ES2948017B2 - Submerged kinetic energy tidal generator - Google Patents
Submerged kinetic energy tidal generatorInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Generador mareomotriz de energía cinética sumergido Submerged kinetic energy tidal generator
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención pertenece al campo de la generación renovable de energía aprovechando la fuerza de las mareas. The present invention belongs to the field of renewable energy generation taking advantage of the force of the tides.
El objeto de la presente invención es un novedoso generador cinético mareomotriz sumergido. The object of the present invention is a novel submerged tidal kinetic generator.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Durante las últimas tres décadas, el coste de los combustibles fósiles ha aumentado de forma dramática. Por otra parte, en los últimos años, los científicos han comenzado a reconocer los efectos perjudiciales sobre el entorno de las emisiones de hidrocarburos asociadas a la utilización de combustibles fósiles. Dichos factores han llevado a un aumento del interés en las formas de producción de energía renovables y seguras en cuanto al entorno, entre las que se incluyen la fotoelectricidad, la energía solar térmica, la energía geotérmica, la energía eólica y la hidroelectricidad. Over the past three decades, the cost of fossil fuels has increased dramatically. On the other hand, in recent years, scientists have begun to recognize the harmful effects on the environment of hydrocarbon emissions associated with the use of fossil fuels. These factors have led to an increase in interest in renewable and environmentally safe forms of energy production, including photoelectricity, solar thermal energy, geothermal energy, wind energy and hydroelectricity.
Las mareas en el mar se deben a las fuerzas gravitatorias de la luna y del sol. Masas ingentes de agua son impulsadas hacia atrás y hacia delante y forman el flujo y reflujo. Estas olas se mueven hacia el oeste como consecuencia de la rotación de la tierra y tienen una altura de ola en los principales océanos de unos pocos metros. Sin embargo, pueden producirse intervalos de mareas mayores cuando estas olas entran en zonas restringidas. Un ejemplo de lo anterior es el Canal de la Mancha, con hasta 15 metros de diferencia entre la marea alta (en adelante pleamar) y la marea baja (en adelante bajamar). La elevación y el descenso rítmicos de la superficie del mar están regidos por las fuerzas gravitatorias de los cuerpos celestes y, por tanto, se pueden calcular con mucho tiempo de antelación. Por tanto, a diferencia del viento y de las olas, que se controlan mediante procesos geofísicos inestables, el componente astronómico de las corrientes de mareas es una fuente de energía estable y previsible. The tides in the sea are due to the gravitational forces of the moon and the sun. Huge masses of water are pushed back and forth and form the ebb and flow. These waves move westward as a result of the Earth's rotation and have a wave height in the main oceans of a few meters. However, longer tidal ranges can occur when these waves enter restricted areas. An example of the above is the English Channel, with up to 15 meters of difference between the high tide (hereinafter high tide) and the low tide (hereinafter low tide). The rhythmic rise and fall of the sea surface is governed by the gravitational forces of the celestial bodies and can therefore be calculated long in advance. Therefore, unlike wind and waves, which are controlled by unstable geophysical processes, the astronomical component of tidal currents is a stable and predictable source of energy.
La diferencia de alturas de la superficie marina entre pleamares y bajamares, o/y viceversa entre bajamares y pleamares, con la enorme cantidad de masa de agua que contienen los mares es una gigantesca e inagotable fuente de energía potencial. Para poder aprovechar toda esta energía hay que convertirla en energía cinética, primero represando la masa de agua, después conduciéndola a través de un tubo como ya se hace en los saltos de agua tradicionales, en los molinos de marea y en los embalses de marea. The difference in heights of the sea surface between high tides and low tides, or/and vice versa between low tides and high tides, with the enormous amount of water mass that the seas contain is a gigantic and inexhaustible source of potential energy. In order to take advantage of all this energy, it must be converted into kinetic energy, first by damming the mass of water, then conducting it through a tube as is already done in traditional waterfalls, in tide mills and in tide reservoirs.
El inconveniente de este tipo de generadores mareomotrices es que necesitan accidentes naturales (golfos, bahías o estuarios) que no proliferan mucho puesto que además las zonas con mayor potencial generador son aquellas donde la diferencia de altura entre bajamar y pleamar es muy grande. Por otro lado también es importante el impacto ambiental y ecológico que supone para dichos espacios y un obstáculo para el paso de embarcaciones. The drawback of this type of tidal generators is that they require natural features (gulfs, bays or estuaries) that do not proliferate much since the areas with the greatest generating potential are those where the difference in height between low tide and high tide is very large. On the other hand, the environmental and ecological impact it has on these spaces and an obstacle to the passage of boats is also important.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención describe un generador cinético mareomotriz sumergido que resuelve los inconvenientes anteriores gracias a que está específicamente diseñado para operar completamente sumergido bajo el nivel del mar. Es más, la profundidad de operación de este nuevo generador puede elegirse en función de las necesidades de cada aplicación. Ello permite generar energía sin interferir en el tráfico marítimo ni generar ningún impacto ambiental o ecológico. The present invention describes a submerged tidal kinetic generator that solves the above drawbacks thanks to the fact that it is specifically designed to operate completely submerged below sea level. What's more, the operating depth of this new generator can be chosen based on the needs of each application. This allows energy to be generated without interfering with maritime traffic or generating any environmental or ecological impact.
El generador eléctrico mareomotriz sumergido de la presente invención comprende fundamentalmente los siguientes elementos: camisa, émbolo y membrana. A continuación, se describe cada uno de estos elementos con mayor detalle. The submerged tidal electric generator of the present invention fundamentally comprises the following elements: jacket, piston and membrane. Each of these elements is described in greater detail below.
a) Camisa a) Shirt
Se trata de una camisa hermética cerrada por ambos extremos y configurada para su disposición completamente por debajo del nivel del mar incluso en bajamar. La camisa puede estar hecha de cualquier material capaz de soportar las presiones a las que estará sometida durante su vida útil a la profundidad a la que vaya a ser instalada, como por ejemplo de hormigón. Además, de acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, la camisa será cilíndrica con paredes superior e inferior abovedadas. En cuanto a su orientación, naturalmente la orientación más eficiente es la orientación vertical. This is an airtight jacket closed at both ends and configured for disposal completely below sea level even at low tide. The sleeve can be made of any material capable of withstanding the pressures to which it will be subjected during its useful life at the depth at which it will be installed, such as concrete. Furthermore, according to a particularly preferred embodiment of the invention, the jacket will be cylindrical with domed top and bottom walls. Regarding its orientation, naturally the most efficient orientation is the vertical orientation.
En un extremo superior de la camisa se dispone un puerto de despresurización de la cámara superior. En este contexto, el término“extremo superior1’se refiere a la zona más alta de la camisa, pudiendo el puerto de despresurización estar dispuesto en la parte alta de la pared lateral de la camisa o bien en la propia pared superior. El concepto subyacente es que el puerto de despresurización esté en todo momento situado a una altura mayor que el émbolo. El puerto de despresurización podrá conectarse a un conducto de despresurización conectado con la atmósfera por encima del nivel del mar. At an upper end of the jacket there is a depressurization port for the upper chamber. In this context, the term “upper end1” refers to the highest area of the jacket, and the depressurization port may be arranged in the upper part of the side wall of the jacket or in the upper wall itself. The underlying concept is that the depressurization port is at all times located at a higher height than the plunger. The depressurization port may be connected to a depressurization duct connected to the atmosphere above sea level.
A su vez, en un extremo inferior de la camisa se dispone un puerto de entrada/salida de agua a la cámara inferior. En este contexto, el término“extremo inferior’se refiere a la zona más baja de la camisa, pudiendo el puerto de entrada/salida de agua estar dispuesto en la parte baja de la pared lateral de la camisa o bien en la propia pared inferior. De nuevo, el concepto subyacente es que el puerto de entrada/salida de agua esté en todo momento situado a una altura menor que el émbolo. In turn, at a lower end of the jacket there is a water inlet/outlet port to the lower chamber. In this context, the term "lower end" refers to the lowest area of the jacket, and the water inlet/outlet port may be arranged in the lower part of the side wall of the jacket or in the lower wall itself. . Again, the underlying concept is that the water inlet/outlet port is at all times located at a lower height than the plunger.
b) Émbolo b) Plunger
Se trata de un émbolo desplazable a lo largo de la camisa de tal modo que separa un volumen interior de la camisa en una cámara superior y una cámara inferior sin comunicación fluida entre ellas. Así, durante el uso del generador de la invención, la cámara superior está llena de aire y la cámara inferior está llena de agua. Gracias al puerto de presurización, la cámara superior estará siempre a la presión atmosférica, mientras que el puerto de entrada/salida de agua asegura que la cámara inferior estará a la presión que corresponda según la profundidad de instalación. It is a piston that can move along the jacket in such a way that it separates an interior volume of the jacket into an upper chamber and a lower chamber without fluid communication between them. Thus, during use of the generator of the invention, the upper chamber is filled with air and the lower chamber is filled with water. Thanks to the pressurization port, the upper chamber will always be at atmospheric pressure, while the water inlet/outlet port ensures that the lower chamber will be at the corresponding pressure according to the installation depth.
En principio, el émbolo podría tener cualquier forma siempre que pueda deslizar a lo largo de la dirección longitudinal de la camisa de una manera hermética, es decir, de manera que no haya pérdidas de agua desde la cámara inferior hacia la cámara superior. Por ejemplo, en una realización particularmente preferida de la invención el émbolo tiene unas superficies superior e inferior de forma semiesférica. Entre ambas superficies semiesféricas, el émbolo puede tener un tramo cilíndrico. In principle, the plunger could have any shape as long as it can slide along the longitudinal direction of the jacket in a hermetic manner, i.e. so that there is no loss of water from the lower chamber to the upper chamber. For example, in a particularly preferred embodiment of the invention the plunger has upper and lower surfaces of hemispherical shape. Between both hemispherical surfaces, the piston may have a cylindrical section.
Un émbolo con esta forma es ventajoso frente a la simple configuración cilindrica de los émbolos convencionales por los siguientes motivos. En la ecuación de equilibrio, Kg. / cm2 (SE)(peso) = Kg. / cm2 (SE)(presión), vemos, y por otro lado como nos dice la ecuación general de la hidrostática, que el peso del agua ha de ser igual al del émbolo. A plunger with this shape is advantageous over the simple cylindrical configuration of conventional plungers for the following reasons. In the equilibrium equation, Kg. / cm2 (SE)(weight) = Kg. / cm2 (SE)(pressure), we see, and on the other hand, as the general equation of hydrostatics tells us, that the weight of the water has to be equal to that of the plunger.
Suponiendo que el émbolo esté hecho de hormigón, al poner la ecuación anterior en función de las densidades y volúmenes (VaguaDagua=VémboloDémbolo, volumen por densidad de agua igual a volumen por densidad de émbolo) constatamos que con una base regular (superficie de aplicación SE), circular o cuadrada, la altura del émbolo es proporcional a la densidad. Dicho de otra forma, si la densidad del hormigón que conforma el émbolo es tres veces superior a la del agua marina, la altura del émbolo debería ser la tercera parte de la profundidad de trabajo, una altura claramente impracticable. Assuming that the plunger is made of concrete, by putting the previous equation as a function of the densities and volumes (VaguaDagua=VemboloDémbolo, volume times density of water equal to volume times density of piston) we verify that with a regular base (application surface SE ), circular or square, the height of the plunger is proportional to the density. In other words, if the density of the concrete that makes up the plunger is three times greater than that of seawater, the height of the plunger should be one third of the working depth, a height that is clearly impracticable.
Cuando la superficie de aplicación SE es una semiesfera ya no existe esta proporcionalidad, reduciéndose mucho la altura necesaria del émbolo y, por lo tanto, de todo el conjunto (generador cinético). When the application surface SE is a hemisphere, this proportionality no longer exists, greatly reducing the necessary height of the piston and, therefore, of the entire assembly (kinetic generator).
c) Membrana c) Membrane
Se trata de una membrana impermeable dispuesta entre la camisa y el émbolo para asegurar la estanqueidad entre las cámaras superior e inferior. Es decir, esta membrana está configurada de tal modo que evita que el agua de la cámara inferior pueda invadir la cámara superior. It is a waterproof membrane placed between the sleeve and the plunger to ensure tightness between the upper and lower chambers. That is, this membrane is configured in such a way that it prevents water from the lower chamber from invading the upper chamber.
En principio, la membrana podría adoptar cualquier forma siempre que asegure una correcta estanqueidad, aunque de acuerdo con una realización particularmente preferida de la presente invención la membrana adopta forma de manga cilindrica flexible con un primer extremo fijado a la camisa y un segundo extremo fijado al émbolo. Es decir, el primer extremo de la manga cilindrica se fija de manera hermética a una circunferencia de la superficie interior de la camisa, y el segundo extremo de la manga cilindrica se fija de manera hermética a una circunferencia de la superficie exterior del émbolo. In principle, the membrane could take any shape as long as it ensures correct sealing, although according to a particularly preferred embodiment of the present invention the membrane takes the form of a flexible cylindrical sleeve with a first end fixed to the jacket and a second end fixed to the plunger. That is, the first end of the cylindrical sleeve is tightly fixed to a circumference of the inner surface of the sleeve, and the second end of the cylindrical sleeve is tightly fixed to a circumference of the outer surface of the plunger.
Más concretamente, para la fijación de la membrana en forma de manga cilindrica a la camisa, preferentemente la superficie interior de la camisa comprende una primera ranura y el primer extremo de la membrana comprende un primer reborde anular configurado para alojarse de manera hermética en dicha primera ranura de la camisa. Por ejemplo, la primera ranura anular de la camisa podría estar ubicada en una zona intermedia de dicha camisa. More specifically, for fixing the membrane in the form of a cylindrical sleeve to the sleeve, preferably the inner surface of the sleeve comprises a first groove and the first end of the membrane comprises a first annular flange configured to be housed hermetically in said first sleeve slot. For example, the first annular groove of the sleeve could be located in an intermediate area of said sleeve.
Similarmente, para la fijación de la membrana en forma de manga cilíndrica al émbolo, preferentemente la superficie exterior del émbolo comprende una segunda ranura anular y el segundo extremo de la membrana comprende un segundo reborde anular configurado para alojarse de manera hermética en dicha segunda ranura del émbolo. Por ejemplo, la segunda ranura anular del émbolo podría estar ubicada en una zona intermedia de dicho émbolo. Similarly, for fixing the membrane in the form of a cylindrical sleeve to the plunger, preferably the outer surface of the plunger comprises a second annular groove and the second end of the membrane comprises a second annular rim configured to be housed tightly in said second groove of the plunger. For example, the second annular groove of the plunger could be located in an intermediate region of said plunger.
Además, el peso del émbolo en este nuevo generador está configurado para compensar la presión de la masa de agua que llena el compartimiento inferior. De ese modo, en bajamar, el émbolo queda ubicado a una primera altura de la camisa mientras que, en pleamar, el émbolo queda ubicado a una segunda altura de la camisa superior a la primera altura. Así, la entrada/salida de agua a la cámara inferior a través del puerto de entrada/salida de agua provocado por el desplazamiento del émbolo entre la primera y la segunda alturas es aprovechable para la generación de electricidad mediante una turbina. El desplazamiento de agua también podría servir para depurar agua en un sistema de osmosis inversa o una muela de un molino o para otras aplicaciones. Additionally, the weight of the plunger in this new generator is configured to compensate for the pressure of the mass of water filling the lower compartment. Thus, at low tide, the plunger is located at a first height of the sleeve while, at high tide, the plunger is located at a second height of the sleeve higher than the first height. Thus, the entry/exit of water to the lower chamber through the water entry/exit port caused by the displacement of the piston between the first and second heights is usable for the generation of electricity through a turbine. Water displacement could also be used to purify water in a reverse osmosis system or a mill wheel or for other applications.
Es decir, en este nuevo generador el émbolo se mantiene en todo momento a la misma altura por debajo del nivel del mar y, por tanto, su carrera a lo largo de la camisa tiene una longitud equivalente a la diferencia de altura entre bajamar y pleamar (por tanto, preferentemente la altura de la camisa será mayor que la diferencia de altura entre la bajamar y la pleamar en el lugar de la instalación). Todo ello sin necesidad de que sobresalga ningún elemento por encima del nivel del mar a excepción del extremo superior del conducto de despresurización, el cual puede ser flexible o tener un recorrido tal que no constituya ningún obstáculo visual o para la navegación. Para evitar que el conducto de despresurización suponga un obstáculo para la navegación puede fijarse, por ejemplo, a una boya existente. That is, in this new generator the piston is maintained at all times at the same height below sea level and, therefore, its stroke along the sleeve has a length equivalent to the difference in height between low tide and high tide. (therefore, preferably the height of the jacket will be greater than the difference in height between low tide and high tide at the installation site). All this without the need for any element to protrude above sea level except for the upper end of the depressurization duct, which can be flexible or have a route such that it does not constitute any visual or navigation obstacle. To prevent the depressurization duct from posing an obstacle to navigation, it can be fixed, for example, to an existing buoy.
La presente invención también está dirigida a un sistema de generación cinética mareomotriz que comprende una pluralidad de generadores cinéticos mareomotrices de acuerdo con la descripción anterior. Este sistema comprenderá además un conducto de agua conectado a la pluralidad de puertos de entrada/salida de agua de los respectivos generadores. Opcionalmente, este sistema puede comprender un conducto de despresurización único conectado a la pluralidad de puertos de despresurización de los respectivos generadores. Esta configuración permite generar una gran potencia eléctrica mediante el turbinado del flujo de agua que circula por el conducto de agua común a todos los generadores. The present invention is also directed to a tidal kinetic generation system comprising a plurality of tidal kinetic generators according to the above description. This system will further comprise a water conduit connected to the plurality of water inlet/outlet ports of the respective generators. Optionally, this system may comprise a single depressurization duct connected to the plurality of depressurization ports of the respective generators. This configuration makes it possible to generate great electrical power by turbineing the flow of water that circulates through the water conduit common to all the generators.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La Fig. 1 muestra sendas vistas exteriores en perspectiva de la camisa, el émbolo y la membrana de un ejemplo de generador cinético mareomotriz de acuerdo con la presente invención. Fig. 1 shows external perspective views of the jacket, the piston and the membrane of an example of a tidal kinetic generator according to the present invention.
La Fig. 2 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de generador cinético mareomotriz según la invención instalado bajo el nivel del mar. Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of an example of a tidal kinetic generator according to the invention installed below sea level.
La Fig. 3 muestra una vista más detallada de la sección longitudinal del ejemplo de generador cinético mareomotriz de la Fig. 2. Fig. 3 shows a more detailed view of the longitudinal section of the example tidal kinetic generator of Fig. 2.
La Fig. 4 muestra una vista aún más detallada de la sección longitudinal del ejemplo de generador cinético mareomotriz de la Fig. 2. Fig. 4 shows an even more detailed view of the longitudinal section of the example tidal kinetic generator of Fig. 2.
La Fig. 5 muestra una vista en perspectiva de un sistema de generación formado por una pluralidad de generadores cinéticos mareomotrices según la invención. Fig. 5 shows a perspective view of a generation system formed by a plurality of tidal kinetic generators according to the invention.
Las Figs. 6.1-6.3 muestran sendas vistas en sección longitudinal del ejemplo de generador cinético mareomotriz de la invención. The Figs. 6.1-6.3 show longitudinal section views of the example of tidal kinetic generator of the invention.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Las figuras adjuntas muestran diferentes vistas de los componentes del generador cinético mareomotriz de la presente invención. Como se puede apreciar, el generador comprende una camisa (1), un émbolo (2) y una membrana (3). The attached figures show different views of the components of the tidal kinetic generator of the present invention. As can be seen, the generator comprises a jacket (1), a piston (2) and a membrane (3).
La camisa (1) es un cuerpo cilíndrico de hormigón armado con una densidad superior a 2500 Kg/m3 cuyas paredes tienen un grosor suficiente para soportar las presiones a las que está sometido a la profundidad de instalación. La camisa (1) comprende fundamentalmente una pared lateral cilíndrica, una pared superior abovedada y una pared inferior abovedada. Las paredes superior e inferior abovedadas tienen en este ejemplo forma semiesférica con el propósito de soportar mejor las presiones a las que estarán sometidas durante su vida útil. La orientación de la camisa (1) es vertical, es decir, su eje longitudinal coincide con la dirección vertical, ya que esta orientación es naturalmente la que maximiza la energía captada por el generador. La altura de la camisa (1) es mayor que la diferencia de altura entre la bajamar y la pleamar, lo que asegura que el recorrido del émbolo (2) no llega a chocar con las paredes superior o inferior en ningún momento. The jacket (1) is a cylindrical body of reinforced concrete with a density greater than 2500 Kg/m3 whose walls are thick enough to withstand the pressures to which it is subjected at the installation depth. The jacket (1) fundamentally comprises a cylindrical side wall, a domed upper wall and a domed lower wall. In this example, the vaulted upper and lower walls have a hemispherical shape in order to better withstand the pressures to which they will be subjected during their useful life. The orientation of the jacket (1) is vertical, that is, its longitudinal axis coincides with the vertical direction, since this orientation is naturally the one that maximizes the energy captured by the generator. The height of the sleeve (1) is greater than the difference in height between low tide and high tide, which ensures that the path of the piston (2) does not collide with the upper or lower walls at any time.
El émbolo (2) tiene está en este ejemplo formado por tres tramos diferenciados: un tramo central cilíndrico y dos tramos respectivamente superior e inferior semiesféricos. El émbolo (2) está configurado para deslizar longitudinalmente a lo largo de la camisa (1) de manera estanca, dividiendo la camisa (1) en dos cámaras: una cámara superior (1.1) y una cámara inferior (1.2). Como se describirá con mayor detalle más adelante, durante la vida útil del generador la cámara superior (1.1) estará llena de aire y la cámara inferior (1.2) estará llena de agua. The piston (2) is in this example formed by three differentiated sections: a central cylindrical section and two upper and lower hemispherical sections respectively. The plunger (2) is configured to slide longitudinally along the sleeve (1) in a sealed manner, dividing the sleeve (1) into two chambers: an upper chamber (1.1) and a lower chamber (1.2). As will be described in more detail later, during the useful life of the generator the upper chamber (1.1) will be filled with air and the lower chamber (1.2) will be filled with water.
La membrana (3) es responsable de asegurar la estanqueidad entre la camisa (1) y el émbolo (2) de manera que el agua de la cámara inferior (1.2) no invada la cámara superior (1.1). Como se aprecia en la Fig. 1, la membrana (3) tiene forma de manga cilíndrica hecha de un material flexible e impermeable cuya longitud, en este ejemplo, es de aproximadamente el 55% de la longitud de la camisa (1). La membrana (3) tiene un primer extremo y un segundo extremo, teniendo cada extremo un reborde anular algo más grueso que la propia membrana (3). A su vez, tanto la camisa (1) como el émbolo (2) comprenden unas ranuras circulares (6) que recorren respectivamente la superficie interior de la camisa (1) y la superficie exterior del émbolo (2). Concretamente, la ranura circular (6) del émbolo (2) está dispuesta en la línea que separa la parte semiesférica inferior y el extremo inferior del tramo cilíndrico. Por su parte, la ranura circular (6) de la camisa (1) está dispuesta en una zona intermedia de la camisa (1). Así, el primer extremo de la membrana (3) se introduce en la ranura circular (6) de la camisa (1), quedando atrapado en la misma de una manera segura y hermética. Similarmente, el segundo extremo de la membrana (3) se introduce en la ranura circular (6) del émbolo (2), conformando también una unión segura y hermética. El uso de una membrana (3) en lugar de juntas o retenes permite que el acabado de la camisa (1) sea más tosco, y por tanto la utilización de materiales resistentes al agua marina. The membrane (3) is responsible for ensuring the tightness between the jacket (1) and the plunger (2) so that the water from the lower chamber (1.2) does not invade the upper chamber (1.1). As can be seen in Fig. 1, the membrane (3) has the shape of a cylindrical sleeve made of a flexible and waterproof material whose length, in this example, is approximately 55% of the length of the jacket (1). The membrane (3) has a first end and a second end, each end having an annular rim somewhat thicker than the membrane (3) itself. In turn, both the sleeve (1) and the plunger (2) comprise circular grooves (6) that run respectively along the inner surface of the sleeve (1) and the outer surface of the plunger (2). Specifically, the circular groove (6) of the piston (2) is arranged on the line that separates the lower hemispherical part and the lower end of the cylindrical section. For its part, the circular groove (6) of the sleeve (1) is arranged in an intermediate area of the sleeve (1). Thus, the first end of the membrane (3) is introduced into the circular groove (6) of the jacket (1), remaining trapped therein in a safe and airtight manner. Similarly, the second end of the membrane (3) is introduced into the circular groove (6) of the piston (2), also forming a safe and hermetic connection. The use of a membrane (3) instead of gaskets or seals allows the finish of the jacket (1) to be rougher, and therefore the use of materials resistant to seawater.
En una zona inferior de la pared lateral de la camisa (1) hay en este ejemplo un puerto (4) de entrada/salida de agua. Este orificio permite que el agua del mar entre y salga libremente del compartimiento inferior (1.2) de la camisa (1). Es el flujo de agua que pasa a través de este puerto (4) de entrada/salida de agua el que se aprovecha para la generación de energía eléctrica mediante la disposición de una turbina en un lugar adecuado. Por otro lado, en una zona superior de la pared lateral de la camisa (1) hay un puerto de despresurización (5) que estará conectado a un conducto de despresurización cuyo extremo libre se dispone por encima del nivel del mar. Por ejemplo, el extremo libre del conducto de despresurización puede fijarse a un elemento flotante tal como una boya o similar, asegurando así una conexión directa entre el compartimiento superior (1.1) de la camisa (1) y la atmósfera. In a lower area of the side wall of the jacket (1), in this example there is a water inlet/outlet port (4). This hole allows sea water to freely enter and exit the lower compartment (1.2) of the jacket (1). It is the flow of water that passes through this water inlet/outlet port (4) that is used for the generation of electrical energy by placing a turbine in a suitable location. On the other hand, in an upper area of the side wall of the jacket (1) there is a depressurization port (5) that will be connected to a depressurization duct whose free end is arranged above sea level. For example, the free end of the depressurization duct can be fixed to a floating element such as a buoy or similar, thus ensuring a direct connection between the upper compartment (1.1) of the jacket (1) and the atmosphere.
El principio de funcionamiento es sencillo, el equilibrio entre las fuerzas actuantes: el empuje del agua hacia arriba debido a la presión (profundidad, altura de columna de agua) es igual que el empuje debido a la gravedad o peso del émbolo (2). The principle of operation is simple, the balance between the acting forces: the upward thrust of the water due to pressure (depth, height of the water column) is the same as the thrust due to gravity or weight of the plunger (2).
Kg. / cm2 (peso émbolo) = Kg. / cm2 (presión agua) Kg. / cm2 (plunger weight) = Kg. / cm2 (water pressure)
Puesto que en esta ecuación la única parte variable es la presión (profundidad, altura de columna de agua), debido al vaivén de las mareas, enseguida se hace evidente que, para mantener la misma presión, el émbolo (2) ha de desplazarse dentro de la camisa (1) para mantener el equilibrio y ha de desplazarse, curiosamente, la misma altura que lo haga la marea (Fig 6.3-HE constante). Así, este desplazamiento del émbolo (2) a lo largo de la camisa (1) modificará el volumen de los compartimientos superior (1.1) e inferior (1.2), provocando la aparición periódica de un flujo de agua a través del puerto (4) de entrada/salida de agua que se aprovechará para la generación de electricidad mediante la disposición de una turbina en algún lugar adecuado. Since in this equation the only variable part is the pressure (depth, height of the water column), due to the fluctuation of the tides, it immediately becomes evident that, to maintain the same pressure, the piston (2) has to move inside of the jacket (1) to maintain balance and it must move, curiously, the same height as the tide does (Fig 6.3-HE constant). Thus, this displacement of the piston (2) along the jacket (1) will modify the volume of the upper (1.1) and lower (1.2) compartments, causing the periodic appearance of a flow of water through the port (4). of water inlet/outlet that will be used for the generation of electricity by placing a turbine in a suitable location.
El peso del émbolo (2) se calcula para que, en bajamar, el émbolo (2) esté ubicado cerca del extremo inferior de la camisa (1) pero por encima del puerto (4) de entrada/salida de agua y para que, en pleamar, el émbolo (2) esté ubicado cerca del extremo superior de la camisa (1) pero por debajo del puerto (5) de ventilación. Por ejemplo, el émbolo (2) puede dimensionarse de tal modo que en la bajamar más baja del año esté a un metro de distancia del extremo inferior de la camisa (1) la parte más alta de esta esté a una profundidad tal que no interfiera el tráfico marítimo (Fig. 6.3-HC), responde a la formula: The weight of the plunger (2) is calculated so that, at low tide, the plunger (2) is located near the lower end of the jacket (1) but above the water inlet/outlet port (4) and so that, at high tide, the plunger (2) is located near the upper end of the jacket (1) but below the vent port (5). For example, the plunger (2) can be sized in such a way that at the lowest low tide of the year it is one meter away from the lower end of the sleeve (1) and the highest part of it is at a depth such that it does not interfere maritime traffic (Fig. 6.3-HC), responds to the formula:
PE/ SC = Presión debida a la profundidad PE/ SC = Pressure due to depth
PE = Peso del émbolo. PE = Weight of the plunger.
SC = Superficie del émbolo en contacto con el agua. SC = Surface of the plunger in contact with water.
Gracias a estas dimensiones, el émbolo se desplazara dentro de la camisa a merced de las mareas pero nunca hará tope ni por arriba ni por abajo. Thanks to these dimensions, the piston will move inside the sleeve at the mercy of the tides but will never stop either above or below.
Por otra parte, las dimensiones de la camisa (1) dependerán del régimen de mareas al que esté sometido el conjunto. Por ejemplo, la longitud de la camisa (1) puede ser un 20% mayor que la diferencia de alturas entre la bajamar y la pleamar más fuertes del año más la altura del émbolo (2), de acuerdo con la fórmula: On the other hand, the dimensions of the jacket (1) will depend on the tidal regime to which the assembly is subjected. For example, the length of the jacket (1) can be 20% greater than the difference in heights between the strongest low tide and high tide of the year plus the height of the plunger (2), according to the formula:
Longitud de la camisa = HP 20%HP HE, Jacket length = HP 20%HP HE,
donde: where:
HP = Altura de la pleamar más alta del año. HP = Height of the highest high tide of the year.
He = Altura del émbolo. He = Height of the plunger.
DE = Diámetro del émbolo. DE = Diameter of the plunger.
Por otra parte, el diámetro interior de la camisa (1) será algo mayor que el diámetro exterior del émbolo (2), no siendo necesario un ajuste muy estrecho gracias a la membrana (3). Por ejemplo, el diámetro interior de la camisa (1) puede ser 6 cm mayor que el diámetro exterior del émbolo (2). On the other hand, the inner diameter of the sleeve (1) will be somewhat larger than the outer diameter of the piston (2), a very close fit not being necessary thanks to the membrane (3). For example, the inner diameter of the sleeve (1) can be 6 cm larger than the outer diameter of the plunger (2).
Una vez que sabemos que su comportamiento, sumergido, es igual que el de los generadores mareomotrices a cielo abierto la fórmula para calcular su potencia es la tradicional para un salto de agua cualquiera. Once we know that its behavior, submerged, is the same as that of open-air tidal generators, the formula to calculate its power is the traditional one for any waterfall.
Pe = p. g. H. Q* ;donde: ;;Pe = potencia en kilovatios (kW) ;p = densidad del fluido en kg/m3 ;g = aceleración de la gravedad (m/s2) ;Q = caudal turbinable en m3/s ;H = desnivel medio entre marea, en metros ;*El diseño y las dimensiones del generador cinético (0) mareomotriz de la presente invención está basado en el régimen de mareas interanual (año 2021) de la Bahía de Santander y para producir 40Kw/h, más de diez julios por segundo, y una profundidad, en régimen de trabajo, de 35mt. entre la cota más alta del generador cinético (0) mareomotriz de la presente invención y la cota más baja de las bajamares (Fig 6.3-HC), H = 2,71, altura media entre todas las mareas del año 2021. Pe = p. g. H. Q* ;where: ;;Pe = power in kilowatts (kW) ;p = fluid density in kg/m3 ;g = acceleration of gravity (m/s2) ;Q = turbine flow rate in m3/s ;H = average difference in level between tide, in meters;*The design and dimensions of the kinetic (0) tidal generator of the present invention is based on the interannual tidal regime (year 2021) of the Bay of Santander and to produce 40Kw/h, more than ten joules per second, and a depth, in working conditions, of 35m. between the highest level of the tidal kinetic generator (0) of the present invention and the lowest level of the low tides (Fig 6.3-HC), H = 2.71, average height between all tides of the year 2021.
La Fig. 5 muestra un ejemplo de sistema de generación eléctrica mareomotriz que comprende una pluralidad de generadores del tipo descrito anteriormente. Como se puede apreciar, las características geométricas (diámetro y altura) de todos estos generadores son iguales. Los puertos (4) de entrada/salida de agua de estos generadores están conectados unos a otros y convergen en un colector o conducto de agua a través del cual se desplaza la suma de todos los flujos de agua generados por cada uno de los generadores de manera individual. Esto permite utilizar una única turbina de mayor tamaño para transformar la energía captada por los generadores. Fig. 5 shows an example of a tidal electrical generation system comprising a plurality of generators of the type described above. As can be seen, the geometric characteristics (diameter and height) of all these generators are the same. The water inlet/outlet ports (4) of these generators are connected to each other and converge in a collector or water conduit through which the sum of all the water flows generated by each of the generators moves. individually. This allows the use of a single, larger turbine to transform the energy captured by the generators.
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