ES1308744U - Cilindro hidrostatico de doble efecto - Google Patents
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Abstract
Recinto cilíndrico donde un fluido en estado líquido con presión hidrostática desplaza en ambos sentidos un émbolo interior (7) con pistón único (10) que se desplaza desde la cámara anterior (6) donde se sitúa la posición de inicio hacia la cámara posterior (5) donde se sitúa la posición final de su recorrido.
Description
DESCRIPCIÓN
CILINDRO HIDROSTÁTICO DE DOBLE EFECTO
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se enmarca dentro del sector de la técnica relacionado con los elementos mecánicos.
Presenta un cilindro de doble efecto accionado por la presión hidrostática que presenta el agua a las entradas de las cámaras anterior o posterior debido a la profundidad con respecto al nivel superior de la acumulación a la que se ha instalado el cilindro.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los cilindros de doble efecto existentes en el mercado son accionados por la entrada forzada por medio de bombas de algún tipo de fluido, llámese aire, agua o aceite.
La presente invención propone un cilindro de doble efecto que aprovecha la presión hidrostática del agua cuando se presenta en las tuberías de entradas del cilindro debido a la profundidad a la que se encuentra el mismo con respecto al nivel en superficie.
Por tanto, no necesita ninguna bomba auxiliar que fuerce la entrada y la salida de agua para desplazar el émbolo y realizar su trabajo.
A mayor profundidad que se instale el cilindro, mayor será la presión de entrada y por tanto, mayor será el trabajo que pueda desarrollar.
El cilindro no está sumergido en el agua sino que se instala en terreno seco a una determinada profundidad desde donde se instalan tuberías por donde circula el agua a presión hasta las entradas al cilindro.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El cilindro hidrostático de doble efecto tiene al menos 4 entradas de agua con sus respectivas válvulas de control y al menos dos salidas con sus respectivas válvulas de control.
El ciclo del cilindro hidrostático sería el siguiente:
a) Las válvulas de entrada de agua de la cámara anterior se abren, la válvula de salida de la cámara anterior se cierra, las válvulas de entrada de la cámara posterior se cierran y la válvula de salida de la cámara posterior se abre. El agua con presión hidrostática comienza a entrar en la cámara anterior haciendo desplazar el émbolo mientras el agua en la cámara posterior es forzada a salir.
b) Al finalizar el émbolo su recorrido, la cámara anterior está llena de agua a presión y la cámara posterior está vacía.
c) Ahora el proceso se invierte. Las válvulas de entrada de agua de la cámara anterior se cierran, la válvula de salida de la cámara anterior se abre, las válvulas de entrada de la cámara posterior se abren y la válvula de salida de la cámara posterior se cierra. El agua con presión hidrostática comienza a entrar en la cámara posterior haciendo desplazar el émbolo en sentido contrario mientras el agua en la cámara anterior es forzada a salir.
d) Al finalizar el émbolo su recorrido, la cámara posterior está llena de agua a presión y la cámara anterior está vacía de agua y el ciclo vuelve a repetirse.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
(FIG. 1). Muestra el detalle de un cilindro hidrostático con cuatro entradas de agua y dos de salida. Se detallan las cámaras anterior (6) y posterior (5) del cilindro, las entrada de agua a la cámara anterior (1a) (1b) y sus respectivas válvulas de control (1) (1c), la salida de agua de la cámara anterior (3a) y su válvula de control (3), las entradas de agua a la cámara posterior (2a) (2b) y sus respectivas válvulas de control (2) (2c), la salida de agua de la cámara posterior (4a) y su válvula de control (4), el émbolo (7), el pistón (10), el radio del cilindro hidrostático (8), la carrera del cilindro (8a), el diámetro de las tuberías de entrada de agua (9), el diámetro de las tuberías de salida (9a), las tuberías de entrada de agua (11) (12) y la tubería de salida de agua (13).
(FIG. 2). Muestra el detalle de un cilindro hidrostático acoplado a un mecanismo piñóncremallera que sirve de ayuda para entender mejor la aplicación de la invención a la generación de energía eléctrica. Se detallan la cremallera (14) acoplada al pistón (10), el piñón (15) con su soporte (18) engranado a la cremallera que se desliza sobre unas guías (17), el eje (16), la longitud de la cremallera (19) y las tuberías de entrada (11) (12) y de salida de agua (13).
(FIG. 3). Muestra el esquema de una central eléctrica reversible y que sirve de ayuda para entender mejor la aplicación de la invención a la generación de energía eléctrica. En esta figura se detallan las tuberías de entrada de agua (11) (12) situadas a una determinada profundidad (20), la tubería de salida de agua (13) sobre el nivel de agua en superficie y un cilindro hidrostático acoplado al mecanismo piñón-cremallera con las tuberías de entrada y salida (11) (12) (13) y un generador (21) acoplado al piñón (15).
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Para demostrar la viabilidad teórica del uso de la presente invención se muestra a continuación su aplicación a la generación de energía eléctrica de forma reversible en un embalse.
En particular se presenta la construcción de un cilindro hidrostático con las características que a continuación se detallan acoplado a un mecanismo piñóncremallera (14) (15) para demostrar que puede generar una potencia teórica de alrededor de 34 MW en cada sentido de recorrido del émbolo:
a) Cuatro entradas y dos salidas de agua: dos entradas (11) (12) y una salida (13) en cada cámara del cilindro: anterior (6) y posterior (5)
b) Profundidad de la instalación (20): H = 10 m
c) Diámetro del cilindro hidrostático (8): 4 m
d) Carrera del cilindro hidrostático (8a): C = 5 m
e) Profundidad de las tuberías de entrada de agua (11) (12): 10 m
f) Salida de la tubería de desagüe (13) sobre el nivel máximo del embalse: 1 m
g) Diámetro de las tuberías de entrada de agua al cilindro (9) (1a) (1b) (2a) (2b): 0,2 m
h) Diámetro de las tuberías de salida de agua del cilindro (9a) (3a) (4a): 0,2 m
Las entradas de agua a las cámaras anterior (1a) (1b) y posterior (2a) (2b) hacen desplazarse el pistón (10) con la cremallera acoplada (14) describiendo un movimiento lineal alternativo que se convierte en circular en el piñón (15).
Las salidas de agua del cilindro se realizan de forma forzada cuando tras abrir las válvulas de salida (3) (4), el émbolo (7) fuerza al agua a salir por la tubería de desagüe (13). El agua sale a través de esta tubería a 1 metro sobre el nivel máximo de agua del embalse para ser reutilizada.
El piñón (15) está finalmente acoplado o directamente al eje del generador eléctrico (16), o a éste, a través de algún mecanismo de transformación de velocidad angular para ajustarla a los parámetros del generador.
Con estos parámetros, la presión de agua en atmósferas en cada una de las entradas según la profundidad de la instalación, H, sería:
P=(0,1H)+1 =( 0,1 -10 m) 1= 2atm
La superficie del émbolo (7) sería:
Por tanto, la fuerza que las dos entradas de agua ejercen en el émbolo en la cámara posterior (5) sería:
Según el teorema de Torricelli, la velocidad del agua por las tuberías de entrada al cilindro (11) (12) sería:
Por otro lado, la fuerza máxima que ejerce la columna de agua presente en la tubería de salida (13) sobre el émbolo (7) en la cámara anterior (6) cuando se abre su válvula de salida (3) sería:
De esta forma, la potencia teórica que el cilindro hidrostático puede generar en la cámara posterior (5) sería:
La potencia teórica que se genera cuando entra el agua a la cámara anterior (6) será algo inferior puesto que habrá que descontar la superficie del pistón de la superficie del émbolo.
La carrera del cilindro hidrostático (8a) y la longitud de la cremallera (19) deben ser iguales. Cuanto mayor sea la carrera del cilindro, mayor será el tiempo que la instalación está generando a la misma potencia teórica antes de volver a repetir el ciclo en sentido inverso. Con los parámetros anteriores, el tiempo de recorrido que es el mismo que el tiempo de llenado, sería:
Se podría mejorar la potencia teórica:
a) Instalando y sincronizando más de un cilindro hidrostático
b) Aumentando la profundidad de la instalación (20)
c) Aumentando el radio del cilindro hidrostático (8)
d) Aumentando el número de entradas de agua al cilindro
El cálculo anterior muestra el rendimiento teórico de la instalación, no se han tenido en cuenta las pérdidas en el sistema, pero la potencia teórica generada parece lo suficientemente elevada como para hacer pensar que una vez se calcule el rendimiento real, sea viable el uso de la presente invención aplicada a la generación eléctrica.
Qué ventajas aportaría el uso de la presente invención frente a la tecnología usada en una central hidroeléctrica reversible convencional:
a) No requeriría salto de agua para generar energía eléctrica
b) No requeriría bombas para reutilizar el agua
Claims (5)
1. Recinto cilindrico donde un fluido en estado líquido con presión hidrostática desplaza en ambos sentidos un émbolo interior (7) con pistón único (10) que se desplaza desde la cámara anterior (6) donde se sitúa la posición de inicio hacia la cámara posterior (5) donde se sitúa la posición final de su recorrido.
2. Recinto cilíndrico, según la reivindicación 1, donde se sitúan al menos dos entradas de fluido en estado líquido con presión hidrostática (1a) (1b) situadas entre la tapa (culata) de la cámara anterior (6) y la posición de inicio del pistón, lo más próximas a la tapa (culata) de la cámara anterior (6) para maximizar el recorrido del pistón y controladas por sus respectivas válvulas (1) (1c).
3. Recinto cilíndrico, según la reivindicación 1, donde se sitúan al menos dos entradas de fluido en estado líquido con presión hidrostática (2a) (2b) situadas entre la posición final del pistón y la tapa (culata) de la cámara posterior (5), lo más próximas a ésta última (5) para maximizar el recorrido del pistón y controladas por sus respectivas válvulas (2) (2c).
4. Recinto cilíndrico, según la reivindicación 1, donde se sitúan al menos una salida de fluido en estado líquido (3a) situada entre la tapa (culata) de la cámara anterior (6) y la posición de inicio del pistón, lo más próxima a la tapa (culata) de la cámara anterior (6) para maximizar el recorrido del pistón y controlada por una válvula (3).
5. Recinto cilíndrico, según la reivindicación 1, donde se sitúan al menos una salida de fluido en estado líquido (4a) situada entre la posición final del pistón y tapa (culata) cámara posterior (5), lo más próxima a ésta última (5) para maximizar el recorrido del pistón y controlada por una válvula (4).
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- 2023-07-24 ES ES202331368U patent/ES1308744U/es not_active Revoked
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