ES2915050A1 - Sistema motriz para propulsar cualquier tipo de vehículo y también para generar energía eléctrica - Google Patents

Abstract

El sistema comprende un depósito hermético lleno de agua C, asentado en vertical en una plataforma base común (1), que recibe una presión constante (3) del exterior, natural o artificial, lo que repercute en fuerzas hidrostáticas, iguales y opuestas, que se neutralizan entre sí en el interior de la cámara. En la cara posterior P, se articula un fuelle o junta (6), que independiza a esta cara (5) y su fuerza del resto de la cámara, aplicando un sistema neutralizador asentado en la misma base (1), que la inmoviliza transmitiendo su fuerza FO, a laterales opuestos (12) en perpendicular y neutralizándose entre sí. De esta forma la cara opuesta y paralela (4) queda liberada y actúa como fuerza propulsora longitudinal FA. Este mismo sistema de la invención es aplicable para propulsar vehículos diversos fijados a los mismos. En la Fig.9, vemos el mismo sistema, pero utilizando las fuerzas exteriores debidas a la presión natural ejercida por el aire atmosférico sobre una cámara de vacío (201). En la Fig.11, vemos un circuito cerrado para la generación de energía eléctrica. Aquí actúan varias plataformas agrupadas consecutivamente y solidarias en forma de tren longitudinal que gira a velocidad constante, guiado y apoyado en una pista (301). La fuerza de avance conjunta actúa sobre ejes transversales periódicos y paralelos (325) engranados y solidarios a ejes rotores de generadores eléctricos síncronos. Aquí las cámaras respectivas C, reciben la presión de una tubería común (304).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema motriz para propulsar cualquier tipo de vehículo y también para generar energía eléctrica

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector del transporte, abarcando una amplia variedad de vehículos terrestres y marítimos. También es aplicable para la generación de energía eléctrica utilizando básicamente el mismo sistema.

Antecedentes de la invención

En los sectores mencionados, utilizan mayoritariamente combustibles fósiles como carbón, petróleo, gas natural y sus derivados.

En el sector carretera, que abarca motocicletas, turismos, furgonetas, camiones y bus entre otros, hay en la actualidad un parque mundial de unos mil quinientos millones de vehículos, que puede duplicarse en tan solo veinte años. Para el 2050 se prevé que un 65% de vehículos sean eléctricos y a gas como el hidrógeno, un 25% híbridos y un 10% utilizaran combustibles fósiles y con tendencia a la baja.

En la actualidad, la implantación de vehículos eléctricos o híbridos es minoritaria y se sitúa entre el 1 y el 2%. Indirectamente, sí contaminan con el uso de electricidad. Son más caros de compra y mantenimiento y tienen limitaciones de uso. Las baterías son problemática. La gasolina y el diesel son de uso mayoritario.

En el sector naval, se incluyen embarcaciones de todo tipo y tonelaje. Se incluyen cruceros, líneas regulares, recreativas y turísticas, mercantes, pesqueros y armada. En especial consumen fueloil, altamente contaminante. Los vertidos descontrolados son frecuentes. Como dato, en los últimos treinta años, el turismo de crucero se ha multiplicado por veinticinco. Las emisiones de gases contaminantes como CO2, óxidos nitrosos y sulfurosos, monóxido de carbono y partículas entre otros, son comunes ambos sectores mencionados.

En el sector aéreo se utiliza principalmente el queroseno y variantes y se prevé un aumento de un 60% para el 2050.

El ferrocarril esta cada vez mas electrificado, pero no hay que olvidar la contaminación indirecta que implica. Sigue el uso del diesel, con un desuso a corto plazo como sucedió con el carbón. En cuanto al porcentaje de emisiones, un 76% corresponde al tráfico de carretera, un 12% a la aviación, un 10% al naval y un 2% al ferrocarril.

En cuanto al sector de generación de energía eléctrica, en que la invención es igualmente aplicable, la demanda para 2040 habrá sufrido un incremento del 60% debida a los avances tecnológicos y a la repercusión del aumento de población, con especial incidencia de las economías emergentes.

Las fuentes para la generación de energía son:

Petróleo 33%, Carbón 29%, Gas 24%, Hidráulica 7%, Nuclear 4,4%, Renovables 2,6%. De estas últimas, un 1,45% son eólicas, un 0,43% solares y 0,57% biocombustibles. Las fósiles por tanto equivalen al 86% del total y las renovables incluyendo la hidráulica son casi el 10%, es decir muy minoritarias pero con tendencia al alza. De entre las fósiles, el petróleo y el gas sufren un agotamiento gradual y en cuanto al carbón, el mayor contaminante, las reservas son para muchos años. Las hidráulicas sufren las consecuencias del cambio climático con el descenso de los recursos hídricos. Las nucleares tienen un futuro cada vez más incierto. Las renovables son el futuro obligado y necesario.

Las principales tipos de centrales son:

Las térmicas. Utilizan combustibles fósiles con preferencia el carbón. En las de ciclo combinado prevalece el gas natural. Asistimos al cierre progresivo de las de carbón, si bien va para largo. China, el país más contaminante, prevé el inicio del cierre para 2060. En ellas, el calor producido genera vapor de agua a altas presiones y actúa sobre turbogeneradores.

Las nucleares. Se basan en la fisión nuclear de elementos radiactivos. No emiten CO2, que es el principal contaminante ni otros gases. La basura radioactiva que generan es altamente problemática. La inversión es alta, al igual que los costes de explotación. Han ocasionado grandes catástrofes, en buena parte ocultadas y sus efectos son prolongados. Su futuro es incierto y en varios países se están cerrando.

Las hidroeléctricas. Son un recurso renovable, si bien el agua es cada vez más escasa. Son muy diversas. En todas se utiliza la gravedad del agua, en desnivel, que actúa sobre turbinas de diferentes tipos. Los costes iniciales pueden ser muy elevados. Los embalses ocupan grandes extensiones y afectan a la flora y la fauna y en muchas ocasiones a la población. Generalmente están ubicadas lejos de los centros de consumo, lo que implica costes de transporte de la energía y perdidas de la misma por efecto Joule.

Las solares fotovoltaicas. Aprovechan la radiación solar sobre placas de células fotovoltaicas. Alta inversión y bajos costes de explotación. Ocupan grandes extensiones de decenas de kilómetros cuadrados. Requieren zonas muy soleadas. Bajo rendimiento.

Las termosolares. Tienen algunas semblanzas con las anteriores. Se diferencias en el uso de grandes espejos, los cuales reflejan los rayos solares que convergen en torres elevadas donde se genera el vapor donde se produce el ciclo termodinámico convencional.

Las eólicas. Aprovechan la fuerza del viento. Alta inversión. Ocupan grandes extensiones de terreno. Afectan al paisaje y la fauna. Las situadas "off shore”, mar adentro, implican mayor inversión pero mejoran el rendimiento por el factor viento.

Las de biomasa. Son de escasa implantación y bajo rendimiento. Utilizan combustibles orgánicos y vegetales. Contaminan con gases diversos y cenizas.

Las geotérmicas. Aprovechan la energía natural de la corteza terrestre para generar vapor.

Las mareomotrices y undiomotrices. Aprovechan la energía de las mareas y las olas. Poca implantación. Alta inversión en función de los altos rendimientos.

En cuanto al tiempo operativo, es de un 20% las solares, 25% las hidroeléctricas, un 24% las eólicas, un 30% las térmicas, un 13% las de ciclo combinado, 56% las de cogeneración y las nucleares de un 80%.

En el capítulo de ventajas, estas son numerosas e importantes. Cabe destacar:

Es un sistema autónomo, no dependiendo de combustibles fósiles ni de ningún tipo. Tampoco y básicamente, de energías diversas como la eléctrica, térmica, nuclear y otras, ni naturales como la solar, eólica, hidráulica y otras.

Cien por cien ecológico, sin emisiones de ningún tipo y contaminación cero. Sin riesgos ni efectos secundarios.

Potencia constante e ilimitada, con alta eficiencia y rendimiento.

Costes reducidos de construcción, funcionamiento y mantenimiento.

En el caso de las centrales eléctricas, también cabe destacar su fácil ubicación, que puede ser en los propios núcleos de consumo, con las ventajas que conlleva y sin afectación alguna, sin condicionantes de ningún tipo y en espacios reducidos de una o dos hectáreas, comparativamente muy inferiores a los indicados anteriormente.

Finalmente es muy importante destacar el cambio climático por efecto invernadero y la contaminación ambiental, sus causas y sus fatales consecuencias, mayoritariamente ignoradas y ocultadas. Estas causas son consecuencia mayoritaria de la quema de combustibles fósiles.

Entre los gases contaminantes de la atmosfera, bien sean por efecto primario o secundario, destaca en primer lugar el CO2 o dióxido de carbono, los óxidos como los de azufre y nitrógeno, el monóxido de carbono, el metano y el ozono entre otros, también metales pesados como el plomo y el mercurio y gran número de partículas, entre ellas las radioactivas. Las emisiones naturales de gases por parte del planeta son comparativamente minoritarias.

En cuanto a los causas de estas emisiones tenemos, la generación de energía con un 25%, seguido de la industria con un 20% y el transporte con un 15%, como principales causantes y que sumados equivales a un 60% aproximado.

La relación de consecuencias, directas o indirectas, que afectan al ser humano, la flora, la fauna y al planeta en general es más que amplia y cada vez con mayor incidencia. Algunas son imprevisibles.

En cuanto a contaminación, hay que tener en cuenta la acústica, en la que el tráfico es el principal responsable, y con efectos nocivos tanto fisiológicos como sicológicos. El nivel de decibelios que se soporta, está muy por encima del tolerable y afecta a la calidad de vida. El control es escaso. En lo referente a la ambiental y de mayor repercusión, afecta al sistema respiratorio, cardiovascular, digestivo y nervioso, sin olvidar los efectos cancerígenos. También afecta a piel, ojos y oídos. Dolores de cabeza, insomnio, ansiedad y fatiga y un largo etcétera. La OMS alerta que el 92% de la población mundial vive en ambientes contaminados y muy por encima de los límites aconsejados.

En cuanto al clima, las malas previsiones se ven superadas. Aumentan los fenómenos extremos y los records negativos. El año 2020 ha sido uno de los más cálidos conocidos. Se registra un deshielo vertiginoso en las zonas polares y glaciares, con graves consecuencias, como el aumento del nivel de los mares con inundación de amplias zonas costeras. Los océanos registran un aumento de su acidificación y desoxigenación, que afecta al ecosistema marino y al planeta de forma preocupante, también están perdiendo biomasa. Las algas y el plancton liberan más del 50% de oxígeno que respiramos y el aumento de temperatura en nada favorece. La fauna marina está seriamente afectada.

Los records de calor son constantes. Se incrementan las sequias, desaparecen los cultivos y la ganadería se ve afectada. Las economías más pobres sufren las mayores consecuencias. La desertización del planeta aumenta. Los recursos naturales y el acceso al agua potable disminuyen, todo ello agravado por el aumento de población. La ONU predice importantes migraciones y conflictos por el agua. Los grandes lagos del planeta tienden a desaparecer y la mayoría de embalses están por debajo de su capacidad. Por otra parte se registran frecuentes inundaciones y los ciclones aumentan en número y virulencia. Otro factor muy preocupante y relacionado con lo anterior, es la acelerada deforestación de bosques y selvas, con incendios mayoritariamente provocados, lo que afecta a la salud humana, sin olvidar la función reguladora de absorción de gases con efecto invernadero y producción de oxigeno, aparte de la desaparición de especies y el deterioro del hábitat de otras. Las masas forestales desaparecidas en las últimas décadas en los cinco continentes son dramáticas y de año en año van a peor. Un ejemplo significativo lo tenemos en Siberia donde se registran temperaturas 5° superiores a las normales y bajas humedades, con grandes incendios nunca vistos. Otro ejemplo reciente lo tenemos en Australia, con la quema de diez millones de hectáreas afectando a quinientos millones de animales. Los de California se han convertido en tradición y un 97% se consideran provocados, en la temporada 2020 han ardido 2,6 millones de hectáreas, lo mismo sucede en otros estados. En Latinoamérica, los incendios son generalizados, cabe destacar Brasil con la progresiva destrucción de la selva amazónica auspiciada o tolerada por el propio gobierno. En Asia, en pocos años ha desaparecido el 30% de la masa forestal. Según los climatólogos, los fenómenos extremos, se han duplicado desde 1990. Otro factor muy preocupante, son las fisuras observadas en la capa de ozono que nos protege.

Algunos gobernantes niegan irresponsablemente el cambio climático por intereses económicos, siendo conscientes de la gravedad. Estamos en el Antropoceno, que es una nueva era geológica iniciada con la revolución industrial, con el impacto del ser humano en el planeta. Ante esta problemática, se está actuando poco, tarde y mal. Según algunos expertos el proceso de degradación es irreversible. No hay suficiente consciencia de la situación, privan los intereses, la ignorancia y la desinformación es patente. Las cumbres anuales sobre el clima, dentro del marco de las Naciones Unidas, de poco han servido. La del 2015 en París generó ciertas esperanzas, como ejemplo, los EE UU, uno de los principales contaminantes, firmaron para luego retirarse. Los acuerdos están lejos de cumplirse. En la UE, se han alcanzado acuerdos recientes, con objetivos de reducción de gases para el 2030, si bien el las acciones deberían ser e nivel global.

Descripción de la invención

El sistema objeto de la presente invención, se basa en principios y leyes fundamentales de la física, con referencia especial a los de Mecánica de Fluidos y Mecánica Clásica.

Cabe mencionar en primer lugar el Principio de Pascal: "La presión ejercida en cualquier punto de un fluido incompresible y en equilibrio, contenido en un recipiente, se transmite con igual intensidad y en todas las direcciones a todos los puntos del fluido y en perpendicular a las paredes que lo contienen”.

En la FIG.1, tenemos un ejemplo de presión F, ejercida por una simple jeringa en un punto cualquiera de una esfera, la cual y de acuerdo con el principio anterior, se transmite a todos los puntos con igual intensidad.

En la invención se utilizan depósitos ortoédricos, es decir paralelepípedos de seis caras rectangulares como el de la FIG.2, similares a un armario convencional e igualmente posicionados en vertical, pudiendo ser de cualquier tamaño según se requiera.

En la invención, este depósito o cámara, estará permanentemente lleno de agua en reposo, la cual recibirá una presión fija o variable de entre 5 a 20 atmósferas técnicas (AT) aproximadamente, mediante sistemas diversos y que en la figura está representado por un simple tubo TF, de pequeño diámetro lleno de agua, cuya masa y por gravedad ejerce una presión hidrostática en función de la altura del fluido y también de acuerdo con el principio enunciado, la cual incide en perpendicular en todos los puntos de cada cara, con fuerzas iguales y en sentidos opuestos en cada par de caras paralelas, todo lo cual equivale a un equilibrio de fuerzas.

Para el cálculo de la presión ejercida, hay que aplicar la fórmula de la Ecuación Principal de Hidrostática, PR = Po D x G x H, en donde Po en este caso es la presión atmosférica añadida, D es la densidad del fluido, G es la aceleración, y H la altura del nivel de agua en metros y la presión expresada en Pascales. El diámetro del tubo no influye. Un cálculo fácil aproximado se obtiene dividiendo la altura por diez y tendremos la presión en kgs/cm.2. En realidad la presión en la base será algo superior debido a la altura añadida del depósito.

Las unidades de presión son varias, para una mayor simplicidad utilizamos la AT, equivalente a 1 Kg/cm.2, similar al Bar (1,019 Kg/cm.2) y la Atmósfera (1,033 Kg/cm.2).

En la FIG.2, del paralelepípedo de seis caras, tenemos dos caras principales, la F, que denominamos frontal, y la P posterior, siendo iguales, paralelas y opuestas y de mayor superficie que las cuatro restantes. Como ejemplo, suponiendo una superficie de estas caras de 1 mt.2 (10.000 cm.2), a una presión de 10 AT, tendremos una presión total de 100.000 kgs. La presión en las dos caras laterales y las dos de base será proporcionalmente menor en función de su superficie. En la práctica los tamaños de las caras y por tanto de las cámaras, variaran en función de la potencia requerida en cada caso. En la FIG.3, vemos imagen en planta y presiones.

En la FIG.4, también de planta, se ha articulado entre la cámara y una de las caras principales, la posterior P, un fuelle o junta de expansión que la independiza del resto. La presión del fluido provocara la expansión del fuelle al máximo y el desplazamiento de solidario de la cara P anexa. Sin embargo, si desde el exterior de la cámara se aplica una fuerza FN, igual y opuesta, se neutralizará e inmovilizará esta expansión de la cara P. Con esta neutralización y derivación en esta cara posterior, la cara frontal F paralela, queda liberada de su opuesta ejerciendo libremente una fuerza impulsora FA, habiéndose originado un desequilibrio de fuerzas. Todo ello está condicionado a la efectividad de la total neutralización descrita en la cara posterior.

Esta cámara hidráulica se asentará verticalmente sobre una base plataforma rectangular dispuesta en horizontal, que será común y solidaria a todo el sistema formado por la cámara hidráulica, el sistema neutralizador a describir y la base plataforma mencionada que recibirá la fuerza impulsora motriz. Este conjunto quedará integrado y fijado en el elemento a mover transmitiéndole su fuerza de forma solidaria.

Descripción de las figuras

Para completar la descripción y para una mejor comprensión de las características de la invención se relacionan varias figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

Figura 1 - Muestra un ejemplo de aplicación del Principio de Pascal.

Figura 2 - Muestra el mismo principio aplicado a un depósito en forma de paralelepípedo lleno de agua, que forma parte de la invención.

Figura 3 - Muestra el mismo depósito en imagen cenital.

Figura 4 - Muestra el depósito en planta con un fuelle articulado que independiza una de las caras, la posterior, del resto de la cámara. La fuerza delantera e impulsora FA actuara, al quedar liberada de su opuesta posterior, para lo cual es obligada su neutralización desde el exterior mediante la fuerza contraria FN.

Figura 5 - Se aprecia la división de una fuerza F mediante el efecto cuña, en dos iguales y en sentidos opuestos, lo cual se utiliza en el sistema neutralizador, en la figura 7.

Figura 6 - Se muestra la descomposición vectorial de una fuerza F aplicada al eje de una rueda, en dos, la normal y la tangencial, cuyo valor se calcula mediante formula trigonométrica y en función del ángulo de inclinación alfa y que también se utiliza en el sistema neutralizador.

Figura 7 - Imagen de planta de la invención, en la que se aprecian las presiones en la cámara hidráulica articulada iguales y opuestas y el sistema neutralizador y de derivación de la fuerza FO opuesta a la de avance FA.

Figura 8 - Imagen de lo anterior en plano alzado lateral.

Figura 9 - Plano de planta de una variante del sistema, en la que tenemos una cámara de vacío y en que las presiones hidráulicas son sustituidas por la presión natural de la atmósfera exterior.

Figura 10 - Corresponde a la aplicación de generación de energía eléctrica a igual que las figuras 11 y 12. Se trata de un plano alzado frontal del módulo del sistema avanzando por una pista horizontal y actuando mediante engranajes sobre ejes rotores de generadores eléctricos síncronos.

Figura 11 - Imagen esquemática de planta de una central de generación de energía eléctrica, con tren longitudinal de módulos en circuito cerrado circular.

Figura 12 - Imagen de planta y parcial del circuito mencionado en la que se aprecian tres módulos.

Realización preferente de la invención

En la FIG.7 de planta tenemos una base plataforma horizontal (1), preferentemente rectangular y de dimensiones diversas en función de la fuerza requerida. Sobre la misma se fija y asienta todo el conjunto de la invención, que podemos concretar en dos: La cámara hidrostática propulsora (2) y el sistema neutralizador adjunto y de derivación de la fuerza opuesta FO.

La cámara (2) estará posicionada en vertical sobre la base plataforma (1) que será de acero y apta para resistir las altas presiones hidrostáticas del agua contenida. En la FIG.8, de alzado lateral se aprecia mejor esta disposición.

El agua permanecerá estática y en permanente reposo a temperatura ambiente. Recibirá presiones de entre 5 y 20 atmósferas técnicas (AT), es decir de 1 kg/cm.2, que pueden incrementarse en caso de necesidad y sin mayor problema o modificación del esquema. Esta presión puede ejercerse en cualquier punto (3) de la cámara, en su parte superior o bien en la base y en la zona lateral en el caso de generación de energía. La presión será variable y en algunos casos se mantendrá fija. Los sistemas de presurización de la cámara son variados, desde los más elementales como la utilización de la energía derivada de la masa de agua en un tubo elevado, por gravedad, ya descrito y que puede aplicarse en algunos casos como en las centrales eléctricas. También puede sustituirse utilizando como elemento de presión natural y con el mismo efecto, una masa solida fija, por ejemplo, metálica y prácticamente sin elevación. También y como primario utilizar un simple tornillo de presión. Lo más práctico, es recurrir a sistemas artificiales y con bajo consumo de energía, preferentemente eléctrica. Un ejemplo lo tenemos en actuadores lineales de baja potencia en su amplia variedad, son un dispositivo mecánico simple, activado por acción hidráulica, neumática o electromecánica, que son los de mayor precisión, de estructura simple y fácil instalación y que actúan directamente sobre fluido. El punto presurizador (3) se representa de forma simbólica.

En cuanto al agua hay que considerarla como un líquido prácticamente incompresible al ser esta compresión mínima. Por cada atmósfera, su volumen disminuye 46 partes por millón. Referente a las seis caras de la cámara, tenemos las dos laterales y las dos de base, inferior y superior, que son de menor superficie y en donde las presiones hidrostáticas iguales y en sentidos opuestos se neutralizan entre sí y no influyen en el sistema. En cuanto a las dos principales igualmente paralelas y opuestas y de mayor superficie, tenemos la cara delantera (4) impulsora con la fuerza FA y la posterior (5) de fuerza contraria FO a neutralizar. En esta posterior, se articula un fuelle o junta de expansión rectangular (6), en la figura exterior a la cámara, pudiendo articularse igualmente introducido en la misma con igual resultado. Este fuelle preferentemente de acero multicapa y coarrugado anularmente queda instalado entre la citada cara posterior (5) que queda independizada del resto de la cámara. Esta cara posterior, estará perfectamente guiada y soportada por varias barras guía horizontales y móviles (7), que también mantendrán su total verticalidad. La cámara quedará ensamblada en una estructura metálica (8) que actúa como soporte de la misma y a la vez transmitirá la fuerza de avance de la cámara a la plataforma base (1) en la que se apoya fijada.

La fuerza opuesta FO, debido a la presión hidrostática sobre la cara posterior, deberá quedar totalmente neutralizada e inmovilizada en ambos sentidos, para lo cual tenemos el sistema neutralizador anexo apoyado en la misma, que se encarga de recogerla y derivarla y que se describe a continuación.

La fuerza citada FO, se traslada a piezas en forma de trapezoide isósceles (9), que servirán de apoyo, y que serán dos iguales y paralelas para un correcto equilibrio tal como se observa en la FIG.8 de alzado lateral. Estos trapezoides actuaran a modo de cuñas, como se observa en la FIG.5, de forma que la fuerza que reciben FO, ya dividida, se divide en dos iguales y opuestas, con un cambio notable de dirección a escoger y cercano a los 90° e incidiendo normalmente sobre sendos ejes verticales (10) con una leve inclinación, que en la figura es de 6°. Estos ejes son de ruedas (11) y serán comunes a varias de ellas alineadas, que en este caso son cuatro por lado, según se aprecia mejor en la FIG.8. Estas ruedas a su vez se apoyan en sendos laterales (12) verticales, paralelos y opuestos fijados en la plataforma base horizontal (1), quedando ambos unidos por la citada base y reforzados por barras varias (13). Las ruedas por tanto, trasladaran las fuerzas que reciben de los trapezoides a estos laterales, los cuales recibirán fuerzas iguales y opuestas normales a los mismos.

Por otro lado en los citados ejes, se origina una descomposición de fuerzas, tal como se aprecian en la FIG.6, que también dependerán del ángulo alfa de incidencia, siendo unas las tangenciales t , en este caso menores y paralelas a los laterales y las otras las normales n, perpendiculares a los citados laterales opuestos. Dado este ángulo de incidencia, el valor de las normales será muy superior al de las tangenciales tal como se aprecia en los vectores y se obtiene mediante simple cálculo trigonométrico que se representa en la citada figura. Al aumentar el ángulo disminuyen las normales y se incrementan las tangenciales.

Para una mejor comprensión de este sistema neutralizador, pongamos un ejemplo numérico partiendo de una fuerza inicial FO de valor 100 y el ángulo de 6° de inclinación:

Fuerzas normales n = 50 (100/2) x coseno 6° = 49,75

Fuerzas tangenciales t =50 (100/2) x seno 6° = 5,25 x 2 tangenciales = 10,5

La reducción tangencial en este primer nivel será del 89,5% (De 100 a 10,5)

La fuerza tangencial resultante en este primer nivel se recoge en el puente (14).

Para una mayor reducción procedemos a repetir el mismo esquema anterior aunque partiendo aquí de la fuerza reducida 10,5:

Fuerzas normales n = 5,25 (10,25/2) x coseno 6° = 5,22

Fuerzas tangenciales t = 5,25 (10,25/2) x seno de 6° = 0,55 x 2 tangenciales = 1,1

La reducción tangencial acumulada en este segundo nivel será del 98,9% (De 100 a 1,1)

Por tanto la fuerza tangencial acumulada en este segundo nivel y recogida en el segundo puente (15) será de 1,1.

En realidad la reducción será ligeramente mayor si se tienen en cuenta las fricciones por ejemplo de las ruedas con los laterales, que serán por rodadura estática y coeficiente entre acero y acero.

Bajando la inclinación por ejemplo a 5° esta reducción subiría al 99,25%. En principio no es necesario repetir con un tercer nivel, donde la reducción llegaría a un 99,9% que equivaldría a cero.

Para una neutralización más estable y partiendo de este segundo nivel en el puente (15), se procede a la neutralización total y final de la pequeña tangencial y sin utilizar ruedas. Hay varios sistemas, siendo uno de los más propicios la utilización de muelles helicoidales de compresión adecuados (16). También podrían utilizarse los de torsión con o sin espiral. Estos muelles, y para un buen equilibrio, serán dos por banda, es decir un total de cuatro.

Para ello, en el puente de unión (15), se disponen sendos ejes (17) paralelos y verticales y situados en ambos extremos y sobre los que se articulan un total de cuatro brazos (18) correspondientes a los cuatro muelles. Su ángulo de inclinación podrá ser de 6° o menor. Cada brazo por tanto, llevara acoplado su muelle de compresión, el cual recibirá su fuerza y la trasladara a los respectivos laterales opuestos (12). En este caso y en base al ejemplo numérico anterior, cada brazo recibirá una fuerza de 0,27 al ser cuatro. También pueden ser más, por ejemplo seis, en números pares recibiendo fuerzas menores más repartidas.

Los resortes, son de especial importancia y son el complemento final del sistema reductor y de derivación de fuerzas. Estarán sometidos a fuerzas constantes de compresión y no sufrirán deformación ni oscilaciones. Utilizando muelles estándar, la fuerza axial transmitida desde los brazos (18) a los laterales, puede sufrir una leve desviación angular. Esta fuerza será normal a los laterales (12). En caso de haber una pequeña componente tangencial contraria, no afecta al avance del conjunto dado su escaso valor y no habrá deformación por pandeo. También puede optarse por un ligero precurvado previo del muelle mediante tratamiento mecánico y térmico con liberación de tensiones, de tal forma que en reposo tenga esta pequeña curvatura. Esta inflexión dependerá también de la configuración de las espiras y los pasos entre ellas, que pueden ser regulares, variables o progresivos. Así mismo y para una buena estabilidad serán cónicos o multiformes, con diámetros suficientes y extremos terminados.

Cada brazo (18) tendrá acoplado un mecanismo de regulación de presión del muelle (19) para regular esta fuerza. Es importante tener en cuenta que las fuerzas de los muelles comprimidos contra los brazos, deberán ser mayores que las opuestas de los brazos contra los muelles. De esta forma sucede que el aumento de las fuerzas de los brazos por cualquier circunstancia quedaría controlada por los muelles con el diferencial de fuerzas. En el caso que estas fuerzas respectivas fueran similares podría producirse un movimiento de desequilibrio del sistema neutralizador, quedando su esquema desactivado y sin efecto. Por tal motivo, los muelles deben estar bien graduados y con margen de seguridad. El hecho de que los muelles tengan la fuerza comentada algo superior, no afecta en nada al sistema.

En conclusión la fuerza FO neutralizada quedaría derivada al cien por cien en los laterales opuestos. Por otra parte la cara posterior de la cámara (5), permanecería perfectamente inmovilizada. Así mismo las ruedas (11) al estar estabilizadas no tendrían movimiento de giro al estar neutralizadas las fuerzas tangenciales t.

Así avanzará todo el conjunto solidario de plataforma y los elementos cámara y sistema neutralizador fijados a la misma.

Otra variante, basada en la misma invención, es la de utilizar el esquema descrito, pero utilizando como presión la natural del aire atmosférico en lugar del agua. Esta presión será constante e invariable pero limitada a su valor, que es de 1,033 kg/cm.2 a nivel del mar y que varía según la altura y el factor meteorológico. El valor de la presión será fijo y sensiblemente menor al del sistema hidrostático descrito. Será sin embargo de interés.

Aquí la energía a transformar no parte de la pequeña presión hidrostática ejercida en una cámara, sino de la fuerza de gravedad ejercida por la masa de aire atmosférico que nos envuelve y que actúa igualmente en todos los sentidos. Así mismo es ejercida desde el exterior envolvente y no desde el interior.

Así y como ejemplo, sobre una superficie plana de 100 cm.2 (10x10 cm), sería de 100 kgs por banda, una de 2500 cm.2 (50x50 cm) sería de 2500 kgs y en 1 mt.2 de 10.000 kgs.

Este sistema se basa en producir un vacío en una cámara hermética. No hace falta un grado de vacio elevado. Esta cámara será con preferencia también en forma de paralelepípedo y de tamaños diversos proporcionales a la potencia. En el interior siempre habrá cierta presión graduable, pero cercana al cero. Las cámaras serán de aceros especiales para el caso y las paredes reforzadas para soportar la presión.

En la FIG.9, de planta, se observa la presión atmosférica exterior que actúa en todos los sentidos y por tanto sobre las seis caras y en perpendicular a las mismas. Igualmente habrá una plataforma base (203) en horizontal, sobre la que se asienta un sistema neutralizador igual al del sistema hidrostático ya descrito. Se observa toda la zona de vacio (201) no coloreada, es decir en blanco y contenida por las paredes exteriores (202). El aire presiona directamente la cara frontal (204),que lleva igualmente anexo un fuelle articulado rectangular también con guías soporte (206), apoyadas en la estructura frontal (207) abierta y que también se apoya en la base y le transmite la fuerza de la cámara.

Aquí las ruedas (208), se apoyan directamente sobre las paredes laterales (209) de la cámara de vacío y con las mismas funciones. Estos mismos laterales se prolongan y sirven de apoyo en la zona frontal de la base. Aquí la fuerza FA, de avance debida a la presión actúa en la parte posterior. Habrá las seis caras opuestas dos a dos, que se neutralizan entre sí, las dos laterales (209) y las dos de base, la inferior (203) y la paralela superior y finalmente, la frontal (204) a neutralizar y la opuesta y posterior (202) propulsora. En cuanto al sistema neutralizador y teniendo en cuenta la menor presión, podrá optarse por un solo nivel en lugar de dos.

La cámara de vacío, llevara adosada una bomba de vacio automática preferentemente eléctrica, con capacidad de absorción según el volumen de la cámara y para ser activada cuando se precise.

Generalizando, las plataformas base se situaran en horizontal y en cualquier punto del vehículo o elemento a propulsar y preferentemente en su interior y no expuesta a fuertes corrientes de aire o bien protegidas por cajas abiertas o paneles protectores.

En cuanto al movimiento, puede regularse controlando la presión en la vertiente hidráulica y también derivando la fuerza opuesta FO como elemento de freno, además de los sistemas convencionales. Hay varias opciones.

Finalmente otra aplicación de la invención, es la de generación de energía eléctrica, aplicando la versión de presión hidrostática.

Se aplica el mismo sistema de cámara hidráulica descrito, con el que se pueden generar grandes potencias y con las numerosas ventajas ya descritas.

En esta aplicación, las plataformas base, dispuestas igualmente en horizontal, no actúan individualmente sino agrupadas y alineadas longitudinalmente a modo de tren continuo sinfín, desplazándose en circuito cerrado y en cualquier sentido. Las bases o módulos consecutivos permanecerán siempre unidos y apoyados entre sí y las fuerzas serán y actuaran de forma conjunta, tal como se aprecia en la FIG.11, de planta y de trazado circular y preferente. Aquí los módulos representados (300), son 172 y girando en sentido horario. Las potencias de generación, estarán en función de las potencias de cada módulo, todos la misma y el número indefinido de estos.

Este tren conjunto se desplazará a velocidad constante sobre una pista predispuesta y en horizontal (301) transmitiendo en su avance una fuerza sobre ejes rotores de generadores eléctricos síncronos G, dispuestos regularmente en el exterior o interior del circuito cerrado y en este caso posicionados en horizontal. En la FIG.12, también de planta, tenemos una visión parcial del circuito, en la se observan tres módulos (302) consecutivos conjuntos ya descritos y actuando sobre ejes rotores (303). En la zona interior se observa una tubería de escaso diámetro (304) y común a todos los módulos del circuito, estando apoyada en las bases y conectada (306), por la base a cada una de las cámaras hidrostáticas (305) que conforman el circuito. Esta tubería sinfín y con ella todas las cámaras estará sometida a una presión regulable según convenga, pero constante, que puede estimarse entre 10 y 20 AT o más.

Para presionar esta tubería común, puede hacerse mediante diversos sistemas convencionales ya descritos dispuestos sobre las propias plataformas, moviéndose conjuntamente, y situados regularmente, siendo aconsejable varios de ellos por seguridad y continuidad de funcionamiento.

Otro caso a contemplar aquí, es la utilización de la energía natural proveniente de una masa de agua estática contenida en una tubería forzada, ya comentado anteriormente y en el que la presión dependerá de la altura del nivel del fluido. Para ello se requieren estructuras elevadas de unos 100 metros o más (310) ubicadas por ejemplo en el centro geométrico del circuito (300) y en este caso en vertical, las cuales soportarían un tubo (311) lleno de agua, de escaso diámetro. La presión se puede graduar mediante electroválvulas de retención. En la base, se dispone de una plataforma giratoria (310), que transmitiría la presión al tubo distribuidor común (304), mediante conexiones (312) que pueden articularse de diferentes maneras. Otra posibilidad más práctica es utilizar una tubería forzada (313) apoyada en un desnivel de terreno cercano, inclinada. La presión sería la misma, teniendo en cuenta que el valor se basa en el desnivel, tanto si es en vertical o inclinado. Por otra parte hay que tener en cuenta la necesidad de disponer de un depósito de seguridad de reserva de agua, para mantener el nivel de la misma y por tanto la presión ante cualquier incidencia.

Las bases de los módulos podrán ser de tamaños diversos, en función de la potencia que se elija. Para ello pongamos un ejemplo, en que cada base tendrá unas dimensiones de 240 cm. de largo por 330 de ancho, lo que equivale a una superficie de unos 8 mt.2 aproximadamente, en base al ejemplo, el total de las 172 plataformas formarían una circunferencia interior de unos 412 metros.

En cuanto a la central del ejemplo FIG.11, tendrá una longitud de circuito de unos 420 mts., un diámetro de 135 mts., y una ocupación superficial de unos 15.000 mts.2, lo que equivale a 1,5 Hectáreas aproximadamente. Esta superficie es muy mínima, comparada con las de otros tipos de centrales, expuestas anteriormente, y más si comparamos las potencias.

Los generadores síncronos G, interconectados y que en la FIG.11, se sitúan en el costado exterior del circuito, estarán distribuidos a lo largo del mismo de forma regular y según convenga. Podrán situarse en vertical, aunque preferentemente en horizontal tal como se aprecia en la FIG.10. Cada generador recibirá la fuerza conjunta de varios módulos en función de la distancia programada de generador a generador.

En la FIG.10, tenemos un módulo (300) en alzado frontal, que se desplazara conjuntamente guiados sobre una pista horizontal común (301) y circular. Sobre la misma, se fijan rodamientos paralelos (320) alineados, los cuales servirán de soporte de ejes comunes (321) que soportan en sus extremos, ruedas de acero (322), las cuales servirán de guía en el desplazamiento de las plataformas bases (307) y el conjunto del módulo (300) en su avance a velocidad constante.

Las plataformas consecutivas, llevan en la parte inferior de la base, adosado y centrado un engranaje común rectilíneo (323) a modo de cremallera continua, que engrana en su avance longitudinal, tangencialmente con cilindros dentados (324) transversales y periódicos, a los que transmiten la fuerza de los módulos y provocando su giro a velocidad constante. Estos cilindros están acoplados solidariamente y forman parte de ejes rotores (325) horizontales, de generadores síncronos G y están soportados en la misma pista base (301). En caso de posicionar los generadores en vertical, habría que modificar los engranajes.

En un ejemplo de realización aproximado, tomamos cámaras hidrostáticas con caras frontales de 200 x 250 cm., equivalentes a una superficie de 50.000 cm.2, o sea de 5 metros cuadrados, y en las que se aplica una presión más bien baja de 10 AT, lo que equivaldrá a una fuerza de 500.000 kgs. (50.000 x 10 kgs) por cada cámara y módulo.

Para calcular la potencia nominal instalada, en base al ejemplo de 172 módulos, y estableciendo una velocidad de avance de 2,5 metros/seg., un radio del engranaje cilíndrico de 0,1 mts., y la presión elegida de 10 AT, la potencia efectiva por módulo será:

Fuerza tangencial: 500.000 x 9,8 = 4,900.000 Newtons

Torque o par: 4,900.000 x 0.1 (radio) = 490.000 N

Velocidad: 2,5 mts./seg. x 60 seg = 150 mts./minuto

Longitud cilindro (324): 2 x 3,14 x 0,1(r) = 0,628 metros, 150 mts./0,628 mts. = 239 r.p.m. = 25 radianes/seg. (Velocidad angular)

Potencia: 490.000 x 25 radianes/seg = 12.250.000 W = 12,25 MW x 0,95 (Rdto) = 11,64 MW Potencia nominal del circuito: 11,64 MW/Módulo x 172 Módulos = 2002 MW = 2 GW.

Finalmente, y como ejemplo comparativo, el mayor generador eólico del mundo, es e1Haliade X, marino y con una potencia nominal de 12 MW, una altura de 260 metros y un diámetro de aspas de 220 metros, con un rendimiento de producción más bajo al depender del viento, y con costes de fabricación e instalación muy elevados. El prototipo medio de aerogeneradores, tienen una potencia instalada de unos 3 MW, y una operatividad de solo un 24%. Teniendo en cuenta la potencia nominal del ejemplo anterior de la invención, anterior de 11,64 MW y una operatividad de un 95%, representa que la producción de un solo módulo de unos 8 mts.2, descritos , será 15 veces superior que la del aerogenerador de 3 MW. Además, el número de módulos de una central de 1,5 Ha puede ser de varios centenares, muy por encima de las unidades promedio de un parque eólico. Este ejemplo comparativo, puede aplicarse igualmente a todos los tipos de centrales de generación de energía eléctrica.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Sistema motriz aplicable para propulsar cualquier tipo de vehículo y también como fuerza para generar energía eléctrica que comprende:

Una plataforma base (1) horizontal, que puede utilizarse de forma individualizada en el caso de los vehículos o bien en la aplicación de generación de energía eléctrica, FIG.11, agrupadas y consecutivas y apoyadas entre sí, formando un tren en disposición circular y en circuito cerrado, avanzando sobre una pista (301).

Una cámara depósito C, en forma de paralelepípedo, FIG.2, asentada en vertical sobre una plataforma base común (1) que contiene un fluido preferentemente agua, sometida a una presión hidrostática permanente que actúa en las seis caras rectangulares en sentidos opuestos y en equilibrio.

Un fuelle o junta de expansión (6), FIG.7, articulado en una de estas caras principales (5) que provoca la separación e independización mutua entre esta cara y resto de la cámara C y por tanto de las respectivas fuerzas opuestas antes unidas.

Un dispositivo mecánico exterior de neutralización y derivación de la fuerza opuesta FO, ejercida por el agua en la cara posterior (5), y adosado a la misma e incluido en la base común (1), el cual origina un desequilibrio en las fuerzas opuestas FA, frontal y FO, contraria posterior, y a favor de la FA de propulsión al quedar liberada y libre para actuar.

Un sistema de presurización constante (3) FIG.8, del fluido contenido en las cámaras C, que podría ser mediante energía natural por gravedad de la masa de agua contenida en un tubo forzado (310 y 311) FIG.11, o también por gravedad de una masa solida, o bien por medios artificiales convencionales simples, como actuadores preferiblemente electromecánicos y aplicados en cualquier punto de las cámaras.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema mecánico de neutralización y derivación de la fuerza opuesta FO, comprende:

Una pieza trapezoidal (9) que sirve de apoyo a la cara posterior (5) a neutralizar, absorbiendo el total de su fuerza. Estos trapezoides serán dos iguales y paralelos para un correcto equilibrio del sistema y se aprecian mejor en la FIG.8. Los mismos transmitirán toda la fuerza que reciben a sendos laterales incidiendo sobre ejes opuestos (10), comunes a varias ruedas (11) y posicionados en vertical, lo que conlleva un cambio de dirección de la fuerza de casi 90°. En la FIG.7, el ángulo de incidencia elegido sería de 6°.

Unas ruedas (11) soportadas por los ejes citados y que actúan sobre laterales (12) verticales, paralelos, opuestos y fijados a la base común (1). Las ruedas, que para un buen equilibrio serán cuatro por banda FIG.8, serán iguales y paralelas, y en sus ejes se origina una descomposición de fuerzas representada en la Fig.6, las normales n, normales a los laterales (12) y que se neutralizan entre sí, y que representan un 90% e la fuerza FO inicial, y según el ángulo, y las tangenciales t que equivalen a un 10% de la fuerza inicial y que por tanto en este primer nivel queda neutralizada y reducida un 90% aproximadamente. Estas fuerzas se agrupan en un puente común (14) donde se repite el esquema de trapecios y en donde la resultante tangencial, será de solo un 1% de la inicial, es decir esta habrá quedado reducida un 99%. En caso de aplicar un tercer nivel, más bien innecesario, la reducción sería total.

Unos muelles (16) helicoidales de compresión, en mínimo de cuatro, graduables, que también pueden ser de torsión, dirigidos contra los laterales opuestos (12) y que actúan como estabilizadores del sistema y como reductores finales de la fuerza opuesta FO. Las fuerzas que transmiten proceden de respectivos brazos (18) articulados en un segundo puente (15).

3. Sistema caracterizado porque los laterales opuestos (12) se refuerzan entre sí, mediantes barras metálicas varias (13).

4. Sistema, FIG.9, basado en la misma invención, pero en el que se utiliza la presión natural y constante ejercida por el aire atmosférico que nos rodea, actuando en perpendicular sobre las paredes de una cámara de vacío, estando igualmente todo el sistema asentado sobre una base común (203) y constituido por el mismo sistema de neutralización y derivación de la fuerza opuesta FO.

5. Sistema caracterizado porque las plataformas base FIG.11, se agrupan solidariamente y de forma consecutiva y apoyadas entre sí, formando un tren longitudinal (300), que avanza a velocidad constante y en circuito cerrado, y que comprende:

Una pista horizontal (301) y preferentemente en forma circular que sirve de guía para el desplazamiento sobre la misma del tren de módulos y sus bases (307). Unas ruedas (322) solidarias a un eje común (321) y soportadas mediante rodamientos (320) fijados a la pista. Estas ruedas alineadas (322) actúan como soporte y guías del tren de módulos a través de de sus bases (307).

Una tubería común (304) asentada sobre las bases (307) FIG.12, y girando solidariamente con el tren de módulos (300) y que distribuye la presión hidrostática por igual a cada una de las cámaras

Un sistema de presurización hidrostática natural debida a la energía por gravedad de la masa de agua contenida en un tubo forzado elevada en vertical (311) o bien asentada inclinada (313) o también mediante varios presurizadores preferentemente electromecánicos convencionales dispuestos en las basas giratorias 307 actuando directamente en la tubería común 304.

Un engranaje continuo de cremallera 323, fijado en la parte inferior de las bases consecutivas (307), que en su avance transmitirá su fuerza de forma tangencial a ruedas engranadas (324) montadas sobre ejes (325) transversales al avance y situados regularmente y apoyados sobre la pista (301). Estos ejes con giro constante son solidarios y están acoplados a ejes rotores de generadores eléctricos síncronos G, situados periódicamente junto al circuito en posición horizontal que transformarán la energía mecánica en eléctrica.