WO2016051010A1

WO2016051010A1 - Sistema recuperador de energía

Info

Publication number: WO2016051010A1
Application number: PCT/ES2015/070874
Authority: WO
Inventors: Jaime Martin Asensio; Ignacio Asensio Barabash
Original assignee: Jaime Martin Asensio; Ignacio Asensio Barabash
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-04-07
Also published as: ES2539534A1; EP3202468A1; ES2539534B1; EP3202468B1; PT3202468T; EP3202468A4

Abstract

El sistema se basa en utilizar varias bicicletas estáticas (1) cuyo eje pedalier se asocia a un generador, materializado específicamente en un motor asíncrono de anillos rozantes, que permite generar energía en alterna, que puede ser consumida directamente por la instalación de que se trate sin necesidad de tener que emplear dispositivos de acumulación de energía tales como baterías y similares.

Description

D E S C R I P C I Ó N

SISTEMA RECUPERADOR DE ENERGÍA OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de recuperación de la energía generada en el pedaleo, cuya evidente finalidad es la de aprovechar la energía que se produce en la actividad del pedaleo de una bicicleta estática, o bien de una bicicleta normal dispuesta sobre un soporte estático, para que esa energía pueda aprovecharse al transformarse en energía eléctrica.

De forma mas concreta, el objeto de la invención es el de recuperar la energía que se pierde en las bicicletas estáticas, al realizar el ejercicio físico por parte de los usuarios, así como promover las sensibilización y concienciación ciudadana acerca de la demanda energética de nuestras actividades diarias, todo ello sin necesidad de tener que emplear baterías o medios de almacenamiento eléctrico. El campo o sector técnico en el que es aplicable la invención, es el de la producción y generación de energía, así como el consumo final de esta, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Actualmente cada día es mas creciente la preocupación por el medio ambiente, el deporte y por supuesto el coste de la energía, por lo que seria de gran utilidad y deseable el poder utilizar la energía que se pierde en determinadas actividades físicas, concretamente en la producida por el pedaleo en bicicletas estáticas. Si bien es conocida la inclusión de alternadores o dinamos en bicicletas para la generación de energía eléctrica, esta solución se aplica a los elementos eléctricos que participan en las mismas, de manera que no puede aprovecharse para otras aplicaciones o ámbitos externos.

Hoy día existen instalaciones en las que en un circuito se agrupan varias bicicletas estáticas dotadas con los equipos anteriormente comentados, los cuales alimentan a un conjunto de baterías o acumuladores, para poder aprovechar dicha energía generada.

El problema que presentan este tipo de instalaciones es que las baterías a emplear son caras, voluminosas y necesitan un mantenimiento constante, por lo que sería deseable disponer de otros medios para el aprovechamiento de dicha energía generada.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema que se preconiza, parte de la estructura conocida y anteriormente referida, en la que participan una serie bicicletas estáticas establecidas en un local o lugar determinado, en las que dichas bicicletas se aunan para accionar correspondientes motores/generadores, de manera que la energía eléctrica generada pueda ser aprovechada para usos externos, por lo que el sistema tiene por finalidad la creación de un espacio donde se conjugan el ocio, la concienciación acerca de la eficiencia energética, la solidaridad y la actividad física, explorando el uso de la propia energía que se produce pedaleando, motivados por actividades de ocio, o para obtener el rendimiento económico de nuestro pedaleo, incluso poder invertirlo en proyectos de carácter social asociados al proyecto. Evidentemente, la creación de un espacio en el que a través de bicicletas estáticas se genera energía, motiva a los usuarios a realizar una actividad física basada en el pedaleo de forma que el propio usuario es el propio motor y generador de la energía, contabilizándose esta y aprovechándose directamente en la propia instalación eléctrica del gimnasio o local en el que se instalan las bicicletas.

Es evidente que el beneficio generado, por ejemplo, en una empresa en la que es aplicable el sistema de la invención, revierte en los usuarios a través de diferentes formas creadas, tanto para la concienciación en ahorro y producción de energía, como para el apoyo económico a proyectos de índole social propuestos, tanto por los promotores como por el propio usuario.

Además de la utilización de bicicletas estáticas, el sistema permite la utilización de bicicletas normales dispuestas sobre soporte fijo, lo que permite siempre aprovechar un producto existente en el mercado para la generación de energía, contabilizándose esta para su utilización como banco de datos para realizar estadísticas de consumo y producción. A partir de esta estructuración convencional, la invención se centra en el empleo de motores/generadores asincronos de anillos rozantes, asociados al eje de giro de las bielas de las bicicletas, de manera que mediante el empleo de este tipo de motores/generadores, no se precisen circuitos de almacenamiento de energía, con sus correspondientes acumuladores o baterías, de modo que la energía pueda ser aprovechada directamente en la instalación en la que se establecen las bicicletas.

El motor asincrono se utiliza como generador conectado a la red eléctrica de corriente alterna, inyectándole por sus anillos rozantes una tensión, proveniente de un oscilador de frecuencia variable controlado en tensión, tal que, al girar por efecto del pedaleo, funcione como generador asincrono. También se mide la velocidad de giro del eje del motor y los vectores de tensión e intensidad en el motor asincrono. Conocidas, de esta forma, la potencia generada y la velocidad de giro se obtiene el par resistente. Dicho par resistente se compara con la consigna de par dada por un potenciómetro o similar. La señal de error obtenida hace variar la frecuencia de la tensión inyectada en los anillos rozantes, de manera que el par resistente sea el determinado por la consigna.

La tarea de regulación se encomienda a un microcontrolador. Obtiene la potencia generada de la medición de los vectores de tensión de red e intensidad generada. La velocidad se deduce de un dispositivo de medición solidario con el eje del motor.

La salida es una señal eléctrica que se aplica al generador de frecuencia variable.

De esta forma, el motor, actúa como generador, de manera que la energía generada haciendo uso del pedaleo es de corriente alterna y en fase con la tensión de la red. Es decir, al forzar al motor a dar vueltas mediante el pedaleo, este en vez de recibir la corriente alterna por el estator, generará corriente a través del mismo y hacia la instalación eléctrica del lugar de emplazamiento del sistema, de manera que al final el efecto seria que una parte del gasto eléctrico del lugar dejaría de consumirse de la red eléctrica convencional. En definitiva, el sistema de la invención establece u ofrece un espacio innovador, diferente de transformación de la energía humana en energía eléctrica, consiguiendo un entorno de concienciación que además posibilita la financiación del proyecto, así como un beneficio económico personal, además del ya recibido en forma de salud, todo ello de manera tal que no necesariamente se obtiene un mayor ahorro creando aparatos mas eficientes, sino haciendo a los usuarios mas conscientes del consumo de los mismos, y esto se puede apreciar en campañas como las de ahorro de agua, que se intenta concienciar a través de números y estadísticas a los consumidores para que tomen conciencia de las implicaciones de sus acciones.

Por otro lado, cabe decir en relación con el impacto medioambiental, que la idea subyacente del proyecto de generación de energía a través del ejercicio del pedaleo, no por el volumen de la misma si no por la actividad empleada en la generación lleva con sigo una actividad física humana que permite reflexionar acerca de la gestión de las fuentes de energía y los procesos de la formación energética a nivel global, de manera que el ahorro que supone la concienciación de los consumidores es comparable con el ahorro energético, ambiental y económico que se ha provocado en la industria de las bolsas de basura, puesto que las campañas de concienciación provocan que las personas se percaten del impacto de su mala gestión, permitiendo una bajada en costes de producción y en la gestión del desperdicio en porcentajes inigualables de medios en la mejora en el proceso de fabricación o reciclaje de las propias bolsas. El proyecto en el que se materializara el sistema de la invención, actuará a su vez como centro de sensibilización ambiental y como punto de partida y lanzadera para proyectos de base común. Por último decir que el servicio ofrecido en base al sistema de la invención pretende crear por si mismo un nuevo mercado, que corresponde al de la exploración del uso de la energía humana originada en el pedaleo para disfrutar de sus aplicaciones y dedicar su producción a distintos fines, de manera que el público surge, aunque no de manera exclusiva, de la creciente concienciación social acerca de la importancia que tienen en nuestro bienestar social y colectivo el medioambiente, el deporte y el propio usuario como consumidor.

En definitiva, se consigue una instalación eficiente, sencilla, sin necesidad de medios de almacenamiento de energía, ni constante mantenimiento, en el que participan unos motores/generadores de menor coste que los motores de corriente continua, y en la que se aprovecha mejor la energía, puesto que no hay que transformarla en corriente alterna para su uso, al contrario de lo que sucede con los motores de corriente continua.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Corresponde a un grupo de bicicletas estáticas a cuyos ejes pedalier se conecta un alternador cuya salida se conecta a un punto eléctrico común para su aprovechamiento eléctrico.

La figura 2.- Muestra un diagrama de bloques de los elementos que participan en el conjunto eléctrico del sistema, incluido el motor/generador.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Como se puede ver en la figura 1, el sistema de la invención parte de la utilización de una pluralidad de bicicletas estáticas (1), de manera que el correspondiente eje pedalier (2) de tal bicicleta (1), se asocia a un generador de energía eléctrica, de manera que la energía producida en el pedaleo por parte de una persona, se conecta a la red (4) eléctrica de la instalación, a través del correspondiente cableado (3), sin necesidad de empleo de baterías o elementos de acumulación.

Para ello, de forma mas concreta, según el concepto presentado mas arriba, tal y como se puede observar en la figura 2, el generador que se asocia al eje pedalier de cada bicicleta se materializa específicamente en un motor asincrono de anillos rozantes (5), en el que el estator (6) va conectado a la red eléctrica (4) directamente.

Por su parte, el eje del motor y consecuentemente su rotor (7) va conectado por medio de la correspondiente transmisión al eje pedalier de la bicicleta.

A dicho rotor (7), concretamente al sistema de anillos rozantes, se conecta un oscilador de frecuencia variable (8) en torno a la frecuencia de red, que permite variar el deslizamiento eléctrico de motor, con independencia de la velocidad mecánica y por tanto la potencia generada por el motor.

El microcontrolador (9) mide los vectores de tensión e intensidad, mediante sendos dispositivos (en el dibujo, materializados como 10 y 11 respectivamente). De ellos y de la medida de velocidad de giro, dispositivo materializado en el dibujo como 12, se obtiene el par resistente. De su comparación con el deseado, establecido por un potenciómetro o similar, se obtiene la señal que atacando al oscilador de frecuencia variable consigue que el par resistente sea igual al deseado.

La información recabada por este controlador se almacenaría en una base de datos centralizada para poder realizar estadísticas de generación, además de para ofrecer todo tipo de aplicaciones al usuario.

El concepto del generador asincrono de anillo rozante es innovador porque la energía generada haciendo uso del pedaleo es generada en forma de corriente alterna y en fase con la energía recibida por el estator. Es decir, al forzar al motor a dar vueltas mediante el pedaleo, éste en vez de recibir la comente alterna por el estator, generaría corriente a través del mismo y hacia la instalación eléctrica de la sala. El efecto al final sería que una parte del gasto eléctrico de la sala dejaría de consumirse de la red eléctrica convencional puesto que a la instalación eléctrica de la misma se le estaría inyectando la energía generada.

A partir de esta estructuración se hace necesario un circuito adicional que evite que el saldo de energía generada llegue a ser positivo. Se recurre para ello a una carga resistiva conmutada gestionada por un microcontrolador ( 12), como indica la figura, según el siguiente proceso:

La carga conmutada se representa como (15). El microcontrolador (12) mide la tensión a través del dispositivo (14) y la intensidad mediante el dispositivo (13). Calcula con ellas el saldo de potencia generada y actúa sobre la carga resistiva conmutada (15), de manera que dicho saldo sea siempre nulo. Otro tanto ocurre con la potencia reactiva de la que el motor es consumidor. Ésta se le suministra en forma análoga mediante el condensador conmutado (16). Como efecto colateral, el dispositivo consigue un eos φ = 1, (consumo o generación nulos de reactiva) con la consiguiente mejora en la factura eléctrica.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1.- Sistema recuperador de energía, que siendo del tipo de los que emplean una o más bicicletas para el accionamiento de medios de generación de energía, conectados a una instalación eléctrica, se caracteriza porque como medios de generación de energía las bicicletas incorporan sendos motores asincronos de anillos rozantes, (5), en los que el estator (6) va conectado a la red eléctrica (4) directamente, mientras que el eje del motor y consecuentemente su rotor (7) va conectado por medio de la correspondiente transmisión al eje pedalier de la bicicleta, habiéndose previsto que el rotor (7), concretamente el sistema de anillos rozantes, se conecte a un oscilador de frecuencia variable (8), en torno a la frecuencia de la red, que permite variar el deslizamiento eléctrico de motor, con independencia de la velocidad mecánica y por tanto la potencia generada por el motor; con la particularidad de que el microcontrolador (9) incluye medios de medición de los vectores de tensión e intensidad, mediante sendos dispositivos (10) y (11) respectivamente y de medida de la velocidad de giro por el dispositivo (12), para obtener el par resistente, así como medios de comparación con el par deseado, establecido por un potenciómetro o similar, de manera que a través del correspondiente firmware de programación del microcontrolador se genera una señal de ataque al oscilador de frecuencia variable mediante la que el par resistente es igual al deseado, con la particularidad de que el circuito se complementa con un circuito adicional de control de la energía generada, tanto del exceso de energía generada como de regulación de la energía reactiva, en el que participa un un segundo microcontrolador (12) dotado de medios de análisis de la corriente (13) y tensión (14) de red, y de conexión conmutada a la red de una resistencia conmutada (15) de consumo de la energía sobrante en la instalación, así como de un condensador conmutado ( 16) que satisface las necesidades de energía reactiva de la instalación.