Columna generadora de electricidad.

Columna generadora de electricidad.

La columna generadora de electricidad que se propone utiliza elementos piezoeléctricos para aprovechas los movimientos o vibraciones generadas en el entorno de su ubicación y transforma la corriente alterna generada en corriente continua mediante los correspondientes rectificadores.

La invención traslada mediante discos de empuje el movimiento o las vibraciones que hacen flexar los elementos piezoeléctricos generando corriente alterna, unos dispositivos recuperadores hacen volver a la posición inicial a los dichos discos de empuje.

Columna generadora de electricidad Objeto de la invención

Es objeto de la presente invención ofrecer un novedoso dispositivo en forma de columna de generación de energía eléctrica mediante materiales piezoeléctricos que utiliza como fuente de energía las deformaciones y vibraciones que son producidas en el entorno del dispositivo y transforma la energía eléctrica alterna generada en energía eléctrica continua.

Antecedentes de la invención

La piezoelectricidad es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.

Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.

Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferro eléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio, berlinita en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales orientados).

Las aplicaciones actuales de los piezoeléctricos en la recuperación de energía se encuentran en la alimentación de sensores y pequeños dispositivos en la tecnología

inalámbrica (wireless), la aplican diversos fabricantes en múltiples dispositivos de muy baja potencia.

Basan su funcionamiento en las deformaciones y vibraciones que se producen en el entorno del dispositivo, generando energía para su propia alimentación, obteniendo sistemas totalmente autónomos y teóricamente capaces de funcionar eternamente, generalmente carecen de baterías y elementos que tengan que reponerse de forma más o menos periódica.

En el entorno de generación de energía para aplicaciones de consumo más industrial no sucede lo mismo, hay muy pocas empresas que desarrollen productos comerciales.

No se encuentran publicaciones de referencias que estén comercializadas, en la presa técnica, se encuentran citas de investigaciones en Japón, Israel, Estados Unidos, China y Europa, con tecnología no definida y datos bastante confusos. Todas las citas hacen referencia a tecnología de piezoeléctricos, pero no se publican resultados técnicos y mucho menos datos concretos de los materiales empleados, formas constructivas y resultados obtenidos.

Los fabricantes de materiales piezoeléctricos tampoco aportan información de relevancia, la mayoría se limita a ofrecer la posibilidad de fabricación de productos bajo las especificaciones del consumidor, dando referencias de propiedades genéricas de diferentes materiales y la diversidad de formas que pueden adoptar los productos fabricados.

Dentro de las investigaciones que se referencian, se pueden distinguir diferentes sectores de aplicación, en función del país en que se están realizando.

Estados Unidos se centra principalmente en desarrollos de productos para la generación de dispositivos personales, muy especialmente en biopiezoeléctricos, destinados principalmente a la industria bélica.

Se habla de siliconas piezoeléctricas para implantes y textiles capaces de generar energía, aprovechando los movimientos de personas e incluso las vibraciones producidas por el impacto de la lluvia.

Israel centra su investigación en producción de energía aprovechando las deformaciones y vibraciones producidas per el tránsito rodado de grandes vehículos. Su técnica consiste en la introducción de elementos piezoeléctricos en los asfaltos y conglomerados en las vías de rodadura. Las notas de prensa hablan de productos específicos para carreteras y autopista, productos para aplicaciones ferroviarias y productos aplicables a las pistas de aterrizaje de los aeropuertos, también comentan, con menos énfasis, la posibilidad de aplicaciones peatonales.

Encontramos aplicaciones peatonales en Inglaterra, Holanda y Japón, con implantaciones de diferente índole, en Inglaterra una escuela y una discoteca, en Holanda una discoteca y en Japón una aplicación en el metro.

Se puede citar otro tipo de aplicaciones conocidas por el inventor como un pavimento piezoeléctrico para generación de energía eléctrica en el paso de torniquetes y puertas de entrada al metro en Japón. La superficie total utilizada en el sistema abarca aproximadamente 25 metros cuadrados y se estima una generación de energía de alrededor de 1400 kW por día. Otra aplicación son baldosas que recogen energía de las pisadas. Cuando se pisa se produce una flexión en su superficie de unos 5 mm, convirtiendo la energía cinética de la pisada en unos 5 o 7 W dependiendo de la deformación producida. La energía generada puede ser utilizada para aplicaciones de baja potencia no conectadas a la red eléctrica como instalaciones de iluminación LED, señalización y publicidad, también puede ser almacenada en las baterías instaladas en el propio elemento.

También se conocen sistemas piezoeléctricos para la obtención de energía tanto en tráfico de personas como rodado y ferroviario.

El movimiento puede ser una fuente inagotable de energía, la implantación de estos sistemas a gran escala podrían dar beneficios energéticos y medioambientales de gran magnitud al ser un sistema que se puede consumir en el mismo lugar, sin necesidad de líneas de alta ni media tensión, tampoco ocupa espacio público ni altera el paisaje, funciona en toda clase de condiciones meteorológicas. El único inconveniente podría ser el coste de las reparaciones en los sistemas de tránsito rodado ya que la instalación en sí parece que requiere sistemas de mantenimiento muy bajos y tiene una duración de tres décadas que lo hacen rentable.

La invención objeto de la presente descripción ofrece un sistema de aprovechamiento de las deformaciones y vibraciones producidas en el entorno del dispositivo que a diferencia de las aplicaciones existentes convierte la energía alterna que producen los piezoeléctricos en energía eléctrica continua.

Descripción de la invención

La columna generadora de electricidad mediante piezoeléctricos objeto de la presente invención comprende esencialmente seis elementos:

Una base soporte, preferentemente de forma sensiblemente circular o poligonal, en la cual se acoplan el resto de elementos y dispositivos de la columna.

Unos discos de empuje que accionan los piezoeléctricos.

Un eje-guía dispuesto en el centro de simetría de la base soporte y que hace la función de guiado de los discos de empuje. Dicho eje hace, también la función de limitador mecánico del recorrido

Una tapa superior que transmite el movimiento a los discos de empuje a los que está unida mediante unos medios de unión amovibles, preferentemente dichos medios de unión son del tipo de clip, dicha tapa superior es de forma y dimensiones sensiblemente iguales a la forma y dimensiones de la base

Uno o más dispositivos de recuperación de la posición inicial de los discos de empuje, siendo que al menos unos de dichos dispositivos de recuperación está acoplado mecánicamente al eje y a la tapa superior, y preferentemente otro de los dispositivos de recuperación está acoplado mecánicamente al eje y a la base soporte,

Un grupo de discos generadores dispuestos entre la base soporte y la tapa superior, cada uno de los cuales comprende a su vez:

o Un aro soporte de piezoeléctricos en el que se disponen una pluralidad de asientos con conexiones eléctricas, donde van alojados los dispositivos piezoeléctricos. Dicho aro apoya en la base soporte por la parte inferior de los asientos

o Una pluralidad de dispositivos piezoeléctricos que tienen forma de lámina alargada, con uno de sus extremos alojado en un asiento del aro soporte de piezoeléctricos y su otro extremo está acoplado mecánicamente a un disco de empuje,

o Una pluralidad de tapas de los piezoeléctricos que se fijan sobre los asientos de los piezoeléctricos de manera amovible, cuya misión es bloquear el elemento piezoeléctrico en su posición de trabajo y asegurar el contacto...

1. Columna generadora de electricidad caracterizada porque comprende:

Una base soporte (1), en la cual se acoplan el resto de elementos y dispositivos de la columna.

Un eje-guía (3) dispuesto en el centro de simetría de la base soporte.

Unos discos de empuje (2) que accionan los piezoeléctricos (11).

Una tapa superior (4) unida de manera amovible a los discos de empuje (2), dicha tapa superior (4) es de forma y dimensiones sensiblemente iguales a la forma y dimensiones de la base soporte (1).

Uno o más dispositivos de recuperación (5) de la posición inicial de los discos de empuje (2), siendo que al menos unos de dichos dispositivos de recuperación está acoplado mecánicamente al eje-guía (3) y a la tapa superior (4)

Un grupo de discos generadores (6) dispuestos entre la base soporte (1) y la tapa superior (4), cada uno de los cuales comprende a su vez:

o Un aro soporte de piezoeléctricos (8) en el que se disponen una pluralidad de asientos (9) con conexiones eléctricas CA (10), donde van alojados los dispositivos piezoeléctricos (11). Dicho aro apoya en la base soporte (1) por la parte inferior de los asientos (9).

o Una pluralidad de dispositivos piezoeléctricos (11) que tienen forma de lámina alargada, con uno de sus extremos alojado en un asiento (9) del aro soporte de piezoeléctricos y su otro extremo está acoplado mecánicamente a un disco de empuje (2),

o Una pluralidad de tapas de los piezoeléctricos (12) que se fijan sobre los asientos de los piezoeléctricos (9) de manera amovible,

o Unos circuitos rectificadores de corriente alterna a corriente continua (13) y las correspondientes conexiones eléctricas CC (14), cada uno de los cuales está conectado a un elemento piezoeléctrico (11) mediante la conexión CA(10),

Unos medios de unión de la tapa superior, de uno o más discos generadores y de la base

2. Columna generadora de electricidad según reivindicación 1 caracterizada porque

la base soporte (1) es de forma sensiblemente circular.

3. Columna generadora de electricidad según reivindicación 1 caracterizada porque la base soporte (1) es de forma sensiblemente poligonal.

4. Columna generadora de electricidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque otro de los dispositivos de recuperación (5) está acoplado mecánicamente al eje-guía (3) y a la base soporte (1).

5. Columna generadora de electricidad según reivindicaciones anteriores

caracterizada porque los discos de empuje (2) están unidos respectivamente y de manera amovible con los discos de empuje (2) del piso inferior y superior.

6. Columna generadora de electricidad según reivindicaciones anteriores

caracterizada porque los discos generadores (6) están unidos respectivamente y de manera amovible con los discos generadores (6) del piso inferior y superior.