MX2013007433A - Tecnologia para planta de energia electrica gravitacional. - Google Patents

Abstract

Un aparato, sistema y método que por un lado, aumentan al máximo el trabajo hecho por la gravedad, permitiendo la caída libre de un objeto con una masa pesada para aprovechar la energía y salida desde la misma, y por otro lado, aumentan al máximo la eficiencia por equilibrio de esta masa pesada por otra masa similar de manera que solamente la diferencia neta de dichas dos masas necesite trabajarse por los mecanismos de energía de entrada para levantar el objeto caído a su posición original a lo largo de la dirección de gravedad o de otra forma para repetir el ciclo; una pluralidad de dichas unidades se utiliza en tándem sincronizado para mantener una RPM constante del engranaje/volante/flecha que conectan un generador de salida alta; aún más, se describen mecanismos auxiliares de generación de energía para aumentar además la eficiencia del sistema.

Description

TECNOLOGÍA PARA PLANTA DE ENERGÍA ELÉCTRICA GRAVITACIONAL CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere al campo del aprovechamiento de la fuerza gravitacional y a la conversión del trabajo realizado por la fuerza gravitacional en otras formas de energía y/o trabajo. Más particularmente esta invención se refiere a la generación de energía eléctrica al aprovechar la fuerza gravitacional ya sea exclusivamente o en combinación con otras formas de energía (renovable o no renovable) con enfoque especial en recurso-economía, contaminación mínimas y externalidades.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La revolución industrial influyó radicalmente casi en cada aspecto de la vida humana y en la búsqueda de sofisticación y avance, las dependencias del hombre no sólo cambiaron, sino también aumentaron de manera exponencial. Las máquinas actuales creadas por el hombre rigen su vida - su hogar, negocios, transporte, producción agrícola, procesamiento de alimento, guerra, economía, así como dictan la calidad de su futuro. Ya que todas las máquinas necesitan potencia (energía) para procesar su entrada, la demanda de energía también ha incrementado de manera exponencial y hoy la capacidad de generar suficiente energía está entre los factores clave que deciden la importancia de un país en el ámbito internacional, económico y político. El enfoque hasta hace algunas décadas había estado en los recursos no renovables convencionales (hidrocarburos fósiles tales como carbón, petróleo, y gas natural, y más tarde, tipos de energía nuclear como uranio radioactivo, y ciertos acuíferos) para cumplir las demandas de energía. Pero las plantas de energía y las prácticas de calentamiento-enfriamiento-cocción-combustión ahora producen más gases de efecto invernadero que se pueden tolerar para mantener un clima estable. La comunidad internacional de ciencias climáticas advierte cortar drásticamente las emisiones de carbono. Además, ahora hay acercamiento a la producción máxima de petróleo y gas, en donde la mitad de la cantidad del suministro total global conocido ya ha sido utilizada, con precios por venir que crecen continuamente ; y "carbón limpio", " biomasa sostenible", "seguridad nuclear" y otros clichés parecen simples ilusiones. Las únicas elecciones restantes citadas por la comunidad científica internacional para el futuro energético son las "energías renovables" — energía hidroeléctrica, geotérmica, biomasa, térmica solar, eléctrica solar, eólica, de mareas, olas, gradientes térmicos oceánicos y nuevas tecnologías no convencionales como energía de vacío (punto cero), reacciones nucleares no radioactivas de baja temperatura ("fusión en frío"), y químicas avanzadas de hidrógeno y agua.

Las tecnologías existentes de generación de energía no renovables y renovables y su contribución a la energía global son aproximadamente así; NO RENOVABLES (93%); 1. Combustión de combustibles a base de petróleo (39%), 2. Combustión de gas natural (24%), 3. Combustión de carbón y sus derivados (24%), 4. Hidrógeno derivado del petróleo, gas natural, o carbón, 5. Reactores nucleares a base de fisión de uranio y plutonio que son altamente radioactivos (5%), 6. "Fusión en caliente": RENOVABLES (7%); 7. Sistemas de generación a base de viento (0.2%), 8. Sistemas de generación de energía y calentamiento de origen solar (0.1 %), 9. Sistemas de generación de energía y calentamiento de origen geotérmico (0.4%), 10. Biocombustibles (etanol y biodiesel) (1 %), 1 1. Combustión de biomasa (en su mayoría virutas de madera ) (2%), 12. Celdas de combustible, 13. Digestión anaeróbica de desecho a biogas, 14. Generadores hidroeléctricos convencionales (3%).

Otro recurso renovable que se queda en gran parte sin explotar es la gravedad, que es limpia, libre y ubicua. Varios experimentos e invenciones que utilizan gravedad forman parte de la literatura relevante para el sector energético. Sin embargo, un enfoque común tomado por muchos inventores es construir una máquina autónoma que utiliza la gravedad, para generar energía - que puede parecer posible en teoría, pero no así en la práctica - especialmente en el contexto de producir cantidades sustanciales de energía que puede ser recolectada para hacer funcionar otras máquinas/aparatos. Esto se debe principalmente al hecho de que el trabajo realizado por la gravedad en una máquina determinada (autónoma) es apenas suficiente para mantenerse por sí misma, y por lo tanto las perspectivas de generación adicional de energía son poco realistas. Por ejemplo US20090115195, un mecanismo de generación de energía por gravedad busca hacer funcionar la unidad de generación de energía al hacer funcionar una serie de brazos basculantes unidireccionales que tienden a extenderse hacia afuera no sólo un lado, mientras rodean dicha unidad, para producir un par de torsión positivo más grande (aparentemente debido a los brazos extendidos en un lado), que podrían impulsar y sostener el movimiento giratorio continuo de esa unidad. Sin embargo, esto no es cierto en la práctica ya que un gran número de brazos colapsados se recolectan en el lado opuesto y cancelan el par de torsión positivo creado por los menos extendidos. En la patente india No. 207600 (649/MUM/2004), el aparato reclamado busca utilizar la fuerza gravitacional ejercida en un objeto que cae suspendido por una cuerda y polea, para hacer girar un volante que se dice almacena la energía cinética giratoria y que a su vez se dice levanta el objeto (caído) hacia arriba; y este ciclo de movimiento alterno ascendente-descendente de dicho peso se reclama para usarse para hacer girar la flecha dinamométrica para generar electricidad. Esto de nueva cuenta no es un diseño sostenible para generación eficiente de energía ya que contradice la 2a ley de termodinámica que establece que algo de la energía en un sistema siempre se pierde (incluyendo durante la transmisión) y por lo tanto una máquina no puede hacer más energía que la que utiliza o incluso suficiente para mantenerse operando de manera indefinida.

Es por lo tanto imprescindible que se emplee una fuerza extema para sostener el trabajo adicional hecho por una máquina, especialmente una que utiliza la gravedad. Por lo tanto en US6445078, un depósito de agua elevado llena una pluralidad de contenedores que se desplazan hacia abajo bajo el peso del agua y este movimiento influenciado por la gravedad 'controlada' se hace para impulsar un generado, mientras que dichos contenedores después de inclinarse, se vacian y se hacen retroceder por un mecanismo potenciado ad hoc. En US5905312 también, se aplica un concepto similar en donde el agua u otro fluido de un depósito elevado alimenta tanques secundarios que se deslizan bajo la influencia de la gravedad a lo largo de una trayectoria descendente controlada y se vacían en otro depósito del suelo. Este movimiento inducido por gravedad descendente se aprovecha para hacer girar la flecha del generador con la ayuda de engranajes. El agua vaciada por dichos tanques secundarios se bombea de regreso en el tanque elevado por medio de una bomba energizada ad hoc. Sin embargo en estos sistemas ya que el movimiento descendente se "controla" y no es una caída libre, el trabajo completo hecho por la gravedad en la carga no está disponible para aprovecharse, lo que afecta directamente la eficiencia de dichos sistemas. Además, los factores incluyendo el tiempo que se toma para llenar con agua cada contenedor/tanque, la velocidad a la cual el agua/fluido se alimenta de regreso en el depósito, y el posible tamaño máximo de cada contenedor/tanque etc., limita la escalabilidad de la instalación y no son ideales para requisitos de generación de energía muy altos como aquellos que energizan un municipio o incluso una instalación industrial razonablemente grande. En US801 1 182, US201 10179784 y en US201 10162356, la gravedad actúa en una serie de canastas sujetadas a una cadena o banda, que descienden en un medio líquido debido a su masa/peso (gravedad). Una vez que alcanzan el fondo, se llenan con gas u otro fluido/medio más ligero, que las hace flotantes provocando así su subida (ascendente) y tras alcanzar la parte superior el gas se libera de las canastas. Este movimiento ascendente-descendente cíclico se utiliza para hacer funcionar una flecha del generador para producir electricidad. Aquí de nueva cuenta, la velocidad de bajada, y el índice al cual se rellena el gas en cada canasta, el posible tamaño más grande y el par de torsión que se puede crear etc., limitan la escalabilidad de la invención que no se puede utilizar para requisitos de generación de energía altos.

Por lo tanto es evidente de la técnica anterior (invenciones) que los modelos basados en gravedad de este modo no han podido ser capaces de satisfacer los requisitos de energía a gran escala o incluso a media escala. La gravedad que es libre, perenne, ubicua, ecológicamente segura y sobre todo - directamente proporcional al producto de la masa del objeto en cuestión (- eficiencia notable prometedora), e independiente del clima, estación, intemperie, viento, sol, marea, lluvia, geografía u otros recursos etc., presenta una vía a una necesidad urgente como también largamente anhelada para una solución viable que sea segura y sostenible, y que aproveche de manera efectiva la fuerza gravitacional y convierta de manera eficiente el trabajo hecho por la gravedad en otras formas de energía, particularmente energía eléctrica, especialmente a una escala muy grande.

El inventor ha desarrollado un aparato, sistema y método/s que aprovechen efectivamente la fuerza gravitacional y conviertan de manera eficiente el trabajo hecho por la gravedad en otras formas de energía, especialmente energía eléctrica, y que sean versátiles y casi ilimitables en cuanto a su escalabilidad.

Objetivos de la invención Por lo tanto es el objetivo principal de esta invención aprovechar efectivamente el trabajo hecho por la fuerza gravitacional, y convertir eficientemente la misma a otras formas de energía y/o trabajo, más particularmente energía eléctrica, en una manera económica, ecológicamente amigable y segura.

Es otro objetivo principal de esta invención diseñar e implementar un aparato, sistema y método/s que aprovechen y conviertan la fuerza gravitacional para generar energía eléctrica a gran, media y pequeña escala, por lo cual el aspecto de la escalabilidad sea casi ilimitable, aplicable en cualquier lugar y en todo el año.

Otro objetivo principal de esta invención es mejorar la efectividad para aprovechar la energía gravitacional.

Otro objetivo principal de esta invención es mejorar la eficiencia de la conversión de la energía gravitacional a otras formas de energía, especialmente energía eléctrica.

Otro objetivo principal de esta invención es permitir que una masa pesada caiga libremente bajo la influencia de la gravedad, para incrementar el trabajo total hecho, para el aprovechamiento y conversión; y para controlar su caída y para levantar dicha masa pesada de regreso, por un medio de equilibrio de manera que el peso neto que se levanta sea la diferencia entre los dos, incrementando así la eficiencia del sistema.

Otro objetivo de esta invención es optimizar el número de unidades empleadas, con la distancia y la velocidad de la caída libre del objeto/s con masa pesada, por lo cual el movimiento ascendente o descendente del peso principal o el contrapeso en cualquier unidad determinada es pasivo y completamente impulsado por la gravedad sola, para lograr entrada mínima de energía, y eficiencia superlativa.

Incluso otro objetivo de esta invención es proporcionar mecanismos auxiliares de generación de energía en el sistema de generación de energía por gravedad para mejorar la producción total de energía generada y de este modo mejorar la eficiencia del sistema.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con esta invención, por lo tanto se proporciona un aparato, sistema/s y método/s que por un lado, aumentan al máximo el trabajo hecho por la gravedad, permitiendo la caída libre de un objeto con una masa pesada para aprovechar la energía y salida desde la misma, y por otro lado, aumentan al máximo la eficiencia por equilibrio de esta masa pesada por otra masa similar de manera que solamente la diferencia neta de dichas dos masas necesite trabajarse por los mecanismos de energía de entrada para levantar el objeto caído a su posición original a lo largo de la dirección de gravedad o de otra forma repetir el ciclo. Una pluralidad de dichas unidades se utilizan en tándem sincronizado para mantener una RPM constante del engranaje/volante/flecha que conectan un generador de salida alta. Además, esta invención también prevé mecanismos auxiliares de generación de energía conocidos en la técnica para aumentar además la eficiencia del sistema; cada unidad comprende: (i) Un canal vertical hueco, levantado por arriba del nivel del suelo, proporcionado con por lo menos dos rieles guía a lo largo de sus paredes interiores a través de las cuales (ii) un peso principal que comprende (ii)(a) un componente superior denominado el 'Cabezal' hecho de un material de masa y densidad adecuadas, preferiblemente Titanio, con forma preferiblemente correspondiente a la sección transversal del canal y proporcionado con medios en su periferia, que se conforman con y se deslizan a través y a lo largo de dichos rieles guía de dicho canal vertical y (ii)(b)un componente inferior que es una flecha vertical hecha de material de masa y densidad adecuadas, preferiblemente Titanio, que tiene dientes en por lo menos un lado de su longitud que acoplan un (ni) engranaje principal que a su vez directamente o a través del volante y/o engranaje/s secundarios hacen girar la (iv) flecha horizontal de un generador, a medida que dicha flecha vertical se mueve hacia abajo con el peso principal de caída debido a la fuerza gravitacional. Dicho engranaje principal se construye como una rueda libre para permitir un acoplamiento bidireccional y giro unidireccional de dicha flecha horizontal del generador cuando dicha flecha vertical se mueve hacia abajo. (a) Dicho componente superior (ii)(a) del peso principal es, de preferencia (pero no limitado a), cilindrico, óvalo cilindrico, prisma cuadrado o de cualquier otra forma que corresponda con dicho canal vertical hueco y dependiendo de requisitos específicos de un proyecto. Por ejemplo, donde el proyecto sirva para generación de electricidad a gran escala donde se use un peso muy fuerte y grade, es preferible usar una forma cilindrica, ovalada o prisma cuadrado para alojar un gran número de cuerdas para suspender dicho peso. Como dicho peso principal hace una caída libre descendente bajo la influencia de la gravedad.su componente superior o cabezal alcanza la parte inferior del canal vertical hueco en donde se detiene gradualmente con la ayuda de (v) medios retardadores/de detención que incluyen pero no se limitan a uno o más de los siguientes; Cámara/s de aire, Impulsor/es de aire, resorte/s, frenos, Electro imán/es, medios que ejercen la fuerza/s de Lenz, movimiento opuesto del contrapeso en el otro lado; y la flecha vertical es el componente inferior de dicho peso principal que entra a un (vi) tubo hueco subterráneo vertical.

Dicho peso es suspendido por (vii) cuerdas de un (viii) sistema de poleas en donde los otros extremos de dichas cuerdas se conectan a (ix) un contrapeso, que se monta en un (x) elevador de manera que dicho elevador (junto con dicho contrapeso) se suspende para deslizarse hacia arriba y hacia abajo en (xi) una estructura vertical levantada en paralelo a dicho canal vertical hueco, de manera que la dirección de movimiento del peso principal esté opuesto al del contrapeso que es tan pesado como o marginalmente más pesado o más ligero que el peso principal, dependiendo del diseño de una modalidad/versión/variante determinada de esta invención.

El contrapeso que equilibra el peso principal, está montado en un sistema elevador potenciado para transportarlo hacia arriba y hacia abajo a velocidades predeterminadas para sincronizar el peso principal descendente de forma que la revolución de la flecha horizontal del generador se mantenga constante. Dichas cuerdas en cada unidad corren sobre un sistema de poleas; cada sistema comprende una pluralidad de hileras de poleas, diseñadas para proporcionar generación de energía auxiliar para permitir el montaje de bobinas/imanes para producir electricidad.

La sincronización de movimientos ascendentes-descendentes del peso principal y contrapeso se ejecuta con la ayuda de (xii) sensores y medios de señalización para sincronizar y controlar la velocidad del contrapeso y por consiguiente la del peso principal de una o más unidades, para mantener una RPM constante de la flecha del generador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 : Representa esquemáticamente dos unidades y sus componentes, en donde el peso principal de una unidad está en su fase de caída libre/descenso mientras que el de la otra unidad permanece elevado, en tándem sincronizado.

La figura 2: Describe en perspectiva, la disposición general para tres unidades y sus respectivas partes constituyentes.

La figura 3: Muestra un acercamiento enfocado en el peso principal mientras cae a la parte inferior del canal vertical hueco mientras los medios retardadores y de detención actúan sobre el mismo.

La figura 4: Muestra los sistemas de poleas y cuerdas que suspenden el contrapeso junto con el elevador (así como el peso principal, que no se muestra), en perspectiva. Índice de artículos descritos en los dibujos: 1. Canal vertical hueco 2. Cuerdas 3. Sistema de poleas 4. Cabezal del peso principal 5. Flecha vertical del peso principal 6. Sistema de detención y frenado dentro del canal vertical 6-A. Impulsor de aire como parte del sistema de frenado 6- S. Resorte como parte del sistema de frenado 7. Sensores y medio de señalización 7- (l). Sensor - 1 7 (2). Sensor -2 8. Engranaje principal 9. Tubo hueco subterráneo vertical 10. Estructura vertical 1 1. Contrapeso 12. Elevador 13. Flecha horizontal 13-A Unidad generadora de energía auxiliar en sistema de 13-H. Sujetador de flecha horizontal 14. Generador 15. Unidad generadora de energía auxiliar 15-P Unidad generadora de energía auxiliar en sistema de poleas DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Es pertinente mencionar que la descripción en este documento pretende explicar el diseño, construcción y método(s) por medio de los que puede funcionar la invención, más particular y especialmente en una manera que a (pero no se limita a) plantas de generación de energía de gran capacidad, sin limitación en cuanto a alteraciones, modificaciones y adaptaciones obvias de las partes, construcción y método(s) descrito(s); y que los diagramas/dibujos en este documento no están dibujados a escala sino que solo sirven para explicar de forma esquemática la construcción, el concepto funcional de la invención y representan las dimensiones generales, formas y disposición espacial e interrelaciones de las partes, sin limitación a sus modificaciones intercambiables u otras obvias modificaciones y/o adaptaciones.

Esta invención anticipa material(es) diferentes de aquellos específicamente mencionados para describir las modalidades funcionales, sus formas diversas, adaptaciones y versiones y varias otras aleaciones metálicas y otras combinaciones comúnmente usadas en la técnica para fabricación de equipo para generación de energía.

Detalles obvios y bastante triviales que no requieren de mención específica y que son conocidos y obvios para una persona experta en la técnica no se mencionan y/o explican y/o dibujan, pese a que forman gran parte de esta invención.

Por lo tanto, la descripción en el presente documento no se debe interpretar para limitar de forma excesiva la extensión, alcance, espíritu y pretendidos de la invención.

Modalidad preferida I: De acuerdo con la modalidad preferida del aparato, sistema(s) que eficazmente aprovechan y eficientemente convierten la fuerza/energía gravitacional para generar energía eléctrica de gran escala que comprende (sin limitación alguna y más particularmente, para proporcionar un ejemplo y explicación simple) tres unidades idénticas en donde cada unidad individual comprende: (i) Un primer canal cilindrico vertical hueco, 58 metros de altura, diámetro interior de 1 metro 30 cms, y un grosor de pared de 50 cms erigida sobre el nivel de piso, provisto con por lo menos dos rieles guía a lo largo de sus paredes interiores a través de los cuales (ii) un peso principal que comprende (ii) (a) un componente superior llamado el cabezal hecho de, preferiblemente (pero sin limitarse a), titanio con una altura de 30 cm, un peso de 500 kg, un diámetro de 1 m, forma cilindrica que corresponde a una sección transversal del canal y provisto con rodillos en su periferia, que se ajustan y deslizan a través y a lo largo de dichos rieles guía de dicho canal vertical, y (ii)(b) un componente inferior que es una flecha vertical preferiblemente hecha de (pero sin limitarse a) titanio con una longitud de 45 metros y un peso de 100 kg por metro de altura, = 4500 kgs de peso, y que soporta dientes en un lado a lo largo de 40 metros, es decir, desde el 5o metro superior al 44° inferior de su longitud que acopla un engranaje principal con un perímetro de 1 metro, que a su vez gira directamente la flecha horizontal de 0.96 metros de radio de un generador, mientras dicha flecha vertical se mueve hacia abajo con el peso principal cayendo debido a la fuerza gravitacional a una velocidad de 3 m/seg = 13.3 segundos para una caída de 40 metros, es decir, teniendo la debida consideración a la resistencia del aire atmosférica y a la resistencia proporcionada por el engranaje en la flecha horizontal con la que está engranada y gira. Dicho componente superior o cabezal (ii)(a) del peso principal es, de preferencia (pero no limitado a), cilindrico, óvalo cilindrico, prisma cuadrado o de cualquier otra forma que corresponda con dicho primer canal vertical hueco y dependiendo de requerimientos específicos de un proyecto. Por ejemplo, donde el proyecto sirva para generación de electricidad a gran escala donde se use un peso muy fuerte y grade, es preferible usar una forma cilindrica, ovalada o prisma cuadrado para alojar un gran número de cuerdas para suspender dicho peso. Dicho engranaje principal actúa como una rueda libre para permitir un acoplamiento bidireccional y giro unidireccional, es decir, cuando dicha flecha vertical se mueve hacia abajo. (a) Mientras dicho peso principal realiza una caída libre hacia abajo por influencia de la gravedad, su componente superior o cabezal alcanza el fondo del canal vertical hueco en donde es gradualmente detenido con ayuda de una combinación de cámara/s de aire, impulsor/es de aire, resorte/s, frenos, electro imán/es al igual que por el movimiento opuesto del contrapeso en el otro lado; y la flecha vertical siendo el componente inferior de dicho peso principal entra a un tubo hueco subterráneo vertical de 45 metros de profundidad.

El peso está suspendido por alta resistencia: 24 mm de cuerdas de tracción hechas de (pero sin limitarse a) cuerdas de tracción de fibra sintética auto lubricadas, desde un sistema de poleas en donde los otros extremos de dichas cuerdas están unidas a (iii) un contrapeso que está montado en un elevador de forma que dicho elevador (junto con dicho peso) está suspendido para deslizar hacia arriba y hacia abajo en una estructura vertical erigida en paralelo a dicho canal vertical hueco, de forma que la dirección de movimiento del peso principal es opuesto a la del contrapeso que de acuerdo con esta modalidad es ligeramente más pesado que el peso principal, es decir, 5100 kg.

El contrapeso que más o menos equilibra el peso principal, está montado en un sistema de elevador potenciado para cargar hacia arriba y hacia abajo a velocidades predeterminadas para sincronizar el peso descendiente de forma que la revolución de la flecha horizontal del generador se mantiene constante. Dicho elevador está potenciado por un motor de 20 HP que levanta el contrapeso a 45 metros en 15 segundos, por lo que la energía necesaria es de 12 KW en 15 segundos. Por lo tanto, en esta modalidad que comprende 3 unidades, la energía total consumida por las tres elevaciones es (12kw x 4 x 60 x 24) = 69MW en un día. El peso principal y el contrapeso están cada uno suspendidos por un conjunto de 9 cuerdas de alta resistencia de 24 mm.

Dichas cuerdas en cada unidad corren a lo largo de un sistema de poleas; cada sistema comprende 12 hileras de poleas y, por lo tanto, se usan 36 poleas en esta modalidad que comprende 3 unidades. Cada polea está hecha de bronce de manganeso y tiene un diámetro de 50 cm. Cada sistema de poleas está diseñado para proveer generación de energía auxiliar de forma que permiten bobinas/imanes de montaje para producir electricidad.

La sincronización de movimientos hacia arriba y hacia abajo del peso principal y del contrapeso se lleva a cabo con ayuda de sensor(es) magnético(s) que está(n) colocado(s) a una distancia de 40 metros de la cúspide del primer canal vertical, para controlar la velocidad del contrapeso y así la del peso principal.

Cuando el cabezal de dicho peso principal alcanza el fondo del primer canal vertical hueco a 40 metros de profundidad, el sensor magnético de la Unidad I activará una señal electrónica en el elevador de la Unidad I para ejercer el efecto de retardo necesario por medio de frenos o movimiento en la misma dirección que el peso principal de la unidad U, por lo que primero controla/retarda la caída de dicho peso principal y posteriormente lo pone en movimiento en dirección opuesta para desplazarse hacia atrás y hacia arriba a su posición original.

Dicho sensor en la Unidad I, también activará una señal electrónica en el elevador en la Unidad I para iniciar la fase de caída principal del peso principal en la Unidad II. Este ciclo lo repite el sensor magnético en la Unidad II, en tándem, para ordenar activar el elevador en la Unidad III para comenzar la fase de caída libre del peso principal en la Unidad III, y de igual forma, el ciclo se repite para el sensor magnético en la Unidad III, en tándem, para ordenar activar el elevador en la Unidad I para comenzar la fase de caída libre del peso principal en la Unidad I, por lo que se asegura que por no menos una flecha vertical (de una de las 3 Unidades) estará en fase descendiente/de caída en cualquier momento determinado.

Procedimiento/método de generación de energía/electricidad: Arranque: (a) De acuerdo con esta modalidad, debido a que el contrapeso es más pesado que el peso principal, la posición predeterminada antes del arranque sería: el peso principal elevado a 45.5 metros de altura en el primer canal hueco vertical y el contrapeso Gunto con el elevador) colocado al fondo de la estructura vertical. Por lo tanto, la operación de arranque involucra, entre otras, operar dicho elevador en una dirección ascendente para causar que el peso principal caiga. Este procedimiento consume la máxima entrada de potencia/energía particularmente al principio de este paso ya que la dirección de movimiento del elevador (junto con el contrapeso) es en contra de la gravedad, pero conforme el elevador se mueve hacia arriba, la carga en el es simplemente la diferencia entre los pesos del peso principal y del contrapeso que no es más de 10% del peso en caída. Además, conforme el peso en caída gana impulso bajo la influencia de la gravedad, éste acelera constantemente por lo que la velocidad tiende a aumentar linealmente y la distancia abarcada en tiempo de unidad tiende a incrementar al cuadrado. Es durante esta fase que la gravedad realiza el máximo trabajo que es aprovechado al poner en marcha la flecha vertical del peso principal para que la flecha horizontal ponga en marcha el giro del generador. Sin embargo, conforme el peso principal cae y alcanza el fondo, este es cuidadosamente retardado y detenido por un mecanismo de retardado y detenido que comprende (pero no se limita a) frenos y movimiento opuesto del elevador Gunto con el contrapeso) en el otro lado.

Operación de rutina (b) En el siguiente paso (es decir, después de que cae el peso principal), el elevador (junto con el contrapeso) que está elevado en el extremo superior de la estructura vertical, es activado por el sensor y mecanismo de señalización como se explica anteriormente, para iniciar el movimiento descendente. Este movimiento descendiente consume la potencia/energía mínima por dos razones, (i) porque el peso total del contrapeso (junto con el elevador) es mayor que el del peso principal en el otro lado, y (ii) este movimiento descendiente es a lo largo de la dirección de (y por lo tanto además ayudado por) gravedad. En modalidades que comprende mayores números de tales unidades, esta paso se puede realizar incluso sin hacer funcionar el elevador con energía porque el contrapeso más pesado sobrepasaría en automático al peso principal y lo levantaría de vuelta. (c) Los mecanismos de sensor y señalización se ponen en sincronía con el movimiento y dirección del elevador junto con el contrapeso para asegurar que por lo menos una flecha vertical (de una de las 3 Unidades) esté en su fase descendiente/ de caída en cualquier momento determinado para mantener RPM constante de la flecha horizontal del generador. (d) Por lo tanto, esta modalidad puede generar salida de energía neta en el rango de por lo menos 562 MW por día, respecto a 30% de la entrada de energía consumida para sostener el movimiento ascendente, descendente del peso principal y contrapeso. (e) Por lo tanto, la configuración ideal para una planta se basaría en el cálculo de requerimiento de energía, para optimizar el número de unidades empleadas, con la distancia y velocidad de la caída libre del/los objeto(s) con masa pesada, por lo que el movimiento ascendente o descendente del peso principal o del contrapeso en cualquier unidad determinada sería pasivo y completamente impulsado solo por gravedad, para lograr la entrada mínima de energía y eficacia superlativa.

Modalidad II: En otra modalidad, los requerimientos de energía de entrada se pueden minimizar más en donde todas las otras condiciones, parámetros son los mismos que en la modalidad preferida I detallada anteriormente, las características distintivas son: (i) El sistema de poleas colocado horizontalmente sobre la cámara vertical y la estructura está conectado a uno o más motores potenciados por una fuente externa o por una parte de la energía de salida generada por esta invención, de forma que gira en sentido de las manecillas del reloj y/o en dirección contraria a las manecillas del reloj para levantar o dejar caer el peso principal o contrapeso, según el caso que sea, ya sea además de dicho elevador como se menciona en la modalidad 1 anterior o sin el uso de ningún elevador. (ii) En esta modalidad, los medios que funcionan sobre dichas poleas y que suspenden los pesos necesitan ejercer suficiente fricción y agarre sobre las poleas de forma que evitan un deslizamiento. Una buena alternativa a dichas cuerdas como se menciona en la modalidad preferida I son (pero no se limita a) bandas de material conveniente conocido en la técnica, provisto con dientes que engranan con los dientes de dichas poleas que están convenientemente modificados para asemejar engranajes con dientes para corresponder con aquellos en dichas bandas. (iii) Por lo tanto, en esta modalidad el peso principal y el contrapeso son de preferencia iguales en masa y así, una vez que se ponen en movimiento los pesos por las poleas giratorias, un simple estímulo es suficiente para acelerar la ciada del peso principal, por lo que se conserva la energía de entrada y aumentando la eficacia de salida.

Modalidad III: En otra modalidad, los requerimientos de energía de entrada se pueden minimizar más en donde todas las otras condiciones, parámetros son los mismos que en la modalidad preferida I detallada anteriormente, las únicas características distintivas son: (i) El peso principal y el contrapeso son exactamente iguales, (¡i) Cada uno del peso principal y contrapeso está también unido a un elevador superior que está colocado sobre el respectivo peso (es decir, el peso principal o el contrapeso) y un elevador inferior colocado debajo del respectivo peso (es decir, el peso principal o contrapeso) y en donde cada uno de dichos elevadores superior e inferior se puede desprender de su respectivo peso. (iii) Los mecanismos de sensor y señalización, con base en un cálculo que racionaliza y optimiza la distancia, velocidad y números de unidades en el sistema, rige la unión y el desprendimiento programado de dichos elevadores de sus respectivos contrapesos. (iv) Cada uno de dichos elevadores tiene su propia masa y peso que es constante con los elevadores en una unidad determinada. (v) Cuando un elevador determinado se une a su respectivo peso, mientras que el otro elevador se desprende de su respectivo peso se produce un desequilibrio o desbalance, que a su vez provoca que el peso del cual uno o ambos elevadores se desprenden para elevarse automáticamente mientras el peso en el otro lado con sus dos respectivos elevadores unidos a él, sean por lo tanto más pesados para caer, ya sea libremente bajo la influencia de la gravedad o debido al movimiento potenciado del/los respectivo(s) elevador(es). (vi) Este movimiento ascendente o descendente, hace uso de la fuerza gravitacional al máximo y por lo tanto minimiza el requerimiento de energía de entrada de forma tal para lograr eficiencia generadora de energía superlativa del sistema.

Claims (43)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un sistema para convertir energía gravitacional en energía cinética, el sistema comprende: medios de conversión de energía para convertir energía gravitacional generada por la caída libre del peso principal en energía cinética, los medios de conversión de energía comprenden un engranaje principal; y por lo menos una unidad, cada unidad comprende: un peso principal adaptado someterse a una caída libre a lo largo de una dirección de aceleración de caída libre entre una posición de elevación superior y una posición de elevación inferior; y una flecha vertical adaptada para extenderse hacia abajo del peso principal a lo largo de la dirección de aceleración de caída libre para inducirse en la caída libre junto con el peso principal, la flecha tiene un eje longitudinal y una pared lateral a lo largo del eje longitudinal adaptado para engranar y girar el engranaje principal mientras el peso principal está en caída libre entre la posición de elevación superior y la posición de elevación inferior.

2.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la posición de elevación superior y la posición de elevación inferior definen una altura de caída libre, y en donde la flecha vertical tiene una longitud igual o mayor a la altura de caída libre.

3. - El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el engranaje principal está ubicado en proximidad con la posición de elevación inferior.

4. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la flecha vertical se extiende a lo largo de la dirección de aceleración de caída libre entre el peso principal y el engranaje principal para engranar y girar el engranaje principal en todo momento durante la caída libre del peso principal.

5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque la pared lateral de la flecha vertical comprende dientes de flecha y el engranaje principal comprende dientes de engranaje, los dientes de flecha y de engranaje están adaptados para encajar entre sí para permitir que el engranaje principal gire de acuerdo con un eje de giro perpendicular a la dirección de aceleración de caída libre mientras el peso principal está en caída libre entre la posición de elevación superior y la posición de elevación inferior.

6. - El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque los dientes de la flecha vertical se ubican a lo largo de la pared lateral de la flecha de tal forma que los dientes de la flecha engranan con los dientes de engranaje solo después de que se ha activado la caída libre del peso principal para evitar fricción con los dientes de fricción mientras el peso principal todavía está en una posición estacionaria.

7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el peso principal y la flecha vertical son integrales.

8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el peso principal tiene un primer centro de gravedad y la flecha vertical tiene un segundo centro de gravedad que corresponde al primer centro de gravedad.

9. - El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque cada unidad también comprende medios de retardo y de detención para retardar y detener el peso principal en proximidad con la posición de elevación inferior.

10. - El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque los medios de retardo y d e detención comprenden por lo menos alguno de una cámara de aire, un impulsor de aire, resortes, frenos, electro imanes, movimiento opuesto del contrapeso.

11. - El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque los medios de retardo y de detención se ubican en proximidad con la posición de elevación inferior.

12. - El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado además porque cada unidad comprende: un primer canal vertical adaptado para extenderse a lo largo de la dirección de aceleración de caída libre entre las posiciones de elevación superior e inferior y adaptado para recibir y guiar el peso principal y la flecha vertical a lo largo de la dirección de aceleración de caída libre entre las posiciones de elevación superior e inferior.

13. - El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el primer canal vertical comprende rieles guía y rodillos adaptados para permitir que el peso principal se deslice dentro del canal en la dirección de aceleración de caída libre entre las posiciones de elevación superior e inferior.

14. - El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el primer canal vertical tiene una sección transversal que corresponde sustancialmente en forma con la sección transversal del peso principal.

15. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque los medios de conversión de energía también comprenden una flecha horizontal y una rueda libre en cooperación con el engranaje principal, en donde la flecha horizontal está adaptada para extenderse a lo largo del eje giratorio del engranaje principal y para girar en una dirección giratoria cuando la flecha vertical engrana y gira el engranaje principal mientras se mueve hacia abajo en la dirección de aceleración de caída libre durante la caída libre, y en donde la rueda libre está adaptada para prevenir que la flecha horizontal gire en una dirección opuesta a la dirección giratoria cuando la flecha vertical engrana el engranaje principal mientras se mueve hacia arriba en contra de la dirección de aceleración de caída libre.

16. - El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque cada unidad también comprende un tubo hueco adaptado para ubicarse debajo del canal vertical a lo largo de la dirección de aceleración de caída libre para alojar la flecha vertical conforme el peso principal cae desde la posición de elevación superior a la posición de elevación inferior.

17. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el tubo es subterráneo.

18. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el peso principal y la flecha vertical están hechos de material de masa y densidad convenientes.

19. - El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque material comprende titanio.

20. - El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el peso principal es de forma sustancialmente circular y tiene un diámetro de por lo menos 1 metro.

21. - El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la flecha vertical tiene una longitud de por lo menos 45 metros y un peso de aproximadamente 100 kg por metro de longitud.

22. - El sistema de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el peso de la flecha vertical es aproximadamente 9 veces el peso del peso principal.

23. - El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el engranaje medio es circular en forma y tiene un perímetro de aproximadamente 1/45 la longitud de la flecha vertical.

24. - El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado además porque por lo menos una unidad es por lo menos dos unidades, las por lo menos dos unidades están adaptadas para operar en sincronización tándem para mantener un giro continuo del engranaje principal de manera que por lo menos una unidad esté en operación en cualquier momento para acoplar y hacer girar el engranaje principal.

25. - El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque dichas por lo menos dos unidades comprenden además sensores y medios de señalización para asegurar dicha sincronización tándem entre las unidades.

26 - El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado además porque cada unidad además comprende un contrapeso adaptado para estar en cooperación de equilibrio con el peso principal para reducir el peso principal en proximidad con la posición de elevación inferior durante la caída libre.

27.- El sistema de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque el peso principal tiene una primera masa y el contrapeso tiene una segunda masa, en donde la cooperación entre el peso y el contrapeso es tal que el contrapeso ayuda a elevar el peso principal desde la posición en elevación inferior a la posición en elevación superior de manera que solamente la diferencia de masa entre la primera y segunda masas necesite trabajarse por otra fuente de energía.

28. - El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque cada unidad comprende además poleas y cuerdas adaptadas para proporcionar la cooperación de equilibrio entre el peso y el contrapeso.

29. - El sistema de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque cada unidad comprende además sensores, medios de señalización y velocímetros para controlar y sincronizar la velocidad del contrapeso mientras está en cooperación de equilibrio con el peso principal de manera que el giro del engranaje principal permanezca sustancialmente constante durante la caída libre del peso principal.

30 - El sistema de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque cada unidad comprende además un segundo canal vertical adaptado para extenderse adyacente y paralelo al primer canal vertical para recibir y guiar el contrapeso en un movimiento ascendente y descendente.

31.- El sistema de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque cada unidad comprende además medios de elevación para elevar por lo menos uno del peso y el contrapeso contra la dirección de aceleración de la caída libre si se requiere.

32. - El sistema de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque los medios de elevación se potencian por una fuente de energía auxiliar.

33. - El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el contrapeso es de 3% a 10% más pesado que el peso principal.

34. - El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el contrapeso es de 3% a 10% más ligero que el peso principal.

35.- El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el peso y el contrapeso tienen el mismo peso.

36. - El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque dichos medios de conversión de energía generan electricidad, y en donde los medios de elevación se potencian al menos parcialmente por la electricidad generada.

37. - El sistema de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque la fuente de energía auxiliar comprende un motor adaptado para proporcionar potencia a los medios de conversión de energía y poleas.

38.- El sistema de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado además porque los sensores para controlar y sincronizar la velocidad comprenden por lo menos uno de sensores magnéticos, sensores de haz de luz/ láser, sensores infrarrojos pasivos, sensores de detonación, sensores de presión, sensores de proximidad, y sensores eléctricos.

39. - El sistema de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado además porque la fuente de energía auxiliar comprende bobinas e imanes, dichas bobinas e imanes están adaptados para proporcionar una red eléctrica a por los menos una de poleas, el primer canal vertical, el segundo canal vertical, el peso principal, el contrapeso, los medios de conversión, la flecha vertical y el tubo hueco.

40. - Un método para generar electricidad que utiliza medios para convertir la energía gravitacional en energía cinética que comprende un engranaje principal, el método comprende: a) acoplar un peso principal en una caída libre desde una posición en elevación superior a una posición en elevación inferior a lo largo de una dirección de aceleración de caída libre, el peso principal tiene una flecha vertical que se extiende hacia abajo en la dirección de aceleración de caída libre entre el peso principal y el engranaje principal, el engranaje principal se ubica en proximidad con la posición en elevación inferior, de manera que la flecha vertical se induzca en la caída libre junto con el peso principal y acople y haga girar el engranaje principal de acuerdo con un eje de giro perpendicular a la dirección de aceleración de caída libre en todo momento durante la caída libre a medida que el peso principal cae entre las posiciones en elevación superior e inferior; b) utilizar la energía cinética generada por el giro del engranaje principal para producir electricidad.

41.- El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque también comprende: c) equilibrar el peso principal que tiene una primera masa por un contrapeso que tiene una segunda masa de manera que solamente se trabaje la diferencia neta de la primera y segunda masas por medio de una fuente de energía auxiliar para elevar por lo menos uno del peso principal y el contrapeso a su posición original, a lo largo de la dirección de gravedad o de otra forma, dicha fuente de energía auxiliar comprende por lo menos una energía parcial generada por los pasos a) y b).

42.- El método de conformidad con la reivindicación 41 , caracterizado además porque también comprende: d) proporcionar por los menos dos unidades para realizar los pasos a) a c) de manera que por lo menos dos unidades operen en un tándem sincronizado para mantener una RPM constante del engranaje principal y de manera que por lo menos una unidad esté en operación todo el tiempo.

43.- El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque los medios de conversión de energía también comprenden una flecha horizontal y una rueda libre en cooperación con el engranaje principal, en donde la flecha horizontal está adaptada para extenderse a lo largo del eje giratorio del engranaje principal y para girar en una dirección giratoria cuando la flecha vertical engrana y gira el engranaje principal mientras se mueve hacia abajo en la dirección de aceleración de caída libre durante la caída libre, y en donde la rueda libre está adaptada para prevenir que la flecha horizontal gire en una dirección opuesta a la dirección giratoria cuando la flecha vertical engrana el engranaje principal mientras se mueve hacia arriba en contra de la dirección de aceleración de caída libre.