ES2881481A1 - Procedimiento para convertir en eléctrica de manera continua una parte de la energía cinética de los cuerpos - Google Patents

Abstract

1. Equipar el vehículo con doble motorización y con funciones diferentes cada motor, uno propulsor y otro generador, éste último siempre eléctrico. Aunque resulte paradójico, se trata de instalar mayor potencia en motores, con el fin de consumir menos. 2. Acelerar el vehículo hasta alcanzar una velocidad importante. 3. Una vez el vehículo haya alcanzado la velocidad requerida, el propulsor efectuará un empuje sobre esa velocidad ya existente, ese empuje será frenado por el generador, transformando la energía correspondiente a ese empuje adicional en eléctrica, de manera continua hasta que los motrices cesen en su función propulsora. Básicamente esto es todo, ningún tren, vehículo o elemento conocido en la actualidad efectúa una operativa similar, ni está equipado para ello.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para convertir en eléctrica de manera continua una parte de la energía cinética de los cuerpos Sistema F.R.C. (Frenado Regenerativo Continuo)

Objeto de la Invención

La invención se encuadra en el sector de las energías renovables, la energía cinética, es una energía limpia y su materia prima, la masa, es abundante, pero no es considerada como renovable, cuando esa energía cinética es obtenida de los cuerpos sólidos, debido, a que ésta es transformada en eléctrica mediante frenado regenerativo y ese frenado, siempre es transitorio, de corta duración, esa circunstancia no se produce en el aprovechamiento de la energía cinética de los fluidos. Este procedimiento está concebido para ser utilizado en la generación de energía eléctrica, a partir de la energía cinética de los cuerpos de manera continua, también en cuanto a los cuerpos sólidos se refiere.

Antecedentes y sumario de la invención

La novedad en el procedimiento al que se refiere la presente invención, consiste básicamente, en una manera de gestionar o trabajar la energía cinética de los cuerpos y lo que aquí se expone, no es una idea, sino, que es algo ya experimentado en un banco de pruebas a una escala menor. Haciendo pruebas con un prototipo de aerogenerador de eje vertical, el cual consta de una turbina, que consiste en un cuerpo hueco circular de 10 metros de diámetro, su peso es de unas 3,2 TM que flotan sobre fluido (agua), por lo que el rozamiento es mínimo, un eje central conectado a una multiplicadora, y acoplado a ésta un generador. Antes de colocar las aspas encargadas de efectuar la resistencia al viento, se instaló un motor propulsor en contacto con la periferia de la citada turbina, con opción de hacerla girar como si del viento se tratara, esto se hizo con el propósito de escoger el tamaño de las aspas a colocar, las revoluciones por minuto nominales de la turbina son 20 y a partir de ese momento, se efectuaba un empuje adicional con el motor propulsor emulando al viento, la energía regenerada era algo superior a la energía consumida por el motor propulsor correspondiente a ese empuje adicional sobre las 20 rpm, resultaba algo extraño, posteriormente estudiando el tema, resultó ser éste el comportamiento físico correcto, ya que lo que recogía el generador, era la fuerza motriz correspondiente a ese empuje adicional sobre la velocidad ya existente, mas la cinética de la turbina correspondiente también a ese empuje y su peso, así es como funcionan las energías eólica e hidráulica y en las ecuaciones para efectuar el cálculo teórico del rendimiento en ambos casos, se considera la fuerza motriz multiplicada por la masa y su velocidad, deduciendo rozamientos y otros, si estos cálculos son válidos para hallar el rendimiento de los fluidos, también lo son para hallar el de los sólidos.

En el redactado de la presente invención y por simplicidad, se hace referencia siempre a un solo motor motriz o generador, pero en todos los casos, podrán ser varios los motores que ejerzan esas funciones, aunque no se especifique de esa manera expresa en el redactado de esta patente.

Lo que se conoce referente a la energía cinética de los cuerpos, generalmente cuando se refiere a los cuerpos sólidos rígidos, es, el transitorio de aceleración (cuando el cuerpo adquiere velocidad), régimen permanente (cuando el cuerpo ya ha alcanzado la velocidad requerida y se mantiene en ella) y por último, el transitorio de frenada (cuando el cuerpo devuelve la energía cinética acumulada y se detiene), éste transitorio de frenada, se debe, a que los cuerpos a los que se refiere esta máxima, en la actualidad están equipados con un motor y concebido éste para efectuar una sola función, generalmente la motriz, aunque en ocasiones ese mismo motor es utilizado para frenar el cuerpo, cuando esto sucede y el motor es eléctrico, el frenado es regenerativo, sin embargo, al efectuar ese frenado, el motor debe de abandonar su función motriz-propulsora y por ese motivo el frenado es transitorio y breve. Ese transitorio de frenada no se produce en las energías eólica e hidráulica, debido a que la fuerza motriz es constante durante un prolongado periodo de tiempo, provocando un empuje sobre la masa a la misma vez que el generador la frena. El objetivo principal de esta invención, es, el de convertir ese transitorio de frenada que se produce en los cuerpos sólidos, en una frenada regenerativa continua, sin detener el cuerpo, ni variar su régimen permanente de velocidad.

Los cuerpos sólidos rígidos a los que se refiere la presente invención y a los que se les puede aplicar este procedimiento Sistema F.R.C., a fin obtener un mayor ahorro en el consumo de energía, son todos los vehículos automóviles de transporte de personas o de mercancías, ferrocarriles, trenes con levitación magnética, monorrieles, embarcaciones y aeronaves, todos ellos de cualquier tipo, tamaño ó utilidad, también se puede aplicar este procedimiento a otros cuerpos sólidos, diseñados específicamente para la generación de energía eléctrica a partir de la cinética y capacitados éstos para actuar con velocidad lineal, o con velocidad angular.

Las energías eólica e hidráulica, son dos energías renovables donde se utilizan los fluidos como masa en movimiento y en su funcionamiento ambas cuentan con tres factores en común, (1) una fuerza motriz, provocada por la compensación de las diferencias de presión atmosférica, en el caso de la eólica y la fuerza de la gravedad terrestre, en el caso de la hidráulica, (2) que mueve una masa, en el caso de la eólica, la masa es la del viento y en la hidráulica la del agua, y (3) un elemento que frena esa masa, que sería un aerogenerador en el caso de la energía eólica y una turbina hidráulica en la hidroeléctrica.

La operativa del procedimiento constitutivo del objeto de la presente invención, está basado y pretende ser, una réplica del funcionamiento de las energías eólica e hidráulica, pero aplicado en este caso a los cuerpos sólidos, en la eólica y la hidráulica, la fuerza motriz es proporcionada por la naturaleza y lo que se propone en la presente invención, es, que para efectuar la misma operativa en los sólidos, esa motriz sea proporcionada artificialmente utilizando motores, de manera que los cuerpos sólidos que se han mencionado con anterioridad, deberán de ir equipados con un mínimo de dos motores, pueden ser más, pero con la posibilidad de cumplir funciones diferentes a la hora de efectuar el frenado regenerativo, un motor cumplirá la función motriz-propulsora y otro motor cumplirá su función como generador, con opción éste último, de frenar el cuerpo a la misma vez que el propulsor efectúa su empuje, de esta manera, se consigue una actuación idéntica a la que se produce en los casos de la eólica y la hidráulica, que como se ha descrito en el párrafo anterior, son: (1) una fuerza motriz, que en el caso de esta invención, estaría proporcionada artificialmente por el motor propulsor, (2) que mueve una masa, de sólidos en general y también de fluidos (3) un elemento que frena esa masa, en este caso será el motor generador, éste último siempre será eléctrico, el propulsor-motriz podrá ser de cualquier otra clase además de eléctrico y el frenado será regenerativo continuo, hasta que el motriz cese en su actividad propulsora.

De acuerdo con la invención, en primer lugar y antes de iniciar el frenado regenerativo, se deberá de situar el cuerpo en régimen permanente de velocidad, a tal fin se pueden utilizar los dos motores motriz y generador a la misma vez, alcanzando así la velocidad requerida en menor tiempo. Con el cuerpo situado en régimen permanente de velocidad antes de efectuar el frenado regenerativo, se consiguen dos objetivos importantes, el primero, es, que se aprovecha la ventaja cinética, y el segundo, es, que con el cuerpo en régimen permanente de velocidad, la mayoría de los rozamientos ya están vencidos, en esa situación, el motor motriz, que debe de contar con la potencia suficiente, infligirá un empuje adicional al cuerpo en régimen permanente, intentando aumentar la velocidad ya existente, no obstante ese aumento no se producirá, debido a que el motor generador frenará cualquier intento de modificar la velocidad establecida, o su frecuencia y revoluciones por minuto, ese frenado será regenerativo y continuo mientras el motriz persista en su empuje, transformando el motor generador en eléctrica, las energías motriz y cinética correspondientes a ese pequeño empuje adicional efectuado por el propulsor.

Descripción de una forma de realización preferente

En esta realización preferente se escoge como ejemplo un tren de alta velocidad, debido a que se trata de un elemento pesado y veloz.

La mayoría de los trenes eléctricos en la actualidad, utilizan casi siempre el frenado regenerativo con el fin de ahorrar energía, pero ese frenado es transitorio y el ahorro es mínimo, aquí se explica como se puede efectuar ese frenado regenerativo de manera continua y así conseguir una mayor cantidad de energía regenerada y por lo tanto un ahorro considerable en el consumo, los datos actuales y suministrados por el fabricante del tren son:

Peso del tren 350 TM, la velocidad a considerar para este ejemplo es de 200 Km/h, potencia compuesta por motor un motriz de 8.000 Kw, con esta potencia el tren puede alcanzar los 320 Km/h y para ello invertiría 380 segundos.

Para poner en práctica éste procedimiento, se instalará en el tren otro motor de igual potencia o superior, de manera que el tren quedará equipado con dos motores, con la facultad de trabajar ambos al unísono efectuando la misma función, o bien indistintamente por separado, efectuando éstos funciones diferentes cuando se requiera, actuando uno de propulsor y el otro de generador, se esperará el tiempo que sea necesario hasta alcanzar la velocidad crucero, que en este caso serán 200 Km/h, una vez el cuerpo situado en la citada velocidad, el propulsor efectuará un empuje adicional sobre esa velocidad ya establecida, con la potencia suficiente para aumentarla por ejemplo en 30 Km/h, el generador estará situado en la frecuencia y rpm necesarios, para mantener el tren en una velocidad de 200 Km/h, toda fuerza externa que reciba el generador, con intención de variar o modificar su frecuencia, revoluciones por minuto y por lo tanto la velocidad del tren, será frenada por éste, de manera que el tren continuará su viaje a 200 Km/h, frenando regenerativamente de manera continua, ese pretendido aumento en la velocidad de 30 Km/h efectuado por el propulsor y todo esto, transcurrirá sin que los usuarios del tren, se percaten en ningún momento de la operación, ni perciban ningún frenado en el tren, éste continuará regenerando hasta el final de trayecto. La maniobra también se puede efectuar, disminuyendo la velocidad o frecuencia del generador, en lugar de aumentar la del propulsor.

Los cálculos físicos teóricos justificativos de la energía regenerada en esta operación, son los siguientes:

Peso del tren 350 TM, velocidad estimada que alcanzaría el tren con el empuje del propulsor 230 Km/h, velocidad del tren mantenida por el generador 200 Km/h, a la vista de estos datos tenemos un rendimiento del 13% (30^100:230=13) que corresponde a ese pequeño aumento en la propulsión de 30 Km/h, en este caso solo calcularemos la energía cinética del cuerpo, para ser completo, a éste resultado se le debería de multiplicar la fuerza motriz correspondiente a ese pequeño empuje de 30 km/h, pero como se desconoce, no se tendrá en cuenta en esta ocasión, los cálculos justificativos de la energía cinética regenerada en esta operación son los siguientes:

1/2350 TM ^(230 Km/h) 63,88 m/s cuadrado (4.080) • 0,13 = 92.820 KJ

A este resultado se le han de deducir los rozamientos correspondientes a ese pequeño aumento de velocidad y se ha de tener en cuenta también el consumo total del motriz, en cuanto a la resistencia atmosférica, ésta sería nula, ya que el cuerpo al ser frenado por el generador, no avanza entre, o contra la atmósfera, por lo tanto ese dato no se considera.

Este procedimiento se puede aplicar también en los fluidos, canalizando éstos por tuberías, equipando los motores motriz y generador con hélices o turbinas, capacitados éstos para propulsar y frenar los fluidos que concurran entre ellos, éstos estarán instalados a cierta distancia el uno del otro, la operativa es la misma que se ha descrito en esta patente para los sólidos, el propulsor infligirá un empuje sobre el fluido circulante entre él y el generador, éste último frenará de forma regenerativa y continua el citado empuje.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para convertir en eléctrica de manera continua, una parte de la energía cinética de los cuerpos, Sistema F.R.C, porque, la energía cinética en los cuerpos sólidos en general, es aprovechada de manera muy breve, en lo que se denomina transitorio de frenada. El presente procedimiento está concebido principalmente para convertir ese transitorio de frenada, en una frenada regenerativa continua, y se basa en la operativa que se utiliza en la energía cinética de los fluidos, en este caso la eólica y la hidráulica, en éstas dos energías renovables existen tres factores en común, (1) una fuerza motriz, (2) que mueve y acelera una masa, y (3) un elemento que frena esa masa. Con el objeto de obtener un resultado similar en los sólidos, en este procedimiento se utilizará la misma regla, pero con una diferencia que es constitutiva de la novedad de la presente invención, y es, que la fuerza motriz, que en el caso de los fluidos es proporcionada por la naturaleza, en este procedimiento, la fuerza motriz será proporcionada de forma artificial por motores de cualquier clase y potencia suficiente, de esta manera, el cuerpo utilizado para transformar su energía cinética en eléctrica, deberá de ir equipado con un mínimo de dos motores, siempre podrán ser más, con la capacidad para trabajar ambos al unísono efectuando la misma función, o indistintamente por separado efectuando trabajos distintos, un motor cumplirá la función motriz-propulsora, al mismo tiempo que el otro cumplirá su función como generador, este último siempre será eléctrico, de esta manera el presente procedimiento y al igual que sucede con los fluidos, también consta de, (1) una fuerza motriz, el motor propulsor, (2) que mueve y acelera una masa, un cuerpo sólido o fluido, y (3) un elemento que frena esa masa, el motor generador.

2. Un procedimiento para convertir en eléctrica de manera continua, una parte de la energía cinética de los cuerpos, Sistema F.R.C., según la reivindicación (1) caracterizado, porque ésta invención consiste en una manera novedosa de trabajar o gestionar la energía cinética de los cuerpos sólidos, o fluidos y con el objetivo de conseguir un mayor rendimiento, antes de efectuar el frenado regenerativo, se situará el cuerpo en un régimen permanente de velocidad previamente establecido, una vez en esa situación, el motor propulsor infligirá un empuje adicional y continuado, con intención de aumentar la velocidad ya establecida, éste hecho obligará al motor generador a frenar el citado empuje también de manera continua, transformando en eléctrica la energía cinética y motriz correspondiente tan solo a ese empuje adicional, la velocidad del cuerpo no variará y continuará en su velocidad de crucero establecida, hasta que motriz y generador cesen en sus funciones y el cuerpo se detenga.

3. Un procedimiento para convertir en eléctrica de manera continua, una parte de la energía cinética de los cuerpos, Sistema F.R.C. según las reivindicaciones (1) y (2) caracterizado, porque los cuerpos o elementos válidos para utilizar éste procedimiento, son todos los vehículos automóviles, ferrocarriles, trenes de levitación magnética, monorrieles, embarcaciones, aeronaves, todos ellos de cualquier clase o tamaño, utilizados tanto para el transporte de pasajeros como de mercancías, de recreo o cualquier otra utilidad, también se puede aplicar este procedimiento, a elementos o máquinas creadas exclusivamente para la generación de energía eléctrica, a partir de la cinética de los cuerpos y diseñadas para actuar tanto con velocidad lineal, como con velocidad angular.

4. Un procedimiento para convertir en eléctrica de manera continua, una parte de la energía cinética de los cuerpos, Sistema F.R.C., según las reivindicaciones (1) y (2) caracterizado, porque se puede aplicar éste procedimiento también en los fluidos, canalizando éstos por tuberías, equipando los motores motriz y generador con hélices o turbinas, capacitados éstos para propulsar y frenar los fluidos que concurran entre ellos, los citados motores estarán instalados en el interior de las tuberías a cierta distancia el uno del otro, la operativa es la misma que se ha descrito en esta patente para los sólidos, el propulsor infligirá un empuje sobre el fluido circulante entre él y el generador, éste último frenará de forma regenerativa y continua el citado empuje al fluido.