ES2937743B2 - Generador electrico gravitacional y procedimiento de funcionamiento asociado - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

GENERADOR ELÉCTRICO GRAVITACIONAL

Y PROCEDIMIENTO DE FUNCIONAMIENTO ASOCIADO

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca dentro del sector de la generación de energía.

Más concretamente, se enmarca dentro de la generación de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables, y más concretamente se enmarca dentro de los sistemas de generación de energía eléctrica que aprovecha la gravedad para la generación de energía eléctrica, considerada como la única fuente de energía renovable que se puede emplear las 24 horas del día, y los 365 días del año sin ningún tipo de fluctuación, con un reducido impacto ambiental y una mínima generación de residuos, que en su mayor parte pueden ser reciclados.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Uno de los objetos principales de la invención es la obtención de grandes cantidades de energía renovable de forma más eficiente, productiva y barata que con los medios actuales para tratar de frenar el cambio climático, algo que en este momento parece muy complicado debido a que la capacidad de generación de las energías renovables es muy inferior a las necesidades energéticas mundiales, lo que obliga a seguir utilizando las energías fósiles para cubrir ese déficit.

Otro de los objetos de la invención es que mediante la obtención de enormes cantidades de energía renovable y barata, se dinamice la economía mundial, y desaparezca la “pobreza energética”.

Otro de los objetos de la invención es paliar la hambruna del tercer mundo, gracias a que mediante la energía abundante, limpia y barata que puede generar la invención, se podría transportar el agua del mar mediante grandes bombas a grandes distancias, en países donde la sequía provocada por el cambio climático está haciendo estragos, y construir multitud de desaladoras en lugares desérticos para que la salmuera desechada no perjudique ningún ecosistema y desde allí reconducir el agua para su uso para la población y los cultivos.

Otro de los objetos de la invención es impulsar la exploración espacial, gracias a que mediante su gran capacidad de generación de energía eléctrica, y su reducido tamaño en comparación con las placas solares que se utilizan actualmente en los satélites y en la Estación Espacial Internacional, permitiría el empleo de grandes propulsores iónicos, mucho más eficientes que los propulsores químicos, pero que necesitan una enorme cantidad de energía eléctrica, para poder proporcionar el empuje que necesitaría una gran nave espacial para viajar a otros planetas como Marte.

Por último, otro de los objetos de la invención es reducir el impacto ambiental que implican algunas de las instalaciones de generación de energía renovable, como son las grandes extensiones de placas solares o el impacto visual de los aerogeneradores en el medio ambiente y el riesgo que conllevan para las aves debido a su enorme tamaño y altura, ya que los generadores eléctricos gravitacionales tienen una capacidad de generación muy alta por m2 y se pueden ubicar en instalaciones subterráneas, con un mínimo impacto ambiental.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, es ampliamente conocido el problema energético mundial, en el que las únicas alternativas a la generación tradicional (centrales hidroeléctricas, centrales térmicas, o centrales nucleares), reside en la utilización de energías renovables, como la solar o la eólica.

Por un lado, la combustión del gas y del carbón en las centrales térmicas genera una gran cantidad de emisiones contaminantes, que contribuyen al calentamiento global del planeta y al cambio climático, además de incrementar los riesgos para la salud de los seres vivos expuestos a dichas emisiones.

Por otra parte, las centrales nucleares generan residuos radioactivos peligrosos, que requieren de un almacenamiento de alta seguridad en instalaciones preparadas para evitar que la radiación pueda escapar y alcanzar a los seres vivos. Todo esto supone unos costes muy elevados y un espacio que deberá de permanecer controlado durante cientos o miles de años, hasta que los residuos hayan perdido la mayor partes de su radioactividad.

Por tanto, las energías renovables se imponen como la única solución para evitar o minimizar la generación de residuos o de emisiones contaminantes, y frenar el cambio climático. Es por ello que aparecen como alternativa clara y necesaria frente a la generación eléctrica tradicional, siendo tanto la energía solar, como la eólica, fuentes energéticas infinitas que no generan contaminación de manera directa.

Sin embargo, estas energías renovables son completamente dependientes de las condiciones climáticas, ya que la generación de energía está relacionada con las horas de radiación solar o con la existencia de viento dentro de unos parámetros de velocidad específicos. También es relevante destacar el impacto visual que provocan los generadores eólicos o los parques solares en el medio ambiente, incluyendo los riesgos que representan los generadores eólicos para las aves, debido a sus grandes dimensiones.

Atendiendo al razonamiento anterior, y para poder cubrir las necesidades energéticas mundiales, se hace necesaria la aparición de un sistema de generación eléctrica, que no emita gases contaminantes y de efecto invernadero, que no dependa de recursos finitos, y que no subordine la generación eléctrica a unas condiciones climáticas definidas.

En este sentido, pertenece al estado de la técnica el fenómeno de la piezoelectricidad, entendido como una característica de determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren en su masa una polarización eléctrica, apareciendo una diferencia de potencial con cargas en su superficie.

Esto se debe a que los materiales piezoeléctricos carecen de centro de simetría, por lo que cualquier compresión provoca una disociación de los centros de gravedad de las cargas eléctricas, tanto positivas como negativas, apareciendo dipolos elementales y generando cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.

En el campo de los materiales piezoeléctricos, pertenecen al estado de la técnica las pilas piezoeléctricas, que comprenden una construcción cerámica monolítica de una pluralidad de capas piezoeléctricas delgadas, que puede conectarse eléctricamente tanto en paralelo, como en serie, obteniendo una alta eficiencia de conversión de energía, y una respuesta rápida.

Así mismo, podemos encontrar también en el estado de la técnica, otros materiales con características similares a los piezoeléctricos, esto es, materiales que generan una diferencia de potencial a partir de una presión con su correspondiente deformación, como los ferroeléctricos.

Pertenece también al estado de la técnica, la generación de energía eléctrica mediante elementos piezoeléctricos debido a la diferencia de potencial y a la corriente inducida en ellos cuando son sometidos a un ciclo de presión o deformación, seguido de una fase de relajación, durante un tiempo y una frecuencia definidos. A este fenómeno se le denomina comúnmente bombeo piezoeléctrico, y podría ser utilizado, por ejemplo, en la carga de una batería.

Una de las posibles aplicaciones del bombeo piezoeléctrico se testó en Israel por la Asociación de Transporte Medioambiental de Inglaterra, mediante una instalación con multitud de elementos piezoeléctricos colocados bajo el asfalto de una autopista, que al ser atravesada por una gran cantidad de vehículos, fue capaz de generar una potencia de 400 KW. Este sistema, aprovechaba la fuerza peso y el desplazamiento de los vehículos para generar energía mediante el bombeo piezoeléctrico.

En aplicación de los anteriores principios, se han desarrollado diferentes soluciones de generación piezoeléctrica destinados a ser incluidos en los neumáticos de un vehículo, con el objetivo de ofrecer una mayor autonomía a los vehículos eléctricos, o para alimentar algunos dispositivos como sensores de presión situados en los neumáticos ya que, durante el rodaje de los mismos se produce un constante cambio en el punto de apoyo, generando variaciones de presión que pueden ser utilizadas para generar el bombeo piezoeléctrico y la generación de electricidad.

Es decir, estos sistemas tratan de utilizar la rotación de los neumáticos, que cada vez se apoyan en un punto diferente de su perímetro, para aplicar una presión alterna con una frecuencia determinada por la velocidad del vehículo, provocando el bombeo piezoeléctrico y logrando una generación de energía eléctrica.

En un ejemplo de lo anterior, la compañía Goodyear® presentó un prototipo de un neumático capaz de generar energía eléctrica, ya que su cubierta tiene la capacidad de transformar el calor, las deformaciones y las vibraciones que se generan durante el rodaje del vehículo en electricidad. Para lograrlo, la cubierta comprende dos tipos de materiales, uno termoeléctrico, que transforma el calor generado por el neumático en energía eléctrica, y otro piezoeléctrico, que convierte la deformación causada por la presión sobre el asfalto y las vibraciones en energía eléctrica.

En otro ejemplo de aplicación de los elementos piezoeléctricos para la generación de energía eléctrica en los neumáticos de un vehículo, encontramos el documento ES1192308U, en el que se describe un sistema para generar energía eléctrica con módulos piezoeléctricos incorporados en un sistema situado entre el neumático y la llanta de un vehículo, que está caracterizado porque comprende al menos un módulo piezoeléctrico ubicado en la pared interna de un neumático, dispuesto para generar energía eléctrica a partir de la energía mecánica producida cuando gira dicho neumático y el contacto de este contra el suelo, que provoca una presión transmitida al citado módulo piezoeléctrico, dispuesto para dirigir la energía eléctrica hacia un sistema de extracción.

Los sistemas anteriormente descritos requieren de un contacto directo entre la cubierta del neumático y el elemento piezoeléctrico, es decir, describen sistemas en los que los elementos piezoeléctricos se localizan en el perímetro del neumático, de manera que, para cada posición de giro del mismo, se presione un elemento piezoeléctrico determinado, liberándolo en una posición siguiente. Como se ha comentado anteriormente, esto logra que se aplique presión sobre los elementos piezoeléctricos con una frecuencia determinada, y por tanto, se consigue el bombeo piezoeléctrico.

Sin embargo, la fuerza aplicada a los elementos piezoeléctricos está limitada por el peso del vehículo, y esto implica que la energía generada no sea suficientemente grande como para alimentar totalmente al motor eléctrico del vehículo. Por lo que, el sistema incrementaría la autonomía del vehículo, pero de forma muy limitada.

Así mismo, al tener los elementos piezoeléctricos en el perímetro del vehículo, la frecuencia de aplicación de la presión sobre los mismos, está determinada por la velocidad de giro del neumático, directamente relacionada con la velocidad de avance del vehículo.

Esto quiere decir que la generación de energía eléctrica será diferente cuando el vehículo eléctrico circule por zona urbana o por una autopista. Pudiéndose dimensionar los elementos piezoeléctricos para que funcionen en su punto óptimo únicamente para una velocidad de avance del vehículo determinada.

Ante esta situación, se hace necesario un sistema de generación eléctrica mediante bombeo piezoeléctrico, aplicado a la alimentación de un vehículo eléctrico, que sea suficiente para lograr su completa autonomía. Es decir, que no únicamente sea un sistema de ayuda a la recarga de las baterías del vehículo, y a un aumento limitado de su autonomía, sino que logre incrementar su autonomía por encima de la de los vehículos con motor de combustión interna.

De lo anteriormente explicado, se extrae la necesidad de un sistema de generación de energía eléctrica mediante elementos piezoeléctricos, que aproveche la atracción de la gravedad, a través de la fuerza peso, para la generación de electricidad, entendiendo que la atracción de la gravedad es una constante infinita, invariable e independiente de las condiciones climáticas, lo que la convierte gracias al fenómeno de la piezoelectricidad en la mayor fuente de energía renovable del planeta.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El generador eléctrico gravitacional y el procedimiento de funcionamiento asociado que la invención propone se configura, pues, como destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que, a tenor de su implementación y de manera taxativa se alcanzan los objetivos a continuación señalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que los distinguen, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente descripción.

Concretamente, la presente invención plantea lograr un generador eléctrico que utilice la acción de la gravedad, a través de la fuerza de gravedad (peso), para la generación de energía eléctrica mediante la aplicación de presión y fuerza sobre elementos piezoeléctricos, u otros materiales de similares características.

Para lograrlo, la presente invención constará de dos sistemas diferentes: un sistema de recirculación de un fluido desde el perímetro de un elemento cilíndrico hasta un elemento de distribución del flujo del fluido; y un sistema de aplicación de presión que actúa de forma alternativa sobre los elementos piezoeléctricos.

En el primer caso, se empleará la rotación de un elemento cilíndrico que sustenta una estructura cilíndrica hueca, que comprende medios de almacenamiento de un fluido, que en su conjunto conforman una pluralidad de compartimentos de almacenamiento de un fluido, que estarán apoyados sobre unos medios de aplicación de una presión, que actuarán aplicando una presión sobre los medios de almacenamiento en aplicación del peso del conjunto.

Mediante el movimiento de rotación, y utilizando el peso debido a la masa del conjunto y a la acción de la gravedad, se ejercerá una presión sobre los compartimentos llenos de fluido que se encuentren en la zona inferior, en contacto directo con los medios de aplicación de una presión sobre los que se sustenta el elemento cilíndrico, provocando una reducción del volumen interior de los compartimentos, lo que a su vez provoca un incremento de la presión y un desplazamiento del fluido contenido en el interior de los compartimentos. Es decir, el elemento cilíndrico y los medios de almacenamiento del fluido situados en el perímetro exterior, comprenderán un movimiento de rotación sustentados en unos medios de aplicación de una presión, de forma que el volumen interno de los compartimentos de almacenamiento se reducirá por la acción de la fuerza peso y la gravedad, provocando un incremento de la presión en el interior de los compartimentos y, por tanto, un desplazamiento del fluido contenido en su interior.

Este fluido se redirigirá a través de unas conducciones hasta una válvula de distribución central, situada en el interior de la estructura cilíndrica hueca, que será la encargada de reconducirlo y distribuirlo de forma alternativa hasta los sistemas encargados de aplicar la presión sobre los elementos piezoeléctricos, que de forma preferente aunque no limitativa serán cilindros hidráulicos.

El segundo sistema parte, como se ha comentado, de la válvula de distribución, que recibirá el fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento que contienen el fluido que estén en contacto con los medios de aplicación de una presión, que serán los que soporten todo el peso del conjunto y, por tanto, toda la presión ejercida por la acción de la gravedad.

La válvula de distribución estará conectada con al menos dos cilindros hidráulicos, que transforman la energía potencial del fluido desplazado en una fuerza de presión sobre los elementos piezoeléctricos.

Es necesaria la utilización de al menos dos cilindros hidráulicos para lograr una presión de forma alterna sobre los elementos piezoeléctricos, ya que, como es conocido en el estado de la técnica, es necesaria la aplicación de una carga, seguida de una posterior liberación de dicha carga para lograr la generación de electricidad.

De esta forma, la válvula de distribución conducirá el fluido a un número determinado de cilindros hidráulicos, permaneciendo el resto liberados, de forma que los primeros presionarán sus correspondientes elementos piezoeléctricos, mientras que los restantes permanecerán en reposo.

Para lograr este efecto, en cada posición de rotación del elemento cilíndrico, estarán seleccionados los cilindros hidráulicos que deberán trabajar y los cilindros hidráulicos que deberán permanecer en reposo, alternándose esta característica en una posición siguiente. Esto permite lograr una carga y una liberación alternativa de los elementos piezoeléctricos.

Con los dos sistemas anteriores, se genera energía eléctrica a partir de la rotación de un elemento cilíndrico con fluido en su interior y la actuación de la fuerza de la gravedad.

El generador eléctrico gravitacional podrá ser utilizado tanto como sistema propio de generación de energía, ubicándolo en una instalación destinada a tal efecto, como en combinación con cualquier otro tipo de sistema en el que exista un elemento en rotación.

Un ejemplo claro de aplicación lo encontramos en la instalación del generador en las ruedas de un vehículo, preferiblemente eléctrico, de manera que: se alojaría en el interior del neumático una cámara flexible con los compartimentos que contienen el fluido, y se alojarían en el hueco interior de la llanta los restantes elementos necesarios para la generación de electricidad anteriormente detallados.

Para el correcto funcionamiento, será necesaria la utilización de una segunda cámara llena de aire a presión, cuya función sea el rellenado del hueco interior del neumático, de forma que la masa del fluido del interior de la cámara flexible sea la mínima imprescindible.

De esta forma, mediante la rotación de las ruedas durante la circulación del vehículo sobre el asfalto, se genera la suficiente energía para alimentar el motor eléctrico que mueve el vehículo, y cualesquiera otros sistemas eléctricos incluidos en el vehículo, como puede ser el aire acondicionado o la utilización de sistemas de navegación, debiendo ser únicamente imprescindible la batería para los momentos en los que el vehículo no está circulando, o para realizar el arranque del motor, hasta que éste se pone en movimiento.

Así mismo, y como aplicación más interesante, se plantea la posibilidad de incluir una pluralidad de generadores en una instalación dedicada exclusivamente a la generación de electricidad, como se hace con los restantes sistemas de generación, alternativamente a la instalación de placas solares, o los generadores eléctricos instalados en las centrales térmicas o las centrales nucleares.

En el caso que ocupa a la presente invención, se deberán instalar una pluralidad de sistemas anteriormente descritos, en el que se aplique una rotación a la pluralidad de medios de almacenamiento del fluido, que irán apoyados sobre unos rodillos que permitirán el giro libre de los citados medios de almacenamiento sin requerir de un desplazamiento.

Mediante este giro, y atendiendo a la no existencia de limitaciones espaciales, contrariamente a lo que sucede en el caso de los neumáticos de un vehículo, la obtención de energía sería prácticamente ilimitada, ya que no está supeditada a las condiciones climáticas, la disponibilidad de combustible, el impacto ambiental o las horas de radiación solar.

Se trataría de un sistema que podría encontrarse en cualquier lugar, incluso en una instalación enterrada bajo tierra, y que únicamente dependería de la aplicación del giro al cilindro que contiene los sistemas antes mencionados (cilindros hidráulicos, elementos piezoeléctricos, etc.), y cuyo peso es soportado por la cámara que contiene el fluido.

De acuerdo a la descripción realizada, la presente invención describe un generador eléctrico que aprovecha la atracción gravitatoria para presionar unos elementos piezoeléctricos, mediante la utilización de un sistema que comprende una carcasa cilíndrica cuyo perímetro exterior se encuentra rodeado de medios de almacenamiento de un fluido, de los que se extrae una parte del fluido contenido en su interior a través de una disminución del volumen de los compartimentos internos que almacenan el fluido, causada por la presión ejercida por el propio peso del conjunto, en cuyo interior se alojan todos los elementos necesarios para la generación de electricidad.

Donde el fluido es redirigido a través de unas conducciones a una válvula de distribución hasta una pluralidad de cilindros hidráulicos, que aplicarán la fuerza directamente sobre los elementos piezoeléctricos que, por la deformación sufrida, generarán una diferencia de potencial que será recogida y rectificada para su ulterior utilización.

El generador eléctrico gravitacional, el procedimiento de funcionamiento asociado, y el conjunto de los elementos descritos, representan una innovación de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora, razones que, unidas a su utilidad práctica, le dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Sección de un cilindro hidráulico.

Figura 2. Vista general de un cilindro hidráulico.

Figura 3. Vista general de un generador eléctrico gravitacional según la primera realización.

Figura 4. Sección transversal de un generador eléctrico gravitacional según la primera realización. Figura 5. Detalle de la cámara flexible y los compartimentos internos según la primera realización. Figura 6. Vista general del primer ejemplo de aplicación para instalación de generación eléctrica. Figura 7. Primer ejemplo de aplicación con generadores en posición de trabajo y mantenimiento. Figura 8. Detalle de la superficie de apoyo de la cámara flexible sobre el rodillo cilíndrico.

Figura 9. Referencia de dimensiones del primer ejemplo de aplicación.

Figura 10. Vista general del segundo ejemplo de aplicación en vehículo eléctrico.

Figura 11. Vista trasera del segundo ejemplo de aplicación con detalle del sistema de frenado. Figura 12. Vista del segundo ejemplo de aplicación sin el neumático.

Figura 13.- Cilindro hidráulico con varias etapas de multiplicación de la presión.

Figura 14.- Esquema del sistema de precarga para aplicación en vehículo eléctrico.

Figura 15.- Vista general de la segunda realización con nave desacoplada.

Figura 16.- Vista en explosión de la segunda realización para nave espacial.

Figura 17.- Vista general del tercer ejemplo de aplicación con ruedas dentadas.

Figura 18.- Vista general del cuarto ejemplo de aplicación con cilindros perimetrales.

Relación de referencias y figuras:

1. Carcasa cilíndrica

2. Cámara flexible

3. Compartimentos internos

4. Válvula de distribución

5. Conducciones para el fluido

6. Superficie de apoyo (rodillo)

7. Cilindros hidráulicos

8. Elementos piezoeléctricos

9. Primera cámara del multiplicador de presión

10. Primer pistón del multiplicador de presión

11. Primera sección cilíndrica

12. Segunda sección cilíndrica

13. Segunda cámara del cilindro hidráulico

14. Segundo pistón del cilindro hidráulico

15. Racor entrada al cilindro hidráulico

16. Sistema de precarga

17. Regulador de presión

18. Válvula antirretorno

19. Cámara de distribución

20. Circuito de entrada

21. Circuito de retorno

22. Motor paso a paso del regulador de presión

23. Tornillo del regulador de presión

24. Neumático del vehículo

25. Llanta de la rueda del vehículo

26. Bastidor de fijación

27. Electroválvula

28. Brazos del bastidor giratorio

29. Bastidor giratorio

30. Nave espacial

31. Cilindros hidráulicos perimetrales

32. Rueda dentada

33. Estructura

34. Cámara de aire a presión

35. Rodillo inferior

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de esta memoria, y en los que se muestran a modo de ilustración realizaciones preferentes específicas en las que la invención puede llevarse a cabo.

Estas realizaciones se describen con el suficiente detalle como para permitir que los expertos en la técnica lleven a cabo la invención, y se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios lógicos estructurales, mecánicos, eléctricos y/o químicos sin apartarse del alcance de la invención. Para evitar detalles innecesarios y para permitir a los expertos en la técnica llevar a cabo la descripción detallada, no debe, por tanto, tomarse las siguientes realizaciones en un sentido limitativo.

Concretamente, la presente invención describe un generador eléctrico gravitacional que está caracterizado porque comprende:

• al menos una carcasa cilíndrica con medios de almacenamiento de un fluido, donde los medios de almacenamiento del fluido están divididos en una pluralidad de compartimentos de almacenamiento del fluido;

• medios de aplicación de una presión sobre la pluralidad de compartimentos, a partir de la fuerza peso generada por la acción de la gravedad;

• al menos una válvula de distribución 4 alojada en la parte central o sustancialmente central de la carcasa cilíndrica;

• medios de conducción del fluido 5 desde los compartimentos de almacenamiento del fluido hasta la válvula de distribución 4;

• al menos dos cilindros hidráulicos 7 conectados mediante conducciones con la válvula de distribución 4, con al menos un elemento piezoeléctrico 8 en cada cilindro hidráulico;

Donde los medios de aplicación de una presión sobre la pluralidad de compartimentos están configurados para ejercer una presión sobre los compartimentos de almacenamiento del fluido, generar una deformación de compartimento de almacenamiento del fluido, y provocar un desplazamiento del fluido contenido en los compartimentos de almacenamiento del fluido.

Donde el fluido desplazado es conducido hasta la válvula de distribución 4, que reconduce el fluido hasta al menos un cilindro hidráulico 7.

Y donde los cilindros hidráulicos 7 están configurados para realizar una presión sobre los elementos piezoeléctricos 8, en respuesta a la entrada del fluido desplazado en el cilindro hidráulico 7;

y donde la presión ejercida sobre los elementos piezoeléctricos 8 genera una diferencia de potencial, que induce una corriente, que se extrae del sistema para acondicionarla y su posterior utilización, almacenamiento y/o vertido a la red eléctrica general.

De esta forma, se logra un generador eléctrico que utiliza la atracción de la gravedad y la fuerza peso para desplazar el fluido contenido en unos compartimentos ubicados en un elemento cilíndrico, que será reconducido, a través de una válvula de distribución, hasta una pluralidad de cilindros hidráulicos, que presionarán unos elementos piezoeléctricos en respuesta ala entrada del fluido desplazado, logrando una generación de energía eléctrica en las caras de los elementos piezoeléctricos, que podrá extraerse para su posterior utilización.

De manera preferente, la extracción de la electricidad se realizará mediante la utilización de un sistema de escobillas para la extracción de la energía eléctrica generada por los elementos piezoeléctricos, estableciendo así la conexión entre la parte fija y la parte rotativa del sistema.

En una realización preferente, la válvula de distribución 4 estará configurada para alimentar de manera alternativa los diferentes cilindros hidráulicos 7, de forma que, durante una determinada posición de rotación de la carcasa cilíndrica, estén alimentados un número determinado de cilindros hidráulicos 7, quedando los restantes cilindros hidráulicos 7 sin alimentar, alternando esta situación en una posición siguiente de rotación de la carcasa cilíndrica.

Por lo que, para todas las posiciones de rotación de la carcasa cilindrica, siempre existirá al menos un cilindro hidráulico 7 alimentado, y al menos un cilindro hidráulico 7 sin alimentar, ejerciendo una presión de forma alterna sobre los elementos piezoeléctricos 8, y logrando una alternancia entre periodos de aplicación de presión y periodos de liberación de presión, que es necesaria para la generación eléctrica mediante los elementos piezoeléctricos 8.

Teniendo en cuenta que, controlando con exactitud las revoluciones a las cuales gira la carcasa cilíndrica, y controlando el número de compartimentos de almacenamiento del fluido, se determina la frecuencia a la que se aplica la presión sobre los elementos piezoeléctricos 8; es posible diseñar las dimensiones y características de los elementos piezoeléctricos 8, para que su frecuencia de resonancia coincida con la frecuencia a la cual son sometidos a la presión ejercida por los cilindros hidráulicos, siendo la frecuencia de resonancia en la que se logra una mayor generación de energía eléctrica.

En otra realización preferente, se utilizarán unas electroválvulas conectadas con la salida de cada compartimento de almacenamiento del fluido, que se activarán gracias a la señal emitida por un sensor de presión que detectará cualquier incremento en la presión del fluido a la salida de cada compartimento de almacenamiento del fluido, que únicamente permitirá el paso del fluido contenido en los compartimentos hacia la válvula de distribución 4 cuando la presión en el interior del compartimento que en ese momento esté en contacto directo con los medios de aplicación de la presión, supere un valor previamente determinado.

Esta realización permite aislar cada compartimento de almacenamiento del resto, evitando que una parte del fluido vaya a parar al resto de los compartimentos de almacenamiento sobre los que no se está ejerciendo una presión, lo que provocaría un descenso de la presión obtenida en la entrada de los cilindros hidráulicos en los cuales se está inyectando el fluido.

Preferentemente, se utilizarán elementos piezoeléctricos 8 comerciales, o fabricados exprofeso, que vienen previamente encapsulados y protegidos en el interior de un bastidor para su directa utilización.

De manera alternativa, podrán utilizarse pilas piezoeléctricas como elementos piezoeléctricos 8, configuradas como un apilamiento de secciones piezoeléctricas conectadas en serie o en paralelo.

En otra realización preferente, se plantea la utilización de contrapesos que incrementen la masa del generador, lo que supondrá un incremento de la presión ejercida sobre los compartimentos de almacenamiento, gracias al incremento del peso del conjunto, lo cual permitirá incrementar la presión que los cilindros hidráulicos ejercen sobre los elementos piezoeléctricos, incrementando de esa forma la potencia eléctrica obtenida en el generador, ya que la potencia eléctrica generada por un elemento piezoeléctrico, es directamente proporcional a la presión que se ejerce sobre él.

En una realización preferente, tal y como puede observarse en las Figuras 1 y 2, los cilindros hidráulicos 7 podrán comprender al menos una etapa de multiplicación de la presión, comprendida por al menos:

• una primera cámara 9, configurada para la recepción del fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento, a través del racor de entrada 15 de la válvula de distribución 4;

• un primer pistón 10, con una primera sección cilíndrica 11 de mayor diámetro, en contacto directo con la primera cámara 9; y una segunda sección cilíndrica 12 de menor diámetro ;

• una segunda cámara 13, en contacto directo con la segunda sección cilíndrica 12 del primer pistón 10;

• y un segundo pistón 14, en contacto directo por uno de sus lados con la segunda cámara 13; y configurado para presionar los elementos piezoeléctricos 8 por el otro de sus lados.

De forma que, al alimentar la primera cámara 9 con el fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento, se produce un aumento de la presión en la cámara 9, que presiona y desplaza el primer pistón 10.

Mediante el cambio de sección entre la primera sección cilíndrica 11 y la segunda sección cilíndrica 12, y mediante la aplicación de las siguientes fórmulas, referidas al cálculo de las presiones existentes en el multiplicador de presión:

Se tiene un aumento de la presión en la segunda cámara 13, que empujará el segundo pistón 14, ejercitando una mayor fuerza sobre el elemento piezoeléctrico 8 correspondiente, también según la aplicación de las siguientes fórmulas:

Particularmente, en una realización preferente de la anterior, en el espacio utilizado por el primer pistón 10 para su desplazamiento longitudinal se habrá hecho el vacío para minimizar la resistencia al avance del primer pistón 10, aprovechando al máximo la fuerza realizada.

Alternativamente y de manera no preferida, podrá rellenarse mediante un fluido en circuito cerrado.

En una realización alternativa, se incluye la utilización de un multiplicador de presión comercial en la entrada de los cilindros hidráulicos 7, en vez de la utilización del multiplicador de presión anteriormente descrito.

Una vez definido el generador eléctrico objeto de la presente invención, también se describe el procedimiento de funcionamiento del mismo para lograr una mayor claridad.

Estando el procedimiento de funcionamiento de un generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las realizaciones precedentes, caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas:

• aplicación de un movimiento de rotación a la carcasa cilíndrica con los medios de almacenamiento que contienen el fluido, dividida en una pluralidad de compartimentos de almacenamiento del fluido, que se encuentra apoyada sobre unos medios de aplicación de presión;

• por el efecto de la masa y de la gravedad, mediante el apoyo de carcasa cilíndrica sobre los medios de aplicación de una presión, se presionan consecutivamente los compartimentos de almacenamiento del fluido, provocando una deformación en los compartimentos de almacenamiento del fluido;

• mediante la deformación y la presión generada sobre los compartimentos de almacenamiento del fluido, se provoca un desplazamiento de parte del fluido que contienen los compartimentos en su interior, a través de las conducciones 5, hasta la válvula de distribución 4;

• la válvula de distribución 4 alimenta los correspondientes cilindros hidráulicos 7 con el fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento;

• el fluido desplazado entra en el interior de los cilindros hidráulicos 7, que ejercen una presión sobre los elementos piezoeléctricos 8;

• mediante la presión ejercida sobre los elementos piezoeléctricos 8 se genera una diferencia de potencial, que induce una corriente que se extrae para su ulterior utilización.

Así mismo, y de manera preferente, el procedimiento podrá comprender una etapa adicional, previa al desplazamiento del fluido desde el compartimento de almacenamiento, compuesta por la activación de una electroválvula, que permite el paso del fluido cuando se alcanza una presión dada en el interior de los compartimentos de almacenamiento presionados, evitando que una parte del fluido vaya a parar al resto de los compartimentos de almacenamiento sobre los que no se está ejerciendo una presión, lo que provocaría un descenso de la presión obtenida en la entrada de los cilindros hidráulicos 7 en los cuales se está inyectando el fluido.

PRIMERA REALIZACIÓN PREFERENTE

De acuerdo a las Figuras 3 a 5, en una realización preferente de lo anteriormente descrito, la presente invención describe un generador eléctrico gravitacional que comprende al menos una carcasa cilíndrica exterior, con una cámara flexible 2, también cilíndrica y ubicada en el perímetro exterior de la carcasa cilíndrica 1, donde la cámara flexible 2 está subdividida en una pluralidad de compartimentos internos 3 que contienen un fluido, teniendo cada compartimento interno 3 una salida para el fluido contenido en su interior.

Las salidas de los compartimentos 3 estarán conectadas con una válvula de distribución 4, mediante unas conducciones 5, que transfieren una parte del fluido desde cada compartimento 3 hasta la válvula de distribución 4.

Por otra parte, la cámara flexible 2 se encuentra apoyada, al menos parcialmente, sobre una superficie 6, teniendo la cámara flexible 2 un movimiento de rotación, de manera que en cada posición de la rotación de la cámara flexible 2 se encuentre apoyado al menos un compartimento interior 3, provocando un desplazamiento del fluido contenido en el compartimento interior 3 hacia las conducciones 5 y a través de ellas a la válvula de distribución 4.

La válvula de distribución 4 dispondrá de al menos dos salidas conectadas mediante unas conducciones con al menos una entrada para el fluido en al menos un par de cilindros hidráulicos 7 , que estarán configurados para realizar una presión sobre unos elementos piezoeléctricos 8, en respuesta a la presión generada por la entrada del fluido en el cilindro hidráulico 7.

Con la presión ejercida sobre los elementos piezoeléctricos 8, se logrará generar una diferencia de potencial entre sus bornes, y se extraerá la corriente eléctrica del generador que podrá atravesar una etapa de rectificación, para su ulterior utilización, almacenamiento y/o vertido a la red eléctrica general.

Atendiendo a la primera realización, se tiene un generador eléctrico que, utiliza el peso debido a su masa y a la acción de la gravedad sobre la carcasa cilíndrica 1 y todos los elementos que componen el generador objeto de la presente invención, para presionar y deformar unos compartimentos internos 3 que contienen un fluido, ubicados en la cámara flexible 2, y desplazar el fluido que alojan para accionar unos cilindros hidráulicos 7, que presionan unos elementos piezoeléctricos 8 configurados para generar electricidad en respuesta a la presión ejercida sobre ellos, con la consiguiente deformación de dichos elementos.

En los próximos párrafos, se describen diferentes formas de aplicación de la primera realización preferente.

EJEMPLO DE APLICACIÓN 1

De acuerdo a las Figuras 6 a 9, en una primera posible aplicación de la primera realización preferente, se describe una instalación de generación eléctrica que comprenderá una pluralidad de generadores eléctricos gravitacionales como los anteriormente descritos, de manera que, a partir de la combinación de éstos, se logre generar una cantidad de energía eléctrica igual o superior a la generada por los medios tradicionales.

De manera preferente, los generadores eléctricos gravitacionales estarán instalados sobre un bastidor de fijación 26, que mantendrán los generadores eléctricos gravitacionales en una posición vertical de trabajo, donde los generadores eléctricos gravitacionales estarán apoyados sobre un rodillo, de manera que se produzca la rotación de la carcasa cilíndrica 1 sin requerir un desplazamiento de la misma.

Esto permite lograr una rotación y un contacto continuo entre la superficie de apoyo 6, en este caso el rodillo, y la cámara flexible 2, sin tener que necesitar un desplazamiento relativo entre la cámara flexible 2 y la superficie de apoyo 6, por lo que podría utilizarse el generador en una instalación estacionaria.

En una realización preferente de la instalación de generación eléctrica, el bastidor de fijación 26 comprenderá medios de rotación de los generadores eléctricos gravitacionales, de manera que permita alternar entre una posición vertical de trabajo de los generados eléctricos gravitacionales; y una posición horizontal para labores de mantenimiento de los generadores eléctricos gravitacionales. Atendiendo al ejemplo de aplicación, se presentan los siguientes datos y cálculos representativos.

Partiendo de los datos siguientes:

• Diámetro primera sección del primer pistón = 120 cm

• Diámetro segunda sección del primer pistón = 29,50 cm

• Diámetro del segundo pistón = 120 cm

• Número de generadores = 24

• Número de cilindros hidráulicos y elementos piezoeléctricos por generador = 4

• Radio de los generadores = 181,5 cm

• Radio del rodillo = 35 cm

• Velocidad de giro de cada generador = 40 rpm

• Número de compartimentos por generador = 24

• Peso sobre cada generador = 13.000 kg

• Anchura de cada generador = 90 cm

Se calcula la fuerza aplicada por el cilindro hidráulico:

Superficie de contacto de la cámara = 3.382,2 cm2

Fuerza de salida del segundo pistón =presión 2° cámara x superficie 2° pistón = 7.042.478 N

De esta manera, se obtiene la fuerza realizada por el segundo pistón de salida del cilindro hidráulico, que sera la fuerza aplicada sobre cada elemento piezoeléctrico.

Partiendo de los siguientes datos, obtenidos de los cálculos anteriores y de los datos comerciales de un elemento piezoeléctrico según la publicación Joule 2, 642-697, April 18, 2018, 659, REFERENCIA A (Wang et al 113):

• Frecuencia = 8 Hz

• Fuerza aplicada = 7.047.992 N

• Diámetro del piezoeléctrico = 119,00 cm

• Longitud del piezoeléctrico = 34,00 cm

• Volumen del piezoeléctrico = 378.149,68 cm3

• Densidad de potencia generada (obtenida de Wang et al 113) = 0,000515 mW/(cm3HzN)

Se calcula la energía eléctrica generada por cada elemento piezoeléctrico según la siguiente expresión:

Por lo que la potencia en cada elemento piezoeléctrico de cada cilindro = 10.971.988 W Teniendo en cuenta que cada generador comprende 4 cilindros hidráulicos; la potencia generada por cada generador será:

Potencia del generador = Potencia de cada piezoeléctrico x 4 = 43.887.952 W

Siguiendo el ejemplo de aplicación primero, cada módulo tendrá un total de 24 generadores, por lo que la energía generada por cada módulo será:

Potencia de cada módulo (24 generadores) = Potencia del generador x 24 = 1.053.310.848 W

Una vez rectificada la corriente mediante un rectificador de onda completa (eficiencia 98%):

Potencia de cada módulo (24 generadores) = 1.053.310.848 x 0,98 = 1.032.244.631 W

Cálculo de la potencia necesaria para hacer girar el rodillo de forma que las dos ruedas grandes giren a 40 rpm:

Velocidad de giro del rodillo

Aunque el coeficiente de rodadura de un neumático sobre la arena es de 0,3, para hacer los cálculos se ha tomado un coeficiente de rodadura de 1.

El par motor necesario será:

La potencia necesaria será:

Teniendo en cuenta que para mover cada rodillo habría que emplear un motor de al menos 7.500 KW, que con un rendimiento del 95% consumiría 7.875.000 W, que multiplicado por los 12 motores del módulo de 24 generadores, supondría un consumo de 94.500.000 W.

Por tanto una vez alcanzadas las rpm indicadas, la potencia útil generada por cada módulo de 24 generadores será de:

Potencia útil módulo (24 generadores) = 1.032.244.631 - 94.500.000 = 937.744.631 W

Es decir, la potencia útil generada por cada módulo será de casi 940 MW.

De acuerdo a los datos actuales de generación de una central nuclear media, que alcanzan los 1000 MW, se puede deducir de manera evidente la posibilidad real de generación eléctrica con el sistema planteado en el ejemplo de aplicación 2, ya que se generaría una energía ligeramente inferior a la de una central nuclear, únicamente empleando un módulo de 24 generadores gravitacionales.

Si en vez de utilizar un único módulo, se empleasen 4 módulos, se conseguiría generar casi 3.750MW, es decir más del triple de generación que en una central nuclear media, evitando los riesgos de la misma, y sin la aparición de residuos radioactivos. Estas conclusiones se hacen considerando que la energía generada por cada generador es muy superior a la consumida por los motores eléctricos utilizados en la aplicación del giro sobre la carcasa cilíndrica del generador.

EJEMPLO DE APLICACIÓN 2

De acuerdo a las figuras 10 a 13, en un segundo ejemplo de aplicación de la primera realización preferente, el generador eléctrico descrito podrá estar instalado en los neumáticos de un vehículo, preferentemente eléctrico, para la generación de energía eléctrica destinada al autoconsumo del vehículo, de manera que no sea necesaria la operación de recarga de baterías, que irán cargándose constantemente durante la circulación del vehículo.

Para lograrlo, la presente invención plantea un generador eléctrico según las realizaciones anteriores, en el que en el interior del neumático 24 del vehículo, se encuentra ubicada la cámara flexible 2 que contendrá el fluido, preferentemente junto con otra cámara llena de aire a presión 34, mientras que la superficie de apoyo 6 será, la cara interna del neumático 24 que a su vez se apoya sobre el pavimento sobre el que se desplaza el vehículo, teniendo el generador al menos dos cilindros hidráulicos 7 distribuidos en el interior de la llanta 25 de la rueda del vehículo, alternándose, durante el giro de la rueda, la alimentación de cada cilindro hidráulico 7 por medio de la válvula de distribución 4.

De esta forma, el vehículo, en su avance por el pavimento y gracias a la acción de la gravedad, irá presionando los diferentes compartimentos incluidos en la cámara flexible ubicada en el interior del neumático, provocando su deformación y desplazando parte del fluido de su interior hacia la válvula de distribución 4 , que repartirá el fluido alternativamente a cada cilindro o grupo de cilindros hidráulicos 7, que a su vez presionarán a sus respectivos elementos piezoeléctricos 8, generando la energía necesaria para alimentar el motor del vehículo y/o cualquier otro elemento que requiera de energía eléctrica.

Con el fin de maximizar la obtención de energía en los generadores instalados en las ruedas de un vehículo eléctrico, se podrá incluir un sistema de precarga 16, que comprende al menos dos circuitos hidráulicos paralelos, que comprenden cada uno:

• una electroválvula 27, ubicada entre la salida de los compartimentos internos 3 y la entrada de la válvula de distribución 4;

• y una válvula antirretorno 18, en paralelo con un regulador de presión 17, ubicados entre la salida de la válvula de distribución 4 y la entrada a los cilindros hidráulicos 7.

Estando la válvula de distribución 4 dividida en al menos dos cámaras de distribución 19, estando cada cámara de distribución 19 conectada con al menos uno de los circuitos hidráulicos paralelos.

Estando cada uno de los circuitos hidráulicos paralelos conectado con un grupo determinado de cilindros hidráulicos 7.

Y estando los circuitos hidráulicos paralelos configurados para funcionar de manera alterna con respecto a los compartimentos internos 3, es decir:

• el primer compartimento interno alimentará un primer circuito hidráulico paralelo conectado con un primer compartimento de distribución de la válvula de distribución 4;

• el segundo compartimento interno alimentará un segundo circuito hidráulico paralelo conectado con un segundo compartimento de distribución de la válvula de distribución 4;

• el tercer compartimento interno alimentará al primer circuito hidráulico paralelo conectado con el primer compartimento de distribución de la válvula de distribución 4;

• el cuarto compartimento interno alimentará al segundo circuito hidráulico paralelo conectado con el segundo compartimento de distribución de la válvula de distribución 4; • y así sucesivamente.

De esta forma, aparte de lograr la alimentación alternativa de los cilindros hidráulicos, se logra mantener una presión remanente en el interior de los cilindros hidráulicos 7, que variará en función de la velocidad a la que circule el vehículo, para, de esta forma, ajustar en lo posible la frecuencia de resonancia de los elementos piezoeléctricos a la frecuencia con la que son sometidos al ciclo de presión relajación, obteniendo, para cada velocidad de giro del vehículo, la mayor cantidad de energía eléctrica posible.

Esto es posible gracias a que la frecuencia de resonancia de los elementos piezoeléctricos se reduce si, previamente a la aplicación de un pulso elevado de presión sobre ellos, ya se encuentran sometidos a una presión constante más baja, que en el estado de la técnica se conoce como “precarga”, por lo que el incremento de la presión de precarga implica una disminución de la frecuencia de resonancia.

Por tanto, suponiendo que los elementos piezoeléctricos se hayan diseñado para que su frecuencia de resonancia coincida con la frecuencia del ciclo presión - relajación del sistema cuando el vehículo circula a 120 Km/h, la presión de precarga de los elementos piezoeléctricos tendrá que ser más elevada, cuanto menor sea la velocidad del vehículo.

De esta forma, el fluido entrará por el circuito de entrada 5, atravesando las electroválvulas 27, hasta el compartimento de distribución de la válvula de distribución 4 correspondiente, que reconducirá el fluido hacia el correspondiente circuito hidráulico paralelo.

En cada circuito hidráulico paralelo, el fluido presionará la válvula antirretorno 18, configurada para permitir únicamente el paso del fluido en un sentido, cerrándose en caso contrario; y llegará a los cilindros hidráulicos 7 correspondientes, que ejercerán la presión sobre los elementos piezoeléctricos.

Tras esta maniobra, el fluido deberá regresar a la cámara de distribución de la válvula de distribución 4, a través de un regulador de presión 17, y permitirá el retorno del fluido hasta su correspondiente compartimento 3 en la cámara flexible 2, manteniendo la presión del fluido en el interior de la cámara de distribución de la válvula de distribución 4, y por tanto en el interior de los cilindros hidráulicos 7, en un valor determinado.

En una realización preferente de la anterior, el regulador de presión 17 estará conectado a un motor paso a paso 22 o similar, que podrá variar la presión predeterminada del regulador de presión 17, actuando directamente en un sentido u otro sobre el tornillo 23 que determina la presión predeterminada del regulador. El motor será controlado por un sistema electrónico que ajustará la presión en función de la velocidad a la que circule el vehículo.

Se contempla así mismo, la utilización de reguladores de presión que con un sistema de regulación diferente a un tornillo, puedan regularse mediante un sistema electrónico.

Esto permite regular de forma automática una precarga de los cilindros hidráulicos 7, y por tanto una precarga de la presión realizada sobre los elementos piezoeléctricos 8, que logre modificar y aproximar su frecuencia de resonancia, a la frecuencia a la que son sometidos al ciclo de presión - relajación, independientemente de la velocidad de rotación del neumático.

Es decir, es un sistema que permite trabajar a frecuencias similares a las de resonancia para cualquier velocidad de rotación del neumático.

Así mismo, para aumentar en gran cantidad la presión realizada sobre los elementos piezoeléctricos 8 en el caso de aplicación del generador eléctrico objeto de la presente invención en los neumáticos de un vehículo, los cilindros hidráulicos 7 comprenderán una pluralidad de pistones multiplicadores 10, dispuestos en serie, que irán aumentando de manera gradual la presión en cada sección del cilindro hidráulico 7.

Esto permite que, a partir de las bajas presiones logradas en los neumáticos de un vehículo, se pueda realizar una presión y una fuerza suficiente sobre los elementos piezoeléctricos 8 como para generar la energía necesaria para el funcionamiento normal del vehículo.

Es decir, de acuerdo al segundo ejemplo de aplicación, se tendría un sistema de generación de energía montado sobre un vehículo eléctrico que generaría una energía mayor que la que requiere el motor eléctrico, consumo aproximado de 20KW, pudiendo utilizar el exceso para alimentar otros sistemas del vehículo que requieran de energía eléctrica.

SEGUNDA REALIZACIÓN PREFERENTE

De acuerdo a las Figuras 15 y 16, en una segunda realización preferente de la presente invención, se describe un sistema de alimentación de propulsores iónicos, capaz de propulsar una nave espacial de gran tamaño a muy largas distancias, como por ejemplo Marte.

Actualmente, se emplean pequeños propulsores iónicos en la industria aeroespacial para propulsar satélites, una vez que ya se encuentran en el espacio, obteniendo un sistema de propulsión mucho más eficiente en comparación con los actuales propulsores químicos.

Lamentablemente la potencia de los propulsores iónicos está limitada por la potencia que pueden generar los paneles solares que incorporan los satélites espaciales y esto hace inviable la propulsión iónica para grandes naves espaciales, ya que el tamaño que tendrían que tener los paneles solares acoplados a la nave espacial sería descomunal.

Sin embargo, sería posible obtener una cantidad enorme de energía eléctrica con los generadores gravitacionales en un espacio muy reducido, lo que permitiría utilizar grandes propulsores iónicos para propulsar una gran nave espacial, que podría llegar a Marte en mucho menos tiempo del que se tardaría con los medios actuales.

Particularmente, y atendiendo a que en el espacio no existe la acción de la gravedad, sería necesario generar gravedad artificial, que se lograría mediante la instalación de los generadores eléctricos gravitacionales en los extremos de una pluralidad de brazos 28, instalados en un bastidor común 29, al que se le aplicaría un movimiento de rotación, de forma que la fuerza centrífuga simulase la acción de la gravedad.

Se calcula que, con una longitud de brazo de 10 metros, girando a una velocidad de rotación de 10 rpm, se puede lograr 1g de gravedad artificial aproximadamente. Mediante un aumento de la longitud de los brazos, o un aumento de la velocidad de rotación, se podría lograr una mayor cantidad de g de gravedad artificial, aumentando la generación eléctrica de los generadores eléctricos objeto de la presente invención.

Esta fuerza se logaría mediante la aplicación de la fórmula de cálculo de la fuerza centrífuga:

F = m x w ² x r

Donde se puede comprobar fácilmente que, a partir de una masa constante, mediante un aumento del radio de giro se aumentaría proporcionalmente la fuerza centrífuga; y mediante un aumento de la velocidad de rotación se aumentaría de forma exponencial la fuerza centrífuga.

Así mismo, cabe destacar que, debido a la ausencia de aire en el espacio, no existiría una fuerza de rozamiento que frenase el giro de bastidor 29 donde estarían ubicados los generadores gravitacionales, ya que, en el espacio, un cuerpo en movimiento en ausencia de fuerzas exteriores, continuará en movimiento de forma indefinida.

En una realización preferente, el sistema de propulsión iónica se podría implementar en módulos que serían llevados al espacio en una órbita que permitiera su ensamblaje, de la misma forma que se montó la Estación Espacial Internacional, y una vez ensamblado, se acoplaría a él la nave 30 con los astronautas para iniciar el viaje espacial, que al ser de una duración mucho más corta que la prevista con los medios actuales, minimizaría los riesgos de la exposición de los astronautas a los diferentes tipos de radiación a los que se exponen los astronautas que van al espacio.

TERCERA REALIZACIÓN PREFERENTE

En una tercera realización preferente de la presente invención, se describe un generador eléctrico gravitacional de acuerdo a la descripción inicial, en el que los medios de almacenamiento del fluido están comprendidos por una pluralidad de cilindros hidráulicos perimetrales 31, siendo las cámaras de los mismos las que actúen a modo de compartimentos de almacenamiento del fluido. De esta forma, los medios de aplicación de la presión irán presionando de manera consecutiva los diferentes cilindros hidráulicos perimetrales 31, provocando el movimiento del fluido contenido en el interior de sus cámaras hidráulicas, que se conducirá a través de las conducciones hasta la válvula de distribución 4, siguiendo el procedimiento de manera idéntica a las realizaciones anteriores.

TERCER EJEMPLO DE APLICACIÓN

De acuerdo a la Figura 17, en un primer ejemplo de aplicación de la tercera realización preferente, la carcasa cilíndrica es una primera rueda dentada 32, donde los cilindros hidráulicos perimetrales 31 están ubicados en el espacio entre los dientes de la rueda dentada 32.

Donde los medios de aplicación de una presión sobre los cilindros hidráulicos perimetrales 31 son una segunda rueda dentada 33 engranada con la primera rueda dentada 32, de manera que, una rotación sobre la primera o la segunda rueda dentada, trasladaría la rotación a la rueda dentada engranada.

Y donde los dientes de la segunda rueda dentada 33 están configurados para presionar los cilindros hidráulicos perimetrales 31 de la primera rueda dentada 32, provocando el desplazamiento del fluido contenido en su interior.

CUARTO EJEMPLO DE APLICACIÓN

De acuerdo a la Figura 18, en un segundo ejemplo de aplicación de la tercera realización preferente, la carcasa cilíndrica comprende en su perímetro la pluralidad de cilindros hidráulicos perimetrales 31; donde los medios de aplicación de una presión sobre los cilindros hidráulicos son un rodillo inferior 35; comprendiendo la carcasa cilíndrica y el rodillo inferior 35 un movimiento de rotación sincronizado, de forma que el rodillo inferior 35 presiona de manera consecutiva los diferentes cilindros hidráulicos perimetrales 31, provocando el desplazamiento del fluido contenido en su interior.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no se altere, modifique o cambie su principio fundamental.

Claims (27)

REIVINDICACIONES

1. Generador eléctrico gravitacional caracterizado porque comprende:

• al menos una carcasa cilindrica con medios de almacenamiento de un fluido ubicados en el perímetro exterior de la carcasa cilíndrica, donde los medios de almacenamiento del fluido en su conjunto conforman una pluralidad de compartimentos de almacenamiento del fluido;

• medios de aplicación de una presión sobre la pluralidad de compartimentos, a partir de la fuerza peso generada por la acción de la gravedad;

• al menos una válvula de distribución (4) alojada en la parte central o sustancialmente central de la carcasa cilíndrica;

• medios de conducción del fluido (5) desde los compartimentos de almacenamiento del fluido hasta la válvula de distribución (4);

• al menos dos cilindros hidráulicos (7) conectados mediante conducciones con la válvula de distribución (4), con al menos un elemento piezoeléctrico (8) en cada cilindro hidráulico; donde los medios de aplicación de una presión sobre la pluralidad de compartimentos están configurados para reducir el volumen interno de los compartimentos de almacenamiento del fluido, generar un incremento de la presión en el compartimento de almacenamiento del fluido, y provocar un desplazamiento del fluido contenido en los compartimentos de almacenamiento del fluido;

donde el fluido desplazado es conducido hasta la válvula de distribución (4), que reconduce el fluido hasta al menos un cilindro hidráulico (7);

donde los cilindros hidráulicos (7) están configurados para realizar una presión sobre los elementos piezoeléctricos (8), en respuesta a la entrada del fluido desplazado en el cilindro hidráulico (7);

y donde la presión ejercida sobre los elementos piezoeléctricos (8) genera una diferencia de potencial, que induce una corriente, que se extrae del sistema para acondicionarla y su posterior utilización, almacenamiento y/o vertido a la red eléctrica general.

2. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la válvula de distribución (4) está configurada para alimentar alternativamente a los cilindros hidráulicos (7) con el fluido proveniente de los compartimentos de almacenamiento del fluido, de forma que, durante una determinada posición de rotación de la carcasa cilíndrica, un número determinado de cilindros hidráulicos (7) recibe alimentación con el fluido, mientras que los restantes cilindros hidráulicos (7) no reciben alimentación con el fluido, alternando la alimentación en la posición siguiente de rotación de la carcasa cilíndrica, debiendo cumplirse que, para todas las posiciones de rotación de la carcasa cilindrica, siempre exista al menos un cilindro hidráulico (7) alimentado y al menos un cilindro hidráulico (7) sin alimentar.

3. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque la frecuencia de alimentación de los cilindros hidráulicos (7) está determinada por la velocidad de rotación de la carcasa cilíndrica y por el número de compartimentos de almacenamiento del fluido.

4. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque los elementos piezoeléctricos (8) comprenden las dimensiones y el espesor determinado para que la frecuencia de resonancia de cada uno de los elementos piezoeléctricos (8) sea igual o similar a la frecuencia de alimentación de los cilindros hidráulicos (7).

5. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores car acterizado porque comprende una electroválvula (27) entre la salida de cada compartimento de almacenamiento del fluido y la entrada de la válvula de distribución (4), configurada para permitir el paso del fluido a las conducciones hidráulicas (5) cuando el valor de presión supera un valor previamente determinado.

6. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los elementos piezoeléctricos (8) comprenden unas piezas de material piezoeléctrico encapsuladas en el interior de un bastidor y/o son unas pilas piezoeléctricas.

7. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la carcasa cilíndrica comprende una pluralidad de contrapesos, configurados para incrementar el peso ejercido sobre los compartimentos de almacenamiento del fluido.

8. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende al menos un multiplicador de presión ubicado entre la salida de los compartimentos de almacenamiento del fluido, y el racor de entrada (15) de los cilindros hidráulicos (7).

9. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los cilindros hidráulicos (7) comprenden al menos una etapa de multiplicación de la presión, con al menos:

• una primera cámara (9), configurada para la recepción del fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento del fluido a través del racor de entrada (15) de los cilindros hidráulicos (7);

• un primer pistón (10), con una primera sección cilíndrica (11) de mayor diámetro, en contacto directo con la primera cámara (9); y una segunda sección cilíndrica (12) de menor diámetro;

• una segunda cámara (13) en contacto directo con la segunda sección cilíndrica (12) del primer pistón (10);

• y un segundo pistón (14), en contacto por uno de sus lados con la segunda cámara (13), y configurado para presionar los elementos piezoeléctricos (8) por el otro de sus lados; donde, al alimentar la primera cámara (9) con el fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento del fluido, se produce un aumento de presión que induce un movimiento de traslación en el primer pistón (10), que provoca un aumento de la presión en la segunda cámara (13), que empuja el segundo pistón (14), ejerciendo una mayor fuerza sobre el elemento piezoeléctrico (8) correspondiente.

10. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque en el espacio utilizado para el desplazamiento longitudinal del primer pistón (10) se ha hecho el vacío o contiene un fluido en un circuito cerrado.

11. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la extracción de la energía eléctrica se realiza mediante un sistema de escobillas.

12. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de almacenamiento del fluido son una cámara flexible (2) cilíndrica, ubicada en el perímetro exterior de una carcasa cilíndrica (1), y la pluralidad de compartimentos de almacenamiento del fluido son una pluralidad de compartimentos internos (3) en los que está dividida la cámara flexible (2) estando los compartimentos internos (3) conectados con la válvula de distribución (4) alojada en la parte central o sustancialmente central de la carcasa cilíndrica (1) mediante unas conducciones (5) que permiten el paso del fluido desplazado; donde los medios de aplicación de una presión sobre los compartimentos internos (3) son una superficie (6) sobre la que se apoya la cámara flexible (2), comprendiendo la cámara flexible (2) un movimiento de rotación;

de forma que, la superficie de apoyo (6), mediante la acción de la gravedad, presiona al menos un compartimento interno (3) en cada momento; provocando que una parte del fluido contenido en su interior sea desalojado a través de las conducciones (5) hasta la válvula de distribución (4); la válvula de distribución (4) dispone de al menos dos salidas, cada una de las cuales está conectada con al menos un cilindro hidráulico (7) mediante al menos un racor de entrada (15) del fluido, donde los cilindros hidráulicos (7) están configurados para realizar una presión sobre unos elementos piezoeléctricos (8), en respuesta a la entrada del fluido en el cilindro hidráulico (7), proveniente de los compartimentos internos (3) de la cámara flexible (2);

donde la presión ejercida sobre los elementos piezoeléctricos (8) genera una diferencia de potencial entre sus bornes, que induce una corriente, que se extrae del sistema para acondicionarla y su posterior utilización, almacenamiento y/o vertido a la red eléctrica general.

13. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque la cámara flexible (2) está ubicada en el interior del neumático (24) de la rueda de un vehículo, y la superficie de apoyo de la cámara neumática (2) es la cara interna del neumático (24) que a su vez se apoya sobre el pavimento sobre el que se desplaza el vehículo, con al menos dos cilindros hidráulicos (7), alimentados alternativamente;

donde los restantes elementos del generador gravitacional están instalados en el hueco de la llanta (25) de la rueda del vehículo.

14. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque comprende un sistema de precarga (16) que comprende al menos dos circuitos hidráulicos paralelos comprendiendo cada uno al menos:

• una electroválvula (27), ubicada entre los compartimentos internos (3) y la entrada de la válvula de distribución (4);

• y una válvula antirretorno (18) en paralelo con un regulador de presión (17), ubicados entre la salida de la cámara de distribución (19) y el racor de entrada (15) a los cilindros hidráulicos (7);

donde la válvula de distribución (4) está dividida en al menos dos cámaras de distribución (19), correspondiéndose cada cámara de distribución (19) con un circuito hidráulico paralelo;

y donde los circuitos hidráulicos paralelos están configurados para funcionar de manera alterna con respecto a los compartimentos internos (3).

15. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque el regulador de presión (17) es un regulador automático mediante un sistema electrónico que actúa:

• sobre un motor paso a paso, servomotor o similar, cuando la regulación de la presión se realiza mediante un tornillo,

• y/o sobre los componentes eléctricos del regulador, cuando su sistema de regulación sea diferente.

16. Generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 caracterizado porque los cilindros hidráulicos (7) comprenden una pluralidad de pistones multiplicadores (10) dispuestos en serie.

17. Instalación de generación eléctrica caracterizada porque comprende al menos un generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, instalado sobre un bastidor de fijación (26), siendo la superficie (6) de apoyo de la cámara flexible (2) un rodillo que gira de manera solidaria con la carcasa cilíndrica (1).

18. Instalación de generación eléctrica según la reivindicación anterior caracterizado porque el movimiento de rotación se aplica sobre la carcasa cilíndrica (1), en cuyo perímetro exterior está ubicada la cámara flexible (2), que se lo traslada al rodillo.

19. Instalación de generación eléctrica según la reivindicación 17 caracterizado porque el movimiento de rotación se aplica sobre el rodillo, que se lo traslada a la carcasa cilíndrica (1), en cuyo perímetro exterior está ubicada la cámara flexible (2).

20. Instalación de generación eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19 caracterizada porque el bastidor de fijación (26) comprende medios de rotación de la carcasa cilíndrica (1), configurados para alternar la posición de la carcasa cilíndrica (1) entre una posición vertical de trabajo y una posición horizontal de mantenimiento.

21. Generador eléctrico gravitacional según la primera reivindicación caracterizado porque los medios de almacenamiento del fluido son una pluralidad de cilindros hidráulicos perimetrales (31), y la pluralidad de compartimentos de almacenamiento del fluido son las cámaras de los cilindros hidráulicos.

22. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación 21 caracterizado porque en el perímetro exterior de la carcasa cilíndrica hay unos salientes a modo de rueda dentada (32), donde los cilindros hidráulicos perimetrales (31) están ubicados en el espacio entre los dientes de la rueda dentada (32);

donde los medios de aplicación de una presión sobre los cilindros hidráulicos perimetrales (31) son unos rodillos situados en los extremos de unos salientes que conforman una estructura (33) engranada con la primera rueda dentada (32), de manera que, una rotación sobre la rueda dentada (32) y/o sobre la estructura (33), trasladaría la rotación a la otra;

donde los rodillos de la estructura (33) están configurados para presionar los cilindros hidráulicos perimetrales (31) de la rueda dentada (32), provocando el desplazamiento del fluido contenido en su interior.

23. Generador eléctrico gravitacional según la reivindicación 21 caracterizado porque la carcasa cilíndrica comprende en su perímetro exterior la pluralidad de cilindros hidráulicos perimetrales (31);

donde los medios de aplicación de una presión sobre los cilindros hidráulicos son un rodillo inferior (35); comprendiendo la carcasa cilíndrica (1) y el rodillo inferior (35) un movimiento de rotación solidario, de forma que el rodillo inferior (35) presiona de manera consecutiva los diferentes cilindros hidráulicos perimetrales (31), provocando el desplazamiento del fluido contenido en su interior.

24. Sistema de generación eléctrica para propulsión iónica caracterizado porque comprende al menos un bastidor (29) con una pluralidad de brazos (28) radiales, y una pluralidad de generadores eléctricos gravitacionales según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, ubicados en los extremos de los brazos (28) radiales del bastidor (29);

donde el bastidor (29) comprende un movimiento de rotación, configurado para generar gravedad artificial a partir de la fuerza centrífuga en los generadores eléctricos gravitacionales.

25. Sistema de generación eléctrica para propulsión iónica según la reivindicación anterior caracterizado porque está configurado para acoplarse de manera amovible a una nave espacial (30).

26. Procedimiento de funcionamiento de un generador eléctrico gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas:

• aplicación de un movimiento de rotación en la carcasa cilíndrica;

• por el efecto de la gravedad, mediante los medios de aplicación de una presión sobre los compartimentos de almacenamiento del fluido, se presionan consecutivamente los compartimentos de almacenamiento del fluido para reducir su volumen interno y generar un incremento de la presión en su interior;

• mediante el incremento de la presión generada en el interior de los compartimentos de almacenamiento del fluido, se provoca un desplazamiento del fluido del interior de los compartimentos de almacenamiento del fluido a través de las conducciones para el fluido (5), hasta la válvula de distribución (4);

• la válvula de distribución (4) alimenta los correspondientes cilindros hidráulicos (7) con el fluido desplazado de los compartimentos de almacenamiento del fluido;

• el fluido desplazado entra en el interior de los cilindros hidráulicos (7), que a través de los correspondientes pistones (14) ejercen una presión sobre los elementos piezoeléctricos (8);

• mediante la presión ejercida sobre los elementos piezoeléctricos (8) se genera una elevada diferencia de potencial entre sus bornes, que induce una corriente que se conduce mediante conexiones eléctricas para su utilización.

27. Procedimiento de funcionamiento de un generador eléctrico gravitacional según la reivindicación anterior caracterizado porque comprende una etapa adicional antes del desplazamiento del fluido, que consiste en la activación de una electroválvula, que permite el paso del fluido cuando se alcanza una presión dada en el interior de los compartimentos de almacenamiento del fluido presionados.