Descriçãodescription
Gerador de energia elétrica para ferrovias A ferrovia desempenha um papel incontornável no transporte de matérias-primas e mercadorias, e consequentemente no desenvolvimento e competitividade económica nos parses em desenvolvimento, nomeadamente nos paises da África Austral. Os atuais planos de obras preveem a modernização e aumento de capacidade de carga das linhas existentes bem como a construção de novas linhas. 0 alargamento da rede ferroviária e o crescimento do tráfego das linhas existentes, aumentará os problemas de segurança das populações instaladas na sua proximidade, em particular junto das passagens de nivel pedonais e rodoviárias que atualmente não possuem sinalização.Electricity generator for railways The railway plays an essential role in the transport of raw materials and goods, and consequently in the development and economic competitiveness in the developing countries, especially in the countries of Southern Africa. The current works plans foresee the modernization and increase of load capacity of the existing lines as well as the construction of new lines. The enlargement of the rail network and the growth of traffic on existing lines will increase the security problems of the people living near them, particularly at pedestrian and road level crossings which are currently not signposted.
Na maioria destas passagens de nivel não existe alimentação elétrica da rede o que dificulta a instalação de sistemas de sinalização e segurança que possam mitigar este risco de acidente. A extensão e localização remota da rede ferroviária inviabilizam a construção de ramais de energia para a alimentação destes sistemas. A utilização de fontes de energia renováveis tradicionais, tais como energia solar ou eólica, ou sistemas geradores por queima de combustível, não são uma opção viável pois estão associados a uma operação que obriga a uma logística de visitas/inspeções periódicas para abastecimento e/ou limpeza dos mesmos, a par de se revelarem particularmente vulneráveis a atos de vandalismo ou roubo. Surge então a necessidade de se recorrer a outra fonte geradora de energia que possa estar dissimulada na infraestrutura ferroviária e que possa gerar energia elétrica suficiente para alimentar um sistema de aviso de passagem de nível. A presente invenção refere-se a um dispositivo para geração de energia elétrica a partir da energia cinética do comboio através de um sistema hidráulico acionado pela passagem do comboio sobre o dispositivo. A energia elétrica assim gerada será suficiente para alimentar sistemas de segurança e sinalização ferroviários possibilitando desta forma a sua instalação em locais onde não exista rede elétrica. 0 dispositivo gera energia elétrica a partir da energia cinética do comboio através de um sistema hidráulico acionado pela passagem do comboio sobre o dispositivo. 0 dispositivo é fixado ao carril (1). Este dispositivo contém uma caixa com pistões (2) com um conjunto de pistões hidráulicos (3), ambos com dimensões e caraterísticas otimizadas para as diferentes tipologias de carril existentes e que garantem o funcionamento do sistema ao longo da vida útil/desgaste das diferentes tipologias de carril, que à passagem do comboio sofrem um movimento linear descendente imposto pela roda. Este movimento linear descendente dos pistões hidráulicos (3) gera um caudal de óleo limitado por uma válvula limitadora de pressão (5) e com o sentido de escoamento garantido por uma válvula de retenção (6), que através de um circuito hidráulico (4) é armazenado temporariamente num acumulador de pressão (7). 0 óleo armazenado neste acumulador de pressão (7) é então utilizado para acionar um motor hidráulico (10) em regime continuo (velocidade constante) através de uma válvula de regulação de caudal (8) e de uma válvula de sequência com descarga (9) instaladas no circuito hidráulico (4). O motor hidráulico (10) está acoplado mecanicamente a um alternador elétrico (11), por um sistema de transmissão (12). A energia elétrica produzida pelo alternador elétrico (11) é transferida num circuito elétrico (22) e controlada por um módulo eletrónico (13) que gere de forma otimizada a transferência de energia elétrica para um ultracondensador (14) através da monitorização e controlo da energia armazenada no ultracondensador (14) e das pressões existentes no acumulador de pressão (7) e no acumulador de pressão (17). A energia armazenada no ultracondensador (14) é utilizada para efetuar o carregamento de forma mais lenta de uma bateria para armazenamento de energia (16), através de um conversor DC/DC (15). O óleo de saida do motor hidráulico (10) é reposto na caixa com pistões (2) através de um circuito hidráulico (18), que é mantida pressurizada a uma baixa pressão através de um segundo acumulador de pressão (17). Este segundo acumulador (17) possui como segunda função garantir uma reserva de óleo suficiente para alimentar o circuito durante a passagem completa de um comboio. Como a caixa com pistões (2) poderá estar a uma distância considerável dos circuitos hidráulicos (4) e (18) , a inércia do óleo existente na tubagem de ligação entre a caixa e o sistema hidráulico pode exercer uma força impulsiva muito elevada nos pistões aquando do seu acionamento pelo contacto com a roda. Assim, para limitar esta força de inércia, existe um pequeno acumulador de pressão (19) colocado junto da caixa com pistões (2) no circuito hidráulico (4) e que absorve os transientes de pressão mantendo a pressão máxima nos pistões hidráulicos (3) abaixo de um valor de segurança. À entrada e à saida do acumulador de pressão (19) , existem duas válvulas de retenção (20) e (21) que garantem um caudal de óleo unidirecional.In most of these level crossings there is no mains power supply which makes it difficult to install signaling and safety systems that can mitigate this risk of accident. The extension and remote location of the rail network make it impossible to build power lines to power these systems. The use of traditional renewable energy sources, such as solar or wind power, or fuel-burning systems, is not a viable option as they are associated with an operation that requires a logistics of periodic visits / inspections for fueling and / or cleaning them, as well as being particularly vulnerable to acts of vandalism or theft. The need arises to resort to another source of energy that may be concealed in the railway infrastructure and that can generate enough electricity to power a level crossing warning system. The present invention relates to a device for generating electrical energy from the kinetic energy of the train through a hydraulic system driven by the passage of the train over the device. The electrical energy thus generated will be sufficient to power railroad safety and signaling systems, thus enabling it to be installed in places where there is no power grid. The device generates electric energy from the kinetic energy of the train through a hydraulic system driven by the passage of the train on the device. The device is secured to the rail (1). This device contains a piston box (2) with a set of hydraulic pistons (3), both with dimensions and characteristics optimized for the different rail types available and guaranteeing the system operation throughout the service life / wear of the different types of lane, which undergo a linear downward movement imposed by the wheel. This linear downward movement of the hydraulic pistons 3 generates an oil flow limited by a pressure limiting valve 5 and the flow direction guaranteed by a check valve 6 which, through a hydraulic circuit 4, is stored temporarily in a pressure accumulator (7). The oil stored in this pressure accumulator (7) is then used to drive a hydraulic motor (10) continuously (constant speed) through a flow regulating valve (8) and a discharge valve (9) installed in the hydraulic circuit (4). The hydraulic motor (10) is mechanically coupled to an electric alternator (11) by a transmission system (12). The electrical energy produced by the electric alternator 11 is transferred into an electrical circuit 22 and controlled by an electronic module 13 that optimally manages the transfer of electrical energy to an ultracapacitor 14 through the monitoring and control of the energy stored in the ultracondenser (14) and pressures in the pressure accumulator (7) and in the pressure accumulator (17). The energy stored in the ultracondenser 14 is used to slow the charging of a battery for energy storage 16 via a DC / DC converter 15. The output oil of the hydraulic motor 10 is replaced in the piston housing 2 by a hydraulic circuit 18 which is maintained pressurized at a low pressure through a second pressure accumulator 17. This second accumulator (17) has as its second function to guarantee a sufficient oil reserve to feed the circuit during the complete passage of a train. As the piston casing 2 may be a considerable distance from the hydraulic circuits 4 and 18, the inertia of the oil in the connecting tubing between the casing and the hydraulic system can exert a very high impulsive force on the pistons when actuated by contact with the wheel. Thus, in order to limit this inertial force, there is a small pressure accumulator (19) placed near the piston housing (2) in the hydraulic circuit (4) and which absorbs the pressure transients maintaining the maximum pressure in the hydraulic pistons (3) below a security value. At the inlet and outlet of the pressure accumulator (19), there are two check valves (20) and (21) which guarantee a unidirectional oil flow.