Condensador electrostático dinámico.

Condensador electrostático dinámico que dispone de uno o una pluralidad de condensadores unitarios formados por placas metálicas estáticas positivas y negativas y por el hecho de que a una lámina dieléctrica,

que se sitúa entre las citadas placas, se le dota de movimiento de translación para poder cargarse o descargarse de energía, siendo la principal función de la invención crear un sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica.

Condensador Electrostático Dinámico

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro de la ingeniería eléctrica, y en el campo de la electrostática.

Base de funcionamiento de la invención

La botella de Ley den, también conocida con el nombre de cuadro fulminante de Franklin, es uno de los condensadores electrostáticos más antiguos que se conocen. Modernamente el condensador electrostático más utilizado es el de tipo plano, que se construye con dos láminas metálicas separadas por una lámina dieléctrica, enrollando

el conjunto así formado para, ocupando el mínimo espacio posible, poder obtener una capacidad mayor.

La base de la invención se centra en el dieléctrico.

2 O Según el diccionario de la RAE (vigésima segunda edición) , la definición de dieléctrico es: "Que es poco conductor y a través del cual se ejerce la inducción eléctrica", y, para clarificar conceptos, la definición de aislante es: "Que impide la transmisión del calor, la electricidad, el sonido, etc. 1/. Todos los dieléctricos son aislantes pero muy pocos aislantes son dieléctricos.

La función de un dieléctrico en un condensador electrostático es triple:

- Mantiene separadas las láminas metálicas. -Dota al condensador electrostático de la rigidez dieléctrica que se precise, la cual

3 O depende del grosor de la lámina dieléctrica. Un material dieléctrico muy utilizado es el polipropileno, que tiene una rigidez dieléctrica de 30 -40 kV/mm. -Aumenta la capacidad del condensador electrostático en función de su constante dieléctrica. Un material dieléctrico muy utilizado es el polipropileno, que tiene una constante dieléctrica a 1 MHz de 2, 2 -2, 6.

El funcionamiento de un condensador electrostático es el siguiente: Cuando las placas metálicas se conectan, una a un polo "+", y la otra a un polo "-", de una fuente eléctrica cualquiera, entre ellas se genera un campo eléctrico (si la fuente es continua el campo también lo es y si es alterna así lo será el campo) . La lámina dieléctrica que se

encuentra entre las placas es sometida al campo eléctrico. Las moléculas polares o dipolos del dieléctrico se orientan en la dirección del campo pasando a ser dipolos inducidos.

Se ha comprobado, mediante la invención, que cuando cesa el campo eléctrico (se

1 O desconectan las placas de la fuente eléctrica) , la energía que almacena el condensador la almacena exclusivamente el dieléctrico en sus dipolos inducidos. Por lo tanto, si renovamos el dieléctrico de forma continua, se puede almacenar energía eléctrica de forma ilimitada, obteniéndose un sistema de almacenamiento de energía eléctrica avanzado.

La invención se basa en mantener las placas metálicas fijas y desplazar la lámina dieléctrica entre ellas. Una vez la lámina dieléctrica es cargada, se desplaza para almacenarse adecuadamente en un tambor. En éste tambor se almacena la lámina de dieléctrico cargada solapada junto a una lámina aislante no dieléctrica, a medida que se

2 O enrolla, y procedente de otro tambor. De forma continua, se da paso a nueva lámina dieléctrica a través de las placas metálicas, para proceder a su carga, procedente de otro tambor. En este tambor se almacena la lámina dieléctrica descargada por lo que no se necesita aislar. El proceso se repite hasta que esté toda la lámina dieléctrica cargada. El proceso de descarga, es igual al descrito anteriormente pero a la inversa, entregando

2 5 el dieléctrico la energía almacenada a las placas y éstas a donde se requiera el consumo de energía eléctrica.

mm de espesor, suficiente para un condensador de 565, 7 V (400 x Ji) , necesita un tambor de carga de radio interno (rO) de 5 mm y de radio externo (re) de 1, 39 m, para almacenar aproximadamente 80 km de lamina dieléctrica y de lámina aislante. El tambor almacenará lOA·h.

El tambor descrito es un sistema de almacenamiento de energía eléctrica, que se pueden almacenar, en el número que se desee, para formar un almacén de energía eléctrica. Cuando el tambor descrito entregue su energía, será un sistema de generación de energía eléctrica.

Se describen a continuación los parámetros de la Tabla 1 :

Ltambor [m]: Longitud de lámina dieléctrica, solapada con la aislante, que puede almacenar el tambor. Se ha fijado igual a la necesaria para obtener el radio exterior mínimo del tambor.

Se pueden agrupar n-placas para formar n-l condensadores unitarios. La capacidad del condensador formado por n-l condensadores unitarios será la suma de la capacidad unitaria, es decir:

C= (n-l) ·Cu

Siendo: C, la capacidad en Faradios; n, número de placas metálicas; Cu, la capacidad unitaria en Faradios.

La invención emplea para n-condensadores unitarios, un número de placas de:

n-condensadores + 1

y el sistema tradicional de condensadores unitarios en paralelo emplea un número de pacas de: 2 x n-condensadores. es decir, el ahorro es muy elevado.

Rd S [m2] [kV/mm] eh [m] es e [F] Vn [V] e [IlF] ed [mm]

H [m] E [W.s] ep [m] eh [m]

nc

e [F] Q [A.s]

e[IlF] Q [A.h] Autonomía [51 Autonomía h1

Tabla 2: Ejemplo de un condensador de~1 m3 de placas y de 2838, 12 IlF

En la Tabla 2 se indican los datos para un ejemplo de un condensador electrostático dinámico, de;::: 1 m3 de placas y de 2838, 12 ) lF, para 565, 69 V de tensión pico nominal, el cual tiene una capacidad de almacenamiento de 5.779, 73 A.h. Es decir 116 veces mayor que la típica batería de plomo-ácido de un vehículo (50 A.h) .

Antecedentes de la invención

Se desconoce de un sistema similar al que preconiza la invención. Por 10 tanto, como la mayor aplicación de la invención es almacenar energía eléctrica, se citan las 10 características más importantes de la invención para esta aplicación, frente a otros sistemas de almacenamiento de energía eléctrica conocidos, como los sistemas de pilas

o baterías (química) , agua en un embalse (hidráulica) , aire en un depósito (neumática) , pilas de combustible (química) , etc. Dichas características son:

-Alta densidad de potencia. -Alta eficiencia...

1. Condensador Electrostático Dinámico (1) caracterizado porque dispone de uno o una pluralidad de condensadores unitarios formados por placas metálicas

estáticas positivas (l01A, 101B, ...lOlN) y por placas metálicas estáticas negativas (1 02A, 1 02B, ... 1 02N) Y por el hecho de que a una lámina dieléctrica

(103) que se sitúa entre las citadas placas se le dota de movimiento de translación, y porque se dispone de un tambor, de almacenaje de lámina dieléctrica (103) cargada, previamente aislada con lámina aislante no

dieléctrica (104) , tambor denominado (106) y porque se dispone de un tambor, de almacenaje de lámina dieléctrica (103) descargada, tambor denominado

(107) Y porque se dispone de un tambor, de almacenaje de lámina aislante no dieléctrica (104) , tambor denominado (105) .

2. Condensador Electrostático Dinámico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el tambor, de almacenaje de lámina dieléctrica (103) cargada y aislada con lámina aislante no dieléctrica (l04) , tambor denominado (106) , es reemplazable, para poder almacenarse de forma independiente como sistema de almacenamiento de energía eléctrica, y en su

2 O descarga como sistema de generación de energía eléctrica.

3. Condensador Electrostático Dinámico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la pluralidad de condensadores unitarios se consiguen con un número de placas metálicas igual al de condensadores

unitarios más una.

4. Procedimiento de almacenamiento de energía eléctrica utilizando un Condensador Electrostático Dinámico (1) , descrito en la reivindicación 1, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

Movimiento de translación de una lámina dieléctrica (103) entre sendas placas metálicas con polos opuestos (10 1, 102) para orientar los dipolos por inducción eléctrica. Aislamiento mediante una lámina aislante no dieléctrica (104) de la lámina

dieléctrica (103) cargada.

10. ) .