfil aerodinámico sin generar prácticamente turbulencias, y en consecuencia la sustentación es casi nula.

Al aumentar el ángulo de ataque, el coeficiente de sustentación incrementa de forma lineal. Al mismo tiempo, aparecen turbulencias empezando desde el borde de salida.

Existe un ángulo de ataque de máxima sustentación, para el cuál las turbulencias y sus efectos son relevantes.

Finalmente, por encima del ángulo de ataque de máxima sustentación sucede el efecto conocido como entrada en pérdida. Este fenómeno es un desprendimiento repentino del flujo de aire cercano al perfil, lo que provoca una reducción abrupta de la sustentación.

En este caso, la limitación del coeficiente de sustentación máximo está relacionado con el desprendimiento repentino de la capa límite del flujo, la pérdida.

Dentro de los sistemas de propulsión por viento (WAPS) se conoce el uso de velas rígidas que funcionan por succión de un flujo de aire. El objetivo de la vela rígida que funciona por succión de un flujo de aire es maximizar el coeficiente de sustentación controlando los efectos inducidos por las dos variables descritas previamente.

Empezando por el ángulo de ataque, si el desprendimiento de la capa límite alrededor del perfil pudiese retrasarse respecto al ángulo de ataque, podrían obtenerse mayores coeficientes de sustentación. Esto podría conseguirse mediante la succión del flujo de aire del extradós del perfil, asegurándose que este siga ceñido a la superficie de la vela para ángulos de ataque elevados. Este proceso es descrito en detalle a continuación:

Cuando se alcanza el ángulo de ataque de máxima sustentación original (sin succión), parte del flujo de aire del extradós es succionado.

La succión adhiere la capa límite al perfil, retrasando la entrada en pérdida, aunque incremente el ángulo de ataque, lo cual implica un aumento del coeficiente de sustentación.

Debido a la succión del flujo, el punto de desprendimiento se mantiene aproximadamente constante al incrementar el ángulo de ataque (y, por tanto, el ángulo de ataque). Como consecuencia, detrás de ese punto de desprendimiento de corriente, la estructura y forma del perfil no es necesaria y puede eliminarse, reduciendo el tamaño del perfil.

Finalmente, como que el desprendimiento se controla a partir de la succión, la forma del perfil puede ser modificada introduciendo una asimetría significativa. La mejor solución para conseguir este efecto es hacerlo a través de un "borde de salida móvil”, llamado aleta. Esta aleta puede ser posicionada en dos posiciones distintas (una en cada lado de la cuerda del perfil aerodinámico) generando la asimetría hacia un lado o hacia el otro, para adaptarse a cualquier dirección del viento, cómo se aprecia en la siguiente figura.

La vela rígida que funciona por succión de un flujo de aire tiene una mejora sustancial respecto con la vela rígida pasiva: incrementa el coeficiente de sustentación de la vela, lo cual mejora la eficiencia de la vela rígida en términos de empuje por unidad de superficie de la vela. Estas mejoras implican un conjunto de ventajas:

Cuanto mayor sea el coeficiente de sustentación, menor es el tamaño de las velas rígidas necesarias para proporcionar el mismo empuje y, en consecuencia, el mismo ahorro de combustible.

La reducción de tamaño implica menos gasto en materiales para la estructura, menores tiempos de fabricación por unidad, lo cual se traduce en menores costes de fabricación.

La reducción de tamaño y de material empleado también disminuye el peso de cada unidad, con un efecto positivo sobre la estabilidad y capacidad de almacenamiento de la embarcación. Se puede reducir hasta un 50% en peso.

Sistemas más pequeños permiten instalar más unidades para un mismo espacio disponible en cubierta, incrementando la reducción máxima potencial de consumo de combustible para un mismo buque.

Sistemas más pequeños se traducen también en un menor impacto a los requerimientos de visibilidad.

Por otro lado, la vela rígida que funciona por succión de un flujo de aire ofrece también ciertas limitaciones, la mayoría de ellas relacionadas con el sistema de succión en sí mismo. Las mayores limitaciones son:

La succión requiere una bomba activa o un ventilador que succione aire constantemente. Esto se traduce en un consumo de potencia constante para que el sistema esté en operación. Es importante remarcar que este consumo de potencia supone una fracción muy pequeña de la potencia de empuje proporcionada por la vela.

La región de la superficie de la vela rígida en la que se debe realizar la succión de la capa límite, tiene una posición determinada y crítica, y es muy importante asegurar que el resto de la superficie de la vela rígida este sellada.

Los rendimientos de la vela rígida que funciona por succión de un flujo de aire para vientos frontales son menores, ya que en este escenario de operación la resistencia aerodinámica gana mucha relevancia frente al empuje.

En consecuencia, la vela rígida que funciona por succión de un flujo de aire es apropiada en embarcaciones con las siguientes características:

Embarcaciones con espacio limitado de cubierta.

Embarcaciones con estabilidad reducida.

Embarcaciones con limitaciones de visibilidad.

Embarcaciones sin límite de puntal, ya que no requiere de un sistema plegable.

Embarcaciones pesqueras encajan perfectamente con estas características.

Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de propulsión para embarcaciones que permita optimizar su rendimiento utilizando velas que funcionan por succión de un flujo de aire.

Descripción de la invención

Con el sistema de propulsión de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.

El sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la presente invención comprende al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire, comprendiendo dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire un sistema de succión y una unidad de transmisión para accionar la rotación de dicha al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire, en el que la al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire también comprende una pluralidad de sensores conectados a una unidad de control, cuya unidad de control determina la operación del sistema de succión y de la unidad de transmisión.

Dicha operación puede ser autónoma o semi-autónoma, es decir, con muy poca interacción con la tripulación.

Ventajosamente, dicha pluralidad de sensores comprende al menos un sensor de viento, al menos un sensor de rotación de la vela que funciona por succión de un flujo de aire, al menos un sensor de posición de una aleta de dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire, y/o al menos un sensor de succión.

Además, preferentemente dicha unidad de control comprende una interfaz de usuario para que usuario pueda interactuar con la unidad de control.

Si se desea, el sistema de propulsión también puede comprender una unidad de control manual conectada a dicho sistema de succión y a dicha unidad de transmisión para el control manual del sistema de propulsión.

Ventajosamente, dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire comprende un recubrimiento exterior rígido o flexible y una zona de succión provista de una pluralidad de orificios.

Preferentemente, dicha unidad de transmisión está situada en el extremo inferior de la vela que funciona por succión de un flujo de aire y es una unidad de transmisión eléctrica o hidráulica, accionada por una unidad de potencia.

Dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire también comprende una estructura de soporte en su extremo inferior para soportar su peso y restringir el movimiento lateral de la vela que funciona por succión de un flujo de aire.

De acuerdo con una posible realización, la parte inferior de la vela que funciona por succión de un flujo de aire comprende un soporte basculante, que permite que la vela que funciona por succión de un flujo de aire se pueda inclinar respecto a la vertical, es decir, es basculante respecto a un eje substancialmente horizontal.

Con el sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la presente invención se puede optimizar la operación de la vela que funciona por succión de un flujo de aire de manera automática, a partir de los datos recogidos por dichos sensores.

Cuando la sistema de succión es un ventilador o varios ventiladores, se puede ajustar la succión a lo largo de una rejilla del ventilador(es) según lo que convenga en cada zona.

También se puede hacer una rejilla múltiple, que provoque un gradiente de presión (y con ello de succión) para controlar el flujo absorbido.

Permite que el movimiento/posicionado de la aleta pueda ser activo (mediante un motor y engranajes, por cables) o pasivo (que se posicione mecánicamente a un lado u otro en función de la rotación (vertical) de la vela que funciona por succión de un flujo de aire.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 es una vista en alzado lateral de una embarcación que incorpora el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 es una vista en alzado lateral de una vela que funciona por succión de un flujo de aire utilizada en el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención;

La figura 3 es una vista en perspectiva vista desde abajo de una vela que funciona por succión de un flujo de aire utilizada en el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención;

La figura 4 es una vista en planta superior de una vela que funciona por succión de un flujo de aire utilizada en el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención, en la que se ve el sistema de succión;

La figura 5 es una vista en sección de una vela que funciona por succión de un flujo de aire utilizada en el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención, en la que se ve la unidad de transmisión y la unidad de potencia;

La figura 6 es una vista de la parte inferior de una vela que funciona por succión de un flujo de aire que se utiliza en el sistema de propulsión de la presente invención, de acuerdo con una realización alternativa, en la que la vela que funciona por succión de un flujo de aire es basculante respecto a un eje substancialmente horizontal; y

La figura 7 es un diagrama de bloques de los componentes que forman el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención.

Descripción de una realización preferida

En la figura 1 se muestra una embarcación 2 que comprende el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención.

El sistema de propulsión comprende al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 que incluye un recubrimiento exterior 4, que puede ser rígido o flexible, y dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 puede rotar alrededor de su eje longitudinal 5.

La vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 también comprende al menos una aleta 6 capaz de operar rotando entre distintas posiciones y al menos dos zonas de succión 7 provistas de múltiples orificios.

La vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 también comprende un sistema de succión 10, que puede ser de tipo ventilador o equivalente para succionar parte del flujo de aire del extradós del perfil, y al menos una unidad de transmisión 8, que puede ser eléctrica o hidráulica para rotar la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 dotada de una unidad de potencia eléctrica o hidráulica 18, que acciona dicha unidad de transmisión 8.

Además, la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 está conectada a la cubierta de la embarcación 2 usando una estructura de soporte 17, que puede comprender un mecanismo de engranajes o una estructura con rodamientos, donde la estructura de soporte 17 es capaz de soportar el peso total y restringir el movimiento lateral de la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3.

En la figura 6 se ha representado una realización alternativa en la que la parte inferior de la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 comprende un soporte basculante 19, que permite que la vela que funciona por succión de un flujo de aire se pueda inclinar respecto a la vertical, es decir, es basculante respecto a un eje substancialmente horizontal, accionando un motor 20.

Como se puede apreciar en el diagrama de bloques de la figura 7, el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención también comprende una unidad de control 9 para controlar de manera autónoma la unidad de transmisión 8 y el sistema de succión 10 a partir de la información recibida desde una pluralidad de sensores 12, 13, 14, 15, o manualmente, mediante una unidad de control manual 16, tal como se describirá a continuación.

Para ello, la unidad de control 9 es accesible para usuarios para ajustar los modos autónomo o manual la propulsión eficaz proporcionada por la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3.

Tal como se ha indicado, el sistema de propulsión de acuerdo con la presente invención comprende una pluralidad de sensores, que se eligen entre los siguientes:

- un sensor de viento 12 para medir la velocidad y la dirección del viento, tal como un anemómetro para medir la velocidad y una veleta para medir la dirección, y/o un sensor inercial/inclinómetro para medir la inclinación del barco,

- un sensor de rotación 13 para saber en tiempo real la posición angular en la que se encuentra la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3 respecto al eje longitudinal 5 de la embarcación 2,

- un sensor de posición 14 para saber la posición de la aleta 6 entre sus posibles posiciones de operación, y

- un sensor de succión 15, que detecta la potencia y/o la presión para saber la potencia de succión proporcionada por el sistema de succión 10 aspirando a través de los orificios de las zonas de succión 7 para crear el correspondiente diferencial de presión entre la zona interna y externa de la vela que funciona por succión de un flujo de aire 3.

La unidad de control también comprende:

un sistema de captación de datos;

un procesador;

una lógica de control autónomo;

un sistema de accionamiento que envía una señal de accionamiento a la unidad de potencia y al sistema de succión;

una interfaz hombre-máquina de control/supervisión, es decir, un sistema de comunicación de control para introducción al control autónomo y supervisar los resultados obtenidos; una interfaz hombre-máquina para pilotaje manual.

El sistema de captación de datos, formado por dichos sensores 12, 13, 14, 15, permite la monitorización de variables de entorno, tal como el viento, la presión atmosférica, la temperatura y la humedad), variables de operación (velocidad de rotación, presión interior, dirección del flujo).

La unidad de control también permite la monitorización de variables de un sistema de referencia (la embarcación), tales como la velocidad, la posición, la unidad inercial y la caracterización de unidad de propulsión (revoluciones, caudal, par de torsión y fuerza de propulsión).

La unidad de control 9, donde se reciben todos los datos y se procesan para obtener la solución óptima de control es la encargada además de generar un indicador de salud del sistema, de cara a un mantenimiento predictivo.

A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el sistema de propulsión descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de propulsión para embarcaciones, que comprende al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire (3), comprendiendo dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) un sistema de succión (10) y una unidad de transmisión (8) para accionar la rotación de dicha al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire (3),

caracterizado por que la al menos una vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) también comprende una pluralidad de sensores (12, 13, 14, 15) conectados a una unidad de control (9), cuya unidad de control determina la operación del sistema de succión (10) y de la unidad de transmisión (8).

2. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de sensores comprende al menos un sensor de viento (12).

3. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicha pluralidad de sensores comprende al menos un sensor de rotación (13) de la vela que funciona por succión de un flujo de aire (3).

4. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) comprende una aleta (6) y dicha pluralidad de sensores comprende al menos un sensor de posición (14) de dicha aleta (6).

5. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de sensores comprende al menos un sensor (15), que detecta la potencia y/o la presión para determinar la potencia de succión proporcionada por el sistema de succión (10).

6. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha unidad de control (9) comprende una interfaz de usuario (11).

7. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de propulsión también comprende una unidad de control manual (16) conectada a dicho sistema de succión (10) y a dicha unidad de transmisión (8).

8. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) comprende un recubrimiento exterior (4) rígido o flexible.

9. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha unidad de transmisión (8) está situada en el extremo inferior de la vela que funciona por succión de un flujo de aire (3).

10. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) comprende una estructura de soporte (17) en su extremo inferior.

11. Sistema de propulsión para embarcaciones de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la parte inferior de la vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) comprende un soporte basculante (19), haciendo que la vela que funciona por succión de un flujo de aire (3) bascule respecto a un eje substancialmente horizontal.