ES1299396U - Generador eléctrico híbrido piezoeléctrico/electromagnético - Google Patents

Abstract

Generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética, caracterizado por que comprende al menos un cilindro hidráulico (1) con una primera electroválvula (4) de desagüe y una segunda electroválvula (5) de paso desde una fuente de fluido (6), teniendo el cilindro hidráulico (1) un vástago móvil (8) en un desplazamiento rectilíneo alternativo que hace girar mediante el mecanismo de biela/manivela un engranaje planetario (18) unido a un generador electromagnético (19) que presiona a intervalos al menos un elemento piezoeléctrico (10), conectado el generador eléctrico híbrido a condensadores y/o baterías, y caracterizado también por que posee un sistema de control de carga (22) de apertura y cierre de las electroválvulas (4, 5).

Description

DESCRIPCIÓN

Generador eléctrico híbrido piezoeléctrico/electromagnético

Campo técnico de la invención

La presente invención se relaciona con el campo de la generación de energía eléctrica. Específicamente con las instalaciones, aparatos, dispositivos, etcétera, empleados para generar electricidad aprovechando la incompresibilidad del agua u otro fluido incompresible y la energía eléctrica que se produce tanto al comprimir un material piezoeléctrico como al girar un alternador o una dinamo.

Antecedentes de la invención

Este invento se basa en mi Modelo de Utilidad N9 U202131981 para la generación de energía eléctrica mediante el fenómeno piezoeléctrico, el nuevo desarrollo mejora las prestaciones añadiendo un generador convencional que será accionado mediante el mecanismo de biela/manivela.

Descripción de la invención

La presente invención se relaciona con un generador eléctrico híbrido para la producción de energía eléctrica mediante materiales piezoeléctricos y electromagnéticos.

El dispositivo se basa en la propiedad de algunos materiales (por ejemplo el cristal de cuarzo o la cerámica piezoeléctrica) que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. También en el electromagnetismo y su producción de electricidad gracias a la aplicación de energía mecánica rotatoria.

Por último se basa en la incompresibilidad de algunos fluidos como el agua y el Principio de Pascal sobre la presión hidrostática.

El clásico ejemplo que ilustra el Principio de Pascal sirve perfectamente para entender el funcionamiento de la parte donde aplicamos presión sobre las pastillas o membranas piezoeléctricas: una esfera hueca perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. Otros ejemplos incluyen émbolos adicionales en cada agujero para ilustrar que cada uno de ellos recibe la misma presión y por tanto empuja con la misma fuerza que el principal.

Si se añade un elemento piezoeléctrico (o dos enfrentados con un separador semirrígido que haga las veces de doble pulsador) entre cada émbolo adicional y una chapa fija indeformable tocando sin presionar o separada mínimamente del depósito cerrado, al presionar el émbolo principal todos los elementos piezoeléctricos serán presionados con la misma fuerza gracias a los émbolos adicionales. Si fuera necesario la chapa podría llevar resaltes que acercaran los elementos piezoeléctricos a los émbolos adicionales. Al ir repitiendo la operación los elementos piezoeléctricos serán "pulsados" a intervalos, produciendo electricidad gracias al efecto piezoeléctrico.

Utilizando la presión de las cañerías, una electroválvula de paso y otra de desagüe y un circuito temporizador de control para abrir y cerrar dichas válvulas, se consigue con una mínima cantidad de agua cada vez que la presión en las cañerías pase a todos los puntos del recipiente presionando a intervalos todos los elementos piezoeléctricos a través de los émbolos adicionales y produciendo tanta electricidad como la suma producida por los elementos piezoeléctricos.

Para este nuevo Modelo de Utilidad no utilizaremos émbolos adicionales enfrentados a cada elemento piezoeléctrico sino dos chapas indeformables (una fija y otra móvil) unidas por varios muelles, entre ellas se instalarán los piezoeléctricos a la chapa fija y los muelles los mantendrán separados mínimamente o tocando sin presionar a la chapa móvil que será presionada a intervalos gracias a un cilindro hidráulico provisto de un pistón y un vástago.

En el mismo dispositivo aprovecharemos el movimiento rectilíneo alternativo del cilindro hidráulico para hacer girar un engranaje planetario de fuerza a velocidad mediante el mecanismo de biela/manivela. El cilindro hidráulico llevará acoplado a su vástago un muelle de tracción que se estirará cuando se abra la válvula de paso y el vástago avance, y cuando se cierre esta válvula y se abra la de desagüe dicho resorte tirará del vástago hacia atrás empujando el agua hacia el tanque recolector y completando el ciclo de giro por el mismo mecanismo de biela/manivela. Cuando el vástago llegue a su punto más retrasado presionará un instante cada vez los elementos piezoeléctricos gracias a unos tacos de presión acoplados que entrarán en contacto con la chapa móvil indeformable. Los muelles que separan las dos chapas que contienen los piezoeléctricos ofrecerán la mínima resistencia posible a la presión del mecanismo, cada vez que los tacos dejen de presionar la chapa móvil los muelles harán que ésta vuelva a su posición inicial.

La presión de las cañerías multiplicada en el cilindro hidráulico se transforma en empuje que presionará a intervalos los elementos piezoeléctricos y mediante el mecanismo de biela/manivela en torque (fuerza de giro) que gracias al engranaje planetario de fuerza a velocidad (sirve igualmente un tren de engranajes) o a un juego de poleas hará girar un generador convencional a las revoluciones adecuadas. El engranaje planetario puede ser movido igualmente por cualquier mecanismo de trinquete que convierta el movimiento rectilíneo alternativo en movimiento circular. Dicho mecanismo puede llevar incorporado un resorte espiral dentro de un barrilete con el que "dar cuerda" al generador electromagnético mediante el engranaje planetario.

La presión en las cañerías suele rondar las 3 atmósferas, únicamente con aumentar el área del cilindro o cilindros hidráulicos con respecto al tubo o manguera que conecte ambos (el tubo o manguera será lo más estrecho posible), conseguimos de manera natural multiplicar la presión, esto es el empuje que presionará los piezoeléctricos y hará girar el engranaje o polea de fuerza con un gran torque, el necesario para conseguir al final de la etapa que el generador electromagnético gire a las revoluciones adecuadas.

En el conducto de desagüe se instala preferiblemente una turbina hidroeléctrica para aprovechar la presión de salida del agua. Se utilizará el calentador eléctrico como tanque recolector del agua que llega por el conducto de desagüe tras cada ciclo, también podría instalarse un depósito de desagüe adicional si quisiéramos mayor capacidad de almacenaje de agua y por tanto de autonomía del generador hidráulico. El agua usada para generar electricidad de autoconsumo no se pierde en ningún momento, el calentador eléctrico se irá llenando con dicha agua que será reutilizada cada vez que abramos el grifo del agua caliente.

Según las necesidades podemos utilizar este sistema híbrido o cualquiera de los dos de manera individual, obteniendo un generador puramente piezoeléctrico como mi Modelo de Utilidad Ng U202131981 o bien un generador electromagnético accionado gracias a la energía hidráulica.

Utilizando el agua bajo presión de las cañerías como fuente de alimentación se logra la generación de energía eléctrica limpia de la manera más eficaz y eficiente, simplificando técnicamente el dispositivo lo cual posibilita la fabricación de dispositivos de diferentes formas y tamaños ya sean fijos o móviles para el suministro directo o la carga de baterías. También se posibilita la generación de energía eléctrica para el autoconsumo y la venta de excedente eléctrico, cuyo incremento es uno de los objetivos de la Ley de Transición Energética dentro de la Agenda 2030.

En resumen, el generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética comprende un cilindro hidráulico provisto de un pistón y un vástago con una primera electroválvula de desagüe y una segunda electroválvula de paso desde una fuente de fluido incompresible como puede ser una derivación en una cañería, un grifo o cualquier mecanismo alimentado opcionalmente con energía renovable que puede mover un émbolo y aplicar presión a intervalos sobre el fluido incompresible del pistón, por ejemplo, motor/eje excéntrico/biela/émbolo.

El cilindro hidráulico tiene un vástago móvil que presiona sobre un mecanismo de biela manivela convirtiendo el movimiento rectilíneo alternativo en movimiento rotatorio que hace girar el generador convencional al tiempo que presiona a intervalos sobre una chapa indeformable que a su vez presionará los elementos piezoeléctricos. Ambos generadores irán conectados a condensadores y/o baterías. Un sistema de control de carga revisa y controla la apertura y cierre de las electroválvulas.

Breve descripción de la figura

Se complementa la presente memoria descriptiva con una figura ilustrativa del ejemplo preferente, nunca limitativo, de la invención.

La figura 1 representa el esquema de la realización del generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética.

Exposición detallada de un modo de realización

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética.

Como se muestra en la realización de la figura 1, el dispositivo comprende un cilindro hidráulico (1), un depósito de desagüe (2) conectado al cilindro (1) por un conducto (3) a través de una primera electroválvula (4) de desagüe. El cilindro (1) a su vez está conectado con una segunda electroválvula (5) de entrada que recibe el líquido de una fuente de fluido (6), como puede ser una cañería. Se aprecia que las electroválvulas (4,5) se han representado juntas pero pueden estar separadas.

El dispositivo también comprende un pistón (7) y un vástago (8) móviles que forman parte del cilindro hidráulico (1) al que va acoplada la chapa fija (9) con los elementos piezoeléctricos (10). La chapa móvil (11) va unida a la chapa fija (9) gracias a unos muelles de compresión (12). El vástago (8) lleva incorporado en su parte exterior un muelle de tracción (13), unos tacos de presión (14) así como un cilindro fijo (15) donde girará la biela (16) que va unida en su otro extremo a un eje excéntrico (17) que a su vez hará girar el engranaje planetario (18).

El engranaje planetario (18) es de fuerza por la parte de la biela (16) a velocidad por la parte del generador electromagnético (19) conectado al igual que los elementos piezoeléctricos (10) a unas baterías y/o condensadores que pueden formar parte de una bancada.

El conducto (3) puede contar con una turbina (20) para recuperar el resto del trabajo produciendo electricidad.

Por último, esta realización del dispositivo comprende una canaleta (21) que protege el cableado procedente de los elementos piezoeléctricos (10) y del generador electromagnético (19) hacia un sistema de control de carga (22) con temporizador. Este sistema de control de carga (22) activa las diferentes electroválvulas (4,5).

En un primer momento la segunda electroválvula (5) está cerrada reteniendo el líquido de la fuente de fluido (6) y la primera electroválvula (4) también está cerrada. Cuando se activa el sistema de control de carga (22), la segunda electroválvula (5) se abre permitiendo el paso del agua a la entrada del cilindro hidráulico (1) transmitiendo toda la presión del líquido a la totalidad del interior del cilindro (1) y presionando el pistón (7) y el vástago (8) que a su vez presiona el cilindro fijo (15) donde girará la biela (16) que unida en su otro extremo al eje excéntrico (17) hará girar medio ciclo el engranaje planetario (18) de fuerza a velocidad y al mismo tiempo el generador electromagnético (19) produciendo desde este primer momento energía eléctrica que es aprovechada en condensadores y/o baterías.

El sistema de control de carga (22) cuenta con un temporizador que en el intervalo programado mandará la siguiente señal a las electroválvulas (4,5), cerrando la segunda electroválvula (5) y abriendo la primera electroválvula (4) para vaciar el contenido del conducto y producir el movimiento de retroceso del vástago (8) gracias al muelle de tracción (13) completándose el segundo medio ciclo del engranaje planetario (18) y haciendo que los tacos de presión (14) empujen la chapa móvil (11) contra los elementos piezoeléctricos (10) que van acoplados a la chapa fija (9). Los elementos piezoeléctricos (10) producen así una corriente por la diferencia de potencial creada que es aprovechada también en condensadores y/o baterías. El líquido pasa a través del conducto (3) activando la turbina (20) y siguiendo su camino a un depósito de desagüe (2), a evacuación... u otros usos. La electricidad producida por la turbina (20) podrá ser recuperada gracias al sistema de control de carga (22).

El sistema de control de carga (22) mandará la siguiente señal a las electroválvulas (4,5) para reiniciar el ciclo.

Abriendo y cerrando las electroválvulas (4,5) se consigue hacer girar el engranaje planetario (18) y por ende el generador electromagnético (19) así como presionar a intervalos los elementos piezoeléctricos (10) a través de la chapa móvil (11) y los tacos de presión (14) produciendo electricidad que será acumulada en los condensadores y/o baterías cuando el sistema de control de carga (22) lo permita.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética, caracterizado por que comprende al menos un cilindro hidráulico (1) con una primera electroválvula (4) de desagüe y una segunda electroválvula (5) de paso desde una fuente de fluido (6), teniendo el cilindro hidráulico (1) un vástago móvil (8) en un desplazamiento rectilíneo alternativo que hace girar mediante el mecanismo de biela/manivela un engranaje planetario (18) unido a un generador electromagnético (19) que presiona a intervalos al menos un elemento piezoeléctrico (10), conectado el generador eléctrico híbrido a condensadores y/o baterías, y caracterizado también por que posee un sistema de control de carga (22) de apertura y cierre de las electroválvulas (4,5).

2. Generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética, según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera electroválvula (4) está conectada a un conducto (3) con una turbina (20) hidroeléctrica.

3. Generador eléctrico híbrido para la producción de energía piezoeléctrica/electromagnética, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una canaleta (21) que protege el cableado procedente de los elementos piezoeléctricos (10) y del generador electromagnético (19) hacia un sistema de control de carga (22).