WO2016068729A2 - Turbo máquina para transformar energía - Google Patents
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Definitions
- a Turbo machine to transform energy (Fig. 1), taking advantage of the direct current of a river or channeled water flow, without the need to make any changes in it, which is partially introduced into the channel, achieving, through a set of specially designed impeller a transfer of the kinetic energy of the river, or channeled water flow, to the machine, concentrating the energy in the main axis
- the energy of the main axis of the turbo machine can be modified, multiplying or decreasing the angular velocity of the main axis, as required. So we can take advantage of this modified energy to operate conventional devices such as continuous or alternating electric generators, hydraulic oil pumps, water pumps, among others. Having thus managed to transform energy the natural or artificial channel into useful energy according to our requirements.
- the impeller In conventional hydraulic wheels, the impeller is not introduced into the water, but the water falls on the vanes or fills water tanks and then the water falls to a lower level where a new discharge channel is created.
- each impeller is a combination of shape between the old hydraulic wheel and propeller, it can have the amount of blades that are necessary with the proviso that when entering the water stream, only this one at a time from each impeller preferably in the water.
- Another condition for the blade is that when turning these must be introduced into the water, so that they oppose the least resistance in a direction opposite to that of the channel, that is to say the greatest efficiency will be obtained when at each moment each trip vane differential, in the possible move in the same direction of water, as if it were a particle of it. The maximum power will be obtained in these conditions.
- the power obtained will be according to the amount of pallet group and the useful area of each of these, and the machine will deliver power until the moment when placing a load, at the output of the machine shaft, it starts to stop. In this way we can start to brake the output shaft and measure the torque it delivers, thus creating a torque vs. angular speed curve and thus obtain the power that each machine will deliver to us and in each design condition.
- Turbo machine to transform energy consists of:
- each impeller (20) has blades (21) or vanes distributed in such a way that the situation of having two vanes at the same time submerged in water is not known.
- the impeller (20) is placed on the main shaft (22), in which multiple impellers (20) can be installed one after the other either together or with some separation and with the vanes (21) out of phase, according to the requirements and conditions of each river or riverbed in particular.
- the vanes (21) may be fixed or their position angles may vary with reference to the axis (22).
- Main Shaft (22) It is installed in a chassis (23) that supports it by means of typical machine elements, such as bearings, shafts, bolts. Its shape and dimensions will depend on each particular design.
- Chassis (23) It is the structure of the machine that supports and locates all the elements of the machine for its correct operation. Its design, shape and dimensions depend on each particular design.
- Angular speed amplifier (24) As output elements of the main shaft (22) we install transmission elements that allow us to vary the initial angular speed, until obtaining the required speed according to demand. The energy with the modified angular velocity of final output will be transmitted to the required final transmission element (25), such as alternating or direct current generators, water pumps, oil pumps, and any other torque-operated implement Delivered by angular speed. In this way we have finally performed the energy transformation.
- the required final transmission element such as alternating or direct current generators, water pumps, oil pumps, and any other torque-operated implement Delivered by angular speed.
- Final transmission elements (25) The turbo machine with direct water pump (13) installed as an output element, will directly pump water from the river to an elevated reservoir, installed at a required height.
- the stored water will be distributed by gravity through a water supply network domiciliary, delivering a group of homes with water in an elevated intelligent reservoir of lower capacity.
- the purification operation is carried out.
- the smart reservoir consists of 6 main parts:
- the intelligent reservoir (14) receives the water from the water supply network that comes from the elevated reservoir, in the intelligent reservoir the water purification operation is performed in accordance with the following functions ordered by the Electronic Controller, being with the valve Water inlet closed:
- Water level sensor detects water level (17), orders to close outlet valve (16)
- Water level sensor (17) detects full water level, orders to close Water inlet valve (16) and start drinking water
- FIG. 1 Corresponds to the Block Diagram of the Hydraulic Power Transformer
- Figure 4 Co-sponge to Cut A-A of the side view of the Hydraulic Power Transformer (fig. 3)
- Figure 5 Corresponds to an impeller in three-dimensional view of the Hydraulic Power Transformer
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Abstract
Una Turbo máquina para transformar energía, aprovechando la corriente directa de un río o caudal de agua canalizado, sin necesidad de realizar ningún cambio en el mismo, la cual se introduce parcialmente en el cauce, logrando, a través de un conjunto de rodetes especialmente diseñado una transferencia de la energía cinética del río, o caudal de agua canalizado, hacia la máquina, concentrando la energía en el eje principal La energía del eje principal de la turbo máquina, la podemos modificar, multiplicando o disminuyendo la velocidad angular del eje principal, según se requiera. Así podemos aprovechar esta energía modificada para hacer funcionar aparatos convencionales como generadores eléctricos continuos o alternos, bombas de aceite hidráulicos, bombas de agua, entre otros. Habiendo de esta manera logrado transformar la energía del cauce natural, o artificial en la energía útil según nuestros requerimientos. La turbo maquina alimenta de agua a un reservorio elevado, el mismo q a su vez está conectado a un sistema red de distribución de agua por gravedad, para su consumo en lugares aledaños.
Description
TURBO MÁQUINA PARA TRANSFORMAR ENERGÍA
DESCRIPCIÓN
Una Turbo máquina para transformar energía (Fig. 1 ), aprovechando la corriente directa de un río o caudal de agua canalizado, sin necesidad de realizar ningún cambio en el mismo, la cual se introduce parcialmente en el cauce, logrando, a través de un conjunto de rodetes especialmente diseñado una transferencia de la energía cinética del río, o caudal de agua canalizado, hacia la máquina, concentrando la energía en el eje principal
La energía del eje principal de la turbo máquina, la podemos modificar, multiplicando o disminuyendo la velocidad angular del eje principal, según se requiera. Asi podemos aprovechar esta energía modificada para hacer funcionar aparatos convencionales como generadores eléctricos continuos o alternos, bombas de aceite hidráulicos, bombas de agua, entre otros. Habiendo de esta manera logrado transformar la energía el cauce natural, o artificial en la energía útil según nuestros requerimientos.
ANTECEDENTES
En las ruedas hidráulicas convencionales, el rodete no se introduce en el agua, si no que el agua cae sobre las paletas o llena estanques de agua y luego el agua cae a un nivel inferior donde se crea un nuevo cauce de descarga.
Cuando una rueda hidráulica se aplica directamente a una corriente de rio con desplazamiento casi horizontal se observa que el eje no logra una velocidad angular satisfactoria, como consecuencia de la cantidad excesivas de patetas, ya que por efectos de acción y reacción cada paleta genera una turbulencia que perjudica a la siguiente lo que ocasiona un un empuje en sentido contrarío al requerido, con lo que las fuerzas se anulan y al final esta rueda, en estas condiciones, no produce transferencia de energía, esta es la principal causa de que hayan existido muchos intentos de lograr un resultado con este método y que todos hayan terminado en fracaso.
Si procedemos a abstraer el concepto de rodete, podemos concluir que todos son del tipo rueda, un eje central y su grupo de paletas u alabes que forman parte del mismo, así una turbina Pelton los alabes son en forma de cuchara, en la Francis los alabes son espiralados, en la Kaplan son en forma de hélices regulables en ángulo.
Es decir todas en el fondo son lo mismo, un rodete con alabes, que aprovecha la energía de un fluido y lo transforma en velocidad angular del rodete para generar electricidad. Sin embargo cada una tiene su patente de invención porque cada una ha requerido de un estudio de cómo usar el fluido bajo ciertas condiciones. En nuestro caso es similar, aunque el rodete sea similitud con todos, no es lo mismo ya que posee características especiales de diseño para que se obtenga la mayor transferencia de energía bajo las condiciones requeridas y estudiadas.
En los rodetes existentes, Pelton, Kaplan, Francis, etc. Los diseños para lograr la transferencia de energía, han tenido que crear condiciones especiales para su funcionamiento, esto implica construcción de represas, tuberías de transporte del agua, casas de implementación de las turbo máquinas etc. En
nuestro caso nos estamos acondicionando a las condiciones naturales de las fuentes existentes en la naturaleza, con alteraciones lo menor posible de la naturaleza, sin necesidad de represas ni otras infra estructuras que alteran y afectan el medio ambiente y por consiguiente la flora y la fauna.
Si usáramos un solo rodete, entonces nuestra velocidad angular no sería continua, si no que nos entregaría pulsos, ya que los álabes transfieren energía uno a la vez y por el movimiento giratorio el torque transmitido es senoidal por lo que para poder superar este inconveniente es que se colocan múltiples rodetes con sus alabes desfasados, según la necesidad, y de esta manera lograr unas velocidades angulares continuas. A su vez también la potencia se ve incrementada por esta propiedad.
Como en cualquier turbo máquina, el elemento que transfiere y trasforma la energía es el rodete, y en nuestro caso, es similar, cada rodete es una combinación de forma entre la antigua rueda hidráulica y hélice, puede tener la cantidad de alabes que sean necesarios con la condición de que al introducirse en la corriente de agua, solo este uno a la vez de cada rodete de preferencia dentro del agua. Otra condición para el alabe es que al girar estos deben introducirse en el agua, de forma que opongan la menor resistencia en una dirección opuesta a la del cauce, es decir la mayor eficiencia se obtendrá cuando en cada momento cada diferencial de paleta viaje, en lo posible se mueva en la misma dirección del agua, como si fuera una partícula de la misma. La máxima potencia se obtendrá en estas condiciones.
La potencia obtenida será de acuerdo a la cantidad de grupo de paletas y al área útil de cada una de estas, y la máquina entregará potencia hasta el momento en que al colocarle una carga, en la salida del eje de la máquina, esta se empiece a frenar. De esta manera podemos empezar a frenar el eje de salida e ir midiendo el torque que entrega, confeccionando así una curva torque vs velocidad angular y de esta manera obtener la potencia que nos entregará cada máquina y en cada condición de diseño.
Todo lo obtenido se ha realizado considerando varios criterios, basados en la observación a través del método científico, en la forma y la colocación de las paletas del rodete, número de rodetes y demás condiciones de acuerdo con cada caso particular que se presente.
DESCRIPCION DETALLADA
Turbo máquina para transformar energía consta:
• Un conjunto de rodetes (20)
• Eje principal (22)
· Chasis (23)
• Amplificador de velocidad angular (24)
• Elementos de transmisión final (25)
Conjunto de rodetes (20): Es elemento principal la turbo máquina, cada rodete (20) tiene álabes (21) o paletas distribuidas de tal manera que no se de la situación de tener dos paletas a la vez sumergidas en el agua.
El rodete (20) va colocado en el eje principal (22), en el cual se pueden instalar múltiples rodetes (20) uno a continuación de otro ya sea juntos o con alguna separación y con los alabes (21) desfasados, de acuerdo a los requerimientos y a las condiciones de cada río o cauce en particular. Los alabes (21 ) pueden ser fijos o pueden variar sus ángulos de posición con referencia al eje (22).
Cuando se instalen múltiples rodetes (20), estos tendrán sus alabes (21) desfasados proporcionalmente al número de rodetes (20) que se instalen y la separación entre ellos y el ángulo de los álabes se pueden variar con el objeto de evitar que el agua que acciona cada uno de los rodetes (20), cause turbulencia en los rodetes (20) subsiguientes
Entre los rodetes (20) se pueden colocar divisiones con las demás con la finalidad de crear canales independientes de flujo y de esta manera mejorar la eficiencia ya que se estarían aminorando las turbulencias
Eje Principal (22): Va instalado en un chasis (23) que lo sostiene mediante elementos de máquina típicos, como rodamientos, ejes, pernos. Su forma y dimensiones dependerán de cada diseño en particular.
Chasis (23): Es la estructura de la máquina que soporta y ubica todos los elementos de la máquina para su correcto funcionamiento. Su diseño, forma y dimensiones, dependen de cada diseño particular.
Amplificador de velocidad angular (24): Como elementos de salida del eje principal (22) instalamos elementos de trasmisión que nos permiten variar la velocidad angular inicial, hasta obtener la velocidad que se requiera según la demanda. La energía con la velocidad angular modificada de salida final se transmitirá al elemento de trasmisión final (25) que se requiera, como puede ser generadores de corriente alterna o continua, bombas de agua, bombas de aceite, y cualquier otro implemento que funcione con torque entregado por una velocidad angular. De esta manera hemos realizado finalmente la transformación de energía.
Elementos de trasmisión final (25): La turbo máquina con bomba de agua (13) directa instalada como elemento de salida, bombeará directamente agua del río a un reservono elevado, instalado a una altura requerida. El agua almacenada será distribuida por gravedad mediante una red de suministro de agua
domiciliaria, entregando a un grupo de viviendas agua en un reservorio inteligente elevado de menor capacidad.
En el reservorio inteligente se realiza la operación de potabilización.
El reservorio inteligente consta de 6 partes principales:
1. Reservorio elevado (14)
2. Válvula eléctrica de ingreso de agua (16)
3. Válvula eléctrica de salida de agua (16)
4. Dosificador electrónico de solución potabilizadora (17)
5. Sensores de nivel de agua (17)
6. Controlador electrónico de potabilización (15)
El reservorio inteligente (14) recepciona el agua de la red de suministro de agua que viene del reservorio elevado, en el reservorio inteligente se realiza la operación de potabilizado del agua de acuerdo con las siguientes funciones ordenadas por el Controlador electrónico, estando con la válvula de ingreso de agua cerrada:
1. Sensor de nivel de agua detecta nivel (17) de agua, ordena cerrar válvula de salida (16)
2. Acciona la válvula del dosificador electrónico (17) libera en el tanque la dosis solución potabilizadora.
3. Acciona la válvula de ingreso de agua al reservorio inteligente (15).
4. Sensor de nivel de agua (17) detecta nivel lleno de agua, ordena cerrar Válvula de ingreso (16) de agua e iniciar tiempo de potabilización
5. Cumplido el tiempo de potabilización ordena abrir válvula de salida (16), y se procederá a su consumo.
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figura 1: Corresponde al Diagrama de bloques del Transformador de Energía Hidráulica
Figura 2: Corresponde al Diagrama de funcionamiento del tanque purificador de agua
Figura 3: Corresponde a la Vista lateral del Transformador de Energía Hidráulica
Figura 4: Co esponde al Corte A-A de la vista lateral del Transformador de Energía Hidráulica (fig. 3) Figura 5: Corresponde a un rodete en vista tridimensional del Transformador de Energía Hidráulica
Figura 6: Corresponde a eje principal del Transformador de Energía Hidráulica
Claims
1. Una turbo máquina que comprende
• Un conjunto de rodetes
• Eje del conjunto de rodetes
• Chasis
• Amplificador de velocidad angular
• Elementos de transmisión final
Una turbo máquina que tiene un conjunto de rodetes, en donde el número de alabes depende del diámetro exterior de los mismos, con la condición de que cuando estén operando solo este uno a la vez, en el mayor porcentaje posible, dentro del agua.
Una turbo máquina donde los alabes de los rodetes están diseñados con una forma tal que en todo momento ofrezcan la menor resistencia a la corriente del río pero oponiendo la mayor área posible al torrente y su movimiento obedezca al lugar geométrico que describe cada partícula de los mismos lo más cercano posible a la dirección del movimiento del cauce del río.
Los rodetes se pueden instalar uno a continuación de otro juntos o con separación, según se requiera con la condición de fijarlos solidariamente al eje principal con sus álabes desfasados ángulos proporcionales al número rodetes colocados o de acuerdo a las condiciones particulares de diseño.
La Turbo máquina que realiza la transferencia de energía con el caudal directo del un río o de canales artificiales con una mínima manipulación del ecosistema con lo que se mantiene el respeto por la naturaleza y su población natural.
2. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 Entre los múltiples rodetes instalados se puede colocar láminas de separación entre ellos de tal manera que se simulen múltiples canales independientes de cauces del líquido.
3. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 en la cual los alabes de los rodetes pueden contar con mecanismo para girar el ángulo de acuerdo a los requerimientos que nos presente cada cauce particular, pudiendo variar así la velocidad angular de salida del rodete
4. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 que se puede diseñar de acuerdo a las condiciones particulares de caudal y velocidad de los cauces donde va a trabajar.
5. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 que posee una estructura con patas laterales con guías, de tal manera que la turbo máquina pueda regularse en altura mecánicamente de forma manual, hidráulica, eléctrica, con el objetivo de posicionarse de acuerdo con el nivel de crecida o baja de las aguas de los ríos.
6. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 que en el eje de salida del rodete va instalado un sistema multiplicador de velocidad angular ó caja reductora o amplificadora para obtener velocidades angulares de acuerdo a los requerimientos del diseño especifico.
7. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 que en los ejes de salida de velocidad angular amplificada, se puede integrar motores hidráulicos, bombas de agua, bombas de aceite hidráulicos, generadores de corriente alterna o continua, y cualquier otro elemento que trabaje directamente con la velocidad angular final amplificada o reducida del rodete.
8. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 7 que tiene instalada en conjunto una bomba de agua, y de esta manera bombear agua sin electricidad directamente del río a un tanque elevado que distribuye el agua mediante una red de agua domiciliaria
9. Una Turbo máquina de acuerdo a las reivindicaciones 1 , 7 y 8 donde la red de suministro de agua domiciliaria cuenta con 1 o más reservónos inteligente se realiza la operación de potabilización.
El reservorio inteligente consta de 6 partes principales: 1 Reservorio elevado, 1 Válvula eléctrica de ingreso de agua, 1 Válvula eléctrica de salida de agua, 1 Dosificador electrónico de solución potabilizadora, 1 Sensores de nivel de agua, 1 Controlador electrónico de potabilización
El reservorio inteligente recepciona el agua de la red de suministro de agua que viene del reservorio elevado, en el reservorio inteligente se realiza la operación de potabilizado del agua de acuerdo con las siguientes funciones ordenadas por el Controlador electrónico, estando con la válvula de ingreso de agua cerrada:
a) Sensor de nivel de agua detecta nivel bajo de agua, ordena cerrar válvula de salida b) Acciona la válvula del dosificador electrónico, libera en el tanque la dosis solución potabilizadora.
c) Acciona la válvula de ingreso de agua al reservorio inteligente.
d) Sensor de nivel de agua detecta nivel lleno de agua, ordena cerrar Válvula de ingreso de agua e iniciar tiempo de potabilización
e) Cumplido el tiempo de potabilización ordena abrir válvula de salida, y se procederá a su consumo.
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