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WO2020224682A1 - Sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo - Google Patents

Sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo Download PDF

Info

Publication number
WO2020224682A1
WO2020224682A1 PCT/CO2020/000004 CO2020000004W WO2020224682A1 WO 2020224682 A1 WO2020224682 A1 WO 2020224682A1 CO 2020000004 W CO2020000004 W CO 2020000004W WO 2020224682 A1 WO2020224682 A1 WO 2020224682A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pinions
pinion
power generation
central rod
movement
Prior art date
Application number
PCT/CO2020/000004
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wisther CANO
Original Assignee
Gerencia Y Consultoría De Proyectos Estratégicos Sas "Gecoproes Sas"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gerencia Y Consultoría De Proyectos Estratégicos Sas "Gecoproes Sas" filed Critical Gerencia Y Consultoría De Proyectos Estratégicos Sas "Gecoproes Sas"
Priority to MX2021013475A priority Critical patent/MX2021013475A/es
Publication of WO2020224682A1 publication Critical patent/WO2020224682A1/es

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy generation, more specifically to the generation of energy from non-conventional energy sources.
  • the disclosure is located in the field of power generators that take advantage of the kinetic energy immersed in the movement of water in the sea, and more specifically it refers to an energy generation system from the movement of the sea waves.
  • renewable energy production systems have been disclosed that are oriented towards greater efficiency or lower cost and whose main objective is to capture the energy present in nature.
  • An example of the above are the systems that use kinetic energy immersed in the movement of waves in the sea in order to generate electrical energy.
  • Patent No. ES2528334 B2 teaches a submersible device for energy use of the difference in water level, for a pumping, storage and turbine system and procedure, in order to obtain electrical energy.
  • a vacuum fixing hood is provided for fixing the submersible device to the seabed, lake, or river; a shell, hydrodynamically shaped, provided with a lower grid and an upper grid; a lower chamber with a cylindrical shape and an upper chamber, with a cylindrical shape at its lower base and in its central body, and with a hemispherical shape at its upper base; a plunger with a flat bottom end and a hemispherical top end.
  • the purpose of the system is to pump water by a general pumping pipe to an elevated reservoir in order to use a turbine pipe for the water in a hydroelectric plant.
  • Patent ES2334089 Al discloses a system consisting of a hollow platform with the ability to float, supported by gears anchored to it, but leaving their rotation free, which in turn fit into toothed pillars allowing the veitical movement of the platform along the axis of the pillars.
  • Said pillars are anchored to the foundation on the seabed and pierce the platform without touching it, preventing the structure from moving horizontally when in contact with the gears; in turn, the gears will be connected to an electric generator, so that they can transmit to it the turns produced when the platform rises or falls as the tide rises or falls, thus producing electricity.
  • Patent Publication W02007077555 A3 discloses a system for converting ocean wave energy into electrical energy.
  • the system includes the capture of energy in two vectors simultaneously and connected, presents devices that use related principles for their use in surface and subsurface waves, and the placement of the devices in the water and wave farms.
  • the complete wave capture system includes connected parts and power generators.
  • Patent ES2472565 B1 discloses a floating platform for harnessing tidal energy, consisting in that an arm has a telescopic section, rails having been arranged on said arm through which a cairo freely slides that is joined by connecting rods to both batteries. of compressors arranged at the ends of the path; and having arranged at the end of the telescopic section of the arm an articulation that allows the rotation of the structure of the buoy with respect to the arm and its telescopic frame, in addition to a fixed support on which a battery of compressors connected by connecting rods is arranged to the structure of the buoy, which includes a multiplicity of beams that have a hydraulically actuated telescopic section.
  • Patent Publication W02010024740 Al refers to a wave energy unit for the production of electrical energy. It comprises a floating body arranged to float in the sea and an electric linear generator having a stator and a translator operating alternately along a central axis. The stator is arranged to be anchored on the sea bed and the translator is connected to the floating body by connection means.
  • the generator is drawn into a watertight encapsulation having an upper end wall with an opening through which the connecting means extend. The opening has a seal that seals against the connecting means. The seal is flexibly mounted.
  • the invention also relates to the use of the wave power unit and to a method for producing electrical energy.
  • Patent Publication WO2011014072 Al describes a water current power plant for placement under water, comprising several sails or wings that are attached to a rotating endless chain running between the respective opposing rotating discs, with the endless chain being forced by the thrust of the wings under the influence of the surrounding water, and at least one generator for generating electrical power that is connected with the endless chain.
  • the rotating discs are mounted on respective frames that can be anchored, and the endless chain runs freely between the frames and around the rotating discs and a drive gear is connected to at least one of the rotating discs and is connected to a universal coupling, said generator being connected to the universal coupling.
  • the present invention discloses a system for the generation of energy from the movement of maritime waves;
  • This system is characterized by comprising a float tank that replicates the movement of the sea waves, a central rod, modularly connected to the float tank, with serrated racks, protected by a hermetic packing bellows, a mechanical system that is actuated by the central rod, that has a high capacity to absorb thrust and conversion into unidirectional rotational power output, a rotational action electric generator, a tubular element that supports a hermetic container, where the mechanical system and the electric generator are protected, in a medium underwater position. depth and a support on the seabed with connection to the tubular element that allows degrees of freedom of tilt movement.
  • the system for generating energy from the movement of the sea waves is characterized by comprising a float tank that is partially filled with water, in such a way that part of the volume of the tank is normally submerged and part is floating above the water level, allowing to have a flotation effect by hydrastatic thrust with monitoring of the movements of the superficial maritime waves, as well as to print greater force due to the action of gravity to the central rod, in the descending phase of the wave movement.
  • the system for generating energy of the present invention is characterized by comprising a float tank whose preferred shape of said tank is cylindrical in section, oriented to produce a lower shock pressure due to movements horizontal waves, however other forms of the tank may well exert the effect of buoyancy and force by gravity described above.
  • the power generation system of the present invention is characterized by comprising a central rod connected to the float tank by means of fixing elements, such as, without being limited to, screws, nuts, pins or other elements in common use.
  • Said stem is composed of a metal profile center together with toothed racks on at least two of its sides, fixed along the entire profile.
  • the power generation system of the present invention is characterized by comprising a central rod which is protected by a bellows that lodges the hermetic packing of the rod, avoiding its contact with the surrounding water and protecting it from corrosion effects. or degradation typically present in the maritime environment.
  • Said protection bellows is hermetically fixed from the connection of the central rod with the float tank, to the container where the mechanical system is housed, which allows coverage of the central rod in its oscillating vertical movements with flexibility of elongation and avoids the flooding of the mechanical system box.
  • the system for generating energy from the movement of the sea waves is characterized by comprising a mechanical system that is actuated by the central rod, a system that has a high capacity for absorbing thrust and converting it into unidirectional rotational output power.
  • a mechanical system is composed of a configuration of pinions, shafts, supports, ratchets and flywheel, arranged in such a way that the vertical action of the central rod is converted into an accelerated unidirectional rotational force of high torque, which leads to obtaining a higher generation efficiency.
  • the system for generating energy from the movement of the maritime waves is characterized by comprising a mechanical system that adapts and takes advantage of the ascending and descending movements of the central rod with greater efficiency; This is because, according to its configuration, it allows the drive of the central rod, in a single direction of rotational movement of the output shaft, regardless of the upward or downward thrust direction of the central rod, which avoids the intermittence of torque, braking and losses due to inertia that occurred in other systems with generator for each direction of turn. This feature makes it possible to take advantage of even smaller waves of low height with greater efficiency.
  • the system for the generation of energy from the movement of the sea waves is characterized by comprising a mechanical system that preferably, without being limited to, is composed of a set of at least four relation pinions in contact with the racks of the rod central, arranged sequentially and in duos facing each other, which allows to serve as a guide to centralize the vertical movement of the racks and compensate for the radial effort of the gear ratio.
  • the described configuration generates an efficient distribution of power and conversion into rotational torque with greater uniformity and smoothness, which also reduces the upward ballast of the box assembly containing the mechanical system and tubular element when the central rod performs the upward movement, and consequently reduce anchor weight requirements to the seabed.
  • the system for the generation of energy of the present invention is characterized by comprising at least one electric generator with rotational action, which is connected to the output shaft of the mechanical system, said generator is commonly used in the renewable energy industry and presents a high generation efficiency with lower rotational revolutions and high torque.
  • the system for generating energy of the present invention is characterized by comprising a tubular element that supports the container of the mechanical system and the generator in a medium depth underwater position; said tubular element connects the seabed support with a box in which the mechanical system and the electrical generator are ethically contained; It also has the function of internally containing the central stem after passing through the mechanical system in a downward direction, maintaining the hemetic seal obtained from the connection with the float tank, the mechanical system box, to the bottom of the tubular element, thereby giving the central rod freedom of vertical movement.
  • the system for generating energy from the movement of the sea waves is characterized by comprising a support on the seabed with connection to the tubular element.
  • Such support serves as an anchor for the tubular element and the box containing the mechanical system and the electric generator, which added to the weight of said elements, allows to counteract the upward thrust ballast of the float tank and central rod assembly when operating the mechanical system in such address.
  • the system for the generation of energy from the movement of the sea waves is characterized by comprising a support on the seabed with connection to the tubular element, which is designed to simultaneously provide anchoring to the seabed and allow the tubular element and in extension to the rest of the system, certain degrees of freedom of movement of inclination.
  • This freedom of movement generates an advantageous characteristic by reducing the wear of the system due to the horizontal pressure of the sea waves and therefore minimizing breakdowns and maintenance comparatively with rigid systems.
  • the float tank has a self-flooding system, by means of a valve with which the filling of water into the tank is allowed, which constitutes a useful alternative to completely submerge the system and take shelter in the event of a storm or extreme weather conditions, as well as an alternative for the transit of boats.
  • the float tank auto-flood system can be used to have variability of float, weight and drive torque, by allowing more or less water to enter the float tank, according to with the characteristics of the present waves, which makes it possible to optimize energy generation in relation to maritime environmental conditions.
  • a plurality of electrical generators can be connected to the mechanical system, such that by means of a system regulation and variability of flotation, weight and torque, one, several or all electric generators can be activated, which allows variable power generation capacity, according to the present wave conditions.
  • the support on the seabed with connection to the tubular element which allows the system certain degrees of freedom of inclination movement, can have hydraulic cylinders fixed between the support and the tubular element, in such a way that the horizontal thrust force of the sea wave, which generates the inclination of the system, including the tubular element, can be exploited by means of hydraulic fluid pressure transmission to the mechanical system, with complementary thrust from the pinion configuration.
  • the horizontal thrust force of the sea wave which generates the inclination of the system, including the tubular element, can be used by means of transmission by pressure of hydraulic fluid to a secondary mechanical system, arranged , without being limited to, contiguous to the support on the seabed, by actuation of a set of pinions, shafts, supports, ratchets, flywheel and electric generator.
  • the rotational power generated in the mechanical system can be used in addition to the generation of electrical energy, for other industrial utility purposes, such as, for example, without being limited to pumping water, commonly used in the seawater desalination industry.
  • a subset of the mechanical system is characterized by transmitting the torque activated in the gear pinions in contact with the racks of the central rod, in a configuration in which, from two pinions in contact with the racks on each side of the central rod, their rotational thrust is merged into a pinion on each side, by means of a relationship thrust with tangentially opposite double contact, which gives it inertial advantage;
  • These pinions generate rotation with opposite directions on two parallel axes, which in turn are connected to each other with two additional larger pinions, which achieve relative contact.
  • the parallel axes in accordance with the above described are connected with two additional pinions, which are simultaneously related on each side with a central pinion arranged in the middle of the two, this last pinion It is characterized by being the first pinion activated with unidirectional movement, since the previously activated pinions change the direction of rotation, with respect to the upward or downward movement of the central rod.
  • the unidirectional movement of the central pinion is managed by incorporating to the ratio pinions on each side, ratchet mechanisms with crossed directions, in such a way that intermittently in each direction of rotation, only one pinion activates the central pinion and the other slides without transmit power in the opposite direction.
  • the sub-assembly of the mechanical system that transmits the torque activated in the ratio pinions in contact with the racks of the central rod, the unidirectional central pinion is sufficient, achieving a single direction of rotation of the latter pinion, can be configured in various ways, keeping the spirit and scope of the invention, such as, for example, without being limited to, having crossed ratchets on the relation pinions in contact with the racks, in such a way that only two axes, parallel or Diagonals, transmit rotational power in each direction of rotation with respect to the upward or downward movement of the central rod, to then drive the unidirectional central pinion by means of additional ratio pinions.
  • another subset of the mechanical system is constituted by a set of pinions that is characterized by being a power transmitting mechanism and turning speed multiplier, arranged from the unidirectional central pinion, which generates greater mia rotation efficiency obtained from the central rod actuation;
  • These pinions are connected by internal shafts and external toothed mechanisms, with different ratios of diameter and number of teeth, and convert the high torque driven in the unidirectional central pinion, into greater rotation in the output shaft, which when coupled to a generator, allows the generation of electrical energy by magnetic induction.
  • the output shaft of the mechanical system is coupled to the last pinion with a ratchet mechanism and is fixed to a flywheel and then connects with the electric generator, which allows the impulse of the output shaft printed by the last pinion, is partially contained in the form of kinetic energy in the flywheel and has a spinning effect on the generator that can last longer and faster than that occurred in the last drive pinion, achieving greater generation efficiency and inertia reduction in the reactivation of mechanical thrust.
  • the above is an advantageous feature when considering the pause of thrust and torque in the change from upward to downward movement or vice versa of the float tank and the central rod, according to the sea waves.
  • Figure 1 represents a general view of the present invention installed between the seabed and the water surface.
  • Figure 2 represents a side view of the invention, exposing the elements of the mechanical system.
  • Figure 3 represents side views of the invention, with two positions of the float tank, oscillating between a raised position and a depressed position.
  • Figure 4 represents an exposition detail view of the mechanical system, the central rod and the tubular element.
  • Figure 5 represents a side view that exposes the central rod passing through the mechanical system towards the interior of the tubular element.
  • Figure 6 represents a configuration of elements of the mechanical system in contact in relation to the central rod.
  • Figure 7 represents the system of relation pinions, which unifies in unidirectional movement and rotational speed multiplier enunciated in Figure or.
  • Figure 8 represents a rear view of the mechanical system, the flywheel and the electric generator.
  • Figure 9 represents a front view of the mechanical system and the flywheel, where two acceleration pinions have been removed for better visualization.
  • Figure 10 represents a front view of the mechanical system and the flywheel, where the two acceleration pinions omitted in figure 9 have been placed.
  • Figure 1 1 represents a general view of the mechanical system with an embodiment of different pinion configuration.
  • Figure 12 represents side views of the invention, with two positions of the system, oscillating between positions inclined to the left and to the right.
  • Figure 1 provides a general view of the present invention installed between the seabed and the water surface, which comprises at least one float tank (100) that replicates the movement of the sea waves, a central rod ( 200) hidden, modularly connected to at least one float tank (100), protected by a hermetic packing bellows (220), a hidden mechanical system (300), which is actuated by the central rod (200), and which has high thrust absorption capacity and conversion into output unidirectional rotational power, at least one generator Hidden electrical (400), rotational action, a tubular element (500) that supports a hermetic container (390), where the mechanical system (300) and the generator (400) are protected, in an underwater position of medium depth and at the minus one support (600) on the seabed with connection to the tubular element that allows degrees of freedom of tilt movement.
  • Figure 2 a side view of the invention is provided, from this view it is possible to identify the elements of the mechanical system (300) that stores the hermetic container (390).
  • the hermetic container (390) can contain lubrication fluid or fender system, which will depend on the requirements of the mechanical system (300) and which allows reducing the overheating produced, improving the transmission efficiency of power.
  • the hermetic container (390) is a box of materials such as, without being limited to, steel, aluminum, metallic alloys, polymers or a combination of materials in different sections.
  • the hermetic container (390) is re-covered by a film of fiber material or synthetic materials that prevent the corrosion of the metallic structural material in contact with salty sea water.
  • the hermetic container (390) has one or more sealing gaskets that, when said hermetic container (390) sinks, provides protection by preventing the entry of water into its interior, despite being submerged in sea water.
  • the hermetic container (390) can be built and assembled in a modular way, which facilitates its supply and installation logistics.
  • the hermetic container (390) has connection, fixing and coupling systems with the other elements: the tubular element (500), the hermetic packing bellows (220), the mechanical system (300 ) and the electric generator (400), consisting of, without being limited to, pins, bolts and nuts, or other fastening and coupling elements, being able to incorporate sealing gaskets in the couplings, which gives it an advantageous feature by facilitating assembly, installation and maintenance without compromising its hermetic capacity.
  • the system for generating energy from the movement of the maritime waves may have more than one mechanical system (300) arranged in an adjacent, parallel or sequential manner, sheltered in one or more hermetic containers ( 390).
  • the float tank (100) is partially filled with water, such that part of the volume of the tank is normally submerged, according to the fill level and part is floating above the water level, allowing to have a flotation effect by liidrostatic thrust, according to Archimedes' principle, said buoyancy added to the tilt capacity of the system, allows the float tank (100) to track circular movements and / or or ellipticals of predominantly superficial maritime swell; Likewise, it allows to print a greater force due to the action of gravity to the central rod (200), in the descending phase of the wave movement, considering the weight of the water contained in the float tank (100).
  • the float tank (100) is constructed of materials such as, without being limited to, steel, aluminum, metal alloys, polymers or a combination of materials in different sections.
  • the float tank (100) is covered by a film of fiber material or synthetic materials that prevent corrosion of the metallic structural material in contact with salty sea water.
  • the float tank (100) is built and assembled in a modular way, which facilitates its supply and installation logistics;
  • the connection between the modular parts has one or more sealing gaskets that, when closed, prevent the escape of water inside, without compromising its structural resistance.
  • the float tank (100) has a cylindrical or hemispherical section shape, oriented to produce a lower shock pressure due to horizontal movements of the waves, without being limited to other shapes of the float tank ( 100) are also functional.
  • the float tank (100) has connection, fixing and coupling systems with the other elements such as the tubular element (500) and the hermetic packing bellows (220), consisting of, without limitation a, pins, screw and nuts, or other fasteners, which gives it an advantageous feature by facilitating its assembly, installation and maintenance.
  • the system can have more than one float tank (100) arranged in a modular way, contiguous, sequential or parallel, which can be connected to one or more central rod (200), to which It transmits them the movement and thrust power achieved by the buoyancy thrust and by the action of the earth's gravity.
  • the float tank (100) has a self-flooding system (110), constituted by a valve-regulated side opening with which water is allowed to fill into the tank, which It is a useful and advantageous alternative to completely submerge the system and protect itself underwater in the event of a storm, hurricane force winds or other extreme weather conditions, as well as an alternative if required for the transit of vessels.
  • a self-flooding system 110
  • a valve-regulated side opening with which water is allowed to fill into the tank, which It is a useful and advantageous alternative to completely submerge the system and protect itself underwater in the event of a storm, hurricane force winds or other extreme weather conditions, as well as an alternative if required for the transit of vessels.
  • the auto flood system (110) of the float tank (100) is used to have variability of float, weight and drive torque, by adding a submersible pump (120) of common use, not shown, and allow a greater or lesser amount of water to the float tank (100), according to the characteristics of the present waves, which provides an advantageous characteristic by allowing optimization of energy generation in relation to the prevailing maritime environmental conditions.
  • Figure 3 provides side views of the invention, with two positions of the float tank (100), oscillating between a raised position and a depressed position.
  • the float tank (100) oscillates in an elevated position above the water surface, either by a high tide or by the thrust of the crest of a wave of relevant size; in figure 3b the float tank (100) oscillates in a depressed position on the surface of the water, either by a low tide or by the valley of a wave of relevant size.
  • the float tank (100) follows the circular movements and / or elliptical of the predominantly superficial maritime swell, this maritime swell regularly presents simultaneity of several wave cycles, some of smaller size and others of greater relevance.
  • the central rod (200) hidden within the hermetic packing bellows (220), is connected to the float tank (100) by means of fixing elements, such as, but not limited to, screws. , nuts, pins or other elements in common use, in such a way that this central rod (200) replicates the oscillating upward and downward movements of the float tank (100), with the upward hydrastatic thrust force and the gravity fall force of the joint weight of the elements.
  • fixing elements such as, but not limited to, screws. , nuts, pins or other elements in common use, in such a way that this central rod (200) replicates the oscillating upward and downward movements of the float tank (100), with the upward hydrastatic thrust force and the gravity fall force of the joint weight of the elements.
  • the hermetic packing bellows (220) corresponds to a membrane of flexible material such as, without being limited to, rubber, polymers or other synthetic materials, with characteristics of impermeability by water; This material is arranged in sections with zigzag folds, so it can be easily stretched and collected.
  • the hermetic packing bellows (220) is attached at one end to the bottom of the float tank (100) and at the other end to the top of the hermetic container (390), such that its coverage of the central rod (200) extends throughout the upward and downward path between the positions of Figures 3a and 3b.
  • the hermetic packing bellows (220) avoids contact between the central stem (200) and the surrounding water, with which provides an advantage of protection against the effects of corrosion or degradation typically present in the maritime environment. Additionally, the coverage of the central rod (200) in its oscillating vertical movements is easily given in the flexibility of elongation and shrinkage, this is an advantageous characteristic since its operation is allowed without reducing power to the movement of the central rod (200), nor generate ballast and / or wear of elements in contact as has occurred in other sealing systems; It is also a commonly cheaper element, easier to install and easier to maintain than other covering and sealing systems.
  • the ethical hay packing bellows (220) prevents flooding of the mechanical system (300) when the central rod (200) passes through it for activation, continuing the hermetic characteristic of the hermetic container ( 390).
  • This is a relevant characteristic when considering that the central rod (200) has an irregular lateral profile as it has toothed racks (210) on two of its sides, such a profile that makes the functionality of allowing its movement through the mechanical system complex ( 300), without exposing it to seepage from the surrounding water, especially when such a mechanical system (300) is arranged below the surface of the water, as seen in figure 3;
  • With the incorporation of the hermetic packing bellows (220) a low cost solution is achieved that does not interrupt the mechanical transmission of vertical movement.
  • the system can incorporate more than one hermetic packing bellows (220), arranged sequentially and with hermetic sealing between them, likewise more than one hermetic packing bellows (220) can be concentric one inside another, which allows to have a higher level of protection, in case of damage to the external bellows.
  • Figure 4 shows a detailed exposition view of the mechanical system (300), the central rod (200) and the tubular element (500), from this figure it is possible to visualize the central rod (200) that in the previous figures was hidden inside the hermetic packing bellows (220), this view allows to see the internal arrangement of said elements, where the central rod (200) crosses in a vertical direction the set of elements of the mechanical system (300 ) as it passes through the hermetic container (390), going to be sheltered in the tubular element (500).
  • the central rod (200) is composed of a metal profile center (205) together with toothed racks (210) on at least two of its sides, fixed along the entire profile;
  • the toothed racks (210) are fastened to the metal profile (205) with fastening elements, such as, for example, but not limited to screws, nuts, pins or other fastening elements.
  • the center of the metal profile (205) is a profile in a transverse H shape, this shape in particular is beneficial, given that it has a higher structural resistance] and allows to have the toothed zippers ( 210) on each of the two opposite U-shaped sides, making the toothed racks (210) have a more concentric and compact configuration. Additionally, this configuration allows to have a balanced rectangular joint cross section in the relation of its sides, which is advantageous in the efficient use of the space required to be protected in the tubular element (500).
  • the toothed racks (210) have pitch distances between teeth corresponding to those used in the contact pinions of the mechanical system (300).
  • the central stem (200) can have more than one toothed rack (210) on each side, likewise toothed zippers (210) can be provided on more than two sides.
  • the system can have more than one central rod (200), with its constituent elements, connected to one or more mechanical systems (300) and protected in one or more tubular elements (500).
  • Figure 5 shows a side view that exposes the central rod (200) passing through the mechanical system (300) towards the interior of the tubular element (500).
  • the center of the metal profile (205) together with the toothed racks (210) can be seen in greater detail;
  • parts of the mechanical system (300) corresponding to a set of pinions in contact with the racks (310), a set of acceleration pinions (340) and a flywheel (350) are also evidenced.
  • Figure 6 shows a configuration of elements of the mechanical system (300) that is actuated by the toothed racks (210) of the central rod (200).
  • This view shows the pinions (31 1), (312), (313) and (314) that make up the set of pinions in contact with the racks (310); said pinions have a squared arrangement, two on each side.
  • This configuration has high capacity to absorb thrust and conversion into rotational power output, since the set of pinions in contact with the racks (310) are arranged in such a way that the vertical action of the central rod (200) is converted into rotational force high torque, by distributing it in the four pinions (311), (312), (313) and (314) that engage the upward or downward thrust of the central rod (200) and transmit it through gears to the pinion set transmission (320) and subsequently to the unidirectional central pinion (330), which leads to obtaining a higher generation efficiency.
  • the pinions in contact with the racks (311), (312), (313) and (314), are arranged sequentially and in duos facing each other on each side, which allows to serve guide to centralize the vertical movement of the toothed racks (210) and compensate the radial effort of the gear ratio.
  • the described configuration generates efficient power distribution and rotational torque conversion with greater uniformity and smoothness. This constitutes a relevant advantage since the ascending ballast of the hermetic container assembly (390) and tubular element (500) is reduced when the central rod (200) performs the upward movement, consequently the anchoring weight requirements to the bed are reduced. Therefore, it is more efficient and generates cost savings.
  • the rack contact pinion assembly 310 may have a different number of pinions and / or be arranged in different relationship shapes, sequences or configurations. This will depend on the size and weight established for the float tank (100), as well as on the intended power and torque required for the operation of the coupled generators.
  • FIG. 7 there is a side view of several sets of pinions that constitute the mechanical system (300);
  • a first set of pinions in contact with the racks (310) are meshed with the toothed racks (210) and are activated as the central rod (200) performs upward and downward movements, in turn such set of pinions in contact with the racks (310) are connected by gears with a second set of transmission pinions (320), which in turn are connected by gears with a hidden unidirectional central pinion (330), which is connected by internal shaft to the set of accelerator pinions ( 340) that serves as a rotational speed multiplier.
  • both the set of contact pinions with the racks (310), as well as the set of transmission pinions (320), have turns in one direction when the central rod (200) descends, they stop and then have twists in the opposite direction when the central rod (200) rises;
  • the set of accelerator pinions (340) multiplies the rotational speed in a single direction of rotation, making better use of the inertia gained in each thrust of the central rod (200).
  • rotational movement of the output shaft which avoids the intermittence of torque, with the consequent braking and losses due to inertia that occurred in other systems with a generator for each direction of rotation, since the action of generating energy implies a lot of magnetic braking.
  • This feature makes it possible to take advantage of even smaller waves of low height with greater efficiency.
  • Figure 8 shows a detailed view of the mechanical system (300) where the pinions (311), (312), (313) and (314) transmit the torque activated by the toothed racks (210) , in a configuration in which, from two pinions in contact with the racks on each side, pinions (31 1) and (313) right side, pinions (312) and (314) left side of figure 8, are their rotational thrust converge on a pinion on each side, pinion (321) on the right side, pinion (322) on the left side of figure 8,
  • the pinions (321) and (322) are activated by means of a relationship thrust with tangentially opposite double contact, that is, the pinion (31 1) engages in relation to the upper leg of the pinion. (321), generating tangential thrust towards the left of figure 8, in case of upward movement of the central rod (200), while the pinion (313) engages in relation to the lower leg of the pinion (321), generating tangential thrust to the right of figure 8, whereby the pinion (321) is pushed tangentially on two of its diametrically opposite sides, which gives it an inertial advantage and rotational torque transmission to the pinion (323).
  • the pinion (312) engages in relation to the upper leg of the pinion (322), generating tangential thrust towards the right of figure 8, in the event of upward movement of the central rod (200), while the pinion (314 ) gears in relation to the lower leg of the pinion (322), generating tangential thrust to the left of figure 8, whereby the pinion (322) is pushed tangentially on two of its diametrically opposite sides, which gives it a Inertial advantage and rotational torque transmission to the hidden pinion (324).
  • the pinion (321) is connected by a shaft, not shown, to the pinion (323) transmitting its rotational power, likewise the pinion (322) is connected by a shaft, not shown, to the pinion (324), hidden, transmitting its rotational power;
  • These pinions generate rotation with opposite directions in two parallel axes on each side of the central rod (200), which in turn are connected to each other with the pinions (323) and (324) that are larger and achieve relative contact gear with each other.
  • Figure 9 shows a front view of the mechanical system (300), where the relationship gear between the pinions (323) and (324) is detailed, the internal axes of these pinions, not shown, are connected with two additional sprockets (325) and (326), the which are related by gear simultaneously on each side with a unidirectional central pinion (330) arranged in the middle of the two, this last pinion (330) is characterized by being the first pinion activated with unidirectional movement, since the previously activated pinions change the direction of rotation, with respect to the upward or downward movement of the central rod. (200).
  • the unidirectional movement of the central pinion (330) is achieved by incorporating to the ratio pinions of each side (325) and (326), ratcheting mechanisms with ciuced directions in the connection with their respective axes, in such a way that intermittently in each direction of rotation, only one pinion, (325) or (326), activates the unidirectional central pinion (330) and the other slides with respect to its axis without transmitting power in the opposite direction.
  • the configuration of pinions described above allows an advantageous use of the rotational power activated by the vertical movements of the central rod (200), since the four pinions in contact with the racks (31 1), (312), (313) and (314), the power converges to two parallel axes of rotation, which in turn converges the rotational power to a unidirectional central pinion (330), using one of two transmission alternatives: rotational power with related pinions (323) and (324) that transmit power to pinion (325) and ratchet pinion (326) and then power transmission to pinion (330); Or, with the opposite direction of rotation, rotational power with the pinions (323) and (324) related to each other, which transmit power to the pinion (326) and slide the pinion (325) with a ratchet and then transmission of power to the pinion (330).
  • the mechanical system (300) regardless of the ascending or descending direction of the central rod (200), manages to activate the central pinion (330) in a single unidirectional movement, which improves efficiency for generation with a constant turning movement which is transmitted to the generator (400), without intermittent thrust, or losses due to inertia.
  • Figure 10 shows a front view of the mechanical system (300), similar to that shown in figure 9, where two acceleration pinions (341) and (343) have been incorporated, these pinions together with the pinions (342) shown in FIG. 9, and (344) constitute the acceleration pinion assembly (340);
  • Said set of pinions (340) is characterized by being a power transmission and speed multiplier mechanism, these pinions are connected by internal shafts and external toothed mechanisms, with different diameter ratios and number of teeth, and convert the high torque driven in the unidirectional central pinion (330), into greater rotation in the output shaft, which when coupled to a generator (400), allows the generation of electrical energy by magnetic induction.
  • the acceleration pinion assembly (340) can incorporate different acceleration ratios by varying the diameters and numbers of teeth between the pinions (341) and (342), as well as between the pinions (343 ) and (344), in a tooth number ratio range between 1 to 1 and 100 to 1; thus, for every 1 turn of the unidirectional central pinion (300), it is transmitted through the internal shaft, not shown to the pinion (341) which makes 1 turn and this activates the pinion (342) that rotates between 1 and 100 turns depending on its ratio of number of teeth with respect to the pinion (341), then rotational power is transmitted through the internal shaft, not shown, from the pinion (342) to the pinion (343) which rotates the same number of revolutions and this activates the pinion (344) that rotates multiplied between 1 and 100 turns depending on its ratio of number of teeth with respect to the pinion (343).
  • the acceleration pinion assembly (340) may have more or less number of pinions and acceleration steps, whereby an acceleration ratio can be achieved in a range of 1 to 1 and 1 to 10,000; whereby the rotational speed of the output shaft (348) is increased between 1 and 10,000 complete turns, with respect to each turn of the unidirectional central pinion (330).
  • the output shaft (348) is coupled to the pinion (344) with a ratchet mechanism not shown and is fixed to a flywheel (350) and then connected to the electric generator ( 400), which allows the impulse of the output shaft (348) printed by the last pinion (344) to be partially contained in the form of kinetic energy in the flywheel (350) and have a turning effect on the generator (400) that can last longer and faster than the one occurred in the last activation pinion (344), achieving greater generation efficiency and reduction of loss of inertia in the reactivation of the mechanical thrust.
  • FIG. 1 1 a general view of the mechanical system (300) is presented with an embodiment of a different configuration of pinions, in which the set of pinions in contact with the racks (310) is observed, which in turn They are connected by internal shafts with a second set of transmission pinions (320), which in turn are connected by gears with a unidirectional central pinion (330), which is connected by internal shaft to the set of acceleration pinions (340) that multiply the rotational speed and connect with the flywheel (350).
  • This configuration differs mainly by the set of transmission sprockets (320) that can be configured in various ways, maintaining the spirit and scope of the invention, such as, for example, without being limited to, having crossed ratchets on the gear sprockets in contact with the racks (310), in such a way that only two axes, parallel or diagonal, transmit rotational power in each direction of rotation with respect to the upward or downward movement of the central rod (200), to then actuate, by means of additional ratio pinions ( 320), the one-way center pinion (330).
  • the system for generating energy comprises at least one electric generator (400) with rotational action, which is connected to the output shaft (348) of the mechanical system (300), said generator It is commonly used in the renewable energy industry and features high generation efficiency with lower rotational revolutions and high torque.
  • a plurality of electrical generators (400) can be connected to the mechanical system (300), in such a way that through the variability of float, weight and torque, allowed with the auto flood system (110 ) and submersible pump (120), one, several or all electric generators (400) can be activated, which allows variable power generation capacity, according to the current wave conditions.
  • the system for power generation comprises a tubular element (500) that holds the hermetic container (390) in a mid-depth underwater position, said tubular element (500) connects the support of the seabed (600) with hermetic container (390); It also has the function of internally containing the central rod (200) after passing through the mechanical system (300) in a downward direction, maintaining the hermetic seal obtained from the hermetic packing bellows (220), the hermetic container (390), to the bottom of the tubular element (500), thereby providing freedom of vertical movement to the central stem (200).
  • the tubular element (500) is constructed of materials such as, without being limited to, steel, aluminum, metallic alloys, polymers or a combination of materials in different sections.
  • the tubular element (500) is a cylinder covered by a film of fiber material or synthetic materials that prevent the corrosion of the metallic structural material in contact with salty sea water. It can also have a bellows-type cover made of synthetic material, rubber or polymers, as shown in figure 6
  • the tubular element (500) can be built and assembled in a modular way, which facilitates its supply and installation logistics.
  • the tubular element (500) has connection, fixing and coupling systems with the other elements: the hermetic container (390) and the seabed support (600), consisting of, but not limited to a, hooks, pins, screws and nuts, or other fastening and coupling elements, being able to incorporate sealing gaskets in the couplings, which gives it an advantageous feature by facilitating assembly, installation and maintenance without compromising its hermetic capacity.
  • the hermetic container (390) and the seabed support (600) consisting of, but not limited to a, hooks, pins, screws and nuts, or other fastening and coupling elements, being able to incorporate sealing gaskets in the couplings, which gives it an advantageous feature by facilitating assembly, installation and maintenance without compromising its hermetic capacity.
  • the system for generating energy comprises a support on the seabed (600) with connection to the tubular element (500).
  • Such support serves as an anchor for the tubular element (500) and the hermetic container (390) of the mechanical system (300) and the small generator (400), which added to the weight of said elements, allows to counteract the upward thrust ballast. of the float tank assembly (100) and central rod (200) when operating the mechanical system (300) in that direction.
  • the support in the malignant bed (600) is constructed of materials such as, without being limited to, concrete, gravel, cement, sand, construction materials or combination of materials in different sections, packed or not, materials with a higher density than water, to generate an effect of weight and anchoring.
  • the support on the seabed (600) can be built and assembled in a modular way, which facilitates its supply and installation logistics.
  • the support on the seabed (600) has systems for connection, fixing and coupling with the other elements: tubular element (500) and hydraulic cylinders (650), such as, without being limited to, hooks, pins, screws and nuts, or other fasteners and coupling elements, which gives it an advantageous feature by facilitating its assembly and installation.
  • tubular element (500) and hydraulic cylinders (650) such as, without being limited to, hooks, pins, screws and nuts, or other fasteners and coupling elements, which gives it an advantageous feature by facilitating its assembly and installation.
  • the support on the seabed (600) can be interconnected with the supports on the seabed (600) of other adjacent units of the same power generation system, in the form of a network, which allows greater stabilization and grouped anchoring of the entire system of power generation units.
  • the support on the seabed (600) is designed to simultaneously provide anchoring to the seabed and limit the tubular element (500) and in extension to the rest of the system, certain degrees of freedom of inclination movement, as can be seen in Figure 12, where the wave force exerts an inclination of the system to the left in Figure 12a and that same force at another moment exerts an inclination of the system to the right in Figure 12b.
  • This freedom of movement generates an advantageous characteristic by reducing the wear of the system due to the horizontal pressure of the sea waves and therefore minimizing breakdowns and maintenance comparatively with rigid systems without the possibility of tilting.
  • the support on the seabed (600) can have at least fies hydraulic cylinders (650) arranged in a tripod fashion and fixed between the support (600) and the tubular element (500) , in such a way that the horizontal thrust force of the sea wave, which generates the inclination of the system, including the tubular element (500) where the force is concentrated by lever principle, can be used by means of transmission by pressure of hydraulic fluid to the Mechanic system (300), with complementary thrust of the pinion configuration, by means of at least one actuating piston.
  • This characteristic provides a valuable advantage, since it allows to take advantage of the kinetic energy of the maritime waves, not only by vertical oscillation of the float tank (100), but also and in addition by the horizontal thrust force, which allows greater energy generation.
  • the horizontal thrust force of the sea wave which generates the inclination of the system, can be exploited by means of hydraulic fluid pressure transmission from the hydraulic cylinders (650) to a secondary mechanical system (300 ') not shown, arranged for example, but not limited to, adjacent to the support on the seabed, composed of a set of pinions, shafts, supports, ratchets and flywheel with similar characteristics to the mechanical system (300) and connected to the minus one secondary electric generator (400 ') not shown.
  • the unidirectional rotational power generated in the mechanical system (300) can be used in addition to the generation of electrical energy, for other industrial utility purposes, such as, for example, without being limited a, water pumping, commonly used in the seawater desalination industry; This is made possible by replacing the electric generator (400) in connection with the output shaft (348) with a rotational action pump system, not shown, in common use in the water systems industry.

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Abstract

La presente invención divulga un sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo; donde dicho sistema se caracteriza por comprender un tanque flotador que replica el movimiento del oleaje marítimo, un vástago central, conectado modularmente al tanque flotador, con cremalleras dentadas protegidas por un fuelle de empaquetamiento hermético, un sistema mecánico que es accionado por el vástago central, que posee alta capacidad de absorción de empuje y conversión en potencia rotacional unidireccional de salida, un generador eléctrico de acción rotacional, un elemento tubular que sostiene un contenedor hermético, donde se resguardan el sistema mecánico y el generador eléctrico, en una posición subacuática de media profundidad y un soporte en el lecho marino con conexión al elemento tubular que le permite grados de libertad de movimiento de inclinación.

Description

SISTEMA PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DEL
MOVIMIENTO DEL OLEAJE MARÍTIMO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0001] La presente invención se relaciona en el campo de la generación energética, más concretamente con la generación de energía a partir de fuentes no convencionales de energía. Particularmente, la divulgación se ubica en el ámbito de los generadores de energía que aprovechan la energía cinética inmersa en el movimiento de agua en el mar, y más específicamente hace referencia a un sistema de generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0002] En las últimas décadas se fia incrementado drásticamente el requerimiento diario energético por persona en el mundo debido a la tecnificación de procesos, el consumo masivo y la industrialización. Así las cosas, el uso de energía resulta indispensable para cumplir con necesidades básicas como salud, alumbrado, cocina, movilidad, comunicación, entre otras actividades. El uso desmedido de energía por parte de la humanidad ha conllevado tanto al agotamiento y escaseo de fuentes no renovables como al cambio climático, éste último producto del uso indiscriminado de energías fósiles, entre otros. Por consiguiente, existe una necesidad creciente de encontrar nuevas alternativas de energía que sean sostenibles a largo plazo y que no contribuyan al cambio climático.
[0003] Las fuentes de energía no convencionales han surgido como una posible alternativa que además de ser sostenible en el tiempo disminuye considerablemente la producción de gases contaminantes que contribuyen al cambio climático. De acuerdo con Panwar, et al (Véase, Panwar, N., Kaushik, S. & Kothari, S. 201 1. Role of renewable energy sources in environmental protection: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 1513-1524) las fuentes de energía renovable proveen el 14% de la demanda mundial energética; sin embargo, con el paso de los años, desarrollos científicos y regulaciones gubernamentales para restringir la producción de contaminantes a la atmósfera se estima que este valor aumentará significativamente. Ejemplos de fuentes de energía no convencionales incluyen, pero no se limitan a, la energía solar, eólica, geotérmica, marina, la biomasa, entre otras.
[0004] En los últimos años se han divulgado sistemas de producción de energía renovable que se orientan a una mayor eficiencia o menor costo y que tienen como principal objetivo el capturar la energía presente en la naturaleza. Ejemplo de lo anterior son los sistemas que emplean la energía cinética inmersa en el movimiento de las olas en el mar con el fin de generar energía eléctrica.
[0005] Los sistemas que capturan y convierten la energía cinética producida por el movimiento de las olas de mar a energía eléctrica u otra forma de aprovechamiento energético, han sido estudiados en los últimos años. En términos generales, estos sistemas se basan cueipos flotantes y sumergidos que aprovechan el movimiento marítimo, incluyendo el movimiento superficial de olas y el desplazamiento de agua por mareas, en donde dichos cueipos se encuentran conectados a sistemas de acción. Los sistemas de acción comprenden, pero no se limitan a, sistemas hidráulicos, mecánicos, electromecánicos o neumáticos. Cuando las fuerzas del movimiento del agua entran en contacto con los cueipos flotantes o sumergidos, se ejercerá una fuerza regularmente ascendente o giratoria lo que activará el sistema de acción (hidráulico, mecánico, electromecánico o neumático), pennitiendo como resultado final la generación de energía eléctrica. A partir de estudios realizados en el estado de la técnica, se han hecho múltiples modificaciones y mejoras a los sistemas de acción convencionalmente propuestos.
[0006] La Patente No. ES2528334 B2 enseña un Dispositivo sumergible para aprovechamiento energético de la diferencia de nivel de agua, para un sistema y procedimiento de bombeo, almacenamiento y turbinado, con el fin de obtención de energía eléctrica. Se provee un una campana de fijación por vacío para la fijación del dispositivo sumergible al lecho marino, lacustre, o fluvial; una carcasa, con forma hidrodinámica, dotada de una rejilla inferior y una rejilla superior; una cámara inferior con forma cilindrica y una cámara superior, con forma cilindrica en su base inferior y en su cueipo central, y con foima semiesférica en su base superior; un émbolo con un extremo inferior de forma plana y con un extremo superior de forma semiesférica. La finalidad del sistema es bombear agua por una tubería de bombeo general hasta un depósito elevado con el fin de mediante una tubería de turbinado turbinal el agua en una central hidroeléctrica.
[0007] La patente ES2334089 Al divulga un sistema que consta de una platafoima hueca con capacidad de flotar, sustentada mediante unos engranajes anclados a ésta, pero dejando libre su giro, que a su vez encajan en unos pilares dentados permitiendo el movimiento veitical de la plataforma a lo largo de los ejes de los pilares. Dichos pilares están anclados a la cimentación en el fondo marino y perforan la plataforma sin tocarla, evitando que la estructura se desplace horizontalmente al estar en contacto con los engranajes; a su vez, los engranajes estarán conectados a un generador eléctrico, de forma que puedan transmitir a éste los giros producidos al elevarse o descender la plataforma según suba o baje la marea, produciéndose de esta forma electricidad.
[0008] La Publicación de Patente W02007077555 A3 divulga un sistema para la conversión de la energía de las olas oceánicas en energía eléctrica. El sistema incluye la captura de energía en dos vectores simultáneamente y conectados, presenta dispositivos que usan principios relacionados para su uso en ondas superficiales y subsuperficiales, y la colocación de los dispositivos en las granjas de agua y de olas. El sistema completo de captura de olas incluye partes conectadas y generadores de energía.
[0009] La Patente ES2472565 B1 divulga un platafoima flotante para aprovechamiento de energía mareomotriz, consistente en que un brazo dispone de un tramo telescópico, habiéndose dispuesto unos raíles sobre dicho brazo por los que desliza libremente un cairo que queda unido mediante bielas a sendas baterías de compresores dispuestas en los extremos del recorrido; y habiéndose dispuesto en el extremo del tramo telescópico del brazo una articulación que permite el giro de la estructura de la boya con respecto al brazo y su tr amo telescópico, además de un soporte fijo sobre el que se dispone una batería de compresores unidas mediante bielas a la estructura de la boya, la cual incluye una multiplicidad de vigas que disponen de un tramo telescópico accionable hidráulicamente.
[0010] La Publicación de Patente W02010024740 Al se refiere a una unidad de energía de onda para la producción de energía eléctrica. Comprende un cueipo flotante dispuesto para flotar en el mar y un generador lineal eléctrico que tiene un estator y un traductor que funcionan alternativamente a lo largo de un eje central. El estator está dispuesto para anclarse en el lecho del mar y el traductor está conectado al cueipo flotante por medios de conexión. De acuerdo con la invención, el generador se etracta en una encapsulación estanca al agua que tiene una pared extrema superior con una abertura a través de la cual se extienden los medios de conexión. La abertura tiene un sello que sella contra los medios de conexión. El sello está montado de manera flexible. La invención también se refiere al uso de la unidad de potencia de onda y a un método para producir energía eléctrica.
[0011] La Publicación de Patente WO2011014072 Al describe una planta de energía de comente de agua para su colocación debajo del agua, que comprende varias velas o alas que están fijadas a una cadena sinfín giratoria que discurre entre los discos de giro respectivos opuestos, con la cadena sin fin ser forzado por el empuje de las alas bajo la influencia del agua circundante, y, al menos, un generador para la generación de energía eléctrica que está conectada con la cadena sin fin. Los discos giratorios están montados en marcos respectivos que pueden anclarse, y la cadena sin fin discurre libremente entre los marcos y alrededor de los discos giratorios y un engranaje de accionamiento está conectado a, al menos, uno de los discos giratorios y está conectado a un acoplamiento universal, estando dicho generador conectado al acoplamiento universal.
[0012] Por lo general, la instalación de los sistemas o dispositivos que convierten la energía cinética del movimiento del agua del mar requiere de importantes y cuantiosos trabajos civiles que permitan posicionar los elementos de accionamiento, así como los sistemas electr ónicos, mecánicos, eléctricos y/o neumáticos del sistema en medio del mar o en su defecto en la costa. El realizar grandes obras de estructuras necesarias con el fin de instalar dichos sistemas, además de aumentar los costos también expone a las estructuras y dispositivos a esfuerzos y condiciones ambientales y/o climáticas que los debilitará y generará altos requerimientos de operación y mantenimiento, especialmente cuando se presentan condiciones extremas que frecuentemente se presentan en el mar como por ejemplo tormentas o vientos huracanados. Por otra parte, un servicio de mantenimiento a dichos sistemas o dispositivos implicará necesariamente gran capacidad de operación, y obras en sitio, lo cual además de resultar inconveniente también incrementa notablemente los costos. Asimismo, la intervención de glandes estructuras sobre el mar y obras de cimentación requiere de procesos especiales, ensayos, entre otros procedimientos que liarán más extenso el proceso de instalación y generan mayores afectaciones al medio ambiente y la vida marina.
[0013] Otro de los problemas de los sistemas o dispositivos tradicionales que convierten la energía cinética de las fuerzas de movimiento de agua de mar es que las estructuras o elementos de flotación no tienen en cuenta el efecto que puedan causar sobre la navegación y el tránsito de embarcaciones. Así las cosas, estructuras sobresalientes del nivel del mar, como los elementos flotantes sin capacidad de sumergirse, presentes en los diseños y realizaciones de patentes relacionadas, pueden generar tr aumatismos, por choques o saturación en rutas de navegación; lo cual es especialmente crítico, cuando se presentan situaciones climáticas extremas, que pueden desprender elementos y generar daños en las mismas estructuras y dispositivos, así como en embarcaciones, lo cual puede afectar la seguridad marítima. Lo anterior es de alta relevancia, al considerar que regularmente se plantea la ubicación de los dispositivos y estructuras generadoras cerca de las costas, ciudades y muelles, para lograr eficiencia y menores costos en los sistemas de transmisión de energía y su uso en cenóos con alta demanda energética.
[0014] En adición a lo previamente mencionado, algunos de los sistemas de generación tr adicionales no permiten la producción de una cantidad considerable de energía que compense los gastos invertidos en su instalación; así, muchos sistemas resultan inviables con el tiempo. Generalmente, los sistemas convencionales no logran capturar una cantidad suficiente de energía la activación del movimiento por la mareas u olas superficiales, lo cual resulta en una baja transformación de energía eléctrica. Lo anterior, debido principalmente a la baja capacidad de lograr altas rotaciones y el efecto de este fenómeno en la limitada inducción magnética de los generadores acoplados. Así las cosas, resulta un reto la implernentación de nuevos sistemas que permitan una captura y transformación eficiente de la energía cinética del mar.
[0015] En consecuencia, existe una necesidad en el arte por nuevos sistemas de generación de energía a partir del movimiento del agua de mar; dichos nuevos sistemas deben caracterizarse por intervenir en la menor medida de lo posible el ambiente marino, por contar con estructuras y cuerpos de flotación que se adapten a las cambiantes condiciones climáticas, contando con sistemas de respuesta a condiciones extremas, sin afectar la seguridad marítima de navegación; y que permitan una mayor captura y transformación de la energía cinética con el fin de hacer el sistema eficiente.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
[0016] Por consiguiente, la presente invención divulga un sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo; dicho sistema se caracteriza por comprender un tanque flotador que replica el movimiento del oleaje marítimo, un vastago central, conectado modularmente al tanque flotador, con cremalleras dentadas, protegido por un fuelle de empaquetamiento hermético, un sistema mecánico que es accionado por el vastago central, que posee alta capacidad de absorción de empuje y conversión en potencia rotacional unidireccional de salida, un generador eléctrico de acción rotacional, un elemento tubular que sostiene un contenedor hermético, donde se resguardan el sistema mecánico y el generador eléctrico, en una posición subacuática de media profundidad y un soporte en el lecho marino con conexión al elemento tubular que le permite grados de libertad de movimiento de inclinación.
[0017] El sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo se caracteriza por comprender un tanque flotador que se encuentra parcialmente llenado de agua, de tal manera que parte del volumen del tanque normalmente se encuentra sumergido y parte está flotando sobre el nivel del agua, permitiendo tener un efecto de flotación por empuje hidrastático con seguimiento de los movimientos del oleaje marítimo superficial, así como imprimir mayor fuerza por acción de gravedad al vástago central, en la fase descendiente del movimiento de ola.
[0018] El sistema para la generación de energía de la presente invención se caracteriza por comprender un tanque flotador cuya forma preferida de dicho tanque es de sección cilindrica, orientado a producir una menor presión de choque por lo movimientos horizontales del oleaje, no obstante otras formas del tanque bien pueden ejercer el efecto de flotación y fuerza por gravedad antes descrito.
[0019] El sistema para la generación de energía de la presente invención se caracteriza por comprender un vástago central conectado al tanque flotador mediante elementos de fijación, tales como, sin limitarse a, tornillos, tuercas, pasadores u otros elementos de uso común. Dicho vástago está compuesto por un centro de perfil metálico junto con cremalleras dentadas en al menos dos de sus lados, fijadas a lo largo de todo el perfil.
[0020] El sistema para la generación de energía de la presente invención se caracteriza por comprender un vastago central el cual se encuentra protegido por un fuelle que logia el empaquetamiento hermético del vastago, evitando su contacto con el agua circundante y protegiéndolo de efectos de corrosión o degradación típicamente presentes en el ambiente marítimo. Dicho fuelle de protección está fijado herméticamente desde la conexión del vastago central con el tanque flotador, hasta el contenedor donde se aloja el sistema mecánico, lo que permite una cobertura del vástago central en sus movimientos verticales oscilantes con flexibilidad de alargamiento y evita la inundación de la caja del sistema mecánico.
[0021] El sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo se caracteriza por comprender un sistema mecánico que es accionado por el vástago central, sistema que posee alta capacidad de absorción de empuje y conversión en potencia rotacional unidireccional de salida. Tal sistema mecánico está compuesto por una configuración de piñones, ejes, soportes, trinquetes y volante de inercia, dispuestos de manera que la acción vertical del vástago central es convertida en fuerza rotacional unidireccional acelerada de alto torque, lo cual conlleva a una obtención de una mayor eficiencia de generación.
[0022] El sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo se caracteriza por comprender un sistema mecánico que se adapta y aprovecha con mayor eficiencia los movimientos ascendente y descendente del vástago central; lo anterior dado que de acuerdo con su configuración, permite converger el accionamiento del vastago central, en un único sentido de movimiento rotacional del eje de salida, independientemente del sentido de empuje ascendente o descendente del vastago central, lo cual evita la intermitencia de torque, frenado y perdidas por inercia ocurrido en otros sistemas con generador para cada sentido de giro. Esta característica permite aprovechar con mayor eficiencia incluso oleajes menores de baja altura.
[0023] El sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo se caracteriza por comprender un sistema mecánico que preferiblemente, sin limitarse a, está compuesto por un conjunto de al menos cuatro piñones de relación en contacto con las cremalleras del vástago central, dispuestos secuencia les y en dúos enfrentados a cada lado, lo que permite servir de guía para centralizar el movimiento vertical de las cremalleras y compensar el esfuerzo radial de la relación de piñones. La configuración descrita genera una distribución eficiente de potencia y conversión en torque rotacional con mayor uniformidad y suavidad, lo que además reduce el lastre ascendente del conjunto caja contenedora del sistema mecánico y elemento tubular cuando el vástago central realiza el movimiento ascendente, y en consecuencia se reducen los requerimientos de peso de anclaje al lecho marino.
[0024] El sistema para la generación de energía de la presente invención se caracteriza por comprender al menos un generador eléctrico de acción rotacional, el cual es conectado al eje de salida del sistema mecánico, dicho generador es de uso común en la industria energética renovable y presenta una alta eficiencia de generación con menores revoluciones de giro y alto torque.
[0025] El sistema para la generación de energía de la presente invención se caracteriza por comprender un elemento tubular que sostiene el contenedor del sistema mecánico y el generador en una posición subacuática de media profundidad; dicho elemento tubular conecta el soporte del lecho marino con una caja en la cual esta henil éticamente contenido el sistema mecánico y el generador eléctrico; también tiene la función de contener internamente el vástago central luego de atravesar el sistema mecánico en dirección descendente, manteniendo el sellamieuto hennético procurado desde la conexión con el tanque flotador, la caja del sistema mecánico, hasta la parte inferior del elemento tubular, con lo que se brinda libertad de movimiento vertical al vástago central.
[0026] El sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo se caracteriza por comprender un soporte en el lecho marino con conexión al elemento tubular. Tal soporte sirve de anclaje para el elemento tubular y la caja contenedora del sistema mecánico y el generador eléctrico, lo que sumado al peso de dichos elementos, permite contrarrestar el lastre de empuje ascendente del conjunto tanque flotador y vastago central al accionar el sistema mecánico en tal dirección.
[0027] El sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo se caracteriza por comprender un sopoite en el lecho marino con conexión al elemento tubular, el cual está diseñado para simultáneamente brindar anclaje al fondo marino y permitir al elemento tubular y en extensión al resto del sistema, determinados grados de libertad de movimiento de inclinación. Esta libertad de movimiento genera una ventajosa característica al reducir el desgaste del sistema por la presión horizontal del oleaje marítimo y por tanto minimizar averías y mantenimiento comparativamente con sistemas rígidos.
[0028] En un aspecto de la presente invención, el tanque flotador posee un sistema de auto inundación, mediante una válvula con la cual se permite el llenado de agua al interior del tanque, lo que constituye una alternativa útil para sumergir completamente el sistema y resguardarse en caso de tormenta o condiciones climáticas extremas, así como alternativa para el tránsito de embarcaciones.
[0029] En un aspecto de la presente invención, el sistema de auto inundación del tanque flotador puede ser utilizado para tener variabilidad de flotación, peso y torque de accionamiento, al permitir ingreso de mayor o menor cantidad de agua al tanque flotador, de acuerdo con las características del oleaje presente , lo que posibilita optimizar la generación energética en relación con las condiciones ambientales marítimas.
[0030] En otro aspecto preferente de la invención, una pluralidad de generadores eléctricos pueden ser conectados al sistema mecánico, de manera tal que mediante sistema de regulación y de variabilidad de flotación, peso y torque, pueden ser activados uno, varios o todos los generadores eléctricos, lo que permite capacidad variable de generación energética, de acuerdo con las condiciones de oleaje presentes.
[0031] En otro aspecto preferente de la invención, el sopoite en el lecho marino con conexión al elemento tubular, que permite al sistema determinados grados de libertad de movimiento de inclinación, puede contar con cilindros hidráulicos fijados entre el soporte y el elemento tubular, de manera tal que la fuerza de empuje horizontal del oleaje marítimo, la cual genera la inclinación del sistema, incluido el elemento tubular, puede ser aprovechada mediante transmisión por presión de fluido hidráulico al sistema mecánico, con empuje complementario de la configuración de piñones.
[0032] En orto aspecto preferente de la invención, la fuerza de empuje horizontal del oleaje marítimo, la cual genera la inclinación del sistema, incluido el elemento tubular, puede ser aprovechada mediante transmisión por presión de fluido hidráulico a un sistema mecánico secundario, dispuesto, sin limitarse a, contiguo al soporte en el lecho marino, mediante accionamiento de un conjunto de piñones, ejes, soportes, trinquetes, volante de inercia y generador eléctrico.
[0033] En otro aspecto preferente de la invención, la potencia rotacional generada en el sistema mecánico, puede ser utilizada además de la generación de energía eléctrica, para otros propósitos de utilidad industrial, corno por ejemplo, sin limitarse a, bombeo de agua, comúnmente utilizada en la industria de desalinización de agua de mar.
[0034] En otro aspecto relevante de la invención, un subconjunto del sistema mecánico, se caracteriza transmitir el torque activado en los piñones de relación en contacto con las cremalleras del vástago central, en una configuración en la cual, a partir de dos piñones en contacto con las cremalleras por cada lado del vástago central, se confluyen su empuje rotacional en un piñón de cada lado, mediante empuje de relación con contacto doble tangencialmente opuesto, lo que le brinda ventaja inercial; estos piñones generan rotación con sentidos opuestos en dos ejes paralelos, los cuales a su vez se conectan entre sí con dos piñones adicionales de mayor tamaño, que logran contacto de relación. [0035] En otro aspecto relevante de la invención, los ejes paralelos de acuerdo con lo antes descrito, se conectan con dos piñones adicionales, los cuales se relacionan simultáneamente por cada lado con un piñón central dispuesto en medio de los dos, este último piñón se caracteriza por ser el primer piñón activado con movimiento unidireccional, ya que los piñones antes activados cambian el sentido de giro, con respecto al movimiento ascendente o descendente del vastago central. El movimiento unidireccional del piñón central se logia al incorporar a los piñones de relación de cada lado, mecanismos de trinquetes con sentidos cruzados, de tal forma que intermitentemente en cada sentido de giro, solo un piñón activa el piñón central y el otro se desliza sin transmitir potencia en sentido contrario.
[0036] En otro aspecto preferente de la invención, el subconjunto del sistema mecánico que transmite el torque activado en los piñones de relación en contacto con las cremalleras del vástago central, basta el piñón central unidireccional, logrando un único sentido de giro de este último piñón, puede configurarse de diversas maneras, manteniéndose el espíritu y alcance de la invención, como por ejemplo, sin limitarse a, disponer de trinquetes cruzados en los piñones de relación en contacto con las cremalleras, de tal forma que solo dos ejes, paralelos o diagonales, trasmiten potencia rotacional en cada sentido de giro con respecto al movimiento ascendente o descendente del vástago central, para luego accionar, mediante piñones adicionales de relación, el piñón central unidireccional.
[0037] En otro aspecto adicional, otro subconjunto del sistema mecánico es constituido por un juego de piñones que se caracteriza por ser un mecanismo transmisor de potencia y multiplicador de velocidad de giro, dispuesto a partir del piñón central unidireccional, lo que genera mía mayor eficiencia de rotación obtenida del accionamiento del vástago central; estos piñones se encuentran conectados mediante ejes internos y mecanismos dentados externos, con diferentes relaciones de diámetro y numero de dientes, y convierten el alto torque accionado en el piñón central unidireccional, en mayor rotación en el eje de salida, el cual al acoplarse a un generador, permite la generación de energía eléctrica por inducción magnética. [0038] En otro aspecto de la invención, el eje de salida del sistema mecánico se acopla al último piñón con un mecanismo de trinquete y se fija a un volante de inercia y luego conecta con el generador eléctrico, lo que permite que el impulso del eje de salida impreso por el ultimo piñón, se contenga parcialmente en forma de energía cinética en el volante de inercia y tenga un efecto de giro en el generador que puede perdurar por más tiempo y más velocidad que el ocurrido en el último piñón de activación, logrando mayor eficiencia de generación y reducción de inercia en la reactivación del empuje mecánico. Lo anterior es una característica ventajosa al considerar la pausa de empuje y torque en el cambio de movimiento ascendente a descendiente o viceversa del tanque flotador y el vástago central, de acuerdo con el oleaje marítimo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0039] Con el objetivo de que la presente invención puede ser entendida fácilmente y puesta en práctica se liará referencia a las figuras adjuntas y a la descripción detallada de una o más realizaciones de la invención.
Con referencia a las figuras adjuntas:
[0040] La Figura 1 representa una vista general de la presente invención instalada entre el lecho marino y la superficie del agua.
[0041] La Figura 2 representa una vista lateral de la invención, exponiendo los elementos del sistema mecánico.
[0042] La Figura 3 representa vistas laterales de la invención, con dos posiciones del tanque flotador, oscilando entre una posición elevada y una posición deprimida.
[0043] La Figura 4 representa una vista con detalle de exposición del sistema mecánico, el vástago central y el elemento tubular.
[0044] La Figura 5 representa una vista lateral que expone el vástago central atravesando el sistema mecánico hacia el interior del elemento tubular.
[0045] La Figura 6 representa una configuración de elementos del sistema mecánico en contacto de relación con el vástago central. [0046] La Figura 7 representa el sistema de piñones de relación, que unifica en movimiento unidireccional y multiplicador de velocidad rotacional enunciado en Figura ó.
[0047] La Figura 8 representa una vista posterior del sistema mecánico, el volante de inercia y el generador eléctrico.
[0048] La Figura 9 representa una vista frontal del sistema mecánico y el volante de inercia, en donde se han removido dos piñones de aceleración para mejor visualización.
[0049] La Figura 10 representa una vista frontal del sistema mecánico y el volante de inercia, en donde se han puesto los dos piñones de aceleración omitidos en la figura 9.
[0050] La Figura 1 1 representa una vista general del sistema mecánico con una realización de distinta configur ación de piñones.
[0051] La Figura 12 representa vistas laterales de la invención, con dos posiciones del sistema, oscilando entre posiciones inclinadas a la izquierda y a la derecha.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA(S) REALIZACION(ES) DE LA INVENCIÓN
[0052] La siguiente descripción detallada de las realizaciones de la invención hace referencia a las figuras adjuntas. Aunque la descripción incluye realizaciones ejemplarizantes, son posibles otras realizaciones y pueden ser hechos cambios a las realizaciones descritas sin salirse de la intención y alcance de la invención. Debe ser apreciado por aquellos versados en la materia que las configuraciones divulgadas en las siguientes realizaciones representan configuraciones propuestas por el inventor para el funcionamiento del invento en la práctica. Sin embargo, aquellos versados en la materia deben apreciar que muchos cambios pueden ser hechos en las realizaciones específicas que son divulgadas aquí obteniéndose un resultado que no se aleja del espíritu y alcance de la invención.
[0053] En la Figura 1 se provee una vista general de la presente invención instalada entre el lecho marino y la superficie del agua, la cual comprende al menos un tanque flotador (100) que replica el movimiento del oleaje marítimo, un vástago central (200) oculto, conectado modulaimente a al menos un tanque flotador (100), protegidas por un fuelle de empaquetamiento hermético (220), un sistema mecánico (300), oculto, que es accionado por el vástago central (200), y que posee alta capacidad de absorción de empuje y conversión en potencia rotacional unidireccional de salida, al menos un generador eléctrico (400) oculto, de acción rotacional, un elemento tubular (500) que sostiene un contenedor hermético (390), donde se resguardan el sistema mecánico (300) y el generador (400), en una posición subacuática de media profundidad y al menos un sopoite (600) en el lecho marino con conexión al elemento tubular que le permite grados de libeitad de movimiento de inclinación.
[0054] En la Figura 2 se provee una vista lateral de la invención, a partir de esta vista es posible identificar los elementos del sistema mecánico (300) que almacena el contenedor hermético (390).
[0055] En una forma de realización, el contenedor hermético (390) puede contener fluido de lubricación o sistema de salpicadera, lo cual dependerá de requerimientos del sistema mecánico (300) y que permite reducir el recalentamiento producido, mejorando la eficiencia de transmisión de potencia.
[0056] En un aspecto relevante de la invención, el contenedor hermético (390) es una caja de materiales como, sin limitarse a, acero, aluminio, aleaciones metálicas, polímeros o combinación de materiales en diferentes secciones.
[0057] En una forma de realización preferente, el contenedor hermético (390) es re cubierto por una película de material de fibra o materiales sintéticos que evitan la corrosión del material estructural metálico al contacto con el agua salada de mar.
[0058] En otro aspecto relevante de la invención, el contenedor hermético (390) posee una o más empaquetaduras de sellado que al cenarse dicho contenedor hermético (390) brinda protección evitando el ingreso de agua a su interior, a pesar de estar sumergido en agua del mar.
[0059] En orto aspecto de la invención, el contenedor hermético (390) puede ser construido y armado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación.
[0060] En una forma de realización preferente, el contenedor hermético (390) posee sistemas de conexión, fijación y acoples con los demás elementos: el elemento tubular (500), el fuelle de empaquetamiento hermético (220), el sistema mecánico (300) y el generador eléctrico (400), consistente en, sin limitarse a, pasadores, tornillo y tuercas, u otros elementos de fijación y acople, pudiendo incorporar empaquetaduras de sellado en los acoples, lo que le brinda una característica ventajosa al facilitar su aunado, instalación y mantenimiento sin comprometer su capacidad hermética.
[0061] En otra forma de realización, el sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo puede tener más de un sistema mecánico (300) dispuestos de forma adyacente, paralelo o secuencial, resguardados en uno o más contenedores herméticos (390).
[0062] En un aspecto relevante de la invención, el tanque flotador (100) se encuentra parcialmente llenado de agua, de tal manera que parte del volumen del tanque normalmente se encuentra sumergido, de acuerdo con el nivel de llenado y parte está flotando sobre el nivel del agua, permitiendo tener un efecto de flotación por empuje liidrostático, de acuerdo con el principio de Arquímedes, dicha flotabilidad sumada a la capacidad de inclinación del sistema, le permite al tanque flotador (100) realizar seguimiento de los movimientos circulares y/o elípticos del oleaje marítimo predominantemente superficial; así mismo permite imprimir mayor fuerza por acción de gravedad al vástago central (200), en la fase descendiente del movimiento de ola, considerando el peso del agua contenida en el tanque flotador (100).
[0063] En un aspecto relevante de la invención, el tanque flotador (100) está construido con materiales corno, sin limitarse a, acero, aluminio, aleaciones metálicas, polímeros o combinación de materiales en diferentes secciones.
[0064] En una forma de realización preferente, el tanque flotador (100) es re cubierto por una película de material de fibra o materiales sintéticos que evitan la corrosión del material estructural metálico al contacto con el agua salada de mar.
[0065] En una forma de realización, el tanque flotador (100) es construido y armado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación; la conexión entre las partes modulares posee una o más empaquetaduras de sellado que al cerrarse evitan el escape de agua en su interior, sin comprometer su resistencia estructur al.
[0066] En una forma de realización preferente, el tanque flotador (100) tiene una forma de sección cilindrica o semiesférica, orientado a producir una menor presión de choque por lo movimientos horizontales del oleaje, sin limitarse a que otras formas del tanque flotador (100) también son funcionales. [0067] En una forma de realización preferente, el tanque flotador (100) posee sistemas de conexión, fijación y acoples con los demás elementos como el elemento tubular (500) y el fuelle de empaquetamiento hermético (220), consistente en, sin limitarse a, pasadores, tomillo y tuercas, u otros elementos de fijación, lo que le brinda una característica ventajosa al facilitar su aunado, instalación y mantenimiento.
[0068] En una forma de realización, el sistema puede tener más de un tanque flotador (100) dispuestos de forma modular, contiguos, secuenciales o paralelos, que pueden estar conectados a uno o más vástago central (200), al o a los cuales les transmite el movimiento y potencia de empuje logrado por el empuje de flotabilidad y por acción de la gravedad terrestre.
[0069] En una forma de realización preferente, el tanque flotador (100) posee un sistema de auto inundación (110), constituido por una abertura lateral regulada por válvula con la cual se permite el llenado de agua al interior del tanque, lo que constituye una alternativa útil y ventajosa para sumergir completamente el sistema y resguardarse subacuáticamente en caso de tormenta, vientos huracanados u otras condiciones climáticas extremas, así como alternativa en caso de ser requerido para el tránsito de embarcaciones.
[0070] En una forma de realización, el sistema de auto inundación (110) del tanque flotador (100) es utilizado para tener variabilidad de flotación, peso y torque de accionamiento, al adicionarle una bomba sumergible (120) de uso común, no mostrada, y permitir ingleso de mayor o menor cantidad de agua al tanque flotador (100), de acuerdo con las características del oleaje presente, lo que brinda una característica ventajosa al permitir optimizar la generación energética en relación con las condiciones ambientales marítimas predominantes .
[0071] La Figura 3 se provee vistas laterales de la invención, con dos posiciones del tanque flotador (100), oscilando entre una posición elevada y una posición deprimida. En la figura 3a el tanque flotador (100) oscila en una posición elevada sobre la superficie del agua, bien sea por una marea alta o por el empuje de la cresta de una ola de tamaño relevante; en la figura 3b el tanque flotador (100) oscila en una posición deprimida sobre la superficie del agua, bien sea por una marea baja o por el valle de una ola de tamaño relevante. De esta manera el tanque flotador (100) sigue los movimientos circulares y/o elípticos del oleaje marítimo predominantemente superficial, este oleaje marítimo regularmente presenta simultaneidad de varios ciclos de olas, algunos de menor tamaño y otros de mayor relevancia.
[0072] En un aspecto relevante de la invención, el vastago central (200), oculto dentro del fuelle de empaquetamiento hermético (220), está conectado al tanque flotador (100) mediante elementos de fijación, tales como, sin limitarse a, tomillos, tuercas, pasadores u otros elementos de uso común, de tal manera que este vastago central (200) replica los movimientos ascendentes y descendentes oscilantes del tanque flotador (100), con la fuerza de empuje hidrastático ascendente y la fuerza de caída por gravedad del peso conjunto de los elementos. Desde la posición más elevada el vástago central (200) en la figura 3a comienza a descender atravesando y activando el sistema mecánico (300), continuando su descenso hacia la parte interior del elemento tubular (500); en este movimiento descendente el fuelle de empaquetamiento hermético (220) se repliega, manteniendo su capacidad hermética y protectora, corno se muestra en la figura 3b. En un movimiento ascendente desde la posición más baja el vástago central (200) en la figura 3b comienza a ascender atravesando y activando el sistema mecánico (300), continuando su ascenso desde la parte interior del elemento tubular (500); en este movimiento descendente el fuelle de empaquetamiento hermético (220) se despliega manteniendo su capacidad hermética y protectora, como se muestra en la figura 3a.
[0073] En un aspecto relevante de la invención, el fuelle de empaquetamiento hermético (220) corresponde a una membrana de material flexible corno, sin limitarse a, caucho, polímeros u otros materiales sintéticos, con característica de impermeabilidad por el agua; dicho material se dispone en secciones con dobleces en zigzag, con lo que puede estirarse y recogerse con facilidad.
[0074] En una forma de realización preferente, el fuelle de empaquetamiento hermético (220) esta sujetado por un extremo a la parte inferior del tanque flotador (100) y por el otro extremo a la parte superior del contenedor hermético (390), de tal manera que su cobertura al vástago central (200) se extiende en todo el recorrido ascendente y descendente entre las posiciones de las figuras 3a y 3b.
[0075] En un aspecto relevante de la invención, el fuelle de empaquetamiento hermético (220) evita el contacto entre el vástago central (200) y el agua circundante, con lo cual se logia una ventaja de protección contra los efectos de corrosión o degradación típicamente presentes en el ambiente marítimo. Adicionalmente la cobertura del vastago central (200) en sus movimientos verticales oscilantes se da con facilidad en la flexibilidad de alargamiento y encogimiento, esta es una característica ventajosa dado que su funcionamiento se permite sin restar potencia al movimiento del vastago central (200), ni generar lastre y/o desgaste de elementos en contacto como el ocurrido en otros sistemas de sellado; además es un elemento comúnmente más económico, más sencillo de instalar y más fácil de mantener que otros sistemas de cobertura y sellamiento.
[0076] En otro aspecto relevante de la invención, el fuelle de empaquetamiento henil ético (220) evita la inundación del sistema mecánico (300) cuando el vástago central (200) lo atraviesa para su activación, continuando la característica hermética del contenedor hermético (390). Esta es una característica relevante al considerar que el vástago central (200) tiene un perfil lateral irregular al contar con cremalleras dentadas (210) en dos de sus lados, perfil tal que hace compleja la funcionalidad de permitir su movimiento por medio del sistema mecánico (300), sin exponerlo a filtraciones del agua circundante, especialmente cuando tal sistema mecánico (300) se dispone por debajo de la superficie del agua, como se aprecia en la figura 3; con la incorporación del fuelle de empaquetamiento hermético (220) se logra una solución de bajo costo que no interrumpe la transmisión mecánica del movimiento vertical.
[0077] En una forma de realización, el sistema puede incorporar más de un fuelle de empaquetamiento hermético (220), dispuestos de forma secuencial y con sellamiento hermético entre ellos, igualmente puede tenerse más de un fuelle de empaquetamiento hermético (220) concéntrico uno dentro de otro, lo que permite tener mayor nivel de protección, en caso de daño en el fuelle externo.
[0078] En la Figura 4 se presenta una vista con detalle de exposición del sistema mecánico (300), el vástago central (200) y el elemento tubular (500), a partir de esta figura es posible visualizar el vástago central (200) que en las figuras anteriores estaba oculto dentro del fuelle de empaquetamiento hermético (220), esta vista permite ver la disposición interna de dichos elementos, en donde el vástago central (200) atraviesa en un sentido vertical el conjunto de elementos del sistema mecánico (300) al igual que atraviesa el contenedor hermético (390), dirigiéndose a resguardarse en el elemento tubular (500). [0079] En una forma de realización, el vastago central (200) está compuesto por un centro de perfil metálico (205) junto con cremalleras dentadas (210) en al menos dos de sus lados, fijadas a lo largo de todo el perfil; las cremalleras dentadas (210) son sujetadas al perfil metálico (205) con elementos de sujeción, como por ejemplo, sin limitarse a, tomillos, tuercas, pasadores u otros elementos de sujeción.
[0080] En un aspecto relevante de la invención, la incorporación de un perfil metálico (205) en el centro de las cremalleras dentadas (210), le brinda al vástago central (200) un reforzamiento estructural e independiente de la capacidad de resistencia mecánica de las cremalleras dentadas (210), de tal manera que el esfuerzo de resistencia y flexión a por ejemplo los movimientos horizontales del tanque flotador (100) son resistidos principalmente por el perfil metálico (205), esta es una característica ventajosa al requerir menor resistencia de materiales en las cremalleras dentadas (210) y por tanto un menor costo de ellas, especialmente porque dichas cremalleras dentadas (210) regularmente requieren procesos de mecanizado y tratamiento de fabricación mucho más costosos, que el uso de perfiles metálicos de uso común.
[0081] En una forma de realización preferente, el centro de perfil metálico (205) es un perfil en forma trasversal de H, esta forma en particular es beneficiosa, dado que tiene una mayor resistencia estructura] y permite disponer de las cremalleras dentadas (210) en cada uno de los dos lados opuestos en forma de U, logrando que las cremalleras dentadas (210) tengan una configuración más concéntrica y compacta. Adicionalmente esta configuración permite tener una sección transversal conjunta rectangular equilibrada en la relación de sus lados, lo cual es ventajoso en el uso eficiente del espacio requerido para resguardarse en el elemento tubular (500).
[0082] En un aspecto de la invención, las cremalleras dentadas (210) tienen distancia de paso entre dientes que corresponden a los utilizados en los piñones de contacto del sistema mecánico (300).
[0083] En una forma de realización, el vástago central (200) puede tener más de una cremallera dentada (210) por cada lado, así mismo puede disponerse de cremalleras dentadas (210) en más de dos lados. [0084] En una forma de realización, el sistema puede tener más de un vastago central (200), con sus elementos constitutivos, conectados a uno o más sistemas mecánicos (300) y resguardados en uno o más elementos tubulares (500).
[0085] En la Figura 5 se presenta una vista lateral que expone el vástago central (200) atravesando el sistema mecánico (300) hacia el interior del elemento tubular (500). En esta vista se puede apreciar con mayor detalle el centro de perfil metálico (205) junto con las cremalleras dentadas (210); igualmente se evidencian paites del sistema mecánico (300) correspondientes a un conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310), un conjunto de piñones de aceleración (340) y un volante de inercia (350).
[0086] En la Figura 6 se presenta una configuración de elementos del sistema mecánico (300) que es accionado por las cremalleras dentadas (210) del vástago central (200). En esta vista se evidencian los piñones (31 1), (312), (313) y (314) que conforman el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310); dichos piñones presentan una disposición cuadriculada, dos a cada uno de los lados. Esta configuración posee alta capacidad de absorción de empuje y conversión en potencia rotacional de salida, ya que el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310) están dispuestos de manera que la acción vertical del vástago central (200) es convertida en fuerza rotacional de alto torque, al distribuirla en los cuatro piñones (311), (312), (313) y (314) que engranan el empuje ascendente o descendente del vástago central (200) y lo transmiten a través de engr anajes al conjunto de piñones de transmisión (320) y posteriormente al piñón central unidireccional (330), lo cual conlleva a una obtención de una mayor eficiencia de generación.
[0087] En un aspecto relevante de la Figura 6, los piñones de contacto con las cremalleras (311 ), (312) , (313) y (314), están dispuestos secuenciales y en dúos enfrentados a cada lado, lo que permite servir de guía para centralizar el movimiento vertical de las cremalleras dentadas (210) y compensar el esfuerzo radial de la relación de piñones. La configuración descrita genera una distribución eficiente de potencia y conversión en torque rotacional con mayor uniformidad y suavidad. Lo anterior constituye una ventaja relevante dado que se reduce el lastre ascendente del conjunto contenedor hermético (390) y elemento tubular (500) cuando el vástago central (200) realiza el movimiento ascendente, en consecuencia se reducen los requerimientos de peso de anclaje al lecho marino, por tanto es más eficiente y genera ahorr os de costo. [0088] En una forma de realización, el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310) puede tener un numero diferente de piñones y/o estar dispuestos en diferentes formas, secuencias o configuraciones de relación. Lo anterior dependerá del tamaño y peso establecido para el tanque flotador (100), así como de la potencia pretendida y torque requerido para el funcionamiento de los generadores acoplados.
[0089] En la Figura 7 se tiene una vista lateral de varios conjuntos de piñones que constituyen el sistema mecánico (300); un primer conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310) están engranados con las cremalleras dentadas (210) y son activados conforme el vástago central (200) realiza movimientos ascendentes y descendentes, a su vez tal conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310) se conectan mediante engranajes con un segundo conjunto de piñones de transmisión (320), que a su vez se conectan mediante engranajes con un piñón central unidireccional (330) oculto, el cual se conecta mediante eje interno al conjunto de piñones acelerador (340) que cumple la función de multiplicador de velocidad rotacional.
[0090] En un aspecto relevante de la invención, tanto el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310), corno el conjunto de piñones de transmisión (320), tienen giros en un sentido cuando el vástago central (200) desciende, se detienen y luego tienen giros en el sentido contrario cuando el vástago central (200) asciende; sin embargo cuando la trasmisión de potencia llega al piñón central unidireccional (330) a partir de este piñón se tiene un solo sentido de giro, por lo que el conjunto de piñones acelerador (340) multiplica la velocidad rotacional en un solo sentido de giro, logrando aprovechar mejor la inercia ganada en cada empuje del vástago central (200). Lo anterior es una característica ventajosa dado que le brinda al sistema mecánico (300) la funcionalidad clave que se adapta y aprovecha con mayor eficiencia los movimientos ascendente y descendente del vástago central (200), al permitir converger su accionamiento, en un único sentido de movimiento rotacional del eje de salida, lo cual evita la intermitencia de torque, con el consecuente frenado y perdidas por inercia ocurrido en otros sistemas con generador para cada sentido de giro, ya que la acción de generar energía implica bastante frenado magnético. Esta característica permite aprovechar con mayor eficiencia incluso oleajes menores de baja altura. [0091] En la Figura 8 se muestra una vista de detalle del sistema mecánico (300) en donde los piñones (311 ), (312), (313) y (314), transmiten el torque activado por las cremalleras dentadas (210), en una configuración en la cual, a partir de dos piñones en contacto con las cremalleras por cada lado, piñones (31 1) y (313) lado derecho, piñones (312) y (314) lado izquierdo de la figura 8, se confluyen su empuje rotacional en un piñón de cada lado, piñón (321) lado derecho, piñón (322) lado izquierdo de la figura 8,
[0092] En un aspecto relevante de la invención, los piñones (321) y (322) son activados mediante empuje de relación con contacto doble tangencialmente opuesto, es decir el piñón (31 1) hace engranaje de relación con la paite superior del piñón (321), generando empuje tangencial hacia la izquierda de la figura 8, en caso de movimiento ascendente del vastago central (200), al tiempo que el piñón (313) hace engranaje de relación con la paite inferior del piñón (321 ), generando empuje tangencial hacia la derecha de la figura 8, por lo cual el piñón (321) es empujado tangencialmente en dos de sus lados diametralmente opuestos, lo que le brinda una ventaja inercial y de trasmisión de torque rotacional al piñón (323). Igualmente el piñón (312) hace engranaje de relación con la paite superior del piñón (322), generando empuje tangencial hacia la derecha de la figura 8, en caso de movimiento ascendente del vastago central (200), al tiempo que el piñón (314) hace engranaje de relación con la paite inferior del piñón (322), generando empuje tangencial hacia la izquierda de la figura 8, por lo cual el piñón (322) es empujado tangencialmente en dos de sus lados diametralmente opuestos, lo que le brinda una ventaja inercial y de trasmisión de torque rotacional al piñón (324) oculto.
[0093] En otro aspecto de la invención, el piñón (321) se conecta mediante eje, no mostrado, al piñón (323) trasmitiendo su potencia rotacional, así mismo el piñón (322) se conecta mediante eje, no mostrado, al piñón (324), oculto, trasmitiendo su potencia rotacional; estos piñones generan rotación con sentidos opuestos en dos ejes paralelos a cada lado del vastago central (200), los cuales a su vez se conectan entre sí con los piñones (323) y (324) que son de mayor tamaño y logran contacto de relación de engranaje entre sí.
[0094] La Figura 9 se muestra una vista frontal del sistema mecánico (300), en donde se detalla el engranaje de relación entre los piñones (323) y (324), los ejes internos de estos piñones, no mostrados, se conectan con dos piñones adicionales (325) y (326), los cuales se relacionan por engranaje simultáneamente por cada lado con un piñón central unidireccional (330) dispuesto en medio de los dos, este último piñón (330) se caracteriza por ser el primer piñón activado con movimiento unidireccional, ya que los piñones antes activados cambian el sentido de giro, con respecto al movimiento ascendente o descendente del vastago central. (200). El movimiento unidireccional del piñón central (330) se logra al incorporar a los piñones de relación de cada lado (325) y (326), mecanismos de trinquetes con sentidos ciuzados en la conexión con sus respectivos ejes, de tal forma que intermitentemente en cada sentido de giro, solo un piñón, el (325) o el (326), activa el piñón central unidireccional (330) y el otro se desliza con respecto a su eje sin transmitir potencia en sentido contrario.
[0095] En un aspecto relevante de la invención, la configuración de piñones antes descrita, permite un aprovechamiento ventajoso de la potencia rotacional activada por los movimientos verticales del vastago central (200), dado que los cuatro piñones en contacto con las cremalleras (31 1), (312), (313) y (314), confluyen la potencia a dos ejes de rotación paralelos, que a su vez confluye la potencia rotacional a un piñón central unidireccional (330), utilizando una de dos alternativas de transmisión: potencia rotacional con los piñones (323) y (324) relacionados entre sí, que tramiten potencia al piñón (325) y deslizan con trinquete el piñón (326) y luego transmisión de potencia al piñón (330); o bien, con un sentido de giro contrario, potencia rotacional con los piñones (323) y (324) relacionados entre sí, que tramiten potencia al piñón (326) y deslizan con trinquete el piñón (325) y luego transmisión de potencia al piñón (330). Así las cosas el sistema mecánico (300) independientemente del sentido ascendente o descendente del vástago central (200), logra activar el piñón central (330) en un único movimiento unidireccional, lo que mejora la eficiencia para la generación con un movimiento constante de giro que se trasmite al generador (400), sin intermitencia de empuje, ni perdidas por inercia.
[0096] La Figura 10 se presenta una vista frontal del sistema mecánico (300), similar a la mostrada en la figura 9, en donde se han incorporado dos piñones de aceleración (341 ) y (343), estos piñones junto con los piñones (342) mostr ado en la figur a 9, y (344) constituyen el conjunto de piñones de aceleración (340); dicho conjunto de piñones (340) se caracteriza por ser un mecanismo transmisor de potencia y multiplicador de velocidad de giro, estos piñones se encuentran conectados mediante ejes intemos y mecanismos dentados externos, con diferentes relaciones de diámetro y numero de dientes, y convierten el alto torque accionado en el piñón central unidireccional (330), en mayor rotación en el eje de salida, el cual al acoplarse a un generador (400), peimite la generación de energía eléctrica por inducción magnética.
[0097] En una forma de realización, el conjunto de piñones de aceleración (340) puede incorporar diferentes relaciones de aceleración al variar los diámetros y números de dientes entre los piñones (341 ) y (342), así como entre los piñones (343) y (344), en un rango de relación de número de dientes entre 1 a 1 y 100 a 1 ; así por cada 1 giro del piñón central unidireccional (300), es trasmitido mediante eje interno, no mostrado al piñón (341) el cual hace 1 giro y este activa el piñón (342) que gira entre 1 y 100 giros dependiendo su relación de numero de dientes con respecto al piñón (341 ), luego se trasmite potencia rotacional mediante eje interno, no mostrado, del piñón (342) al piñón (343) el cual gira igual cantidad de revoluciones y este activa el piñón (344) que gira multiplicado entre 1 y 100 giros dependiendo su relación de numero de dientes con respecto al piñón (343).
[0098] En una forma de realización, el conjunto de piñones de aceleración (340) puede tener mayor o menor cantidad de piñones y pasos de aceleración, con lo cual se puede lograr una relación de aceleración en un rango de 1 a 1 y 1 a 10.000; con lo que se incrementa la velocidad rotacional del eje de salida (348) entre 1 y 10.000 giros completos, con respecto a cada giro del piñón central unidireccional (330).
[0099] En oüo aspecto de la invención, el eje de salida (348) se acopla al piñón (344) con un mecanismo de trinquete no mostrado y se fija a un volante de inercia (350) y luego conecta con el generador eléctrico (400), lo que pennite que el impulso del eje de salida (348) impreso por el ultimo piñón (344), se contenga parcialmente en forma de energía cinética en el volante de inercia (350) y tenga un efecto de giro en el generador (400) que puede perdurar por más tiempo y más velocidad que el ocurrido en el último piñón de activación (344), logrando mayor eficiencia de generación y reducción de perdida de inercia en la reactivación del empuje mecánico. Lo anterior es una característica ventajosa al considerar la pausa de empuje y torque en el instante de cambio de movimiento ascendente a descendiente o viceversa del tanque flotador (100) y el vástago central (200), de acuerdo con el oleaje marítimo. [0100] En la Figura 1 1 se presenta una vista general del sistema mecánico (300) con una realización de distinta configuración de piñones, en la cual se observa el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310), que a su vez se conectan mediante ejes intemos con un segundo conjunto de piñones de transmisión (320), que a su vez se conectan mediante engranajes con un piñón central unidireccional (330), el cual se conecta mediante eje intemo al conjunto de piñones de aceleración (340) que multiplican la velocidad rotacional y conectan con el volante de inercia (350). Esta configuración se diferencia principalmente por conjunto de piñones de transmisión (320) que puede configurarse de diversas maneras, manteniéndose el espíritu y alcance de la invención, como por ejemplo, sin limitarse a, disponer de trinquetes cruzados en los piñones de relación en contacto con las cremalleras (310), de tal forma que solo dos ejes, paralelos o diagonales, trasmiten potencia rotacional en cada sentido de giro con respecto al movimiento ascendente o descendente del vastago central (200), para luego accionar, mediante piñones adicionales de relación (320), el piñón central unidireccional (330).
[0101] En un aspecto de la invención, el sistema para la generación de energía comprende al menos un generador eléctrico (400) de acción rotacional, el cual es conectado al eje de salida (348) del sistema mecánico (300), dicho generador es de uso común en la industria energética renovable y presenta una alta eficiencia de generación con menores revoluciones de giro y alto torque.
[0102] En una forma de realización, una pluralidad de generadores eléctricos (400) pueden ser conectados al sistema mecánico (300), de manera tal que mediante la variabilidad de flotación, peso y torque, permitida con el sistema de auto inundación (110) y bomba sumergible (120), pueden ser activados uno, varios o todos los generadores eléctricos (400), lo que permite capacidad variable de generación energética, de acuerdo con las condiciones de oleaje presentes.
[0103] En un aspecto de la invención, el sistema para la generación de energía comprende un elemento tubular (500) que sostiene el contenedor hermético (390) en una posición subacuática de media profundidad, dicho elemento tubular (500) conecta el soporte del lecho marino (600) con el contenedor hermético (390); también tiene la función de contener internamente el vastago central (200) luego de atravesar el sistema mecánico (300) en dirección descendente, manteniendo el sellamiento hermético procurado desde el fuelle de empaquetamiento hermético (220), el contenedor hermético (390), hasta la parte inferior del elemento tubular (500), con lo que se brinda libertad de movimiento vertical al vastago central (200).
[0104] En un aspecto relevante de la invención, el elemento tubular (500) es construido de materiales como, sin limitarse a, acero, aluminio, aleaciones metálicas, polímeros o combinación de materiales en diferentes secciones.
[0105] En una forma de realización preferente, el elemento tubular (500), es un cilindro recubierto por una película de material de fibra o materiales sintéticos que evitan la corrosión del material estructural metálico al contacto con el agua salada de mar. Igualmente también puede tener una cobertura tipo fuelle de material sintético, caucho o polímeros, como se muestra en la figura 6
[0106] En otro aspecto de la invención, el elemento tubular (500) puede ser construido y armado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación.
[0107] En una forma de realización preferente, el elemento tubular (500) posee sistemas de conexión, fijación y acoples con los demás elementos: el contenedor hermético (390) y el soporte del lecho marino (600), consistente en, sin limitarse a, ganchos, pasadores, tomillos y tuercas, u otros elementos de fijación y acople, pudiendo incorporar empaquetaduras de sellado en los acoples, lo que le brinda una característica ventajosa al facilitar su armado, instalación y mantenimiento sin comprometer su capacidad hermética.
[0108] En un aspecto de la invención el sistema para la generación de energía comprende un soporte en el lecho marino (600) con conexión al elemento tubular (500). Tal soporte sirve de anclaje para el elemento tubular (500) y el contenedor hermético (390) del sistema mecánico (300) y el generador ele chico (400), lo que sumado al peso de dichos elementos, permite contrarrestar el lastre de empuje ascendente del conjunto tanque flotador (100) y vástago central (200) al accionar el sistema mecánico (300) en tal dirección.
[0109] En un aspecto relevante de la invención, el soporte en el lecho malino (600) es construido de materiales como, sin limitarse a, concreto, gravas, cemento, arena , materiales de construcción o combinación de materiales en diferentes secciones, empaquetados o no, materiales con mayor densidad que el agua, para generar efecto de peso y anclaje.
[0110] En otro aspecto de la invención, el soporte en el lecho marino (600) puede ser construido y armado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación.
[0111] En una forma de realización preferente, el soporte en el lecho marino (600) posee sistemas de conexión, fijación y acoples con los demás elementos: elemento tubular (500) y cilindros hidráulicos (650), como, sin limitarse a, ganchos, pasadores, tornillos y tuercas, u otros elementos de fijación y acople, lo que le brinda una característica ventajosa al facilitar su aunado e instalación.
[0112] En una forma de realización, el soporte en el lecho marino (600) puede interconectarse con los soportes en el lecho marino (600) de otras unidades adyacentes del mismo sistema de generación de energía, en foima de red, lo cual peimite mayor estabilización y anclaje agrupado de todo el sistema de unidades de generación de energía.
[0113] El soporte en el lecho marino (600) está diseñado para simultáneamente brindar anclaje al fondo marino y peimitir al elemento tubular (500) y en extensión al resto del sistema, determinados grados de libertad de movimiento de inclinación, como se aprecia en la figura 12, donde la fuerza del oleaje ejerce una inclinación del sistema hacia la izquierda en la figura 12a y esa misma fuerza en otro momento ejerce una inclinación del sistema hacia la derecha en la figura 12b. Esta libertad de movimiento genera una ventajosa característica al reducir el desgaste del sistema por la presión horizontal del oleaje marítimo y por tanto minimizar averías y mantenimiento comparativamente con sistemas rígidos sin posibilidad de inclinación.
[0114] En una forma de realización, el soporte en el lecho marino (600), puede contar con al menos fies cilindros hidráulicos (650) dispuestos en forma de trípode y fijados entre el soporte (600) y el elemento tubular (500), de manera tal que la fuerza de empuje horizontal del oleaje marítimo, la cual genera la inclinación del sistema, incluido el elemento tubular (500) donde se concentra la fuerza por principio de palanca, puede ser aprovechada mediante transmisión por presión de fluido hidráulico al sistema mecánico (300), con empuje complementario de la configuración de piñones, mediante al menos un pistón de accionamiento. Esta característica brinda una valiosa ventaja, ya que permite aprovechar la energía cinética del oleaje marítimo, no solamente por oscilación vertical del tanque flotador (100), sino también y complementariamente por la fuerza de empuje horizontal, los que permite mayor generación de energía.
[0115] En otra forma de realización, la fuerza de empuje horizontal del oleaje marítimo, la cual genera la inclinación del sistema, puede ser aprovechada mediante transmisión por presión de fluido hidráulico desde los cilindros hidráulicos (650) a un sistema mecánico secundario (300') no mostrado, dispuesto por ejemplo, sin limitarse a, contiguo al soporte en el lecho marino, compuesto por un conjunto de piñones, ejes, soportes, trinquetes y volante de inercia de similares características al sistema mecánico (300) y conectado a al menos un generador eléctrico secundario (400') no mostrado. Esta alternativa de realización es ventajosa, dado que aprovecha la energía del oleaje marítimo, asociada a la fuerza de empuje horizontal de forma independiente y agregable a la generación por oscilación vertical, lo que brinda mayor eficiencia de generación energética, especialmente en zonas de ubicación del sistema donde puede haber diferencias sustanciales entre el empuje horizontal y el empuje vertical del oleaje marítimo.
[0116] En otra forma de realización de la presente invención, la potencia rotacional unidireccional generada en el sistema mecánico (300), puede ser utilizada además de la generación de energía eléctrica, para otros propósitos de utilidad industrial, como por ejemplo, sin limitarse a, bombeo de agua, comúnmente utilizada en la industria de desalinización de agua de mar; lo anterior se posibilita mediante el reemplazo del generador eléctrico (400) en conexión con el eje de salida (348) por un sistema de bomba de acción rotacional, no mostrado, de uso común en la industria de sistemas de agua.

Claims

REIVINDICACIONES Se reivindica lo siguiente:
1. Un sistema para la generación de energía a partir del movimiento del oleaje marítimo, caracterizado por comprender:
a. al menos un tanque flotador (100) que replica el movimiento del oleaje marítimo, llenado parcialmente de agua, con fuerzas de empuje por flotación hidrostática y por acción de gravedad;
b. al menos un vastago central (200), conectado modulaimente al tanque flotador (100), compuesto por un centro de perfil metálico (205) y cremalleras dentadas (210) en al menos dos de sus lados, fijadas a lo largo de todo el perfil, protegido por un fuelle de empaquetamiento hermético (220) que lo protege del contacto con el agua; c. al menos un sistema mecánico (300), que es accionado por el vastago central (200), que posee alta capacidad de absorción de empuje y conversión en potencia rotacional unidireccional de salida, el cual está compuesto por un conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310), un conjunto de piñones de transmisión (320), un piñón central unidireccional (330) un conjunto de piñones acelerador (340) multiplicador de velocidad rotacional, un volante de inercia (350), junto con soportes y ejes entre los piñones y sus conjuntos, dispuestos de manera que aprovecha el accionamiento ascendente y descendente del vástago central (200) convirtiéndolo en potencia rotacional unidireccional acelerada de alto torque;
d. al menos un generador eléctrico (400) de acción rotacional conectado al eje de salida del sistema mecánico (300);
e. al menos un contenedor hermético (390), donde se resguardan el sistema mecánico (300) y el generador eléctrico (400), que permite el sellamiento hermético, en conexión con el fuelle de empaquetamiento hermético (220); f. al menos un elemento tubular (500) que sostiene al contenedor hermético (390), en una posición subacuática de media profundidad y se caracteriza por contener internamente el vastago central (200) luego de atravesar el sistema mecánico en dirección descendente, completando el sellamiento hermético con el fuelle de empaquetamiento hermético (220) y el contenedor hermético (390), con lo que se brinda libertad de movimiento vertical al vástago central (200);
g. al menos un soporte en el lecho marino (600) con conexión al elemento tubular (500) el cual está diseñado para simultáneamente brindar anclaje al fondo marino y permitir al elemento tubular (500) y al resto del sistema, grados de libertad de movimiento de inclinación.
2. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el contenedor hermético (390) puede contener fluido de lubricación o sistema de salpicadera, lo cual dependerá de requerimientos del sistema mecánico (300) y que peimite reducir el recalentamiento producido.
3. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el contenedor hermético (390) es una caja de materiales corno, acero, aluminio, aleaciones metálicas, polímeros o combinación de materiales en diferentes secciones; puede ser construido y armado de foima modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación y es recubierto por una película de materia] de fibra o materiales sintéticos que evitan la corrosión del material estructural metálico al contacto con el agua salada de mar.
4. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el contenedor hermético (390) posee una o más empaquetaduras de sellado que al cenarse brinda protección evitando el ingreso de agua a su interior, a pesar de estar sumergido en agua del mar.
5. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque entre sus componentes descritos posee sistemas de conexión, fijación y acoples como, pasadores, tornillos y tuercas, u otros elementos de fijación y acople, pudiendo incorporar empaquetaduras de sellado en los acoples, lo que le facilita su armado, instalación y mantenimiento sin comprometer su capacidad hermética.
6. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque puede tener más de un sistema mecánico (300) dispuestos de forma adyacente, paralelo o secuencial, resguardados en uno o más contenedores herméticos (390).
7. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque flotador (100) está construido con materiales como, aluminio, aleaciones metálicas, polímeros o combinación de materiales en diferentes secciones; es recubierto por una película de material de fibra o materiales sintéticos que evitan la corrosión del material estructural metálico al contacto con el agua salada de mar y puede ser construido y armado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación; la conexión entre las partes modulares posee una o más empaquetaduras de sellado que al cenarse evitan el escape de agua en su interior, sin comprometer su resistencia estructural.
8. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque flotador (100) tiene una forma de sección cilindrica o serniesférica, orientado a producir una menor presión de choque y desgaste por lo movimientos horizontales del oleaje.
9. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque puede tener más de un tanque flotador (100) dispuestos de forma modular, contiguos, secuencia les o paralelos, que pueden estar conectados a uno o más vástago centra] (200), al o a los cuales les transmite el movimiento y potencia de empuje logrado por el empuje de flotabilidad y por acción de la gr avedad terrestre.
10. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque flotador (100) posee un sistema de auto inundación (110), constituido por al menos una abertura lateral regulada por válvula con la cual se permite el llenado de agua al interior del tanque, lo que permite sumergir completamente el sistema y resguardarse subacuáticamente en caso de tormenta, vientos huracanados u otras condiciones climáticas extremas, así corno alternativa en caso de ser requerido para el tránsito de embarcaciones.
11. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 10, caracterizado porque el sistema de auto inundación (110) del tanque flotador (100) es utilizado para tener variabilidad de flotación, peso y torque de accionamiento, con adición de al menos una bomba sumergible (120) que permite el ingreso de mayor o menor cantidad de agua al tanque flotador (100), y posibilita optimizar la generación energética en relación con las condiciones ambientales marítimas predominantes.
12. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el fuelle de empaquetamiento hermético (220) permite una cobertura del vástago central (200) en sus movimientos verticales oscilantes con flexibilidad de alargamiento y encogimiento sin restar potencia al movimiento ni generar lastre y/o desgaste de elementos en contacto.
13. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1, caracterizado porque el fuelle de empaquetamiento hermético (220) corresponde a una membrana de materia] flexible como, caucho, polímeros u otros materiales sintéticos, con característica de impermeabilidad por el agua; con secciones de dobleces en zigzag, con lo que puede estirarse y recogerse con facilidad; puede haber dispuestos más de un fuelle de empaquetamiento hermético (220) de forma secuencial y con sellamiento hermético entre ellos, igualmente de forma concéntrica uno dentro de otro.
14. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque puede tener más de un vástago central (200), con sus elementos constitutivos, conectados a uno o más sistemas mecánicos (300) y resguardados en uno o más elementos tubulares (500); igualmente el vástago central (200) puede tener más de una cremallera dentada (210) por cada lado, al igual que puede disponerse de cremalleras dentadas (210) en más de dos lados; así mismo el perfil metálico (205) es un perfil que tiene resistencia al esfuerzo de flexión con forma trasversal de alta resistencia corno por ejemplo en forma de H.
15. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310) comprende los piñones (31 1), (312), (313) y (314) que presentan una disposición cuadriculada, secuenciales y en dúos enfrentados a cada lado, sirven de guía para centralizar el movimiento vertical de las cremalleras dentadas (210) y compensar el esfuerzo radial de la relación de piñones; están dispuestos de manera que la acción vertical del vástago central (200) es convertida en fuerza rotacional, mediante empuje ascendente o descendente del vástago central (200) que transmiten a través de engranajes al conjunto de piñones de transmisión (320).
16. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 15, caracterizado porque el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310) puede tener un numero diferente de piñones y/o estar dispuestos en diferentes formas, secuencias o configuraciones de relación, siempre que convierten en fuerza rotacional, el empuje ascendente o descendente del vástago central (200).
17. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque tanto el conjunto de piñones de contacto con las cremalleras (310), como el conjunto de piñones de transmisión (320), tienen giros en un sentido cuando el vástago central (200) desciende, se detienen y luego tienen giros en el sentido contrario cuando el vástago central (200) asciende; en cambio el piñón central unidireccional (330) y el conjunto de piñones acelerador (340) tienen un solo sentido de giro, independientemente de la dirección de movimiento del vástago centr al (200).
18. El sistema para la generación de energía de las reivindicaciones 1 , 15 y 16, caracterizado porque el conjunto de piñones de trasmisión (320) comprende los piñones (321) y (322) que son activados mediante empuje de relación con contacto doble tangencialmente opuesto, por el par de piñones (31 1), (313) y (312), (314) respectivamente.
19. El sistema para la generación de energía de la reivindicaciones 1 , 15, 16 y 18, caracterizado porque los piñones (321) y (322) se conectan mediante ejes internos con los piñones (323) y (324) respectivamente y luego en continuación de los ejes internos se conectan con los piñones (325) y (326) respectivamente; adicionalmente los piñones (323) y (324) se conectan entre sí mediante engranaje de relación.
20. El sistema para la generación de energía de la reivindicaciones 1 , 15, 16, 18 y 19, caracterizado porque los piñones (325) y (326) se relacionan por engranaje simultáneamente por cada lado con un piñón central unidireccional (330) dispuesto en medio de los dos, que se logia al incorporar en los piñones (325) y (326), mecanismos de trinquetes con sentidos ciuzados en la conexión con sus respectivos ejes, de tal forma que intermitentemente en cada sentido de giro, solo un piñón, el (325) o el (326), activa el piñón central unidireccional (330) y el otro se desliza con respecto a su eje sin tr ansmitir potencia en sentido contrario.
21. El sistema para la generación de energía de la reivindicaciones 1 y 20 caracterizado porque el conjunto de piñones de aceleración (340) lo constituyen los piñones (341), (342), (343) y (344), que se encuentran conectados mediante ejes internos y mecanismos dentados externos, con diferentes relaciones de diámetro y numero de dientes, y convierten el alto torque accionado en el piñón central unidireccional (330), en mayor rotación en el eje de salida (348).
22. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 21 , caracterizado porque el conjunto de piñones de aceleración (340) puede incorporar diferentes relaciones de aceleración al variar los diámetros y números de dientes entre los piñones (341) y (342), así como entre los piñones (343) y (344), en un rango de relación de número de dientes entre 1 a 1 y 100 a 1; así por cada 1 giro del piñón central unidireccional (300), es trasmitido mediante eje interno, al piñón (341) el cual hace 1 giro y este activa el piñón (342) que gira entre 1 y 100 giros dependiendo su relación de numero de dientes con respecto al piñón (341), luego se trasmite potencia rotacional mediante eje interno, del piñón (342) al piñón (343) el cual gira igual cantidad de revoluciones y este activa el piñón (344) que gira multiplicado entre 1 y 100 giros dependiendo su relación de numero de dientes con respecto al piñón (343). Así mismo el conjunto de piñones de aceleración (340) puede tener mayor o menor cantidad de piñones y pasos de aceleración, con lo cual se puede lograr una relación de aceleración en un rango de 1 a 1 y 1 a 10.000; con lo que se incrementa la velocidad rotacional del eje de salida (348) entre 1 y 10.000 giros completos, con respecto a cada giro del piñón central unidireccional (330).
23. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 21 , caracterizado porque el eje de salida (348) se acopla al piñón (344) con un mecanismo de trinquete y se fija a un volante de inercia (350) y luego conecta con el generador eléctrico (400), lo que permite que el impulso del eje de salida (348) impreso por el ultimo piñón (344), se contenga parcialmente en forma de energía cinética en el volante de inercia (350) y tenga un efecto de giro en el generador (400) que puede perdurar por más tiempo y más velocidad que el ocuirido en el último piñón de activación (344).
24. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque sistema mecánico (300) puede tener una distinta configuración de piñones, como por ejemplo, disponer de trinquetes cruzados en los piñones de relación en contacto con las cremalleras (310), de tal forma que solo dos ejes, paralelos o diagonales, trasmiten potencia rotacional en cada sentido de giro con respecto al movimiento ascendente o descendente del vástago central (200), para luego accionar, mediante piñones adicionales de relación (320), el piñón central unidireccional (330).
25. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque una pluralidad de generadores eléctricos (400) pueden ser conectados al sistema mecánico (300), de manera tal que mediante la variabilidad de flotación, peso y torque, permitida con el sistema de auto inundación (1 10) y bomba sumergible (120), pueden ser activados uno, varios o todos los generadores eléctricos (400), lo que permite capacidad variable de generación energética, de acuerdo con las condiciones de oleaje presentes.
26. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el elemento tubular (500) es construido de materiales como acero, aluminio, aleaciones metálicas, polímeros o combinación de materiales en diferentes secciones; es recubierto por una película de material de fibra o materiales sintéticos que evitan la corrosión del material estructural metálico al contacto con el agua salada de mar; igualmente también puede tener una cobertura tipo fuelle de material sintético, caucho o polímeros y puede ser construido y aunado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación.
27. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el sopoite en el lecho marino (600) es construido de materiales como, sin limitarse a, concreto, gravas, cemento, arena, materiales de construcción o combinación de materiales en diferentes secciones, empaquetados o no, materiales con mayor densidad que el agua, para generar efecto de peso y anclaje; puede ser construido y armado de forma modular, lo que facilita su logística de aprovisionamiento e instalación; así mismo puede interconectarse con los soportes en el lecho marino (600) de otras unidades adyacentes del mismo sistema de generación de energía, en fomia de red, lo cual pennite mayor estabilización y anclaje agrupado de todo el sistema de unidades de generación de energía.
28. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque el soporte en el lecho marino (600), puede contar con al menos tres cilindros hidráulicos (650) dispuestos en forma de trípode y fijados entre el sopoite (600) y el elemento tubular (500), de manera tal que la fuerza de empuje horizontal del oleaje marítimo, la cual geneia la inclinación del sistema, incluido el elemento tubular (500) donde se concentra la fuerza por principio de palanca, puede ser aprovechada mediante transmisión por presión de fluido hidráulico al sistema mecánico (300) u otro sistema mecánico secundario (300'), con empuje complementario de la configur ación de piñones, mediante al menos un pistón de accionamiento.
29. El sistema para la generación de energía de la reivindicación 1 , caracterizado porque la potencia rotacional unidireccional generada en el sistema mecánico (300), puede ser utilizada además de la generación de energía eléctrica, para otros propósitos de utilidad industrial, corno el bombeo de agua, lo anterior se posibilita mediante el reemplazo del generador eléctrico (400) en conexión con el eje de salida (348) por un sistema de bomba de acción rotacional.
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