Patent ES-2358622-T3 (ES)
Title: Un sistema de energía hidroeléctrica con múltiples entradas de energía.
Inventor: CHING JOSE
IPC: F03B1/00
Filed: 2008-02-12
Granted: 2011-05-12
Abstract: Un sistema hidroeléctrico que comprende: una masa de agua en un embalse principal (1) al nivel del suelo, que es artificial o una masa natural de agua dulce o salada que tiene al menos 3 m de desnivel desde la línea de referencia; un conducto de entrada redondeado (2); una bomba principal (6) que empuja el flujo de estado estacionario dentro del canal de toma principal (9) corriente abajo, alimentada por un motor de velocidad variable; una tubería de convergencia (7); una válvula de compuerta (8) que controla el flujo de agua al interior del canal de toma principal (9); un canal de toma principal (9) grueso de aproximadamente 1200 m que termina en lo alto dentro de la central eléctrica (11) con una descarga de estado estacionario de al menos 10 m/s o una altura cinética de 5 m, su diámetro interior es de al menos 0,3 a 1 m con un grosor de aproximadamente el 15% del diámetro interno que está fabricado de un material resistente tal como acero al carbono sin soldadura; en el que su superficie interna está cubierta con una capa gruesa de un material liso y resistente que puede ser recubierto cuando sea necesario si tiene lugar corrosión o cavitación intensa; en el que su línea central sirve como línea de referencia, que tiene muchas juntas de expansión a lo largo de su longitud; una válvula de alivio de presión (12) sobre el canal de toma principal unos cuantos metros tras la válvula de compuerta para proteger la bomba (6) de una presión de sobrecarga residual; en el que el agua liberada fluye hacia fuera del canal de toma principal (9) al interior del embalse principal; una serie de tanques de compensación (13-A, 13-B) que absorben el caudal de agua del canal de toma principal durante la compresión a alta presión y liberan agua de vuelta al canal de toma principal durante la expansión de baja presión, estando dotados los tanques de válvulas de alivio de presión unidireccionales que están normalmente cerradas para atrapar aire para formar la fuerza de compresión de aire durante la compresión a alta presión, a la vez que permiten que aire a presión atmosférica sea introducido en los tanques de compensación durante la expansión a baja presión; una válvula esférica unidireccional (5), conectada al extremo del canal de toma principal, estructurada como una válvula de bola con un orificio pasante que gira 360° sobre su eje continuamente en una única dirección, teniendo un elemento de cierre redondo que se corresponde con un asiento redondo que permite un esfuerzo de estanqueidad uniforme, dividiendo el orificio pasante sobre la esfera la periferia en cuatro partes, dos partes que abren el canal de toma principal y las otras dos partes que lo cierran; en el que sobre la esfera se encuentran dos concavidades opuestas en forma de peonza sobre su plano de rotación aumentando el par rotacional, siendo alimentada por un motor con un árbol que hace girar el elemento de cierre continuamente convirtiendo la presión cinética y la energía elástica combinadas, acumuladas en toda la columna de agua principalmente en un martillo de agua de al menos 1400 m de energía de presión, reabriendo la válvula en un momento subsiguiente y reconvirtiendo la energía de presión en un chorro de agua de alta energía cinética, válvula que se diseña para girar a aproximadamente cuatro segundos por vuelta, estando temporizada su fase de apertura para agotar la presión de martillo de agua de nuevo hasta la altura cinética más baja inicial; en el que el diámetro del orificio de la esfera es dos veces el diámetro interno del canal de toma principal, estando fuertemente anclado con un contrapeso suficiente; una boquilla de retroceso de convergencia (29) unida a la parte corriente abajo de la válvula (5); una turbina generador de pelton (14, 15) sobre cuyos cangilones impacta la energía cinética del chorro que emana del canal de toma principal; un árbol que acopla la turbina a un generador principal (15) para producir energía eléctrica, que tiene asimismo volantes incorporados para almacenar y liberar energía mecánica al rotor con el fin de mantener una velocidad óptima, siendo su capacidad de al menos 50 MW y más; un embalse de compensación (17) que recibe el agua empleada dentro de la central eléctrica (11); una tubería de drenaje (18) que drena el agua empleada de vuelta al embalse principal (1) y fuera de la central eléctrica por fuerza gravitacional; una serie de tuberías de succión de vacío (19-A; 19-B; 19-C) que conectan el embalse principal (1) con el canal de toma principal (9); en donde cada tubería de succión tiene un diámetro que es aproximadamente del tamaño del canal de toma principal, siendo su fuente de agua el embalse principal (1) extrayendo inmediatamente un volumen de agua necesario para el canal de toma principal mediante el diferencial de presión debido a la presión más elevada de al menos 3 m del desnivel más la presión atmosférica de 10,3 m de agua como contra el vacío parcial de baja presión creado por la expulsión súbita de un chorro de agua a alta presión; en el que la expulsión convierte la carga de presión de martillo en altura cinética con la subsiguiente caída súbita de presión dentro del canal de toma principal (9) a un vacío parcial de baja presión; en el que la transferencia de agua se controla por medio de válvulas unidireccionales (20-A; 20-B; 20-C) situadas por debajo del canal de toma (9); una bomba auxiliar (24) que traerá agua del embalse principal (1) al interior del canal de toma principal (9) para completar un volumen suficiente de al menos 5 m de altura piezométrica necesario para el siguiente martillo de agua; una línea (25) de la bomba auxiliar que conecta la bomba auxiliar (24) al canal de toma principal, siendo su diámetro interno la mitad del diámetro del canal de toma principal; una válvula esférica unidireccional auxiliar (26) que tiene las mismas dimensiones y velocidad de giro de la válvula esférica principal (5) que controla el flujo de agua al interior del canal de toma principal que tiene una válvula de regulación (26-A) corriente abajo para evitar la disipación de la presión del martillo de agua; en el que ambas válvulas esféricas (5, 26) tienen sus posiciones relativas como función del tiempo; un generador de inicio/recebado (3) para iniciar y accionar inicialmente las bombas (6; 24; 27) y la rotación inicial de las válvulas esféricas, funcionando asimismo como una entrada de recebado para ser incorporada al sistema; una bomba de recebado (27) que reactiva el sistema periódicamente añadiendo una entrada para mantener el nivel de energía necesario; una tubería de reabastecimiento (21) que trae agua de una fuente natural próxima para reemplazar el agua perdida por evaporación, esto se realiza cuando sea necesario para mantener constante el desnivel.