ES2566568B2 - Sistema de arranque autónomo para motores Stirling de baja temperatura - Google Patents

Abstract

Sistema de arranque autónomo para motores Stirling de baja temperatura caracterizado porque comprende un tren de engranajes epicicloidales que consiste en uno o más planetas que rotan sobre un sol conectado a un eje motor a través del cual entra la potencia y se transmite bien desde el sol a una corona que desbloqueada mediante el trinquete del resorte carga un resorte espiral, bien desde el sol al brazo del tren de engranajes epicicloidales cuando el resorte está cargado. El sistema comprende además un alternador acoplado al eje motor que, cuando el brazo está desbloqueado, permite la carga del resorte; un actuador lineal de baja potencia que permite bloquear tanto el brazo como el trinquete del resorte; uno o más módulos termoeléctricos para generar la energía necesaria para el actuador y el control lógico gracias a la luz incidente en un colector; y medios de detección de temperatura.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de arranque autonomo para motores Stirling de baja temperatura.

Sector tecnico

La presente invention se refiere al ambito tecnico de los motores Stirling, y en particular al ambito de los motores Stirling de baja temperatura. Mas particularmente, la invencion se refiere a sistemas de arranque de motores Stirling de baja temperatura, y en especial a sistemas de arranque autonomos.

Estado de la tecnica

El motor Stirling (figura 1) fue inventado y patentado por el clerigo escoces Robert Stirling en 1816. Las limitaciones que en su momento llevaron a dichos motores a caer en desuso fueron las propiedades de los materiales usados en su construction, ya que la necesidad de altas temperaturas para maximizar la potencia y la eficiencia generaban fallos en las piezas. Sin embargo, en la actualidad se puede comprobar que el interes por los motores Stirling esta en aumento, y es sencillo encontrar information teorica y experimental sobre plantas de generation electrica usando Stirling solares. Ademas los nuevos materiales y tecnicas de fabrication permiten que los motores sean cada vez mas eficientes y duraderos.

El motor Stirling se basa en un ciclo cerrado, en el que el fluido de trabajo es un gas, normalmente presurizado, que se comprime en el foco frlo del motor y se expande en el foco caliente. Este intercambio de calor es lo que produce el trabajo. En slntesis, se puede definir un motor Stirling como una maquina termica que utiliza la diferencia de temperaturas entre un foco frlo y uno caliente para producir trabajo.

Los motores Stirling pueden presentarse, principalmente, en tres configuraciones distintas, en las que los componentes estan relacionados geometricamente de distinta forma. Estas configuraciones se denominan Alfa, Beta y Gamma.

En configuration Alfa, el motor obtiene potencia de dos pistones situados en cilindros separados. Un cilindro esta situado en la zona caliente y el otro en la frla. La relation potencia/volumen suele ser bastante alta. El mayor problema con esta configuracion reside en el hecho de que mantener sellado el cilindro caliente resulta muy complicado debido a las temperaturas que se alcanzan.

En configuracion Beta se prescinde de uno de los pistones, sustituyendolo por un desplazador. Tanto el desplazador como el piston estan colocados en el mismo cilindro. La funcion del desplazador es la de mover el fluido de trabajo entre los focos caliente y frlo. Esta configuracion es la originalmente presentada por Robert Stirling. La complication viene dada por la complejidad del sistema desplazador-piston en llnea, ya que la biela del desplazador accede al sistema a traves de un orificio en el piston.

La configuracion Gamma es igual que la configuracion Beta, cambiando unicamente el hecho de que el piston y el desplazador estan situados en cilindros diferentes. La relacion de compresion es menor, pero simplifica la construccion del modelo.

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Los motores Stirling de baja diferencia de temperatura (LTD) tienen la particularidad de utilizar una diferencia de temperatura entre foco frio y foco caliente relativamente pequena. Los motores mas pequenos pueden funcionar incluso cuando la diferencia de temperatura es de solo 1 o 2 °C.

Los motores Stirling LTD, al trabajar a diferencias de temperaturas bajas, necesitan unas caracteristicas constructivas diferentes a los motores que requieren mayores temperaturas para poder aprovechar la energia disponible, que no es muy alta. El fluido de trabajo, en la mayoria de casos aire atmosferico, la cantidad de gas que es calentada es pequena. En el caso del LTD, para superar la pequena diferencia de temperatura se calienta una cantidad relativamente grande de gas. Para calentar tanto gas necesitan un foco caliente y frio muy grande. Esto hace que la transferencia de calor sea mayor al tener mas area. Para mover el gas dentro del motor se usa un desplazador, el cual debe ser ligero. Otra caracteristica del desplazador es la de tener una carrera pequena con un gran diametro.

En los ultimos anos han sido varios los intentos de construir plantas de generacion electrica basada en el uso de motores Stirling solares. En concreto, se ha intentado recurrir a los motores Stirling solares para el diseno de una planta pensada para producir 500 MW; sin embargo, el abaratamiento de los modulos fotovoltaicos impidio que el proceso siguiera adelante. A pesar de ello la tecnologia sigue desarrollandose, y puede llegar a ser una tecnologia viable para la generacion de energia a partir de una fuente renovable.

Descripcion de la invencion

Con el fin de utilizar estos sistemas de aprovechamiento, la presente invencion propone un sistema de arranque automatico para un pequeno motor Stirling propulsado por energia solar, que trabaje por ejemplo a unos 100°C, capaz de arrancar cuando se alcance la temperatura de funcionamiento, y de recargar el sistema de arranque durante la marcha del motor.

En dicho contexto, el sistema responde a las siguientes necesidades:

• Acumulador de energia: Para poder arrancar el motor desde parado es necesario que el sistema acumule energia.

• Sistema de control: El sistema debe ser capaz de cargar el acumulador de energia, sin embargo hay que garantizar que el sistema este disenado para funcionar en diferentes estados que no incurran en perdidas de potencia por no haber podido desacoplar el acumulador del eje de potencia. Esto esta tambien relacionado con el propio alternador (11) necesario para convertir la potencia mecanica en electrica dado que este alternador (11) consume potencia.

• Arranque automatice: Lo interesante del diseno es que el motor arranque automaticamente cuando se cumplan una serie de condiciones, debido a esto deberemos garantizar el acumulador entregue esta energia bajo unas condiciones determinadas.

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Conforme a dichos requerimientos. el sistema final objeto de la invencion comprende la utilizacion de una etapa de engranajes planetarios con una corona dentada (4) en su exterior.

Engranaje planetario

Un engranaje planetario o engranaje epicicloidal es un sistema consistente en uno o mas engranajes externos (planetas) (5), que rotan sobre un engranaje central (sol) (7). Los planetas (5) suelen ir montados sobre un brazo movil (6), que gira coaxialmente con el sol (7). La corona (4) engrana en su interior con los planetas (5). Podemos ver un esquema en la figura 2.

El funcionamiento de este mecanismo depende de que zona sea la que recibe potencia exterior y cual de los componentes que lo forman se encuentra bloqueado. Aunque hay muchas variantes de funcionamiento, en todos los casos la potencia entra por el sol (7), centrandonos a continuacion en los casos de brazo (6) bloqueado y corona (4) bloqueada.

Cuando el brazo (6) se encuentra bloqueado, los planetas (5) no tienen la opcion de girar alrededor del sol (7), transmitiendo la potencia a la corona (4), haciendola girar. El sentido de giro de cada uno de los componentes puede observarse en la figura 3.

Si la corona (4) se encuentra bloqueada, los planetas (5) giran alrededor del sol (7), transmitiendo la potencia al brazo (6), que gira, ya que lo hacen los planetas (5). El sentido de giro de cada uno de los componentes puede observarse en la figura 4.

Puede darse la situacion de que el brazo (6) este girando simultaneamente con la corona (4), dividiendose la potencia que se recibe a traves del sol (7).

Los sentidos de giro tienen bastante importancia como se comentara posteriormente, es por eso que se ha hecho hincapie en como trabajan cada una de las configuraciones. Como cualquier otro sistema de engranajes, este nos permitira, jugando con el numero de dientes de cada componente, modificar el par y la velocidad de giro disponible.

Carga del resorte

La configuration que se ha disenado es la de tener la parte interna del resorte espiral (8) sujeto a la corona (4) de tren epicicloidal. De esta forma la carga del resorte (8) se hace mediante el giro de la parte interna y no de la externa como se ha estado tratando de llevar a cabo en disenos previos.

Se puede observar en la figura 5 que la potencia entra a traves del sol (7), que se encuentra conectado al eje motor (10). Se llega a la conclusion de que usando este metodo de carga se necesita transmitir potencia a la corona (4) para que el resane (8) se cargue. Como ya se ha comentado, para que la potencia se transmita a la corona (4) desde el sol (7), el brazo (6) debe estar fijo, por ello la carga del resane (8) se lleva a cabo bloqueando el brazo (6) del epicicloidal. Es evidente ademas que la parte externa del resorte (8) debe permanecer fija para que el resorte (8) sea capaz de cargarse.

El uso del tren de engranajes planetarios aporta al sistema una serie de ventajas que Jo hacen una election apropiada.

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• El hecho de que se trabaje con trenes de engranajes nos permite aumentar el par disponible del motor, facilitando la tarea de carga del resorte (8).

• La transicion entre funcionamiento normal y funcionamiento en carga de resorte (8) es suave. Mientras se va frenando el brazo (6), la corona (4) comienza a recibir potencia gradual mente, hasta que el brazo (6) queda completa mente bloqueado, transmitiendose toda la potencia a la corona (4).

• Si se observa la figura 3 prestando atencion a los sentidos de giro del sol (7) y de la corona (4), se observa que el sentido de giro de la corona (4) es inverso al sentido de giro del sol (7). Un resorte (8), se descarga en el sentido contrario al que fue cargado. De esta forma, y suponiendo que la energla del resorte (8) se transmite directamente al eje motor (10), se consigue que la descarga del resorte (8) haga girar al eje motor (10) siempre en el mismo sentido.

Una vez se ha cargado el resorte (8) se necesita un sistema para fijar la corona (4) y que no se descargue en cuanto deja el sistema de transmitirle potencia. Se utiliza un trinquete (15) para realizar esta tarea. Una de las caras laterales de la corona (4) hace la funcion de rueda dentada, situandose el gatillo en la estructura del motor (9).

Se puede describir el funcionamiento general del sistema de la siguiente manera:

1. En funcionamiento normal, el sol (7) recibe potencia del motor (13), y la transmite al brazo (6), que esta libre.

2. Cuando se quiere comenzar la carga del resorte (8), se frena el brazo (6), transmitiendo potencia a la corona (4), que carga el resorte (8).

3. Una vez se ha cargado el resorte (8) y fijado median te el trinquete (15), se suelta el brazo (6), volviendo a girar, debido al sol (7). En esta situacion tenemos el brazo (6) girando, y el resorte (8) ya cargado.

4. Cuando la temperatura del foco caliente no es lo suficientemente alta como para que el motor (13) funcione, este se para.

5. Cuando se desea arrancar el motor (13), se suelta el trinquete (15), teniendo disponible la potencia del resorte (8). Volviendo al estado 1.

Cabe pensar que al arrancar el motor y no estar cargado el resorte (8), la corona (4) no tiene un par contrario a su movimiento demasiado grande. Es decir, puede ocurrir que, a pesar de no estar bloqueado el brazo (6), la corona (4) reciba potencia. Esto puede ser debido a que el par contrario al movimiento del brazo (6) sea lo suficientemente grande como para que se mueva la corona (4). Esto no supone ningun problema ya que en cuanto gire lo suficiente la corona (4), el resorte (8) se habra cargado para ejercer un par suficiente como para considerar la corona (4) bloqueada.

Una de las preocupaciones durante el desarrollo de la invencion ha sido el hecho de que se querla conseguir que a la hora de cargar el resorte (8), toda lo potencia del motor (13) estuviera dedicada a esa tarea, por lo que el hecho de tener un alternador (11) acoplado al eje motor (10) para generar electricidad ha hecho que se tenga que llegar a una solucion para desacoplar el alternador (11).

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La solucion a este problema ha sido muy efectiva. Consiste en conectar el eje del alternador (11) al brazo (6) del tren epicicloidal,. de esta manera, en funcionamiento normal, el sol (7) transmite a los planetas (5), y estos al brazo (6), llegando la potencia al alternador (11). Cuando se quiere cargar el resorte (8), como hay que frenar el brazo (6) para real i zar la carga, el alternador (11) deja de consumir potencia durante esta fase. Se ha solucionado el desacople del alternador (11) si n necesitar agregar complejidad al sistema. Queda esquematizado en la figura 6.

Una vez en este punto se han desarrollado los sistemas de acople del freno y la sincronizacion de los elementos. Adelantando las soluciones aceptadas. en el sistema de control se hace uso de un pequeno sistema logico de pequena potencia.

Freno del brazo

El freno del disco es parte fundamental del funcionamiento del mecanismo planteado, por lo que se ha requerido de un actuador lineal de baja potencia para acoplar el freno. Este actuador lineal ejerce una fuerza sobre una palanca, que pivota sobre la carcasa del mecanismo, acoplando un freno sobre el brazo (6) del epicicloidal. Una cuestion de diseno importante son los requerimientos constructivos que se aplican al brazo (6) del tren de engranajes al tener que ser frenado mediante este sistema. Esto implica que el brazo (6) tenga forma de corona circular. para tener una zona de contacto exterior.

El mecanismo permite multiplicar la fuerza del actuador, que al ser de poca potencia no dispondra de mucha fuerza.

Sistema de acople v desacople de freno y trinquete

Como ya se ha dicho anteriormente para frenar el brazo (6) se hace uso de un actuador lineal de baja potencia. Ademas es interesante plantear un sistema que con el mismo actuador se pueda tanto acoplar la palanca de freno (figura 7) como liberar el trinquete (15) que impide la descarga del resorte (8). Es decir con un solo actuador cargar el resorte (8), y liberarlo a la hora de arrancar el motor (13).

Como ya se ha dicho se ha tratado de disenar el sistema de acople y liberacion utilizando un solo actuador, para ello se ha realizado un diseno en el cual, el actuador aplica su fuerza sobre cada una de las necesidades segun su movimiento sea hacia delante o hacia atras. Esto se consigue aprovechando la trayectoria que sigue el eje del desplazador al contraerse. En la figura 8 se observa que si el actuador se desplaza hacia afuera, empuja la palanca de freno. Si se desplaza hacia dentro, el actuador pivota sobre su apoyo debido a la palanca de freno, empujando el cuerpo del gatillo, liberando la corona (4). El gatillo atraviesa la estructura, accediendo a la rueda dentada de la corona (4).

Suministro electrico para el actuador y el sistema logico

El actuador necesita energla electrica por pequena que sea. Merece la pena comentar el hecho de que, a pesar de utilizar sistemas electricos, estos son de muy baja potencia, manteniendo el esplritu mecanico del diseno. La intencion de esta invencion ha sido la de generar energla mediante el uso de recursos renovables, y esta generacion electrica mantiene esta intencion, es por esto que se ha utilizado una tecnologla que se apoya tambien en la diferencia de temperatura entre dos superficies para generar pequenas

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corrientes y voltajes, el efecto termoelectrico. Esta aparicion de voltaje y corriente se explica con el efecto Seebeck.

De esta forma, y realizando uniones entre metales de manera conveniente, se ha desarrollado una tecnologla que genera pequenas potencias a partir de diferencias de temperatura, y esto es lo que se ha planteado como baterla para el acumulador y el sistema logico.

Se ha buscado un modulo termoelectrico con las caracterlsticas adecuadas. En la figura 9 se encuentran las curvas caracterlsticas para el modulo que se ha encontrado mas apropiado. Asumiendo que el modulo puede adquirir una diferencia de temperatura de 85°C, que es necesaria para que el motor funcione entregando la potencia requerida, es posible obtener una tension y potencia aproximada de unos 2,4V y 3,90W. Para conseguir aproximadamente los 6 V del actuador se harla uso de 2 modulos en paralelo, obteniendo suficiente potencia para el sistema logico y para el actuador. Aunque se comprueba que no se llegarlan a los 6 V necesarios por el actuador para trabajar con la fuerza requerida, hay que tener en cuenta que se necesita esa fuerza para bloquear el brazo (6) y no para liberar el trinquete (15), ya que el bloquear el brazo (6) requiere mas fuerza. Esto permite que se disene el sistema logico para que cargue el resorte (8) cuando se haya alcanzado suficiente temperatura.

Control logico

En esencia, en el control logico solo recae la tarea de hacer que el desplazador del actuador se mueva hacia afuera o hacia dentro, bloqueando el brazo (6) o liberando el trinquete (15).

El sistema tiene 3 posiciones del actuador diferentes. que sirven para frenar el brazo (6), una posicion neutra en la que no actua de ninguna forma, y una posicion en la que desacopla el gatillo del trinquete (15).

Se ha concluido en que el disparo que genera que el sistema logico mande la orden al actuador de posicionarse en alguna de los 3 estados descritos debe ser el alcanzar alguna temperatura. Asl se tiene una temperatura minima de funcionamiento, en la que el control pone el actuador en posicion de Desacople galillo (DG) para arrancar, y una temperatura carga en la que el actuador se posiciona en Freno brazo (FB) durante el tiempo necesario para cargar el resorte (8). El resto del tiempo el control posiciona al actuador en Neutro (N).

La temperatura de carga se ha determinado que sean unos 5 o 10°C por encima de la temperatura minima de funcionamiento, dando tiempo asl a que el motor (13) haya alcanzado el regimen permanente y la potencia minima de diseno. El tiempo de carga depende fuertemente del comportamiento real del sistema, por lo que deberla ser calculado experimentalmente. La detection de las temperaturas podrla hacerse mediante el uso de termometros metalicos, de funcionamiento muy sencillo.

En la figura 10 se representa una vista esquematica del sistema completo. En la figura 11 se observan en detalle los trinquetes (14, 15) utilizados para el funcionamiento del sistema. El trinquete del resorte (15) fija la corona (4), fijando por lo tanto la parte interna del resorte (8). Este trinquete (15) se libera elevando el gatillo. El trinquete de arranque (14) tiene los dientes sobre el eje motor (10), situandose el gatillo en la corona (4).

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Durante el movimiento normal no cumple ninguna funcion. Cuando el resorte (8) hace girar la corona (4) en el arranque, el gatillo hace girar el eje motor (10), sirviendo como enlace entre el resorte (8) y el eje motor (10).

A lo largo de la descripcion y las reivindicaciones la palabra ''comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracterlsticas tecnicas, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracterlsticas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que sean limitativos de la presente invencion.

Descripcion de las figuras

Figura 1: Diagrama de un motor Stirling, (1) Regenerador, (2) foco frlo, (3) foco caliente.

Figura 2. Esquema de engranaje planetario o epicicloidal, (4) Corona, (5) planetas, (6) brazo, (7) sol.

Figura 3. Sentido de giro con el brazo bloqueado.

Figura 4. Sentido de giro con la corona bloqueada.

Figura 5. Dibujo esquematico del sistema de carga del resorte. (A) (8) Resorte. (B) (9) estructura motor, (10) eje motor.

Figura 6. Esquema del acople del alternador, (11) Alternador, (12) mecanismo carga, (13) motor.

Figura 7. Palanca de freno.

Figura 8. Esquema del freno y del gatillo de trinquete montados en el actuador.

Figura 9. Curvas caracterlsticas del modulo seleccionado. Diferencia de temperatura entre las dos superficies del modulo termoelectrico (rombos), voltaje obtenido a cada diferencia de temperatura (clrculos), la potencia total obtenida del modulo termoelectrico para cada diferencia de temperatura (estrellas).

Figura 10. Esquema general del mecanismo.

Figura 11. Detalle de los trinquetes, (14) Trinquete de arranque, (15) trinquete del resorte. Figura 12. Brazo del epicicloidal.

Figura 13. Conjunto de engranajes.

Figura 1 4. Acople corona.

Figura 15. Ensamblaje de la corona y acople.

Figura 16. Eje motor.

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Figura 17. Liberador del trinquete del resorte.

Figura 1 8. Brazo del freno.

Figura 19. Freno y ferodo.

Figura 20. Conjunto freno I.

Figura 21. Conjunto freno II.

Figura 22. Actuador.

Figura 23. Vista frontal del ensamblaje.

Figura 24. Vista posterior del ensamblaje.

Figura 25. Vista en detalle del trinquete de arranque.

Figura 26. Vista en detalle del trinquete de resorte.

Figura 27. Movimiento de desacople del trinquete del resorte.

Figura 28. Conjunto mecanismo-motor l.

Figura 29. Conjunto mecanismo-motor II.

Figura 30. Representation de cos Q y cos Q2.

Figura 31: Radiation normal en funcion de p.

Figura 32. Esquema para el estudio.

Figura 33. Geometrla del resorte.

Figura 34. Curva de par del resorte y comparacion con par motor. Par del motor en su funcionamiento normal (clrculos), 3xpar de motor (triangulos), par del resorte espiral en funcion del giro aplicado a este (discontinua).

Figura 35. Esquema de freno

Ejemplo de realizacion de la invencion

La constitution y caracterlsticas de la invencion se comprenderan mejor con ayuda de la siguiente description de ejemplos de realizacion, debiendo en tenderse que la invencion no queda limitada a estas realizaciones, sino que la proteccion abarca todas aquellas realizaciones alternativas que puedan incluirse dentro del con tenido y del alcance de las reivindicaciones. Asimismo, el presente documento refiere diversos documentos como estado de la tecnica, entendiendose incorporado por referencia el contenido de todos estos documentos, asl como de el contenido completo de los documentos a su vez referidos en dichos documentos, con objeto de ofrecer una descripcion lo mas completa posible del estado de la tecnica en el que la presente invencion se encuadra. La

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terminologla utilizada a continuation tiene por objeto la description de los ejemplos de modos de realization que siguen y no debe ser interpretada de forma limitante o restrictiva.

ELEMENTOS DEL SISTEMA Y FUNCIONAMIENTO

En las figuras 12 a 29 se ilustran los diferentes elementos o componentes de una realization preferida de la invention asl como de su funcionamiento y acoplamiento con el motor.

El brazo (6) epicicloidal (figura 12) esta formado por una placa que servira para poder frenar este componente, y los tres ejes que sirven para acoplar los planetas.

La corona (4) tiene forma de plato para alojar los trinquetes (14, 15). Por ello se necesita este acople para la corona (4). Se observan dos vistas (figura 14), mostrando la parte delantera y la trasera. Como se ha descrito anteriormente esta parte necesita llevar un dentado exterior que sirva como trinquete del resorte (15). Ademas observamos un pequeno eje en el que va situado el gatillo del trinquete de arranque (14). El ensamblaje de la corona (4) y su acople puede verse en la figura 15.

El eje de motor (figura 16) tiene como particularidad el tener un dentado, perteneciente al trinquete de arranque (14).

El liberador del trinquete del resorte (15) (figura 17) es el que se vera empujado por el actuador en su trayectoria, desplazandose verticalmente y liberando el trinquete (15). Los salientes que se observan en la figura sirven como gula para que la pieza tenga movimiento vertical. Estas piezas estarlan situadas dentro de un rail en la carcasa del motor (9).

Se ha disenado una pieza de soporte del ferodo del freno (figura 19). En las figuras 20 y 21 se observa un ensamblaje de todo el conjunto de freno.

Se ha disenado el actuador segun las especificaciones geometricas del fabricante ("Firgelli miniature linear actuators".
http://www.firgelli.com/pdf/LI2 datasheet.pdf. Accessed: 2014-08-08).

Para finalizar se ha realizado el ensamblaje de todos los componentes. Se ha mostrado una vista frontal y posterior del ensamblaje (figuras 23 y 24). Ademas se muestra una imagen detallada del trinquete de arranque (14) (figura 25) y otra del trinquete del resorte (15) (figura 26).

La parte posterior que, como se puede observar sobresale del cuerpo, permite alojar un resorte para garantizar que el gatillo pueda desplazarse hacia dentro cuando la corona (4) gire para cargar el resorte (8).

Para aclarar el movimiento que permite que el trinquete del resorte (15) se desacople, permitiendo que el resorte (8) transmita potencia al eje, se ha generado la figura 27 en la cual se observa el estado de reposo superpuesto con el estado de liberation del trinquete del resorte (15). En esta imagen se ve claramente como es la trayectoria que sigue el eje del actuador. Esta trayectoria es forzada por el brazo del freno ya que esta es una pieza

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rlgida. De esta forma, al desplazarse verticalmente, el gatillo del trinquete se desacopla de los dientes unidos a la corona (4).

Para finalizar se ha realizado un ensamblaje en el que se ha anadido un motor para que se observe mejor la disposition que tendrla el mecanismo. Se puede observar en las figuras 28 y 29.

PRESTACIONES DEL MOTOR

Nos referiremos en el presente apartado a un sistema que, no teniendo un tamano demasiado grande, aporte una potencia de alrededor de 30 W.

Election de con figuration

Usando las consideraciones hechas para cada una de las configuraciones presentadas anteriormente, puede entenderse que para aplicaciones de baja potencia y pequenas diferencias de temperatura sea logico utilizar la configuration Gamma. Minimizando las perdidas mecanicas se puede llegar a conseguir la potencia requerida de 30 Watios.

Radiacion

El hecho de que la orientation sea fija afecta negativamente a la temperatura que se puede obtener; sin embargo, el suponer que el sistema pueda disponer de un seguidor solar es demasiado optimista. sobretodo siendo la aplicacion de muy baja potencia. De esta manera se justifica el calculo de la radiation incidente sobre una superficie fija para obtener la temperatura en el foco caliente del motor.

Las climatologla es muy diferente dependiendo del lugar estudiado, es por eso por lo que hay que llegar a una solution para unas determinadas condiciones. Ademas las condiciones no varlan unicamente con la localization sino tambien con la epoca del ano. Por ello se ha realizado un estudio con datos obtenidos de IDEA ("Pliego de condiciones tecnicas de instalaciones de baja temperatura", pp 97-101, 2009) y posteriormente se han analizado los datos obtenidos de radiacion y temperatura del foco caliente.

El proceso de calculo de la radiacion incidente se ha llevado a cabo como un proceso mecanice en el que se van calculando los datos necesarios en funcion de algunos parametros de partida. Los datos que se utiliza n de partida quedan recogidos en la tabla 1.

Tabla 1: Parametros necesarios para el calculo de la radiacion incidente sobre el colector

Par&inetro

Sfinbolo

Dia del ano

n

Constante solar

Gbc

Radiaci6n media diaria

H

Latitud

4

lnelinaddn del captador

a

Orientaci6n

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Para poder desarrollar el problema de radiacion hay que definir primero la orientacion y la inclination (P) del captador. La orientacion. por estar en el hemisferio norte, es orientacion sur. Para elegir el angulo de inclinacion se han tomado dos posibles soluciones que se discutiran posteriormente. A partir de estos datos se calcularon la declination (5) y el angulo de puesta del sol (ws), que serviran para calcular la hora de salida y de puesta. Para la declinacion se usa la ecuacion de Cooper (1).

6 = 23,45 sin

imagen1

284 + n ^ 365 /

(l)

imagen2

Aclarar que. al ser el angulo de puesta de sol ws, el angulo de salida es - ws. Conociendo estos angulos se pueden conocer las horas de duration del dla utilizando la ecuacion (3), siendo tsoiar la hora solar.

w = - 12) <3>

Estos calculos se han realizado con arrays, generando valores de ellos para cada hora del dla, obteniendo as! posteriormente la evolution de la radiacion a lo largo de las horas. Posteriormente se calculan los siguientes cosenos que, como puede comprobarse en la figura 30, el angulo Q es el angulo de incidencia y el Q2 forma parte de un coseno director.

cosO'/ = sin<$3in0 + cos cos# cos a,* ...

cos d = sin<$sin<2>cos#- — sin 6 cam (p sin cos 7 + + cos 6 cos <f> con d COS u/+ -f cos 6 sin <p sin p cos ^ cos a?-f -f cos 6 sin ti sin sinw

De esta forma ya se ha definido trigonometricamente el problema. Uno de los datos de partida, como se comprueba en la tabla 1 es la radiacion media diaria. Sin embargo es necesario conocer como se distribuye la radiacion diaria media a lo largo de un dla, para poder realizar un seguimiento de la radiacion en cada momento.

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Se ha utilizado la ecuacion de Collares-Pereira y Rabl [Solar Energy, vol. 22, no. 2, pp 155-164, 1979) para estimar la radiacion horaria a partir de los datos diarios. No es un metodo exacto pero produce perfiles diarios para dlas claros, adecuados para aplicaciones solares.

Con el metodo se obtiene r, que es la relacion entre la radiacion global horizontal durante una hora y la radiacion global horizontal acumulada durante un dla.

imagen3

a — 0,4090 + 0,5016sin(u,'a - 60)

(7)

b - 0.6609 + 0,4767 sin(u/a - 60)

(8)

Siendo w y ws el angulo horario y el angulo horario de puesta de sol, respectivamente.

Posteriormente se calcula el Indice de claridad mediante la correlacion Erbs (Solar Energy, vol. 28, no 4, pp 293-302, 1 982). Con este parametro se calcula la relacion entre la radiacion difusa y la global horizontal.

imagen4

Calculandose la lextraterrestre horizontal con la formula 10.

imagen5

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La relacion kT ya calculada es usada para calcular la relacion Idifuso/Igiobai horizontal atendiendo a la siguiente expresion:

imagen6

Ya es posible descomponer la radiacion en sus componentes difusa y horizontal. Para calcular la radiacion normal sobre una superficie se usa la expresion 14.

Idxfuaa — 1

(12)

h=I~Id

(13)

Idirecta normal ^6,n — ?b ‘ Rb ~~ lb ' « (14)

COS uz

Como se comento antes, hay que establecer en cada caso de estudio cual es la inclination optima del sistema de captation. Se puede afrontar esta optimization desde dos puntos de vista: Maximizar la radiacion anual y maximizar la radiacion minima.

El objetivo del sistema que en este apartado ilustra el objeto de la invention es proporcionar una potencia baja durante el mayor tiempo posible. Esto hace que el buscar una maximization de la captacion anual sea contraproducente ya que esto se consigue aumentando la captacion cuando la radiacion mensual es mayor, teniendo en los meses de menor radiacion, unos valores muy bajos. Se ha realizado un estudio de la orientation, enfrentando en una grafica el angulo de inclinacion y la radiacion maxima del mes con menor radiacion en MJ/m2 dia. Esto se ha realizado mediante un bucle, en el cual se ha ido variando la inclinacion manteniendo constantes los demas parametros.

Si se observa la figura 31 se puede comprobar como se maximiza para un valor aproximado de p = 58°. Se ha realizado entonces el estudio para ese valor de p. El mes con mayor radiacion calculada es septiembre, esto se debe a que la inclinacion no es la optima para los meses de verano, como ya se ha explicado.

Temperatura

Obtenidos los perfiles de radiacion, se procede a calcular la temperatura del piston caliente para cada hora del dla. Hay que establecer los valores de ciertos parametros. Algunos de estos parametros, como son las areas del captador y del receptor, son parametros facilmente modificables para adecuarse a los requerimientos tecnicos. En la bibliografla ["A compendium of solar dish/Stirling technology, William b., Ricard B. Diver, 1994; Renewable Energy, vol 26, no 1, pp 421-427, 2011) se han hallado los

5

10

15

20

25

30

35

40

valores tlpicos de reflectancia, coeficiente de convention para un receptor de un motor Stirling de baja temperatura, y la emisividad del receptor. En la tabla 2 se recogen los valores de estos parametros.

Tabla 2: Parametros para el calculo de la temperatura

imagen7

Par&metro

SImbolo

Reneotancia

Coeflcicpte couvecci6n[^^r

Emisividad

Constants de Stefan [7^-1

5,67 • 10~8

Para hallar la temperatura del foco caliente se realizo un estudio termico aproximado, partiendo del dato conocido de irradiation sobre el captador que se supone reflejado hacia el foco caliente. Para realizar el estudio se ha realizado un analisis similar al propuesto en Renewable Energy, vol 26, no 1, pp 421-427, 2011, en el cual se hace un balance entre la energla recibida por el captador y las perdidas asociadas al foco caliente. Estas perdidas se han aproximado modelandolas por convection natural y por radiacion.

Para encontrar la temperatura del foco caliente se iguala la energla recibida a las perdidas por conveccion y radiation, dando lugar a una ecuacion con la que se obtiene la temperatura de equilibrio, que es la que se busca conocer. Para modelar las perdidas por conveccion se ha utilizado la ley de Enfriamiento de Newton y para la radiacion se ha utilizado la ley de Stefan-Boltzmann, obteniendo la ecuacion 15.

imagen8

Donde Ibn es la radiacion normal incidente sobre el captador, calculada en el apartado "Radiacion", Acap es el area del captador, p es la reflectancia de la superficie del captador, h es el coeficiente de conveccion, Arec es el area de la superficie irradiada del foco caliente, Tamb la temperatura ambiente, E es la emisividad del colector, y 5 es la constante de Stefan. La temperatura es calculada resolviendo la ecuacion que resulta de despejar la temperatura T de la ecuacion 16.

imagen9

Para continuar con el proceso de diseno de las principales dimensiones del motor, se ha hecho uso de un software de calculo de prestaciones de motores Stirling, que tiene una base teorica apoyada en ecuaciones experimentales del comportamiento de diferentes motores, tanto de alta, como baja temperatura. Se define la presion media de trabajo de

0.5Mpa y un tamano de piston de expansion de 300 cm3. Para producir aproximadamente

5

10

15

20

25

30

35

40

45

los 30W descritos anteriormente necesitamos una temperatura de foco caliente de 100°C y del foco frlo de 15°C.

Se han variado las areas de captacion y del receptor, que a su vez coincidira con el area del desplazador. Con valores de Acap = 1.2 m2 3 y Arec = 0.1256 m2 y haciendo uso de las ecuaciones expuestas anteriormente se obtienen los perfiles de temperaturas mostrados en la figura 6. Hay que tener en cuenta que la temperatura ambiente varia en cada mes del ano.

De esta forma se ha garantizado que el motor produce como mlnimo la potencia deseada en todos los meses del ano, ya que aproximadamente se necesita una diferencia de temperatura entre el foco caliente y el frlo de 85°C, y como se observa en la figura 6, esta temperatura se alcanza en todos los meses del ano, variando la hora a la que se alcanza ya que las temperaturas ambientales de cada mes varlan.

En el caso de otros datos de radiacion para una localization concreta la solution reside en variar las areas de captacion hasta que la radiacion captada permita calentar el foco basta la temperatura deseada.

cAlculo DE FUNCIONAMIENTO

En este apartado se ha realizado una aproximacion numerica del funcionamiento del sistema. Es decir, se ha comprobado que los sistemas propuestos pueden llegar a cumplir su funcion. Esto se debe a que pudiera ocurrir que el actuador no tuviera fuerza necesaria para frenar el brazo (6), ademas hay que comprobar como se transmite la potencia a traves del epicicloidal y asumir unas perdidas inherentes al sistema. Esta estudio trata de hacer una aproximacion al mecanismo en si y no a sus detalles.

P = 34.9 W

u - 425.9 rpm

r (17)

Siendo P la potencia y w la velocidad angular del motor. Se puede hacer una lista con el proceso que se va a seguir.

1. Se comenzara analizando el par disponible en cada uno de los elementos del tren epicicloidal.

2. El estudio continuara analizando las caracterlsticas del resorte (8) para que pueda arrancar el motor.

3. EJ siguiente paso sera analizar la capacidad del actuador para frenar el brazo (6). Perdidas en los engranajes

El tren epicicloidal se ha disenado con engranajes rectos; estos, segun bibliografla (M.F. Spotts, Proyecto de Elementos de Maquinas. Reverte, 1982), tienen asociadas perdidas que no superan el 1% o 2% cuando estan montados correctamente. Se han aproximado

5

10

15

20

25

30

35

40

las perdidas en el tren epicicloidal en un 5% de la potencia disponible, quedando los calculos con un factor de seguridad. Esto deja una potencia util de:

imagen10

Par en la corona y en el brazo

Tanto el par en la corona (4) como el par en el brazo (6) se han determinado conociendo primero la velocidad de giro del mismo, y suponiendo ademas que toda la potencia es transmitida hacia uno de los dos sistemas. Sin embargo, el primero de los parametros de diseno que hay que definir es el numero de dientes que tiene tanto el sol (7) como los planetas. La ecuacion que define el par es:

imagen11

Siendo P la potencia en W, n el regimen de giro en rpm y T el par en Nmm. Si se analiza la expresion se llega a la conclusion de que disminuir el regimen de giro, para una potencia dada, aumenta el par (j Revoluciones f Par). Si se elige una configuracion de engranajes que baje mucho el regimen de giro del brazo (6) es posible que no sea capaz el sistema de frenar el brazo (6) a la hora de cargar el resorte (8).

Se elige una configuracion de 20 dientes en el sol (7) y 42 dientes en los planetas. Esta decision se ha tomado ya que ha habido que alcanzar un equilibrio entre par en el brazo (6) y regimen de giro de este, ya que si girase muy rapido sera complicado tener precision en la carga del resorte (8) y si gira demasiado lento el par es demasiado alto como para poder frenar el brazo (6). Eligiendo un modulo 1 para los engranajes, obtenemos el diametro de cada uno de ellos.

dp Sol — 1- 20 = 20 mm

(20)

dp Planetaria ^ 42 111TTI

(21)

Siendo dp el diametro primitivo. Esta configuracion obliga a la corona (4) a tener 104 dientes y un diametro de 1 04 mm.

Necesitamos conocer el regimen de giro del brazo (6) cuando la corona (4) esta bloqueada y el de la corona (4) cuando el brazo (6) esta bloqueado. Con objeto de conocer las velocidades en funcion del numero de dientes de cada engranaje, el comportamiento dinamico del mecanismo, que cobra importancia a la hora de hacer

5

10

15

20

25

30

35

40

calculos de funcionamiento, y de las condiciones de contorno que se impongan, se ha realizado un estudio del sistema.

El problema de obtener la velocidad en el eje de salida de un tren planetario no es tan sencillo como en el caso de los ejes fijos. A continuation se ha expuesto un metodo para resolverlo.

Se define relacion aparente (pa) de un tren epicicloidal a la relation de transmision que se obtiene si el brazo portasatelites esta en reposo. Esta relacion puede ir afectada de signo, positivo si el eje de salida gira en el mismo sentido que el de entrada y negativo en el caso contrario. La relacion aparente se obtiene por el procedimiento habitual de dividir el producto de los numeros de la rueda conducida entre el producto de las conductoras.

imagen12

imagen13

W, - U b __

WP - " - (24)

El esquema de la figura 32 equivale a una vista simplificada del tren epicicloidal con corona (4). Los slmbolos wc, wp, ws, wb hacen referencia a las velocidades angulares de la corona (4), planetas (5), sol (7) y brazo (6), respectivamente.

Utilizando las formulas anteriormente descritas obtenemos:

imagen14

imagen15

ti'a ~ Wb

imagen16

Wp - Wb _ Za

^ (26)

Resolviendo estas dos ecuaciones y aplicando las condiciones de contornos deseadas (velocidades conocidas), se habran calculado las velocidades de giro de cada componente.

5

10

15

20

25

30

35

40

Como velocidad del sol se considera la velocidad de giro del motor. Despues de realizar los calculos se obtiene:

imagen17

imagen18

Conociendo la velocidad de giro de la corona (4) y del brazo (6), y usando la ecuacion 19, se calcula el par en la corona (4) y en el brazo (6). No se han aplicado rendimientos ya que se ha hecho anteriormente una aproximacion de perdidas. Tambien se ha calculado el par que tiene el motor.

Tmator =740 A'mm Tajrona = 3518 A Vim Tbrazo = 4588 Smm

(29)

Ya se conocen los pares de los que se dispone en cada uno de los elementos, esto servira para calcular la carga del resorte (8) y la fuerza necesaria para frenar el brazo (6).

Resorte

El uso del epicicloidal de forma apropiada ha elevado el par disponible en la corona (4) para cargar el resorte (8). En esta seccion se han discutido las caracterlsticas de diseno que debe tener el resorte (8).

A parte del par que hay que vencer para arrancar el motor, hay que superar otras perdidas corno son las ocasionadas por el trinquete del resorte (15). Es por esto que se ha establecido un par de arranque bastante superior al que probablemente se necesitase.

Es necesario comentar que en el arranque de un motor Stirling de estas caracterlsticas, despues de haber hecho ensayos con motores de muy pequeno tama o. se llega a la conclusion de que no es necesario hacer girar el ciguenal muchas vueltas. Los motores Stirling arrancan una vez se ha ayudado al ciguenal a vencer rozamientos.

Unas de las caracterlsticas mas importantes en estos resortes es que el par que ofrecen crece linealmente con el giro aplicado hasta que se lleva a una vuelta completa: a partir de aqul el par aumenta mucho por la friccion entre la lamina del resorte (8). Los parametros usados en el estudio del resorte (8) se recogen en la tabla 3.

5

10

15

20

25

30

35

Tabla 3: Parametros necesarios para el calculo del par de frenado

ParAmetro

Slmtiolo

M6dulo de elasticidad \M Pa

E

Anchura del resorte jmm

b

Espesor de la lamina turn

t

Angulo aplicado (rev]

H

Longitud artiva de material mm]

L

DiAmetro interno mm

A

DiAmetro exterior mmj

ODr

La torsion generada por un resorte puede calcularse con la ecuacion 30. Se puede comprobar que el par aumenta linealmente con el giro aplicado al resorte.

imagen19

En la ecuacion 31 se aporta una solucion para el calculo aproximado del diametro externo del resorte, basada en clrculos concentricos y paso uniforme.

imagen20

El resorte (8) tiene un diametro interno de aproximadamente 100 mm, ya que la corona (4) tiene ese diametro. Como criterio de diseno se ha establecido el diametro exterior en 150 mm, estando formado por 2.5 vueltas la espiral. Esto genera una longitud del resorte (8) de:

Z.=*l 178 mm (32)

Una vez calculada la geometrla se procede a calcula r el par. Se ha establecido acero como el material de fabrication del resorte (8), con un modulo de elasticidad aproximado de 210000 MPa En la figura 33 se ha representado el par del resorte (8) en funcion del giro que se le ha aplicado.

Como se observa, el par maximo al que se somete el resorte (8) cuando se le ha aplicado un giro de 360° es superior a 3 veces el par motor por lo que se presupone que el resane (8) sera capaz de arrancar. Ademas, se constata que el par de la corona (4), 3518 Nmm, es muy superior al par maximo del resorte (8), que se estima en 2561 Nmm como se aprecia en la figura 34, pudiendo cargarlo sin problemas.

5

10

15

20

25

30

35

Capacidad de frenado del brazo

El haber elegido una configuration de epicicloidal que fomenta tanto el par puede ser una preocupacion a la hora de intentar frenar el brazo (6), por lo tanto se va a comprobar si se puede realizar esta tarea con el actuador seleccionado.

La option de engrane que daba mas fuerza en el actuador era la 210, obteniendo una fuerza de 45 N. Con el objetivo de estar del lado de la seguridad se van a realizar los calculos suponiendo una fuerza de 42 N.

Partimos de el par conocido en el brazo (6), Tbrazo = 4588 Nmm. Se disenara el freno para que pueda garantizar un par de frenado mayor que el par del brazo (6). Posteriormente se comprobara que el actuador es capaz de proporcionar una fuerza Jo suficientemente grande como para real izar ese par de frenado. Para poder comprobarlo se ha realizado un estudio del sistema de frenado propuesto, para garantizar su funcionamiento.

En la figura 35 se ha mostrado un esquema que servira para apoyar los calculos. El circulo sobre el que esta representado, es la superficie a frenar, que gira segun el sentido marcado por la flecha.

La fuerza de rozamiento tiene un sentido tal, que se opone al movimiento de la rueda. En la tabla 4 se han recogido los parametros usados en el problema.

Tabla 4. Parametros necesarios para el calculo del par de frenado

ParAmetro

Simbolo

Fuerza rozamiento

Fr

Radio exterior ferodo

Hr

Radio interior ferodo

/?t

Coeficiente rozamiento

p

Par de frenado

r

Area ferodo

A

Presidn

p

La fuerza de rozamiento es funcion del coeficiente de rozamiento y la fuerza normal, que se obtiene de la presion ejercida y el area del ferodo.

dFt= p n- dS (33)

Donde el diferencial de superficie se define corno:

imagen21

5

10

15

20

25

30

Haciendo uso de las ecuaciones 33 y 34, y aplicando integrales: dFt = pn-r- dddr Ft = I dh p ■ p • r • dr

J9\ JRt

Donde Rt, Re, d1 y d2 definen los limites de integration geometricos del ferodo. De esta forma se obtiene la fuerza de rozamiento generada al integrar:

F, = - «?)

' (36)

Para obtener el par de frenado, se Integra la expresion del par, que no es mas que multiplicar la fuerza de rozamiento por la distancia r.

imagen22

%J

(38)

Interesa tambien conocer el area del ferodo por cuestiones de diseno. Esta viene definida por la siguiente expresion:

A = i(0, «?)

(39)

Una vez tenemos las ecuaciones que gobiernan el sistema, se procede a disenar. En vez de realizar todo el proceso iterativo basta alcanzar una solucion valida. se ha expuesto el resultado final. E n la tabla 5 se han recogido los parametros usados en el diseno del ferodo.

Tabla 5. Parametros de diseno del freno

ParAmetro

Simholo Valor

Radio exterior ferodo ram

Be 75

Radio interior ferodo mm

B, 71

Coefieiente rozamiento

0.5

Presidn [MPa]

V 0.3

Amplitud angular del ferodo |°|

ti2 — ff \ 85°

10

15

20

25

30

35

El uso de ese radio exterior se justifica teniendo en cuenta que el diametro del resorte (8) es de 150 mm, siendo el radio de 75 mm, pudiendose comprobar como esa es la zona exterior del brazo (6), donde se ha representado el esquema general del mecanismo.

Despues de aplicar las ecuaciones se obtienen los siguientes resultados:

Tfrmado — ^* 45 A TTltTl

•%

•4/crodo = 433 mm

El par del brazo (6) es por lo tanto inferior al par de frenada. por lo que el sistema es capaz de cargar el resorte (8) frenando el brazo (6).

Estos datos se han obtenido utilizando una presion de 0.3 MPa. La presion puede obtenerse a traves de la fuerza y el area del ferodo. Es evidente que la fuerza del actuador por si sola no es capaz de generar tanta presion, es por eso que en un diseno final se le ha dado forma de palanca, para poder asl aumentar la fuerza. La presion se define como:

imagen23

Utilizando una palanca con una relacion 3.1:1 se obtiene una presion suficiente, haciendo uso de una fuerza de 42 N como se ha definido anteriormente:

P =

42 N • 3.1 433 mm2

— 0,3 MPa

(42)

Consideraciones de fabrication

Hemos realizado los calculos necesarios para garantizar que el mecanismo sea capaz de cumplir su funcion. Es interesante conocer ademas una aproximacion sobre los materiales que podrlan llegar a utilizarse en su fabricacion.

Sin incluir el resorte (8), que se ha disenado usando acero, el resto de componentes, al no estar sometidos a tensiones demasiado altas y el ser poca la potencia que transmiten los elementos, se recomienda el uso de plasticos tecnicos, en concreto el Amite. Este plastico es un material muy rlgido, siendo usado en piezas de precision como engranajes. Tiene alta rigidez y dureza, fuerte resistencia a la torsion y soporta cargas de hasta. Esta recomendado para la fabricacion de pinones hasta de modulo 3, por lo que al utilizar el diseno pinones de modulo 1 se adapta perfectamente al uso que se le pretende dar.

Se recomienda tambien la fabricacion del brazo del freno en acero, ya que debe ser muy rlgido para poder transmitir bien la fuerza del actuador al freno.

Claims (3)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Sistema de arranque autonomo para motores Stirling de baja temperatura

   caracterizado por que comprende:

   • Una etapa o tren de engranajes planetarios o epicicloidales que consiste en uno o mas engranajes externos [planetas (5)] que rota n sobre un engranaje central [sol (7)] a traves del cual entra la potencia;

   • Una corona dentada (4) en el exterior de la etapa o tren de engranajes epicicloidales que engrana en su interior con los planetas (5) de dicha etapa o tren de engranajes epicicloidales, dicha corona (4) en su estado bloqueado permitiendo que los planetas (5) giren alrededor del sol (7) transmitiendo la potencia al brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales, d icho brazo (6), en su estado bloqueado, impidiendo que los planetas (5) giren alrededor del sol (7) transmitiendo asl la potencia a la corona (4), haciendola girar;

   • Un resorte espiral (8) sujeto a la corona (4) por su parte in terna, dicho resorte (8) cargandose a traves de la corona (4) cuando esta gira en sentido inverso al sentido de giro del sol (7) mediante el giro de dicha parte interna de sujecion a la corona (4);

   • Un eje motor (10) al que se conecta el sol (7), dicho eje motor (10) girando cuando se descarga el resorte espiral (8) transmitiendo potencia al sol (7), dicha potencia bien transmitida desde el sol (7) a la corona (4) para cargar el resorte espiral (8) bien transmitida desde el sol (7) al brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales cuando el resorte espiral (8) esta cargado;

   • Un primer trinquete [trinquete del resorte (15)] que bloquea la corona (4) una vez el resorte espiral (8) esta cargado y que permite el desbloqueo de la corona (4) mediante la elevacion de un gatillo;

   • Un segundo trinquete [trinquete de arranque (14)] que tiene los dientes sobre el eje motor (10), situandose el gatillo en la corona (4), de forma que cuando el resorte espiral (8) hace girar la corona (4) en el arranque, dicho gatillo hace girar el eje motor (10), sirviendo como enlace entre el resorte (8) y el eje motor (10);

   • Un alternador (11) acoplado al eje motor (10), dicho alternador (11) conectado a traves de su eje al brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales permitiendo, cuando dicho brazo (6) esta en su estado desbloqueado, la transmision de potencia desde el sol (7) a los planetas (5) y desde estos al propio brazo (6) para permitir la carga del resorte espiral (8);

   • Un actuador lineal de baja potencia que permite el bloqueo y desbloqueo tanto del freno del brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales como del trinquete del resorte espiral (15), de forma que, al desplazarse dicho actuador hacia fuera ejerce una fuerza sobre una palanca que pivota sobre la carcasa del mecanismo, acopla el freno sobre el brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales, y, al desplazarse dicho actuador hacia dentro el mismo pivota sobre su apoyo debido a la palanca de freno empujando el cuerpo de un gatillo liberando con ello la corona (4) permitiendo de este modo la carga del resorte espiral (8);

   • Uno o mas modulos termoelectricos para generar la energla necesaria para el actuador y para un sistema o control logico gracias a la luz incidente en un colector;

   5 • Un sistema o control logico que regula el movimiento del desplazador del actuador

   mediante tres posiciones: una posicion que en respuesta a la deteccion de una temperatura de carga hace que el desplazador del actuador se mueva hacia fuera bloqueando el brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales mediante el freno, una posicion que en respuesta a la deteccion de una temperatura minima de 10 funcionamiento hace que el desplazador del actuador se mueva hacia dentro

   liberando el trinquete del resorte (15) mediante la elevacion del gatillo del mismo, y una posicion neutra sin efecto sobre el desplazador del actuador;

   • Y medios de deteccion de temperatura (por ejemplo, un termometro metalico).

   15
2. 2. Sistema segun la reivindicacion anterior caracterizado por que el brazo (6) de la etapa o tren de engranajes epicicloidales esta formado por una placa para el freno y tres ejes para el acoplamiento de los planetas (5).

   20 3. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la

   corona (4) tiene forma de plato para alojar los trinquetes (14, 15) y comprende un pequeno eje en el que va situado el gatillo del trinquete de arranque (14).
3. 4. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el 25 gatillo del trinquete del resorte (15) presenta una serie de salientes que sirven como gula para que el gatillo tenga movimiento vertical. dichos salientes situados dentro de un rail en la carcasa del motor (9).