ES2304278B1 - Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad. - Google Patents

Abstract

Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad.

La presente invención se refiere a la obtención de energía y/o bombeo de fluidos o gases a través de la fuerza de gravedad, caracterizado porque comprende de un punto de apoyo (1), sobre el que puede pivotar una superficie alargada (2) a través de bisagras o bulones (3),dicha superficie comprende de sendas superficies (4) y (5) unidas a cada extremo a través de bisagras o bulones (6) que les permiten moverse verticalmente manteniendo su posición horizontal debido a la acción de uno o mas pesos (7) que se pueden desplazar desde una superficie a la otra y viceversa,de modo,que cuando una superficie de los extremos baje,la otra suba,presionando los émbolos (8) que se desplazan en el interior de los cilindros (9), unidos por bielas (10) a las superficies,pudiendo generar un sistema de presiones hidráulicas o neumáticas.

Description

Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad.

La presente patente de invención, se encuadra en el sector de la técnica referido a la producción de energía y/o bombeo de fluidos o gases a través de presiones obtenidas por uno o mas pesos desplazables que pueden actuar sobre un elemento pivotante, aprovechando el movimiento de dicho elemento para actuar sobre uno o más cilindros hidráulicos o neumáticos basándose en la ley de palancas.

No es necesario conocer mucho de energías para saber que estamos a punto de destrozar el planeta, debido al uso de la industria que genera la energía que necesitamos.

Algunos países están considerando que las nuevas centrales de energías sean las nucleares cuando en realidad el peligro que suscitan dichas centrales, hace pensar que sería mejor acabar con todo lo relacionado con lo nuclear, especialmente en tiempo de guerra que no sabemos cuanto durará, por lo que se hace necesario la renuncia por parte de todos los países del mundo, a la tenencia, producción y uso de materiales nucleares.

También son bien conocidos los efectos de la energía térmica sobre la atmósfera terrestre así como los costes para la extracción de las materias primas necesarias para la obtención de dicha energía. Somos de la opinión de que las energías mareomotrices necesitan de infraestructuras muy costosas y siempre están los riesgos de las imprevisiones marinas.

La energía cólica, aparte de depender del viento es insuficiente, y en algunos casos puede afectar al medio ambiente. La biomasa creemos que tendría un mejor uso si se dedicara para hacer compost para cultivos agrícolas y así mejorar las tierras castigadas por los abonos químicos.

La energía geotérmica pensamos que necesita tiempo para desarrollarse de forma que pueda generar una cantidad suficiente de energía. La energía solar creemos que se desarrolla de forma muy positiva, pero de momento resulta insuficiente. La hidráulica depende en la mayoría de los casos de embalses que no siempre están llenos además de ser una producción insuficiente para la demanda actual, debido a la falta de lluvias que pueden crear un alto riesgo de sequía, por lo que se hace cada vez mas necesario desarrollar sistemas para desalar agua del mar a gran escala y poderla bombear hasta su destino que no dependan de la energía eléctrica para su funcionamiento.

Existen algunos aparatos y sistemas basados en la ley de palancas diseñados para aprovechar el movimiento de un elemento pivotante apoyado sobre un punto de apoyo, como el balancín, usados desde la antigüedad. Una balanza es un aparato que desestabiliza un elemento pivotante a través de pesos.

Algunos aparatos utilizan el movimiento obtenido por una distribución alternativa de pesos como el descrito en GB 212574 A, que consiste en un sistema integrado por un elemento alargado y pivotante por su punto medio sobre un apoyo establecido a una cierta altura, en el que un peso con forma de bola se mueve por un brazo del elemento alargado entre su extremo y el centro del elemento alargado, de tal forma que desequilibra a éste, estando previsto que se pueda aprovechar el movimiento generado, no mencionándose que tipo de fuerza mueve al peso. Existen aparatos usados en energías mareomotrices que aprovechan las presiones de un cilindro para mover una turbina, el documento WO 0036300 A1 describe un sistema integrado por un elemento alargado y pivotante por su punto medio sobre un apoyo establecido a una cierta altura que comprende unos puntos en el extremo del elemento alargado destinados a recibir alternativamente la acción de una fuerza producida por una serie de cables accionados por un motor y actuando cada brazo del elemento alargado sobre unos cilindros hidráulicos que pueden actuar sobre una turbina generador. No contemplándose la posibilidad ni resultando obvio dada las características de los elementos de la invención de que la fuerza la puedan producir unos pesos desplazables como los expuestos en GB212574, dado que no se contempla ninguna forma de mantener y mover pesos desplazables sobre la estructura. Además los pesos actuarían sobre una superficie inclinada con las dificultades y peligros que ello conllevaría.

Existen bombas manuales de agua que usando palancas de primero y segundo genero mueven al émbolo de un cilindro. Todo ellos aprovechan el movimiento de un elemento pivotante basándose en los principios conocidos de las leyes de palanca, pero los diferencian de la presente invención, en la forma y medios de aplicar la fuerza o potencia para crear el movimiento del elemento pivotante, en la estructura y elementos que componen el conjunto del sistema, y en los beneficios obtenidos del movimiento pivotante, características de la presente invención todas ellas que no se hubiesen logrado sin el ejercicio de la actividad inventiva.

Existen variadas formas de mantener una plataforma en posición horizontal mientras es desplazada verticalmente, usadas en grúas o plumas elevadoras, montacargas, elevadores y ascensores, a través de guías que pueden ser carriles, raíles, tubos flexibles que sirven de guía, bulones y bisagras con tope y cogidas especiales en general, en la presente invención las plataformas laterales actúan a modo de montacargas o plataformas elevadoras, pero, en vez de ser accionadas por los cilindros hidráulicos para obtener su movimiento ascendente o descendente, son las plataformas con sus pesos, las que actúan sobre los cilindros hidráulicos para poder crear presiones, por lo que se entiende que usando alguno de los procedimientos adecuados conocidos conseguiremos mantener las plataformas laterales que caracterizan a la presente invención en posición horizontal mientras se desplazan verticalmente.

El presente sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad, que estando especialmente concebido para producir, de forma combinada o por separado, energía eléctrica y bombeo de aspiración/expulsión de fluidos, e integrando un elemento alargado y pivotante por su punto medio sobre un apoyo establecido a una determinada altura, se caracteriza porque el citado elemento alargado se remata por sus extremos en sendas plataformas, unidas al elemento alargado de forma abisagrada de manera que dichas plataformas son susceptibles de mantener permanentemente una situación horizontal, a la vez que son desplazables verticalmente por el movimiento pivotante del elemento central con respecto al punto de apoyo estando dichas plataformas destinadas a recibir alternativamente a un peso, por lo que se hace indispensable que las plataformas mantengan su posición horizontal mientras son desplazadas verticalmente.

La invención también se caracteriza porque el elemento alargado y pivotante presenta unas dimensiones adecuadas para su utilización como rampa de elevación para el peso desplazable, en uno y otro senti-
do.

La invención en su conjunto se caracteriza porque esta diseñada y actúa como una palanca articulada para lo cual dispone de unas plataformas laterales que mantienen su posición horizontal mientras se desplazan verticalmente. Su ventaja principal es poder utilizar pesos desplazables movidos de cualquier forma convencional como potencia, y la de asegurar la estabilidad de estos pesos durante todo el tiempo que están ejerciendo la fuerza sobre las plataformas, dado que éstas permanecen en posición horizontal durante su desplazamiento vertical, evitando la fuerza inclinada a la que estarían sometidos los pesos si estuvieran actuando sobre una superficie inclinada, con los peligros que conllevaría el que los pesos de gran tonelaje actuaran como potencia para mover los cilindros sobre superficies inclinadas.

Otra ventaja es la de ser susceptible de poderse variar la fuerza ejercida sobre los cilindros en función del lugar donde se coloquen los pesos sobre las plataformas laterales con respecto a la situación de los cilindros que actúan como resistencia según la ley de palancas. Otra ventaja es que el desplazamiento a lo largo de las plataformas laterales de los pesos hasta llegar a su punto de actuación, se realiza sobre una superficie horizontal sin tener que vencer la fuerza que supondría ese desplazamiento sobre una superficie inclinada. Otra ventaja es que para la manipulación en los diversos trabajos de mantenimiento o posibles averías de los vehículos que trasportan a los pesos de gran tonelaje, al tratarse de plataformas en posición horizontal se facilitaría el trabajo para los operarios. Una ventaja mas de la presente invención, es que en su uso como bomba de aspiración/expulsión de fluidos no necesita de la energía eléctrica para su funcionamiento, dado que los pesos pueden ser movidos por vehículos que funcionen con motores de combustión, por lo que el sistema podría ser usado en zonas sin suministro eléctrico.

Para una breve explicación de las figuras tenemos a la figura 1 que muestra una vista del sistema para funcionar en circuito cerrado produciendo solo energía, la figura 2 muestra un sistema que funciona en circuito cerrado con las válvulas de seguridad y presiones, la figura 3 muestra un sistema que funciona en circuito abierto produciendo bombeo por aspiración y expulsión de fluido y a la misma vez producción de energía eléctrica a través de turbinas.

El sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad que explicamos a continuación con la ayuda de la figura 1 a modo de ejemplo no limitativo, comprende un punto de apoyo 1 elevado a una determinada altura sobre el que un elemento alargado 2 apoya su centro gravitacional, a través de bisagras, bulones u otros medios de tal forma que el elemento 2 pueda pivotar con respecto al punto de apoyo al ejercer una fuerza alternativa sobre cada uno de sus tramos a un lado y al otro del punto de apoyo a los que llamaremos brazos.

El mencionado elemento 2 se caracteriza porque comprende unidas a cada extremo de ambos brazos sendas plataformas 3 y 4, a través de bisagras, bulones u otros medios, que le permitan mantener un movimiento pivotante con respecto a cada brazo de el elemento 2, de manera que se pueda mantener la posición horizontal de ambas durante el movimiento pivotante del elemento central. Al poder permanecer en posición horizontal las plataformas 3 y 4 lograremos mejorar la estabilidad de cualquier objeto que se encuentre sobre ellas y en particular la de los pesos desplazables, así como facilitar el acceso de cualquier elemento hasta las mencionadas plataformas a través de elevadores, rampas, escaleras o similares que se apoyarían en el suelo.

Para que el elemento 2 pueda realizar el movimiento pivotante con respecto al punto de apoyo 1 se necesita una fuerza, para lo cual, el sistema se caracteriza porque comprende uno o más pesos 5 que se pueden desplazar usando motores de cualquier tipo, de forma que los motores puedan mover a un vehículo con ruedas que desplace al peso, a un sistema de grúas, a cintas transportadoras o a cualquier otro aparato que usando uno o mas motores de cualquier tipo pueda desplazar al peso de forma alternativa desde la plataforma 3 hasta la plataforma 4 y viceversa, de manera que cuando una de las plataformas de los extremos alcance el punto más bajo de desplazamiento vertical, al que llamaremos punto muerto inferior (PMI), debido la fuerza ejercida por el peso movible sobre la plataforma, el mencionado peso después se desplazaría hasta la otra plataforma que en ese momento se encontraría en su punto de movimiento vertical más alto al que llamaremos punto muerto superior (PMS) ejerciendo en ese momento la fuerza producida por su peso sobre ella.

Una vez que el peso desplazable ejerza la fuerza producida por su propio peso sobre la plataforma situada en el PMS esta comenzará a descender, para ello el sistema comprende las válvulas apropiadas para permitir el inicio del movimiento vertical en un determinado momento permitiendo el paso del fluido, la plataforma transmitirá la fuerza a través de una biela sobre el émbolo que comenzará a descender desplazándose en el interior del cilindro 6 hidráulico o neumático que estará lleno de un liquido o un gas, el descenso será debido al movimiento vertical descendente producido por el peso desplazable que en ese momento se encuentra actuando sobre la mencionada plataforma, y hará pasar el liquido o el gas que se encuentra en el cilindro 6 a través de un tubo 7 hasta una turbina generador 8 y desde aquí hasta el otro cilindro con émbolo 9 que iniciará su ascenso a una velocidad que vendrá determinada en su mayor parte por la resistencia que tenga que vencer en su recorrido el fluido o el gas, a la vez que hará subir a través de bielas u otro sistemas similares la plataforma correspondiente a dicho émbolo, de modo que cuando la plataforma en la que está actuando el peso alcanza su PMI la otra alcanza su PMS pudiendo repetirse el ciclo de desplazamiento de los pesos desde el PMI hasta el PMS de cada una de las plataformas. La fuerza es transmitida por la acción del elemento central 2 apoyado en el punto de apoyo 1 desde una plataforma de los extremos a la otra y determinada por la resistencia que tenga que vencer el fluido o el gas.

Las diferencias de alturas entre los puntos muertos superior e inferior de las plataformas laterales les llamaremos carrera, y serán iguales que la distancia entre el PMS y el PMI de los cilindros, que vendrán determinadas por la altura del punto de apoyo y el ángulo de la pendiente "A" que vendrá determinado a su vez por la longitud de los brazos del elemento central para poderse así adaptar con más o menos inclinación a la altura de los cilindros.

Los cilindros, émbolos y tubos tendrán el diámetro adecuado para poder obtener el mejor rendimiento del sistema, pudiendo igualmente los cilindros hidráulicos o neumáticos ser de base no circular, es decir podrían tener bases cuadrangulares, exagonales u otras formas geométricas.

La turbina-generador podrá disponer de un sistema que le permita funcionar siempre en el mismo sentido, independientemente de por donde le entre la presión. Los materiales para la construcción de los diferentes elementos serán los más adecuados para los diferentes tamaños y formas en los que la presente invención tiene posibilidad de realizarse, el sistema podrá estar instalado de forma fija en el suelo, movible, es decir disponiendo de ruedas para su transporte, o sobre una estructura flotante.

Para hacer una explicación detallada de al menos un modo de realización de la presente invención nos remitiremos a la figura 2, en ella se muestra a modo de ejemplo no limitativo la construcción de un pequeño sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad en circuito cerrado que comprende un punto apoyo 1 fijado al suelo y a la altura conveniente y sobre el que puede pivotar un elemento alargado metálico 2, de 200 metros de largo por 20 metros de ancho, a los extremos de los brazos de la superficie alargada están conectadas a través de bulones sendas plataformas metálicas 3 y 4 de 20 metros de largo por 20 metros de ancho que pueden pivotar a su vez con respecto al elemento 2 para de este modo poder mantener sus posiciones horizontales durante el movimiento vertical, las superficies de estos tres elementos se caracterizan porque permiten el desplazamiento sobre ellas del peso desplazable 5 a través de ruedas, cables de tracción, cintas transportadoras, o también el peso podría ser elevado desde el PMI hasta el PMS de cada plataforma lateral sin utilizar el elemento central a través de elevadores o grúas, en este ejemplo el peso será desplazado a través de un vehículo con una serie de ruedas con motores eléctricos alimentados por un motor generador y ayudado por una serie de cables de tracción, desplazando un peso total de un millón de kilos y un tiempo de 180 segundos en desplazarse el peso desde una plataforma a la otra.

Los cilindros hidráulicos 6 y 9 de bases cuadrangulares tendrán 20 metros de carrera y 1 metro cuadrado la superficie de sus bases, con lo que obtendríamos un volumen aproximado de 20 metros cúbicos por cilindro de forma que usando el fluido o gas apropiado para llenar un cilindro y el tubo que lo une hasta el otro en circuito cerrado, obtendríamos una presión aproximada de 100 kilos por centímetro cuadrado sin tener en cuenta los rozamientos y perdidas de presión, esta presión será transmitida a través del liquido o el gas que circula por el tubo 7 que dispone de válvulas de seguridad 11 para poder paralizar el movimiento de todo el sistema si fuese necesario y/o regular la velocidad de desplazamiento del fluido o el gas, así como determinar el momento en el que se iniciará el descenso de las plataformas laterales que corresponderá preferiblemente con el momento en el que el peso esté instalado sobre la plataforma y no antes, así como las válvulas automáticas 10 para regular la presión de entrada a la turbina-generador 8 intercalada en el tubo 7 que une los cilindros, dicha turbina dispondrá del sistema adecuado de poleas o engranajes para multiplicar o desmultiplicar las revoluciones de forma que muevan a la velocidad adecuada al generador.

El fluido saldrá de la turbina a la presión de salida que resulte después de haber movido a la turbina que a su vez mueve al generador, esta presión de salida de la turbina debe ser al menos suficiente para poder permitir el desplazamiento del émbolo del cilindro 9 hasta su PMS que empujará a la plataforma que se encuentra conectada a dicho émbolo, en la practica la fuerza es transmitida desde una plataforma a la otra a través del elemento central que pivota en el punto de apoyo y determinada por la resistencia que tenga que vencer el fluido o el gas.

Los tubos que unen los cilindros serán del diámetro necesario para el correcto funcionamiento del sistema. Las bielas que unen los émbolos con las superficies laterales, disponen de bulones que le permiten pivotar para poder así absorber el movimiento ligeramente circular en forma de arco de circunferencia que describen las superficies que están al extremo del elemento alargado 2, manteniendo la horizontalidad de ambas.

El sistema de turbina generador puede disponer de un motor auxiliar que lo mantenga en movimiento durante el tiempo que tarda el peso desplazable en ir desde la plataforma en PMI hasta la plataforma en PMS.

Además de la producción de energía por circuito cerrado como el descrito en el ejemplo, explicaremos otro modo de realización de la invención en el que el sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad, según figura 3 se caracteriza porque puede ser usado para bombeo por aspiración y expulsión de líquidos o gases en circuito abierto, colocando para ello las válvulas reguladoras de presión así como las válvulas de una dirección necesarias y los tubos de aspiración y expulsión por cada cilindro adecuados, de forma que cuando el émbolo se desplaza en una dirección haga que el cilindro en el que se encuentra aspire liquido o gas, y cuando se desplace en la opuesta expulse el liquido o gas, de esta forma el sistema puede ser usado como bomba para desalar agua o aspiración y expulsión de cualquier liquido o gas, y a la misma vez producir energía aprovechando la presión a la que esta sometido el fluido al ser expulsado, dotando al sistema para ello de las turbinas-generador adecuadas.

Para una explicación más detallada nos remitiremos a la figura 3, donde se muestra un sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad usado para bombear agua del mar y poderla desplazar hasta un deposito elevado a 600 metros para poder tratarla y aprovechar la altura a la que se encuentra dicho deposito para un posible tratamiento del agua para desalarla por osmosis inversa, así como cualquier aprovechamiento de dicha característica, y a su vez mover una turbina-generador por la presión generada en los tubos de expulsión de cada uno de los cilindros, producida por el movimiento de los émbolos que serán movidos a su vez por las plataformas laterales por la acción del peso, a través de bielas o similares. El sistema dispone de un punto de apoyo 1 a la altura conveniente en el que pivota un elemento alargado 2 con dos plataformas 3 y 4 unidas a sus extremos a través de bulones, el peso 5 que pesa un millón de kilos, lo mueve una gran grúa 8 que eleva dicho peso y lo transporta desde una de las plataformas laterales que se encuentra en PMI, hasta la otra plataforma lateral que se encuentra en PMS, de forma que cuando alcance el PMI por la acción del peso lo vuelva a transportar hasta la que se encuentra en PMS, y así sucesivamente. Igualmente la grúa puede disponer de dos plumas elevadoras con su correspondiente peso cada una, para actuar de forma independiente en cada una de las plataformas sin tener que desplazar al peso desde una superficie a la otra de forma que cuando el peso alcanza el PMI sobre la plataforma correspondiente, la grúa lo elevará para colocarlo sobre la misma plataforma una vez que ésta alcance el PMS. Los cilindros 6 y 9 tienen una altura de 20 metros, de forma que cuando el peso actúa sobre la plataforma que está situada en PMS, el émbolo expulsará el agua por el tubo de expulsión 11 que se encuentra en el cilindro 6, y que antes ha sido llenado por aspiración producida por el vacío creado por el émbolo a través del tubo de aspiración 7 dotado de válvula 10 de una dirección, a una presión de expulsión de 100 kilogramos por centímetro cuadrado a modo de ejemplo, sin tener en cuenta rozamientos y perdidas de presión, cuando el émbolo expulse el agua a través del tubo de expulsión 11 que dispondrá de válvula de una sola dirección 12 el liquido moverá a una turbina-generador que funciona a una presión de 40 kilogramos por centímetro cuadrado, la presión de salida del agua después de pasar la turbina mantendrá una presión de 60 kilogramos por centímetro cuadrado de forma teórica sin tener en cuenta los rozamientos y perdida de presión, y llegaría al deposito elevado a 600 metros sobre el nivel del mar. El émbolo del cilindro hidráulico 9 se habrá desplazado desde el PMI hasta el PMS aspirando agua a través del tubo de aspiración 13 con válvula 14 de una sola dirección a una presión determinada por el vacío producido por el émbolo, haciendo pasar el agua al interior del cilindro, una vez el émbolo alcance el PMS la plataforma lateral estará también en el PMS, el peso será trasladado por la grúa hasta la plataforma lateral que actúa sobre el émbolo de este cilindro, y empezará su descenso haciendo salir el agua del cilindro, que antes ha sido aspirada, por el tubo de expulsión 15 con válvula de una dirección 16, a una presión de 100 kilogramos por centímetro cuadrado, accionando a otra turbina que necesita una presión de 40 kilogramos por centímetro cuadrado para su funcionamiento, el agua continuará su trayecto a una presión de salida de 60 kilogramos por centímetro cuadrado de forma teórica y sin tener en cuenta rozamientos y perdidas de presión hasta el mencionado deposito situado a 600 metros sobre el nivel del mar. Los cálculos del ejemplo se han realizado de forma aproximada sin tener en cuenta rozamientos ni perdidas de presión, para su aplicación industrial se tendrían en cuenta todos estos valores para poder ajustar adecuadamente las características de funcionamiento de la turbina-generador y las válvulas reguladoras de presión, diámetros y características de los tubos.

Claims (4)

1. Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad, que estando especialmente concebido para producir, de forma combinada o por separado, energía y/o bombeo de aspiración/expulsión de fluidos, e integrando un elemento alargado y basculante por su punto medio sobre un apoyo establecido a una determinada altura, se caracteriza porque el citado elemento alargado (2) se remata por sus extremos en sendas plataformas (3) y (4), unidas al elemento alargado (2) de forma abisagrada de manera que dichas plataformas son susceptibles de mantener permanentemente una situación horizontal, a la vez que son desplazables verticalmente por el movimiento pivotante del elemento central (2) con respecto al punto de apoyo (1), estando dichas plataformas (3) y (4) destinadas a recibir alternativamente a un peso (5) y actuando cada una de ellas sobre un cilindro hidráulico o neumático (6)-(9), actuante a su vez sobre una turbina-generador.

2. Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad, según reivindicación 1ª, caracterizado porque cuando se utiliza para el bombeo de fluidos, los cilindros hidráulicos o neumáticos (6)-(9) actúan sobre circuitos independientes provistos de una o mas turbinas-generador

3. Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el peso (5) actuante alternativamente sobre una y otra de las plataformas (3) y (4), se sitúa sobre un soporte móvil, desplazable por cualquier medio convencional apropiado, a cuyo efecto el elemento basculante (2) presenta unas dimensiones adecuadas para su utilización como rampa de elevación para dicho soporte móvil, en uno u otro sentido.

4. Sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad, según reivindicaciones 1ª, y 2ª, caracterizado porque el peso (5) actuante alternativamente sobre una y otra de las plataformas (3) y (4), es manipulado por un puente-grúa o similar, que lo desplaza de una a otra plataforma, habiéndose previsto la posibilidad de disponer de dos pesos, enfrentados a las respectivas plataformas y afectados exclusivamente por movimiento de desplazamiento vertical, de manera que cuando uno de ellos se apoya sobre la plataforma correspondiente, el otro se separa de la suya.