ES2408129A1

ES2408129A1 - Máquina para la transmisión de energia cinética a otras máquinas y generadores de electricidad

Info

Publication number: ES2408129A1
Application number: ES201101145A
Authority: ES
Inventors: Jose Maria LOPEZ HERAS
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-06-18
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: ES2408129B1

Abstract

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad. La máquina está formada por una estructura circular sobre unos bastidores con ruedas y motor y funciona con una corona de engranaje acoplada por tornillería a la cara exterior de la pared circular de la máquina (en uno de sus modelos) y también puede tener acoplada la corona de engranaje tanto en la pared exterior como en la pared interior de la máquina (en otro de sus modelos). Una vez puesta en marcha, al girar, desarrolla la energía cinética suficiente para inducir uno o varios generadores de electricidad de los que se utilizan en la industria eólica, bien directamente o mediando cajas multiplicadoras. Puede construirse un modelo para autoabastecimiento eléctrico, con un eje central alrededor del que gira cautiva la estructura u otro modelo en forma de corona circular, de mayor tamaño, para la producción comercial de energía eléctrica.

Description

MÁQUINA PARA LA TRANSMISiÓN DE ENERGIA CINÉTICA A OTRAS MÁQUINAS Y GENERADORES DE ELECTRICIDAD.

La presente invención se refiere a una máquina de forma circular, cuya pared exterior es una corona de engranaje que, al girar, transmite suficiente energía cinética para activar la corona inducida de otras máquinas, ya sea directamente o a través de una caja multiplicadora o tren de engranajes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Para la generación de energía eléctrica se utilizan los generadores de electricidad, cuyo eje es movido por turbinas de diferente composición según sea la fuente primaria de energía (térmica, eólica, hidráulica, ...).

Algunos de los sistemas de generación eléctrica conocidos no funcionan continuamente pues dependen de factores naturales ajenos a la capacidad de influencia humana como son la continuidad en la fuerza del viento, el nivel de los embalses según la lluvia caída o la intensidad del oleaje.

En la mayoría de ocasiones las plantas de producción de energía eléctrica se ubican lejos de los núcleos de población que consumen la energía eléctrica producida ya sea por razón del tamaño de la instalación, por sus emisiones contaminantes o por la idoneidad de la zona geográfica en la que aprovechar el viento o el agua, lo que da lugar a la necesidad de muchos miles de kilómetros de tendido eléctrico con la consiguiente pérdida de Kw en su transporte.

Es, por tanto, de necesidad proveer un sistema que ofrezca:

Estabilidad en su capacidad de producir energía eléctrica, y

Cercanía geográfica a los núcleos de consumo de electricidad.

Cuestión esta última manifestada en el Congreso de los Diputados en la Sesión plenaria núm. 239 celebrada el martes, 14 de Junio de 2011, en que se debatió, según el Orden del Día, una proposición no de Ley sobre la Generación Distribuida, Autoconsumo ó Net Metering bajo el Número de expediente 162/000868 que fue aprobada por unanimidad.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La máquina de la invención ha sido concebida para resolver las necesidades anteriormente expuestas, en base a unas soluciones sencillas pero de gran eficacia que consisten en disponer en círculo un número determinado de bastidores con ruedas, teniendo los bastidores forma de sector circular y disponiendo los ejes de las ruedas en radio preciso con el centro del circulo, siendo alguna/s de esas ruedas activada/s por un o unos motor/es eléctrico/s de los que se utilizan en vehículos automóviles. Sobre esos bastidores se dispone, también en círculo, una estructura realizada con piezas metálicas y paneles que cierran una pared circular sobre la que se acopla una corona dentada de acero cementado.

Al activar los motores eléctricos estos hacen girar las ruedas y por la disposición de la estructura construida, el recorrido de las ruedas solo pueden hacerlo trazando una circunferencia idéntica en cada vuelta arrastrando a toda la estructura en un movimiento de rotación constante, por lo que la corona dentada transmite a cualquier corona inducida que previamente se le haya acoplado los Joule resultantes de aplicar la fórmula de la energía cinética: Ele =11z M. v 2

La corona inducida que previamente se le haya acoplado puede ser la de cualquier tipo de maquinaria en sentido extenso (molino de triturar, engranaje para izar grandes pesos, etc.), pero atendiendo a lo expuesto en los antecedentes de la invención y pensando en la más óptima aplicación industrial lo que se plantea es acoplar uno o varios generadores de electricidad de los que se usan en las góndolas de los aerogeneradores de los parques eólicos.

Con esa combinación de la máquina de esta invención con generadores de electricidad se consigue cubrir las dos necesidades arriba expuestas porque:

Al no depender para su funcionamiento de fenómenos meteorológicos puede funcionar ininterrumpidamente, salvo las necesarias paradas técnicas para revisión y mantenimiento.

Por su relativamente escasa superficie de instalación y su nula emisión contaminante puede ubicarse donde se precise, independientemente del contexto geográfico.

DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a la mejor comprensión de las características del invento, se describirán a continuación unas realizaciones preferentes del mismo con la ayuda de un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:

la Figura 1 muestra en perspectiva la primera de las realizaciones preferentes del invento. la Figura 2 muestra esquemáticamente en planta la primera de las realizaciones preferentes del invento. La Figura 3 muestra esquemáticamente en sección longitudinal la primera de las realizaciones preferentes del invento. La Figura 4 muestra esquemáticamente en planta un bastidor con rueda tractora de la primera de las realizaciones preferentes del invento. la Figura 5 muestra esquemáticamente en sección longitudinal un detalle de la primera de las realizaciones preferentes del invento. La Figura 6 muestra en perspectiva la segunda de las realizaciones preferentes del invento.

la Figura 7 muestra esquemáticamente en planta la segunda de las realizaciones

preferentes del invento. la Figura 8 muestra esquemáticamente en sección longitudinal la segunda de las realizaciones preferentes del invento. la Figura 9 muestra esquemáticamente en planta un bastidor con ruedas tractoras de la segunda de las realizaciones preferentes del invento. la Figura 10 muestra esquemáticamente en sección longitudinal un detalle de la segunda de las realizaciones preferentes del invento.

REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCiÓN

Cada futuro explotador de la máquina de esta invención decidirá el tamaño concreto que le convenga en su caso, por lo que -acogiéndose el solicitante de patente a la ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes, TITULO V, Capítulo 1, artículo 24.1 -se presentan como realizaciones preferentes de la invención los dos modelos que mejor se adaptan para:

A) una máquina con corona de engranaje incorporada para combinar con uno o más generadores de electricidad destinada a autoabastecimiento eléctrico.

B) una máquina con corona de engranaje incorporada para combinar con uno o más generadores de electricidad destinada a planta de producción de energía eléctrica.

A -Como se puede ver en las figuras 1 a S, la corona de engranaje (1), de acero cementado o cualquier otro idóneo para resistir la fricción a que se verá sometido, está formada por una pluralidad de porciones o arcos de circunferencia que en su cara interior son lisas y en su cara exterior presentan tres franjas horizontales, siendo la franja superior (2) y la inferior (3) lisas con dos o más orificios para la tornillería (4') y la franja central (5) dentada. Para esta primera realización preferente se ha elegido que la corona de engranaje (1) sea construida en 12 piezas de 302 de arco de circunferencia (4) que se acoplan por tornillería (4') a una pared formada por 12 paneles compactos (6) también con forma de arco de 302 y fabricados de un material resistente a la tracción, la carga y la vibración como puede ser, de manera orientativa y no excluyente, madera o metal; estos paneles se acoplan por tornillería a 12 barras verticales con su sección en forma de T (7) que unen dos circunferencias metálicas (8) (9) Y que, a su vez, se une cada una de estas circunferencias metálicas mediante doce radios (10)(10') a unos rodamientos por cojinetes (11, figura 5) que rodean un eje central (12) anclado al suelo y sujeto por un exoesqueleto metálico (13).

los doce radios superiores (lO), preferentemente de metal, basta con que sean rígidos y con suficiente resistencia a la torsión que puedan producir su carga de trabajo, siendo indiferente la forma de su sección (redonda, cuadrada, rectangular, ...). los doce radios inferiores (lO') han de tener la siguiente distribución: cuatro de ellos (10'.1) con las mismas características que los doce radios superiores y para este ejemplo los elegimos de sección rectangular, otros cuatro (10'.2) con su sección en forma de C y otros cuatro (10'.3) con la misma forma de sección en

sentido inverso J; al formar la estructura estos doce radios inferiores se instalan, como se señala en la figura 4 en el siguiente orden: uno de sección en forma C (10'.2), otro de sección rectangular (10'.1) y otro de sección en forma J (10'.3), consiguiéndose así que por cada dos

sectores de círculo de 302 de la estructura, el espacio entre los dos radios C y J forman un

sector de circulo de 602 yesos radios con forma C y J se convierten en guías donde se introducen las barras superiores de los bastidores con rueda (28), estas ruedas tienen su eje

(14) en posición de radio preciso al centro de la estructura.

Es preciso que al menos una de las ruedas sea una rueda tractora (15), por lo que al menos uno de los bastidores (28') lleva también elementos conocidos ya en la automoción como son un sistema de frenos y un motor eléctrico (16) para impulsar la rueda que puede ser alimentado por batería (17) o, preferentemente, por una toma eléctrica (18) mediante trole

(19) a un carril-catenaria (20) que recibe la energía eléctrica de la red.

En esta realización preferente se ha calculado que con un diámetro de 2,2 m y por tanto una circunferencia de 6,911 m la masa del conjunto de la máquina de la invención asciende a 1.600 Kg, por lo que se precisa que el motor eléctrico sea de 60 Kw para que pueda trabajar continuamente de una manera fiable a una velocidad de 25 Km/hora, que es la necesaria para alcanzar las 60 rpm precisas para inducir los generadores de electricidad, de 100 Kw, que se le acoplarían, estos generadores, según datos de los fabricantes necesitan además de las 60 rpm un par equivalente de 18.000 Nm, si aplicamos: Ek =1/2 M. v 2 , tenemos que esta máquina con corona de engranaje incorporada con su masa de 1.600 Kg Y una velocidad de 25 Km/hora o, lo que es lo mismo, 6,94 metros por segundo, produciría una energía cinética de 38.580 Joule, suficiente para transmitir la energía necesaria a dos generadores de electricidad de 100 Kwcada uno.

Si la combinación de la máquina de la invención con los dos generadores de electricidad descritos produce 200 Kw por hora y su motor consume 60 Kw por hora, está ofreciendo 140 Kw/h para el autoabastecimiento de una mediana industria o de una comunidad de vecinos de más de veinte viviendas de tipo medio.

B -Como se puede ver en las figuras 6 a lO, esta turbina autopropulsada con corona de engranaje incorporada está construida en forma de corona circular, caracterizada por ser el exterior de sus paredes sendas coronas de engranaje (21) (21'), formadas ambas por una pluralidad de porciones o arcos de circunferencia de acero cementado o cualquier otro idóneo para resistir la fricción a que se verá sometido, caracterizadas porque en su cara interior son lisas y en su cara exterior presentan tres franjas horizontales, siendo la franja superior (2) y la inferior (3) lisas con dos o más orificios para la tornillería(4') y la franja central (5) dentada. Para esta segunda realización preferente se ha elegido que la corona de engranaje exterior sea construida con 36 piezas dentadas de 102 de arco de circunferencia (4) y la corona de engranaje interior sea construida con 24 piezas dentadas de 152 de arco de circunferencia.

Esas 36 más 24 piezas dentadas se acoplan por tornillería (4') sobre las caras exteriores de las paredes de la circunferencia mayor y la circunferencia menor, respectivamente, de la corona circular, caracterizadas esas paredes por estar formadas cada una de ellas por 18 paneles compactos (22) fabricados de un material resistente a la tracción, la carga y la vibración como puede ser, de manera orientativa y no excluyente, madera o metal; estos paneles se acoplan por tornillería a 18+18 barras verticales con su sección en forma de T (23) que unen dos circunferencias mayores de igual diámetro entre sí (24) (24') y dos circunferencias menores de igual diámetro entre sí (25) (25'), siendo las cuatro circunferencias metálicas, las dos circunferencias superiores (24') (25') concéntricas entre sí y las dos circunferencias inferiores

(24) (25) concéntricas entre sí.

Las dos circunferencias superiores concéntricas, mayor y menor (24') (25'), se unen entre sí por 18 piezas (26) preferentemente de metal, basta con que sean rígidas y con suficiente resistencia a la torsión que pueda producir su carga de trabajo, siendo indiferente la forma de su sección (redonda, cuadrada, rectangular, ...).Las dos circunferencias inferiores concéntricas

(24) (25) se unen entre sí por 18 piezas (27) con la sección en forma de H tumbada (::c), con precisión radial respecto al centro de la corona circular, convirtiéndose así estos 18 radios (27) con la sección en forma de H tumbada ~en las guías donde se encajan las barras superiores (27') de 18 bastidores (28)(28') con forma de trapecio circular de 20° de arco, cada uno de estos dieciocho bastidores tiene un juego de dos ruedas con el eje (29) en radio preciso con el centro de la corona circular.

Varios de esos bastidores (28') portan también elementos conocidos ya en la automoción como son un sistema de frenos, un diferencial (30) que acciona las ruedas acoplado a un motor eléctrico (31) que puede ser accionado por baterías (32) o, preferentemente, por una toma eléctrica (33) mediante trole (34) a un carril-catenaria (35) que recibe la energía eléctrica de la red.

Para el ejemplo de esta segunda realización preferente se contempla una corona circular de 9,4 m de diámetro y 3 m de radio de circunferencia interior, por lo que tiene 29,53 m de circunferencia exterior y 18,84 m de circunferencia interior, su masa es de 16.000 Kg y monta 6 motores de 100 Kw, que permiten trabajar continuamente de una manera fiable a una velocidad de 60 Km/hora o, lo que es lo mismo, 16,66 metros por segundo, que es la necesaria para alcanzar las 33,86 rpm en la corona de engranaje mayor y aplicando la fórmula de la energía cinética: Ek =11z M. v2 produce 2.220.444 Joule, lo que permite que acoplándole dos cajas multiplicadoras de las que se conocen en la industria eólica con relación de reducción 1+56 entregarían un par equivalente de 39.650 Nm a 1.896 rpm para inducir dos generadores de electricidad de 3 Mw cada uno, pues a esas rpm su torque es de unos 19.000 Nm .

Si la combinación de la máquina de la invención con las dos cajas multiplicadoras y los dos generadores de electricidad descritos produce 6 Mw por hora y sus motores consumen 600 Kw por hora, está ofreciendo 5.400 Kw/h para comercializar.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad, que utiliza para su funcionamiento aparatos o máquinas ya conocidos por el Estado Actual de la Técnica, como son ruedas con eje (15) (14) (29), movidas por un diferencial (30), accionado por un motor eléctrico de automoción (16) (31), alimentado por batería (17)

(32) y/o carril-catenaria (20) (35), caracterizada por constituirse en una única estructura que consta de sistema impulsor con una corona de engranaje incorporada, pues esa corona de engranaje (1) está acoplada por tornillería (4')a la cara exterior de la pared circular de la máquina y una vez puesta en funcionamiento desarrolla la energía cinética suficiente para inducir uno o varios generadores de electricidad de los que se utilizan en la industria eólica bien directamente o mediando cajas multiplicadoras.
2.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicación 1, caracterizada porque su estructura circular gira cautiva a unos rodamientos por cojinetes (11) que abrazan un eje central fijado al suelo (12) y sujeto en su parte superior por un exoesqueleto (13).
3.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por tener en la zona inferior de su estructura unas guías (10'.2) (10'.3) para encajar los bastidores (28) (28') con rueda que la soportan.
4.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por tener al menos en uno de los bastidores (28') que la soportan una rueda tractora (15) impulsada por un motor eléctrico (16) alimentado por batería (17).
5.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por tener al menos en uno de los bastidores (28') que la soportan una rueda tractora (15) impulsada por un motor eléctrico (16) alimentado por un trole (19) unido a un raíl-catenaria (20) que toma la energía de la red eléctrica.
6.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicación 1, caracterizada en uno de los modelos porque su estructura tiene forma de corona circular, pudiendo tener corona dentada de engranaje en su circunferencia mayor (21) y/o corona dentada de engranaje en su circunferencia menor (21').
7.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1 y 6, caracterizada por tener en la zona inferior de su estructura unas guías (27) para encajar los bastidores (28) (28') con ruedas que la soportan.
8.

Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1, 6 Y 7, caracterizada por tener al menos en uno de los

bastidores (28') que la soportan un eje (29) con dos ruedas tractoras y diferencial (30) impulsadas por un motor eléctrico (31), alimentado por batería (17).
9. Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1, 6 Y 7, caracterizada por tener al menos en uno de los

5 bastidores (28') que la soportan un eje (29) con dos ruedas tractoras y diferencial (30) impulsadas por un motor eléctrico (31), alimentado por un trole (34) unido a un raíl-catenaria

(35) que toma la energía de la red eléctrica.
10. Máquina para la transmisión de energía cinética a otras máquinas y generadores de electricidad según reivindicaciones 1 y 2, caracterizada en uno de los modelos porque la

10 corona de engranaje sólo se acopla en la cara circular exterior de la máquina y está formada por una pluralidad de porciones o arcos de circunferencia de acero, que en su cara interior son lisas y en su cara exterior presentan tres franjas horizontales, siendo la franja superior (2) y la inferior (3) lisas con dos o más orificios para la tornillería (4') y la franja central (5) dentada.

2

10'

Figura 1

Figura 2

12

8 2

4H+---1

,~3

14 3

20

Figura 3

/ 13

~--6

14~-

~---t+-----16

10'.2

10'.1

Figura 4

24' 24 27

Figura 6

Figura 7

24'

Figura 8

Figura 9