ES1302771U - Sistema de producción de energía eléctrica para salidas de unidades de tratamiento de agua y aire - Google Patents

Abstract

Sistema de producción de energía eléctrica para salidas (1) de unidades de tratamiento de agua y aire, tales como torres de refrigeración, condensadores evaporativos, evaporadores atmosféricos, otros sistemas de enfriamiento de agua y aire o equipos frigoríficos de fábricas y edificios, caracterizado por que está constituido a partir de una estructura portante (5) en la que se establece al menos un eje (3) de giro vinculado a una o más palas (2) accionables por efecto del flujo de aire saliente a través de la salida (1), eje (3) de giro asociado a, al menos, un generador (4) para la producción de energía eléctrica, de forma que las palas (2) están dispuestas perpendiculares al flujo de aire saliente para captar su máxima energía cinética.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de producción de energía eléctrica para salidas de unidades de tratamiento de agua y aire

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a un sistema que ha sido especialmente concebido para el aprovechamiento de la energía cinética del aire de salida de torres de refrigeración, condensadores evaporativos, evaporadores atmosféricos y otras unidades de tratamiento de agua (enfriadoras), así como de unidades tratamientos de aire (climatizadoras), instaladas en fábricas preferentemente para enfriar agua de refrigeración de procesos varios o calentar/ enfriar aire de equipos frigoríficos o climatización, así como en edificios comerciales y administrativos, sin descartar viviendas.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es proporcionar un sistema que permita recuperar en forma de energía eléctrica la mayor parte de la energía cinética del aire de salida de unidades de tratamiento de agua y/o aire, energía cinética que actualmente se pierde, tanto en grandes corrientes de aire, generadas en estos equipos por los ventiladores incorporados de intercambio calorífico, como en pequeñas y medianas, corrientes que además suelen ser de flujo constante y por largos periodos de tiempo.

Concretamente, la presente invención posibilita la transformación de esa energía cinética del flujo de aire de salida de unidades de tratamiento de aire en energía eléctrica, de corriente continua o alterna, permitiendo reducir de esta forma la factura eléctrica asociada a este tipo de instalaciones.

La invención proporciona por tanto un sistema de bajo coste para el aprovechamiento de hasta el 80% de la potencia inicial de la corriente del aire al instalar en serie varios sistemas de palas, ya sean horizontales o verticales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el ámbito de aplicación práctica de la invención de los sistemas tales como torres de refrigeración, condensadores evaporativos y otras unidades de tratamiento de agua y/o aire, se da la circunstancia de que ofrecen una salida de aire constante y unidireccional, cuya energía cinética se desaprovecha completamente.

Si bien existe una gran variedad de sistemas para la captura de la energía cinética del aire según la velocidad del viento y su dirección, hasta ahora estos sistemas jamás han sido implantados en este tipo de instalaciones de tratamiento de agua y/o aire para reaprovechar dicha energía cinética, con la consecuente pérdida energética y económica que ello supone.

Dentro de este tipo de dispositivos pueden citarse los aerogeneradores de eje horizontal como los molinos tipo manchego, holandés, de rotor de 1, 2, 3 palas y los multi-pala con unas velocidades de aire de salida de 5 a 12 m/s normalmente y con el rotor a barlovento o sotavento.

Las palas suelen ser de paso fijo o variable acopladas en el buje. El multiplicador es normalmente de ejes planetarios o de acoplamiento cónico. Además, incluyen control de orientación activos con servomecanismos con sensores de dirección del viento o pasivos, como la veleta y la aleta estabilizadora.

Aparte son conocidos aerogeneradores de eje vertical como los de tipo Savonius, Darrieus y otros como los Vortex.

Casi todos ellos se instalan en solitario o en parques eólicos siendo sistemas de velocidad constante con tipo de generador asíncrono y asíncrono con doble bobinado o bien de velocidad variable con tipo de generador asíncrono, asíncrono bobinado, asíncrono bobinado y cascada hiper-síncrona o síncrono.

Todos ellos dependen de la velocidad variable del viento y su dirección, estando parados a veces por falta de viento y otras por exceso, de manera que su rendimiento es muy variable.

Para los aerogeneradores de eje horizontal, la potencia captada viene definida por la siguiente ecuación:

P^captada — C^p 1/2 ^A V ³

Siendo Cp el coeficiente de potencia, p la densidad del aire, A la superficie del viento interceptada por las palas del aerogenerador en m2 y v la velocidad incidente del viento en m/s.

El límite de Betz (que indica la fracción de energía cinética de una corriente de aire convertida en energía cinética de rotación en el rotor de un aerogenerador) de 0.5925 nos determina la máxima potencia que se puede obtener, en teoría, de una corriente de aire con una aero-turbina ideal, es decir nunca se puede superar el 59.25% de la potencia del viento incidente.

Teniendo presente estos aspectos y la tipología de aerogeneradores de palas conocidos, el solicitante de la presente invención detecta la necesidad de desarrollar un sistema para el máximo aprovechamiento de la energía cinética de las corrientes de salida de aire de los ventiladores asociados a las unidades de tratamiento de agua y/o aire, energía cinética que actualmente se desperdicia.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema de generación de energía eléctrica para estas salidas de unidades de tratamiento de agua y/o aire viene a llenar el vacío técnico anteriormente descrito, en base a una solución sencilla, pero de gran eficacia.

Para ello, partiendo de una conducción de salida de aire de estas unidades de tratamiento de agua y/o aire, tales como torres de refrigeración, condensadores evaporativos, evaporadores atmosféricos y otros sistemas de enfriamiento de agua o aire de equipos o frigoríficos de fábricas y edificios, comerciales o residenciales, la invención se centra en el hecho de se consigue aprovechar dicho flujo de aire saliente y desaprovechado en el accionamiento de, al menos, un aerogenerador por salida de aire para la producción de energía eléctrica.

De forma más concreta, el sistema de producción de energía eléctrica reivindicado está constituido por, al menos un aerogenerador, ya sea de eje vertical o de eje horizontal (distinta configuración de palas), que se vincula a la conducción de salida de aire a través de una estructura portante que evita la generación de vibraciones y reparte el peso del sistema uniformemente. Así, sobre la estructura portante se establece un eje de giro, o varios en paralelo según diámetro de la salida del aire, vinculado a una o más palas (de eje horizontal o vertical) accionables por efecto del flujo de aire saliente a través de la salida de la unidad de tratamiento de aire/agua, estando el eje de giro asociado a un generador, y las palas dispuestas preferentemente de forma perpendicular al flujo de aire saliente, para captar su máxima energía cinética. En este sentido, el flujo de aire provoca el giro de las palas, el cual se transmite por el eje de giro al generador para la producción de energía eléctrica.

Así pues, el aerogenerador (es decir, el conjunto integrado por unas palas, un eje de rotación y un generador) puede ser de cualquier tipo existente en el mercado, de modo que el requisito básico es que éste se adapte mecánicamente a la sección de salida de la corriente del aire para que el flujo de aire saliente recorra la mayor superficie posible del aerogenerador y, de esta forma obtener el máximo rendimiento de captura posible.

Por norma general este tipo de conducciones de salida de las unidades de tratamiento de aire suelen presentar diámetros o anchuras que van comprendidos entre los 0,5 m y los 5 m de diámetro, sin descartar unos tamaños mayores, con caudales de aire de salida constantes.

Opcionalmente, podría instalarse más de un aerogenerador en serie/cascada dispuestos en serie con respecto al primer aerogenerador, de forma que la salida del aire de un aerogenerador sirva para uno o varios aerogeneradores “aguas abajo”. Y todo ello según el límite de Betz para aprovechar al máximo la energía cinética del aire impulsado por los ventiladores de los equipos de tratamiento de agua/aire.

También de forma opcional, cuando la salida de aire es vertical, a la misma podría acoplarse una conducción a modo de codo, que permita redirigir el flujo de aire en orden a que éste adopte una dirección horizontal, para poder utilizar ciertos tipos de aerogeneradores que solo admiten flujos en esta dirección.

Solo resta señalar por último que, al estar el sistema de la invención instalado en fábricas, instituciones, comercios e incluso edificios de viviendas, la energía generada mediante el uso de aerogeneradores podría consumirse “in situ”, simplificando la gestión eléctrica de dicha energía generada y derivando en un ahorro económico al reducirse el consumo de red.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con sendos ejemplos preferentes de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en alzado frontal de un sistema de generación de energía eléctrica para salidas de aire de unidades de tratamiento de agua y/o aire realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención, en una variante de realización en la que el sistema se instala de forma directa sobre una torre de refrigeración, condensador evaporativo u otra unidad de tratamiento de agua y/o aire.

La figura 2.- Muestra una vista en alzado lateral de una variante de realización del sistema de la invención, en la que en el sistema participa adicionalmente un codo que permite redirigir el flujo de aire de forma horizontal, es decir, perpendicularmente a la dirección inicial del flujo de salida, para el empleo de sistemas aerogeneradores de palas de eje horizontal o vertical.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse cómo el sistema de la invención es aplicable en cualquier conducción de salida (1) de corrientes de aire, ya sean salidas verticales, como en las figuras, u horizontales, tal como puede ser una torre de refrigeración, un condensador evaporativo, u otra unidad de tratamiento de aire (UTA).

Pues bien, de acuerdo ya con la invención, se ha previsto que en el sistema participe una estructura portante (5) en la que se establece un eje (3) de giro vinculado a palas (2) grandes, o varios ejes (3) con palas (2) pequeñas, según diámetro de la salida (1), palas (2) accionables por el efecto del flujo de aire saliente a través de la salida (1). En el ejemplo de realización elegido las palas (2) son de eje horizontal, como pueden ser de tipo Savonius, Darrieus y otros como los Vortex, si bien podría ser igualmente un sistema de palas de eje vertical, que se vincule igualmente a una estructura portante (5) mediante la que dicho sistema de palas (2) quede enfrentado a la salida (1) de aire. Tal y como se observa en la realización de la figura 1, las palas (2) son accionadas por el efecto del flujo de aire saliente a través de la salida (1), y están vinculadas a un eje (3) de giro horizontal asociado a un generador (4) eléctrico para la producción de energía eléctrica.

De esta forma, la palas (2) permiten capturar la máxima potencia del flujo de aire a la salida (1) de la unidad de tratamiento de agua o aire, tal como una torre de refrigeración, un condensador evaporativo o cualquier otro equipo que produzca un flujo de aire de entrada o salida.

Tal y como se muestra en la figura 1, el aprovechamiento de la energía del flujo de aire saliente puede optimizarse incluyendo una segunda estructura portante, no representada en la figura 1, con palas (2’) vinculadas a un eje (3’) o varios y un generador (4’), elementos dispuestos en serie con respecto a la primera estructura portante (5), constituyendo un segundo sistema aerogenerador “aguas abajo”, ya sea de un eje (3’) o varios, vertical u horizontal, para aprovechar al máximo el resto de la potencia del flujo de aire de salida, potencia semi-agotada tras haber atravesado el flujo de aire el primer sistema de palas (2).

De acuerdo con la variante de realización de la figura 2, ante una chimenea o salida (1) de aire (1), a la hora de aprovechar equipos aerogeneradores de palas diversas de eje horizontal o vertical y de accionamiento mediante un flujo de aire horizontal, se ha previsto que el sistema se pueda complementar con una conducción de redireccionado del flujo de aire saliente, materializada en un codo (6) de 90°, acoplable a la salida (1) de aire vertical, codo (6) que se remata en un tramo (8) canalizador optativo horizontal que queda enfrentado a las palas (2) convenientemente soportadas, al redirecccionar horizontalmente el flujo de aire hacia el equipo aerogenerador de eje horizontal o vertical clásicos de las corrientes naturales de aire horizontales.

Tal y como se ha dicho con anterioridad, la invención es susceptible de adaptarse a todo tipo de sistemas de aerogeneración existentes en el mercado, tanto desde el punto de vista de ejes de giro de sus palas como de número de éstas, sistemas multi-palas, multi-rotor, posición de éste a barlovento o sotavento, palas de paso fijo, palas de paso variable, etc.

A partir de esta estructuración es posible aprovechar hasta el 83,39 % de la potencia del flujo de aire expulsado por la instalación de que se trate, mediante una instalación en la que participan dos aerogeneradores en cascada, como la que muestra la figura 1, todo lo que supone un ahorro energético muy importante, a la vista del actual precio de la energía eléctrica.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1§.- Sistema de producción de energía eléctrica para salidas (1) de unidades de tratamiento de agua y aire, tales como torres de refrigeración, condensadores evaporativos, evaporadores atmosféricos, otros sistemas de enfriamiento de agua y aire o equipos frigoríficos de fábricas y edificios, caracterizado por que está constituido a partir de una estructura portante (5) en la que se establece al menos un eje (3) de giro vinculado a una o más palas (2) accionables por efecto del flujo de aire saliente a través de la salida (1), eje (3) de giro asociado a, al menos, un generador (4) para la producción de energía eléctrica, de forma que las palas (2) están dispuestas perpendiculares al flujo de aire saliente para captar su máxima energía cinética.

2§.- Sistema de producción de energía eléctrica para salidas (1) de unidades de tratamiento de agua y aire, según reivindicación 1§, caracterizado por que incluye una segunda estructura portante con palas (2’) vinculadas a, al menos, un eje (3’) y a, al menos, un generador (4’) dispuestos en serie con respecto a la primera estructura portante (5) para el aprovechamiento de la energía cinética del aire de salida de las primeras palas (2).

3§.- Sistema de producción de energía eléctrica para salidas de unidades de tratamiento de agua y aire, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que presenta un codo (6) de 90° acoplable a la salida (1), codo (6) que se remata en un tramo (8) que queda enfrentado a las palas (2).