El Sistema Fahemar 3.0
Retos de la Energía Undimotriz
Después de un análisis de riesgos de los sistemas de captación de Energía Undimotriz ensayados hasta la fecha y que motivaron su fracaso, se procedió a diseñar el Sistema Fahemar 3.0 de tal forma que fueran superados todos los inconvenientes presentados en el aprovechamiento de esta Energía Undimotriz.
Los retos presentados eran los siguientes:
- Eliminar el peligro que las tormentas y ciclogénesis explosivas suponen sobre el Sistema.
- Eliminar el riesgo que para la navegación marítima supondría el que un inesperado golpe de mar supusiera la rotura del amarre del equipo al fondo del mar y su correspondiente errática navegación.
- Diseñar un equipo con la máxima estanqueidad, sumergido en la columna de agua y 40 metros de profundidad..
- Resistencia al medio ambiente salino.
- Optimización de la potencia de salida del Generador en función de la altura y del periodo de la ola que en un determinado momento actúa sobre el Equipo.
- Simplificación del Equipo, eliminando la turbina hidráulica, el generador rotativo y la caja de engranajes necesaria.
- El equipo diseñado debería alejarse del tipo monoblock, que lleva aparejado el transporte completo de todo el elemento hasta los talleres en tierra firme, para su mantenimiento.
- Aumentar la eficiencia de la conversión energética.
- Disminuir costes de mantenimiento y de lucro cesante.
Para resolver los problemas anteriormente indicados, y conociendo que, a una determinada profundidad, los esfuerzos que se producen en la superficie marina van disminuyendo hasta desaparecer por completo, el sistema Fahemar 3.0 ha adoptado las siguientes soluciones:
- Situar los Generadores, dentro de la columna de agua a una profundidad tal que puedan resistir los esfuerzos residuales que le llegan procedentes de la superficie marina
- Separar el elemento captor de la energía de las olas (la Boya) del Generador propiamente dicho, haciendo que la transmisión del movimiento de la primera al segundo sea un elemento articulado, que pueda romper, si se produce un esfuerzo inesperado sobre la Boya que pueda poner en peligro la integridad del Generador.
- Conseguir que la parte esos elementos modulares (Boyas de Captación), que se encuentran flotando en la superficie, puedan ser sumergidos y llevados, de una forma totalmente automática, a una profundidad tal en la que el embate de las olas no pueda afectar la integridad del elemento, y que, una vez pasado el peligro, vuelvan a su posición de “trabajo”, si se desea, también de forma automática.
- Conseguir que la Boya pueda ser sumergida en caso de rotura del elemento de transmisión.
- Eliminar el Generador rotativo, su turbina y el elemento multiplicador de revoluciones.
- Descomponer los módulos compactos en varios componentes más pequeños, que faciliten su reparación “ in situ” y abaraten su mantenimiento.
Como compendio de todo lo anterior, aparece el nuevo concepto de cómo debe ser el elemento que transforme la Energía Undimotriz y que se detalla a continuación:
El Módulo Captor
La captación de la energía undimotriz que porta las olas, lo consigue el sistema FAHEMAR 3.0 utilizando una Boya, que tiene un movimiento vertical ascendente/descendente, flota sobre la superficie marina siguiendo el perfil de la ola y que puede ser sumergida o reflotada, a voluntad, en función de las condiciones medioambientales de un determinado momento.
A lo largo de su trayectoria, esta Boya pasa de tener una velocidad nula cuando se encuentra en la cresta de la ola y que se incrementa a medida que comienza a descender y alcanza su velocidad máxima cuando pasa por el nivel medio del mar. A partir de este momento, su velocidad empieza a decelerar y vuelve a ser nula cuando pasa cuando pasa por el fondo o valle de dicha ola.
A partir de este momento el elemento motriz comienza a repetir el proceso hasta que, después de pasar por su máximo, su velocidad vuelve al anularse cuando la Boya se encuentra de nuevo en la cresta de la nueva ola.
Una representación esquemática del Generador FAHEMAR 3.0 es la que figura a continuación:
Figura nº 1
Donde podemos ver:
- Boya
- Generador Eléctrico
- Generador Mecánico
Conversión en Energía Eléctrica
El elemento fundamental del Sistema Fahemar 3.0 es el Generador Lineal Eléctrico ideado por el inventor y cuyo número de patente corresponde al número ES 2568697 B1, y que fue concedida el pasado 22‐12‐2016.
El principio básico del funcionamiento de este Generador Lineal es el mismo que el de un Generador Rotativo tradicional, es decir, que si una bobina cerrada, formada por un determinado número de espiras de hilo conductor es cortada por las líneas de un campo magnético, se crea en dicha bobina una fuerza electromotriz cuyo valor es proporcional al número de espiras de la bobina, a la intensidad del flujo magnético, a la longitud del conductor que es cortado por el campo magnético y a la velocidad con la que se mueve el mismo,
La única diferencia entre ambos procedimientos de generación consiste en que, mientras en el Generador rotativo el elemento motriz tiene un movimiento giratorio (los álabes de una turbina hidráulica, las palas de un aerogenerador, etc.) con una velocidad angular más o menos uniforme, en nuestro Generador Lineal, el elemento motriz (la Boya) tiene un movimiento vertical, ascendente y descendente, de velocidad variable, cuyo régimen pasa de 0 a su velocidad máxima (en función del tipo de ola que la mueve y del punto de la curva de la ola en el que dicha Boya se encuentra) y después a 0, y viceversa.
Una representación esquemática muy simplificada es la mostrada a continuación:
Figura nº 2
En este tipo de generadores lineales, se producen unos espacios de tiempo, cuando la Boya se encuentra en las proximidades de los puntos extremos de su recorrido, en los cuales la velocidad vertical de la Boya es tan pequeña que la fuerza electromotriz creada en las bobinas está por debajo de los valores admisibles (velocidad crítica de generación) espacio de tiempo durante el cual deja de generarse electricidad, si bien la Boya contiene todavía un considerable poder energético y que el FAHEMAR 3.0 es capaz de aprovechar, transformándolo en energía cinética y optimizando así todo el Sistema.
Conversión en Energía Mecánica
El elemento conversor de la energía undimotriz de la Boya en energía cinética está constituido por una Bomba de Pistón cuyo el Émbolo es solidario con el Oscilador del Generador Lineal Eléctrico y solidario con él.
Aunque el referido Émbolo estará siempre movimiento (mientras tanto la Boya permanezca en su posición de trabajo) el que la Bomba genere o no energía mecánica estará en función de varios condicionantes, como por ejemplo que la velocidad de la Boya esté por debajo de su velocidad crítica.
Sobre esta Bomba de Pistón actúan dos fuerzas muy diferentes entre sí, y que generan, por tantos, dos presiones muy distintas. La primera de ellas la ejerce la fuerza de flotabilidad de la Boya (cuando ésta discurre en su camino ascendente) y la segunda corresponde al peso del Oscilador que gravita sobre el émbolo, cuando la trayectoria de la misma es descendente.
La característica principal de esta Bomba de Pistón es su doble efecto, es decir que consta con una doble cámara, dos líneas de admisión y otras tantas de impulsión
Un conjunto de válvulas de recirculación y unidireccionales, antirretorno, estáticas, dirigirán, el flujo del agua en la dirección adecuada.
En la figura siguiente se muestra un esquema del Generador de Presión:
Figura nº 3