WO2022129660A1 - Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica - Google Patents

Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica Download PDF

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    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • Each arm therefore, will have its compression spring attached, which will receive its force and transfer it to the respective opposite sides. They can also be more, for example, six, in even numbers receiving smaller forces more distributed.
  • the wheels rest directly on the side walls of the vacuum chamber and with the same functions. These same sides extend and serve as support in the front area of the base.
  • the forward force FA due to pressure acts at the rear.
  • a single level can be chosen instead of two.
  • the base platforms also arranged horizontally, do not act individually but rather grouped and aligned longitudinally as an endless continuous train, moving in a closed circuit and in any direction.
  • the consecutive bases or modules will always remain united and supported by each other consecutive and solidary in a circular layout and the forces will be and will act jointly.
  • the generation powers will be based on the powers of each module, all the same and the indefinite number of these.
  • the rotors of the generators will be arranged transversely and periodically.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica basado en la presurización de un fluido que permite su fácil ubicación, sin emisiones, con alta potencia y rendimiento y costes reducidos. El sistema objeto de la presente invención está formado, al menos, por una plataforma base (1) horizontal y una cámara depósito (2), en forma de paralelepípedo que contiene un fluido sometido a presión hidrostática permanente que actúa en las seis caras rectangulares de dicha cámara (2) en sentidos opuestos y en equilibrio, entre las cuales una cara delantera (4) y una cara posterior (5), así como un fuelle o junta de expansión (6), articulado en dicha cara posterior (5), que puede expandirse por efecto de dicha presión, incorporando una pieza trapezoidal (9) que absorbe la fuerza provocada por la presión hidrostática sobre dicha cara (5), y la transmite a unas paredes laterales (12).

Description

D E S C R I P C I Ó N
SISTEMA MOTRIZ MEDIANTE PRESURIZACIÓN PARA LA PROPULSIÓN DE VEHÍCULOS Y LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención se encuadra dentro del ámbito los sistemas motrices, tanto en el sector de los vehículos terrestres y marítimos, como en el sector de la generación de energía eléctrica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen diversos sistemas motrices aplicados tanto a la movilidad como a la generación de energía eléctrica.
En ambos sectores mencionados, aún hoy se utilizan mayoritariamente combustibles fósiles como carbón, petróleo, gas natural y sus derivados. Como es conocido, los combustibles fósiles contribuyen a las emisiones de gases que provocan el cambio climático por efecto invernadero y contribuyen a la contaminación ambiental, siendo también conocidas sus fatales consecuencias.
La relación de consecuencias, directas o indirectas, que afectan al ser humano, la flora, la fauna y al planeta en general es más que amplia y cada vez con mayor incidencia, y muchas son imprevisibles.
En cuanto a las causas de estas emisiones tenemos la generación de energía con un 25%, seguido de la industria con un 20% y el transporte con un 15%, como principales causantes y que sumados equivalen a un 60% aproximado.
Existe por ello la tendencia a la eliminación de los combustibles fósiles como fuente de energía motriz, tanto en el ámbito del transporte como en de la generación de energía eléctrica.
En el ámbito del transporte, en cuanto al porcentaje de emisiones globales, en la actualidad según diversas fuentes, un 76% corresponde al tráfico de carretera, un 12% a la aviación, un 10% al naval y un 2% al ferrocarril.
En el sector carretera, que abarca motocicletas, turismos, furgonetas, camiones y bus entre otros, hay en la actualidad un parque mundial de unos mil quinientos millones de vehículos, que puede duplicarse en tan solo veinte años. Para el 2050 se prevé que un 65% de vehículos sean eléctricos y a gas como el hidrógeno, un 25% híbridos y un 10% utilizaran combustibles fósiles y con tendencia a la baja.
En la actualidad, la implantación de vehículos eléctricos o híbridos es minoritaria y se sitúa entre el 1 y el 2%. Indirectamente, sí contaminan con el uso de electricidad. Son más caros de compra y mantenimiento y tienen limitaciones de uso. Las baterías son problemáticas. La gasolina y el diésel son de uso mayoritario.
En el sector naval, se incluyen embarcaciones de todo tipo y tonelaje. Se incluyen cruceros, líneas regulares, recreativas y turísticas, mercantes, pesqueros y armada. En especial consumen fueloil, altamente contaminante. Los vertidos descontrolados son frecuentes. Como dato, en los últimos treinta años, el turismo de crucero se ha multiplicado por veinticinco. Las emisiones de gases contaminantes como CO2, óxidos nitrosos y sulfurosos, monóxido de carbono y partículas entre otros, son comunes en ambos sectores mencionados.
En el sector aéreo se utiliza principalmente el queroseno y variantes y se prevé un aumento de un 60% para el 2050. El ferrocarril está cada vez más electrificado, pero no hay que olvidar la contaminación indirecta que implica. Sigue el uso del diesel, con un desuso a corto plazo como sucedió con el carbón.
En cuanto al sector de generación de energía eléctrica, en que la invención es igualmente aplicable, la demanda para 2040 habrá sufrido un incremento del 60% debida a los avances tecnológicos y a la repercusión del aumento de población, con especial incidencia de las economías emergentes.
Las fuentes para la generación de energía de distribuyen actualmente de forma aproximada de la siguiente forma: Petróleo 33%, Carbón 29%, Gas 24%, Nuclear 4,4%, Renovables 9,6 %. De estas últimas, un 7% es hidráulica, un 1 ,45% son eólica, un 0,43% solare y 0,57% biocombustible.
Las fósiles por tanto equivalen al 86% del total y las renovables incluyendo la hidráulica son casi el 10%, es decir muy minoritarias, pero con tendencia al alza. De entre las fósiles, el petróleo y el gas sufren un agotamiento gradual y en cuanto al carbón, el mayor contaminante, las reservas son para muchos años. Las centrales térmicas emplean combustibles fósiles, con preferencia el carbón, aunque con un cierre progresivo en las próximas décadas. En las de ciclo combinado se emplea el gas natural, también emisoras de CO2. Aunque no emiten CO2, las nucleares tienen un futuro cada vez más incierto, debido a su peligrosidad y residuos.
En cuanto al uso de hidrógeno, muy abundante en el planeta y nada contaminante, su obtención, por ejemplo, por electrólisis del agua es muy costosa con alto consumo de electricidad.
Por todo ello, las energías renovables son el futuro obligado y necesario para la reducción de la emisión de gases contaminantes y de efecto invernadero.
Todos los tipos de energías renovables tienen ventajas e inconvenientes. Las centrales solares fotovoltaicas necesitan alta inversión y tienen bajos costes de explotación. Ocupan grandes extensiones de decenas de kilómetros cuadrados, requieren zonas muy soleadas y tienen bajo rendimiento, inconvenientes similares a las centrales termosolares.
Las centrales eólicas implican alta inversión, ocupan grandes extensiones de terreno y afectan al paisaje y la fauna. Las situadas “off shore”, mar adentro, implican mayor inversión, pero mejoran el rendimiento por el factor viento. Las centrales de biomasa son de escasa implantación y bajo rendimiento. Utilizan combustibles orgánicos y vegetales, contaminando con gases diversos y cenizas.
Las geotérmicas, aprovechan la energía natural de la corteza terrestre para generar vapor, pero su aplicación es muy limitada. Las mareomotrices y undimotrices aprovechan la energía de las mareas y las olas, teniendo poca implantación por la alta inversión en función de los bajos rendimientos.
Ampliamente empleada, la energía hidráulica o hidroeléctrica utiliza la gravedad del agua, en desnivel, que actúa sobre turbinas de diferentes tipos. Tiene el inconveniente de que los costes iniciales pueden ser muy elevados. Los embalses ocupan grandes extensiones y afectan a la flora y la fauna y en muchas ocasiones a la población. Además, sufre las consecuencias del cambio climático con el descenso de los recursos hídricos. Generalmente las centrales están ubicadas lejos de los centros de consumo, lo que implica costes de transporte de la energía y pérdidas de la misma por efecto Joule.
Si la energía hidráulica pudiera emplearse de forma fácil en cualquier ubicación, su empleo tendría grandes ventajas al ser una fuente de energía sin emisiones, proporcionando potencia constante y abundante y con alta eficiencia y rendimiento, así como alta operatividad diaria por encima de otros sistemas. Además, pudiendo tener costes reducidos de construcción, funcionamiento y mantenimiento en sectores como la industria, el transporte, los servicios y el uso doméstico. En este sentido, existen antecedentes de aplicación de energía de presión de un fluido para la generación de movimiento o energía, pero no existen soluciones que puedan aportar elevados niveles de energía con bajos costes y permitir su fácil ubicación, que puede ser en los propios núcleos de consumo o en los vehículos.
Es por todo ello que existe una necesidad a nivel global de sistemas motrices para el transporte y la producción de energía eléctrica que permitiendo su fácil ubicación, que puede ser en los propios núcleos de consumo, no realicen emisiones de ningún tipo en dichos núcleos, proporcionando potencia continua y abundante, con alta eficiencia y rendimiento, y teniendo costes reducidos de construcción, funcionamiento y mantenimiento.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención es la obtención de un sistema motriz para la propulsión de vehículos y la obtención de energía eléctrica que, basado en la presurización de un fluido, permita su fácil ubicación, no realice emisiones de ningún tipo en dicha ubicación, proporcionando potencia continua y abundante, con alta eficiencia y rendimiento, y teniendo costes reducidos de construcción, funcionamiento y mantenimiento. Es además una energía totalmente renovable si la energía necesaria para obtener la presurización es también de origen renovable.
El sistema objeto de la presente invención, se basa en principios y leyes fundamentales de la física, con referencia especial a los de Mecánica de Fluidos y Mecánica Clásica. En concreto, se basa en el principio de Pascal, que indica que la presión ejercida en cualquier punto de un fluido incompresible y en equilibrio, contenido en un recipiente, se transmite con igual intensidad y en todas las direcciones a todos los puntos del fluido y en perpendicular a las paredes que lo contienen.
En la invención se utilizan depósitos en forma de paralelepípedos, con seis caras rectangulares, similares a un armario convencional e igualmente posicionados en vertical, pudiendo ser de cualquier tamaño según se requiera.
En la invención, este depósito o cámara, estará permanentemente lleno de agua en reposo, la cual recibirá una presión fija o variable de entre 5 a 20 atmósferas técnicas (AT) aproximadamente, la cual incide en perpendicular en todos los puntos de cada cara, con fuerzas ¡guales y en sentidos opuestos en cada par de caras paralelas, todo lo cual equivale a un equilibrio de fuerzas. La presurización puede realizarse por diversos medios, como un simple tubo, de pequeño diámetro lleno de agua, cuya masa y por gravedad ejerce una presión hidrostática en función de la altura del fluido y también de acuerdo con el principio enunciado. También puede sustituirse utilizando como elemento de presión natural y con el mismo efecto, una masa solida fija, por ejemplo, metálica y situada sobre la cámara. Como primario también se puede utilizar un simple tornillo de presión.
Lo más práctico, es recurrirá sistemas artificiales y con bajo consumo de energía, preferentemente eléctrica, como bombas o actuadores electromecánicos. Un ejemplo lo tenemos en actuadores lineales de baja potencia en su amplia variedad, son un dispositivo mecánico simple, activado por acción hidráulica, neumática o electromecánica, que son los de mayor precisión, de estructura simple y fácil instalación y que actúan directamente sobre fluido. La presurización se realiza a través de un punto presurizador.
En el paralelepípedo de seis caras, tenemos dos caras principales, la “F”, que denominamos frontal, y la “P” posterior, siendo ¡guales, paralelas y opuestas y de mayor superficie que las cuatro restantes. La presión en las dos caras laterales y las dos de base será proporcionalmente menor en función de su superficie. En la práctica los tamaños de las caras y por tanto de las cámaras, variaran en función de la potencia requerida en cada caso.
Se articula entre la cámara y una de las caras principales, la posterior “P”, igual, paralela y opuesta a la frontal “A”, un fuelle o junta de expansión que la independiza del resto. La presión del fluido provocaría la expansión del fuelle al máximo y el desplazamiento de solidario de la cara “P” anexa. Sin embargo, si desde el exterior de la cámara se aplica una fuerza “FN”, igual y opuesta, se neutraliza e inmoviliza esta expansión de la cara “P”. Con esta neutralización y derivación en esta cara posterior, la cara frontal “F” paralela, queda liberada de su opuesta, ejerciendo libremente una fuerza impulsora “FA”, habiéndose originado un desequilibrio de fuerzas al quedar neutralizada la fuerza “FO” en dirección opuesta. Todo ello está condicionado a la efectividad de la total neutralización en la cara posterior.
Esta cámara hidráulica se asienta verticalmente sobre una base plataforma rectangular dispuesta en horizontal, que es común y solidaria a todo el sistema formado por la cámara hidráulica, el sistema neutralizadory la base plataforma mencionada que recibe la fuerza impulsora motriz. Este conjunto queda integrado y fijado en el elemento a mover transmitiéndole su fuerza de forma solidaria.
La cara posterior, está perfectamente guiada y soportada por varias barras guía horizontales y móviles, que también mantendrán su total verticalidad. La cámara quedará ensamblada en una estructura metálica que actúa como soporte de la misma y a la vez transmitirá la fuerza de avance de la cámara a la plataforma base en la que se apoya fijada.
La fuerza opuesta “FO”, debida a la presión hidrostática sobre la cara posterior, queda totalmente neutralizada e inmovilizada en ambos sentidos, para lo cual tenemos un sistema neutralizador anexo apoyado en la misma, que se encarga de recogerla y derivarla y que se describe a continuación.
El sistema neutralizador funciona de forma que la fuerza citada “FO”, se traslada a piezas en forma de trapezoide isósceles, que sirven de apoyo, y que son dos ¡guales y paralelas para un correcto equilibrio. Estos trapezoides actuaran a modo de cuñas, de forma que la fuerza “FO” que reciben, ya dividida, se divide en dos iguales y opuestas, con un cambio notable de dirección a escoger e incidiendo normalmente sobre sendos ejes verticales con una leve inclinación.
Estos ejes son de ruedas y son comunes a varias de ellas alineadas. Estas ruedas están unidas por un puente y a su vez se apoyan en sendas paredes laterales verticales, paralelas y opuestas fijadas en la plataforma base horizontal quedando ambos unidos por la citada base y reforzados por varias barras. Las ruedas, por tanto, trasladaran las fuerzas que reciben de los trapezoides a estas paredes laterales, las cuales recibirán fuerzas iguales y opuestas normales a las mismas.
Por otro lado, en los citados ejes, se origina una descomposición de fuerzas, que también dependerán del ángulo de incidencia o de inclinación de las caras laterales del trapezoide, siendo unas las tangenciales “t”, en este caso menores y paralelas a las paredes laterales y las otras las normales “n”, perpendiculares a las citadas paredes laterales opuestas. Dado este ángulo de incidencia, el valor de las normales será muy superior al de las tangenciales. Al aumentar el ángulo disminuyen las normales y se incrementan las tangenciales. Dichas fuerzas tangenciales se acumulan en este segundo nivel y se recogen en un segundo puente sobre el que va montada una segunda pieza trapezoidal.
De esta forma, en el primer nivel la fuerza FO queda reducida en un 90% aproximadamente y en un segundo nivel en casi un 100%. Opcionalmente puede recurrirse a un tercer nivel o puente, pero resulta innecesario.
Para una neutralización más estable y partiendo de este segundo nivel en el puente, se procede a la neutralización total y final de la pequeña fuerza tangencial y sin utilizar ruedas. Hay varios sistemas, siendo uno de los más propicios la utilización de muelles helicoidales de compresión adecuados. También podrían utilizarse los de torsión con o sin espiral. Estos muelles, y para un buen equilibrio, deberán ser un mínimo de dos en cada lateral. Para ello, en este segundo puente de unión, se disponen sendos ejes paralelos y verticales, con ruedas, y situados en ambos extremos y sobre los que se articulan un total de cuatro brazos correspondientes a los cuatro muelles.
Cada brazo, por tanto, llevara acoplado su muelle de compresión, el cual recibirá su fuerza y la trasladara a los respectivos laterales opuestos. También pueden ser más, por ejemplo, seis, en números pares recibiendo fuerzas menores más repartidas.
Los resortes, son de especial importancia y son el complemento final del sistema reductor y de derivación de fuerzas. Estarán sometidos a fuerzas constantes de compresión y no sufrirán deformación ni oscilaciones. Utilizando muelles estándar, la fuerza axial transmitida desde los brazos a los laterales, puede sufrir una leve desviación angular. Esta fuerza será normal a los laterales. En caso de haber una pequeña componente tangencial contraria, no afecta al avance del conjunto dado su escaso valor y no habrá deformación por pandeo. También puede optarse por un ligero precurvado previo del muelle mediante tratamiento mecánico y térmico con liberación de tensiones, de tal forma que en reposo tenga esta pequeña curvatura. Esta inflexión dependerá también de la configuración de las espiras y los pasos entre ellas, que pueden ser regulares, variables o progresivos. Así mismo y para una buena estabilidad serán cónicos o multiformes, con diámetros suficientes y extremos terminados.
Cada brazo tiene acoplado un mecanismo de regulación de presión del muelle para regular esta fuerza. Es importante tener en cuenta que las fuerzas de los muelles comprimidos contra los brazos deberán ser mayores que las opuestas de los brazos contra los muelles. De esta forma sucede que el aumento de las fuerzas de los brazos por cualquier circunstancia quedaría controlado por los muelles con el diferencial de fuerzas. En el caso que estas fuerzas respectivas fueran similares podría producirse un movimiento de desequilibrio del sistema neutralizador, quedando su esquema desactivado y sin efecto. Por tal motivo, los muelles deben estar bien graduados y con margen de seguridad. El hecho de que los muelles tengan la fuerza comentada algo superior, no afecta en nada al sistema.
En conclusión, la fuerza “FO” neutralizada quedaría derivada al cien por cien en los laterales opuestos. Por otra parte, la cara posterior de la cámara permanecería perfectamente inmovilizada. Así mismo las ruedas, al estar estabilizadas no tendrían movimiento de giro al estar neutralizadas las fuerzas tangenciales t.
Así avanzará todo el conjunto solidario de plataforma y los elementos cámara y sistema neutralizador fijados a la misma. Otra variante de la invención consiste en utilizar el esquema descrito, pero utilizando como presión la natural del aire atmosférico en lugar de agua. Esta presión será constante e invariable pero limitada a su valor, que es de 1 ,033 kg/cmA2 a nivel del mar y que varía según la altura y el factor meteorológico. El valor de la presión será fijo y sensiblemente menor al del sistema hidrostático descrito.
Aquí la energía a transformar no parte de la pequeña presión hidrostática ejercida en una cámara, sino de la fuerza de gravedad ejercida por la masa de aire atmosférico que nos envuelve y que actúa igualmente en todos los sentidos. Así mismo es ejercida desde el exterior envolvente y no desde el interior.
Este sistema se basa en producir un vacío en una cámara o recinto hermético. No hace falta un grado de vacío elevado. Esta cámara será con preferencia también en forma de paralelepípedo y de tamaños diversos proporcionales a la potencia. En el interior siempre habrá cierta presión graduable, pero cercana al cero. En esta realización preferente, las cámaras serán de aceros especiales para el caso y las paredes reforzadas para soportar la presión.
En este caso, la presión atmosférica exterior actúa en todos los sentidos y por tanto sobre las seis caras y en perpendicular a las mismas. Igualmente habrá una plataforma base en horizontal, sobre la que se asienta un sistema neutralizador igual al del sistema hidrostático ya descrito. El aire presiona directamente la cara frontal, que lleva igualmente anexo un fuelle articulado rectangular también con guías soporte, apoyadas en la estructura frontal abierta y que también se apoya en la base y le transmite la fuerza de la cámara.
Aquí las ruedas se apoyan directamente sobre las paredes laterales de la cámara de vacío y con las mismas funciones. Estos mismos laterales se prolongan y sirven de apoyo en la zona frontal de la base. Aquí la fuerza FA, de avance debida a la presión actúa en la parte posterior. Habrá las seis caras opuestas dos a dos, que se neutralizan entre sí, las dos laterales y las dos de base, la inferior y la paralela superior y finalmente, la frontal a neutralizar y la opuesta y posterior propulsora. En cuanto al sistema neutralizador y teniendo en cuenta la menor presión, podrá optarse por un solo nivel en lugar de dos.
La cámara de vacío lleva adosada una bomba de vacío automática preferentemente eléctrica, con capacidad de absorción según el volumen de la cámara.
Las plataformas propulsoras, se situarán en horizontal. En el caso de vehículos, fijadas en cualquier punto del interior de los mismos. En cuanto a la velocidad podrá regularse variando la presión y por tanto la fuerza propulsora y aplicando sistemas convencionales de mecánica.
Finalmente, para la generación de energía eléctrica, se emplea la versión de presión hidrostática. Se aplica el mismo sistema de cámara hidráulica descrito, con el que se pueden generar grandes potencias y con las numerosas ventajas ya descritas.
En esta aplicación, las plataformas base, dispuestas igualmente en horizontal, no actúan individualmente sino agrupadas y alineadas longitudinalmente a modo de tren continuo sinfín, desplazándose en circuito cerrado y en cualquier sentido. Las bases o módulos consecutivos permanecerán siempre unidos y apoyados entre sí consecutivos y solidarios en un trazado circular y las fuerzas serán y actuarán de forma conjunta. Las potencias de generación estarán en función de las potencias de cada módulo, todos la misma y el número indefinido de estos. Los rotores de los generadores estarán dispuestos transversalmente y de forma periódica.
Este tren conjunto se desplazará a velocidad constante sobre una pista predispuesta y en horizontal transmitiendo en su avance una fuerza sobre ejes rotores de generadores eléctricos síncronos, dispuestos regularmente en el exterior o interior del circuito cerrado y en este caso posicionados en horizontal. En la zona interior se incorpora una tubería de escaso diámetro y común a todos los módulos del circuito, estando apoyada en las bases y conectada, por la base a cada una de las cámaras hidrostáticas que conforman el circuito. Esta tubería sinfín y con ella todas las cámaras estará sometida a una presión regulable según convenga, pero constante, que puede estimarse entre 10 y 20 atmósferas o más.
Para presionar esta tubería común, puede, hacerse mediante diversos sistemas convencionales ya descritos dispuestos sobre las propias plataformas, moviéndose conjuntamente, y situados regularmente, siendo aconsejable varios de ellos por seguridad y continuidad de funcionamiento.
Para la presurización, puede emplearse la energía natural proveniente de una masa de agua estática contenida en una tubería forzada, ya comentado anteriormente y en el que la presión dependerá de la altura del. nivel del fluido. Para ello se requieren estructuras elevadas de unos 100 metros o más ubicadas por ejemplo en el centro geométrico del circuito y en este caso en vertical, las cuales soportarían un tubo lleno de agua, de escaso diámetro. La presión se puede graduar mediante electroválvulas de retención. En la base, se dispone de una plataforma giratoria que transmitiría la presión al tubo distribuidor común, mediante conexiones que pueden articularse de diferentes maneras. Otra posibilidad más práctica es utilizar una tubería forzada apoyada en un desnivel de terreno cercano, inclinada. La presión seria la misma, teniendo en cuenta que el valor se basa en el desnivel, tanto si es en vertical o inclinado. Por otra parte, hay que tener en cuenta la necesidad de disponer de un depósito de seguridad de reserva de agua, para mantener el nivel de la misma y por tanto la presión ante cualquier incidencia.
Las bases de los módulos podrán ser de tamaños diversos, en función de la potencia que se elija teniendo en cualquier caso una superficie muy inferior comparada con las de otros tipos de centrales, expuestas anteriormente, y más si comparamos las potencias.
Unos generadores síncronos, interconectados, se sitúan en el costado exterior del circuito, y estarán distribuidos a lo largo del mismo de forma regular y según convenga. Podrán situarse en vertical, aunque preferentemente en horizontal. Cada generador recibirá la fuerza conjunta de varios módulos en función de la distancia programada de generador a generador.
Los módulos se desplazan conjuntamente guiados sobre una pista horizontal común y circular. Sobre la misma, se fijan rodamientos paralelos alineados, los cuales servirán de soporte de ejes comunes que soportan en sus extremos, con ruedas de acero, las cuales servirán de guía en el desplazamiento de las plataformas bases y el conjunto del módulo en su avance a velocidad constante.
Las plataformas consecutivas, llevan en la parte inferior de la base, adosado y centrado un engranaje común rectilíneo a modo de cremallera continua, que engrana en su avance longitudinal, tangencialmente con cilindros dentados transversales y periódicos, a los que transmiten la fuerza de los módulos y provocando su giro a velocidad constante. Estos cilindros están acoplados solidariamente y forman parte de ejes rotores horizontales, de generadores síncronos y están soportados en la misma pista base. En caso de posicionar los generadores en vertical, habría que modificar los engranajes.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes, aditivos o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la invención y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
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:
La Figura 1 muestra una vista axonométrica esquemática de la cámara en forma de paralelepípedo llena de agua de una realización preferente del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 2 muestra una vista esquemática en planta de la cámara en forma de paralelepípedo llena de agua con un fuelle articulado de una realización preferente del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 3 muestra una vista en planta de una realización preferente mediante presión hidráulica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 4 muestra una vista lateral de una realización preferente mediante presión hidráulica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 5 muestra una vista en planta de una realización preferente mediante cámara de vacío y presión de aire atmosférica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 6 muestra una vista en alzado del módulo del sistema avanzando por una pista horizontal y actuando mediante engranajes sobre ejes rotores de generadores eléctricos síncronos de una realización preferente para la generación de energía eléctrica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 7 muestra un detalle del sistema de engranajes de una realización preferente para la generación de energía eléctrica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
La Figura 8 muestra una vista esquemática en planta de una central de generación de energía eléctrica, con tren longitudinal de módulos en circuito cerrado circular de una realización preferente para la generación de energía eléctrica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención
La Figura 9 muestra una vista parcial en planta de tres módulos del circuito cerrado circular de una realización preferente para la generación de energía eléctrica del sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Empleando la numeración adoptada en las Figuras 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9 del presente documento para identificar los elementos que componen el sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica objeto de la presente invención, se procede a la descripción de dichos elementos para tres realizaciones preferentes de la invención.
En una realización preferente de la invención, el sistema está formado por una base plataforma horizontal (1), preferentemente rectangular y de dimensiones diversas en función de la fuerza requerida, y sobre la misma se fija y asienta todo el conjunto de la invención, que podemos concretar en dos partes: la cámara hidrostática propulsora (2) y el sistema neutralizador adjunto y de derivación de la fuerza opuesta (FO).
La cámara (2) tiene forma de paralelepípedo, con seis caras, y estará posicionada en vertical sobre la base plataforma (1) que en una realización preferente es de acero y apta para resistir las altas presiones hidrostáticas del agua contenida.
El agua permanecerá estática y en permanente reposo a temperatura ambiente. En una realización preferente, recibirá presiones de entre 5 y 20 atmósferas técnicas, que pueden incrementarse en caso de necesidad y sin mayor problema o modificación del esquema.
Esta presión puede ejercerse en cualquier punto presurizador (3) de la cámara (2). La presión será variable y en algunos casos se mantendrá fija.
Los sistemas de presurización de la cámara (2) son variados, desde los más elementales como la utilización de la energía derivada de la masa de agua en un tubo elevado, por gravedad, ya descrito y que puede aplicarse en algunos casos como en las centrales eléctricas. También pueden emplearse otros como bombas o actuadores electromecánicos. Referente a las seis caras de la cámara, tenemos las dos laterales y las dos de base, inferior y superior, que son de menor superficie y en donde las presiones hidrostáticas ¡guales y en sentidos opuestos se neutralizan entre sí y no influyen en el sistema. En cuanto a las dos principales igualmente paralelas y opuestas y de mayor superficie, tenemos la cara delantera (4) impulsora con la fuerza (FA) y la posterior (5) de fuerza contraria (FO) a neutralizar. En esta posterior, se articula un fuelle o junta de expansión rectangular (6), en la figura exteriora la cámara (2), pudiendo articularse igualmente introducido en la misma con igual resultado. Este fuelle (6) preferentemente de acero multicapa y corrugado anularmente queda instalado entre la citada cara posterior (5) que queda independizada del resto de la cámara.
Esta cara posterior (5), estará perfectamente guiada y soportada por varias barras guía horizontales y móviles (7), que también mantendrán su total verticalidad. La cámara (2) quedará ensamblada en una estructura metálica (8) que actúa como soporte de la misma y a la vez transmitirá la fuerza de avance de la cámara a la plataforma base (1) en la que se apoya fijada.
En una realización preferente, la fuerza opuesta (FO), debida a la presión hidrostática sobre la cara posterior, queda totalmente neutralizada e inmovilizada en ambos sentidos, para lo cual tenemos el sistema neutralizador anexo apoyado en la misma, que se encarga de recogerla y derivarla y que se describe a continuación.
La fuerza citada (FO), se traslada a piezas en forma de trapezoide isósceles (9), que servirán de apoyo, y que serán dos iguales y paralelas para un correcto equilibrio. Estos trapezoides actuaran a modo de cuñas, de forma que la fuerza que reciben (FO), ya dividida, se divide en dos iguales y opuestas, con un cambio notable de dirección a escoger y cercano a los 90° e incidiendo normalmente sobre sendos ejes verticales (10) con una leve inclinación, que en una realización preferente es de 6o.
Estos ejes son de ruedas (11) y serán comunes a varias de ellas alineadas, que en este caso son cuatro por lado. Estas ruedas están unidas por un puente (14) y a su vez se apoyan en sendas paredes laterales (12) verticales, paralelas y opuestas fijadas en la plataforma base horizontal (1), quedando ambas unidas por la citada base y reforzados por varias barras (13). Las ruedas (11), por tanto, trasladaran las fuerzas que reciben de los trapezoides a estas paredes laterales (12), los cuales recibirán fuerzas iguales y opuestas normales a los mismos.
Por otro lado, en los citados ejes, se origina una descomposición de fuerzas, que también dependerán del ángulo de incidencia o de inclinación de las caras laterales del trapezoide, siendo unas las tangenciales “t”, en este caso menores y paralelas a las paredes laterales y las otras las normales “n”, perpendiculares a las citadas paredes laterales opuestas. Dado este ángulo de incidencia, el valor de las normales será muy superior al de las tangenciales. Al aumentar el ángulo disminuyen las normales y se incrementan las tangenciales. Dichas fuerzas tangenciales se acumulan en este segundo nivel y se recogen en el segundo puente (15), sobre el que va montada una segunda pieza trapezoidal.
En una realización preferente, para una neutralización más estable y partiendo de este segundo nivel en el puente (15), se procede a la neutralización total y final de la pequeña fuerza tangencial y sin utilizar ruedas. Hay varios sistemas, siendo uno de los más propicios la utilización de muelles helicoidales de compresión adecuados (16). También podrían utilizarse los de torsión con o sin espiral. Estos muelles, y para un buen equilibrio, son un mínimo de dos en cada lateral.
Para ello, en el puente de unión (15), se disponen sendos ejes (17) paralelos y verticales, con ruedas, y situados en ambos extremos y sobre los que se articulan un total de cuatro brazos (18) correspondientes a los cuatro muelles. En una realización preferente, su ángulo de inclinación podrá ser de 6% o menor.
Cada brazo, por tanto, llevara acoplado su muelle de compresión, el cual recibirá su fuerza y la trasladara a los respectivos laterales opuestos (12). También pueden ser más, por ejemplo, seis, en números pares recibiendo fuerzas menores más repartidas.
Los resortes, son de especial importancia y son el complemento final del sistema reductor y de derivación de fuerzas. Estarán sometidos a fuerzas constantes de compresión y no sufrirán deformación ni oscilaciones. En una realización preferente, utilizando muelles estándar, la fuerza axial transmitida desde los brazos (18) a los laterales, puede sufrir una leve desviación angular. Esta fuerza será normal a las paredes laterales (12). En caso de haber una pequeña componente tangencial contraria, no afecta al avance del conjunto dado su escaso valor y no habrá deformación por pandeo.
En una realización preferente, cada brazo (18) tendrá acoplado un mecanismo de regulación de presión del muelle (19) para regular esta fuerza. Es importante tener en cuenta que las fuerzas de los muelles comprimidos contra los brazos, deberán ser mayores que las opuestas de los brazos contra los muelles. De esta forma sucede que el aumento de las fuerzas de los brazos por cualquier circunstancia quedaría controlado por los muelles con el diferencial de fuerzas.
En conclusión, la fuerza (FO) neutralizada quedaría derivada al cien por cien en los laterales opuestos. Por otra parte, la cara posterior de la cámara (5), permanecería perfectamente inmovilizada. Así mismo las ruedas (11) al estar estabilizadas no tendrían movimiento de giro al estar neutralizadas las fuerzas tangenciales t. Así avanzará todo el conjunto solidario de plataforma y los elementos cámara y sistema neutralizador fijados a la misma.
Otra realización preferente, basada en la misma invención, consiste en utilizar el esquema descrito, pero utilizando como presión la natural del aire atmosférico en lugar del agua. Esta presión será constante e invariable pero limitada a su valor, que es de 1 ,033 kg/cm.2 a nivel del mar y que varía según la altura y el factor meteorológico. El valor de la presión será fijo y sensiblemente menor al del sistema hidrostático descrito.
Aquí la energía a transformar no parte de la pequeña presión hidrostática ejercida en una cámara, sino de la fuerza de gravedad ejercida por la masa de aire atmosférico que nos envuelve y que actúa igualmente en todos los sentidos. Así mismo es ejercida desde el exterior envolvente y no desde el interior.
Este sistema se basa en producir un vacío en una recinto o cámara hermética. No hace falta un grado de vacío elevado. Esta cámara o recinto (201) será con preferencia también en forma de paralelepípedo y de tamaños diversos proporcionales a la potencia. En el interior siempre habrá cierta presión graduable, pero cercana al cero. En esta realización preferente, las cámaras serán de aceros especiales para el caso y las paredes reforzadas para soportar la presión.
En esta realización preferente, la presión atmosférica exterior actúa en todos los sentidos y por tanto sobre las seis caras y en perpendicular a las mismas. Igualmente habrá una plataforma base (203) en horizontal, sobre la que se asienta un sistema neutralizador igual al del sistema hidrostático ya descrito. Se observa toda la cámara de vacío (201) contenida por las paredes exteriores (202), la frontal (204), los laterales (209) y las bases superior e inferior. El aire presiona directamente la cara frontal (204), que lleva igualmente anexo un fuelle articulado rectangular también con guías soporte (206), apoyadas en la estructura frontal (207) abierta y que también se apoya en la base y le transmite la fuerza de la cámara.
Aquí las ruedas (208), se apoyan directamente sobre las paredes laterales (209) de la cámara de vacío y con las mismas funciones. Estos mismos laterales se prolongan y sirven de apoyo en la zona frontal de la base. Aquí la fuerza (FA), de avance debida a la presión actúa en la parte posterior. Habrá las seis caras opuestas dos a dos, que se neutralizan entre sí, las dos laterales (209) y las dos de base, la inferior (203) y la paralela superior y finalmente, la frontal (204) a neutralizar y la opuesta y posterior (202) propulsora. En cuanto al sistema neutralizador y teniendo en cuenta la menor presión, podrá optarse por un solo nivel en lugar de dos. La cámara de vacío llevará adosada una bomba de vacío automática preferentemente eléctrica, con capacidad de absorción según el volumen de la cámara.
En las dos realizaciones preferentes, las plataformas propulsoras, se situarán en horizontal. En el caso de vehículos, fijadas en cualquier punto del interior de los mismos. En cuanto a la velocidad podrá regularse variando la presión y por tanto la fuerza propulsora y aplicando sistemas convencionales de mecánica.
Finalmente, en otra realización preferente de la invención, para la generación de energía eléctrica, aplica la versión de presión hidrostática. Se aplica el mismo sistema de cámara hidráulica descrito, con el que se pueden generar grandes potencias y con las numerosas ventajas ya descritas.
En esta realización preferente de la invención, las plataformas base, dispuestas igualmente en horizontal, no actúan individualmente sino agrupadas y alineadas longitudinalmente a modo de tren continuo sinfín, desplazándose en circuito cerrado y en cualquier sentido. Las bases o módulos consecutivos permanecerán siempre unidos y apoyados entre sí consecutivos y solidarios en un trazado circular y las fuerzas serán y actuarán de forma conjunta. En esta realización preferente, los módulos representados (300), son 172 y girando en sentido horario. Las potencias de generación estarán en función de las potencias de cada módulo, todos la misma y el número indefinido de estos. La velocidad de avance podrá ser constante y sujeta a variación según convenga. Los rotores de los generadores estarán dispuestos transversalmente y de forma periódica.
Este tren conjunto se desplazará a velocidad constante sobre una pista predispuesta y en horizontal (301) transmitiendo en su avance una fuerza sobre ejes rotores de generadores eléctricos síncronos (326), dispuestos regularmente en el exterior o interior del circuito cerrado y en este caso posicionados en horizontal. En la representación del circuito, se observan tres módulos (302) consecutivos conjuntos ya descritos y actuando sobre ejes rotores (303). En la zona interior se observa una tubería de escaso diámetro (304) y común a todos los módulos del circuito, estando apoyada en las bases y conectada (306), por la base a cada una de las cámaras hidrostáticas (305) que conforman el circuito. Esta tubería sinfín y con ella todas las cámaras estará sometida a una presión regulable según convenga, pero constante, que puede estimarse entre 10 y 20 AT o más.
Para presionar esta tubería común (304), puede, hacerse mediante diversos sistemas convencionales ya descritos dispuestos sobre las propias plataformas, moviéndose conjuntamente, y situados regularmente, siendo aconsejable varios de ellos por seguridad y continuidad de funcionamiento. En esta realización preferente, para la presurización se emplea la energía natural proveniente de una masa de agua estática contenida en una tubería forzada, ya comentado anteriormente y en el que la presión dependerá de la altura del. nivel del fluido. Para ello se requieren estructuras elevadas de unos 100 metros o más (310) ubicadas por ejemplo en el centro geométrico del circuito (300) y en este caso en vertical, las cuales soportarían un tubo (311) lleno de agua, de escaso diámetro. La presión se puede graduar mediante electroválvulas de retención. En la base, se dispone de una plataforma giratoria (310), que transmitiría la presión al tubo distribuidor común (304), mediante conexiones (312) que pueden articularse de diferentes maneras. Otra posibilidad más práctica es utilizar una tubería forzada (313) apoyada en un desnivel de terreno cercano, inclinada. La presión seria la misma, teniendo en cuenta que el valor se basa en el desnivel, tanto si es en vertical o inclinado. Por otra parte, hay que tener en cuenta la necesidad de disponer de un depósito de seguridad de reserva de agua, para mantener el nivel de la misma y por tanto la presión ante cualquier incidencia.
Las bases de los módulos podrán ser de tamaños diversos, en función de la potencia que se elija. Para ello pongamos un ejemplo, en que cada base tendrá unas dimensiones de 240 cm de largo por 330 de ancho, lo que equivale a una superficie de unos 8 mA2 aproximadamente, en base al ejemplo, el total de las 172 plataformas formarían una circunferencia interior de unos 412 metros.
En este ejemplo, la central tendrá una longitud de circuito de unos 420 metros, un diámetro de 135 metros, y una ocupación superficial de unos 15.000 mA2. Esta superficie es muy mínima, comparada con las de otros tipos de centrales, expuestas anteriormente, y más si comparamos las potencias.
Los generadores síncronos (326), interconectados, se sitúan en una realización preferente en el costado exterior del circuito, estarán distribuidos a lo largo del mismo de forma regular y según convenga. Podrán situarse en vertical, aunque preferentemente en horizontal tal como se aprecia en las figuras. Cada generador recibirá la fuerza conjunta de varios módulos en función de la distancia programada de generador a generador.
En las figuras tenemos un módulo (300) en alzado frontal, que se desplaza conjuntamente guiado sobre una pista horizontal común (301) y circular. Sobre la misma, se fijan rodamientos paralelos (320) alineados, los cuales servirán de soporte de ejes comunes (321) que soportan en sus extremos, ruedas de acero (322), las cuales servirán de guía en el desplazamiento de las plataformas bases (307) y el conjunto del módulo (300) en su avance a velocidad constante. Las plataformas consecutivas, llevan en la parte inferior de la base, adosado y centrado un engranaje común rectilíneo (323) a modo de cremallera continua, que engrana en su avance longitudinal, tangencialmente con cilindros dentados (324) transversales y periódicos, a los que transmiten la fuerza de los módulos y provocando su giro a velocidad constante. Estos cilindros están acoplados solidariamente y forman parte de ejes rotores (325) horizontales, de generadores síncronos (326) y están soportados en la misma pista base (301). En caso de posicionar los generadores en vertical, habría que modificar los engranajes.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica caracterizado por que comprende, al menos, una plataforma base (1) horizontal, una cámara depósito (2), con forma de paralelepípedo, asentada en dirección vertical sobre una la plataforma base (1), y que contiene un fluido como pueda ser agua sometido a una presión hidrostática permanente que actúa en las seis caras rectangulares de dicha cámara (2) en sentidos opuestos y en equilibrio, entre las cuales una cara delantera (4) y una cara posterior (5), ambas de mayor superficie que las demás caras, así como un fuelle o junta de expansión (6), articulado en dicha cara posterior (5), que puede expandirse por efecto de dicha presión, incorporando una pieza trapezoidal (9) cuya base se apoya sobre la cara posterior (5), absorbe la fuerza provocada por la presión hidrostática sobre dicha cara (5), y la transmite a unas paredes laterales (12) verticales a través de unas ruedas (11) soportadas por unos ejes (10) paralelos montados sobre los extremos de un puente central (14) que los une.
2. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 1 donde el puente (14) apoya en una segunda pieza trapezoidal, y sobre ella apoya un segundo puente central (15), a través de unas ruedas soportadas por otros ejes paralelos (17), montándose sobre dicho puente (15) sobre los que se fijan unos muelles (16) helicoidales dirigidos contra las paredes laterales opuestas (12) para equilibrar el conjunto, en una cantidad mínima de cuatro, siendo graduables.
3. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 1 donde las paredes laterales opuestas (12) se refuerzan entre sí mediante varias barras (13).
4. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 2 donde se componen varios módulos con los elementos descritos con varias plataformas base (307) agrupadas y consecutivas y apoyadas entre sí, así como varias cámaras depósito (305), formando un tren longitudinal (300) en disposición circular y en circuito cerrado, avanzando sobre una pista horizontal (301) preferentemente en forma circular que sirve de guía para el desplazamiento sobre la misma del tren de módulos (300) y sus plataformas base (307), teniendo unas ruedas (322) solidarias a un eje común (321) y soportadas mediante rodamientos (320) fijados a la pista, actuando dichas ruedas (322) como soporte y guías del tren de módulos a través de sus plataformas base (307).
5. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 4 donde una tubería común (304) asentada sobre las plataformas base (307) gira solidariamente con el tren de módulos (300) y distribuye la presión hidrostática por igual a cada una de las cámaras.
6. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 5 donde la presurización de las cámaras (305) se realiza mediante una tubería (304) común a todas ellas y apoyada en las bases (307), estando dicha tubería (304) presurizada por el tubo (311).
7. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 4 donde un engranaje continuo de cremallera (323), fijado en la parte inferior de las bases consecutivas (307), en su avance transmite su fuerza de forma tangencial a ruedas engranadas (324) montadas sobre ejes (325) transversales al avance y situados regularmente y apoyados sobre la pista (301), siendo estos ejes con giro constante solidarios y estando acoplados a ejes rotores de generadores eléctricos síncronos (326), situados periódicamente junto al circuito en posición horizontal que transforman la energía mecánica en eléctrica.
8. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 1 donde la presurización de la cámara (2) se realiza mediante uno o varios simples presurizadores adosados, como bombas o actuadores preferentemente electromecánicos.
9. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 1 donde la presurización de la cámara (2) se realiza mediante un tubo forzado elevada en vertical (311) a través de la presión hidrostática natural debida a la energía por gravedad de la masa de agua contenida en dicho tubo (311).
10. Sistema motriz mediante presurización para la propulsión de vehículos y la generación de energía eléctrica según la reivindicación 1 donde el fluido en el interior de la cámara (2) es aire a presión atmosférica y las paredes laterales (12) conforman una cámara o recinto (201) en el que se realiza el vacío.
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