INERCIA CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con los campos técnicos de la Mecánica y la Cinética, debido a que se refiere a un volante de inercia libre" formado con masas inerciaies que causan poca fricción al rotar y tiene la capacidad de liberar su fuerza centrífuga. Esta invención también se relaciona con una unidad mecánica cinética y con un sistema mecánico cinético, que se caracterizan por tener la capacidad de aprovechar la fuerza centrífuga liberada por el volante de inercia "libre", para realizar un trabajo, el cual puede ser un golpe, torque, compresión de fluidos, por citar algunos ejemplos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La capacidad de una masa giratoria para acumular energía mecánica por inercia puede aprovecharse para producir trabajo mecánico y, en especial, para la propulsión de vehículos. Actualmente, un volante de inercia constituye una máquina que puede almacenar energía cinética, conservarla a lo largo del tiempo (salvo las pérdidas por rozamiento) y restituirla en la medida deseada.

El empleo de una masa giratoria en este sentido requiere que el elemento móvil posea unas características que se aparten de la acostumbrada imagen del volante empleado como estabilizador, constituido generalmente por una corona circular unida a un cubo. En efecto, como la cantidad de energía almacenada es función del momento de inercia y de la velocidad de rotación, para incrementar la capacidad energética se necesitará aumentar uno o ambos de los parámetros mencionados. Como el aumento de la inercia de la masa giratoria posee unos límites rígidos en cuanto al peso y a las dimensiones del volante, habrá que aumentar el número de revoluciones. El empleo de volantes para la propulsión de vehículos se considera conveniente en el caso de tracción eléctrica, acoplando a la masa giratoria un motor generador que puede lanzar al volante cuando se conecta a una fuente de corriente y producir electricidad cuando el volante se halla en rotación. Esta solución, ya experimentada y objeto de diversos estudios, se ha demostrado que permite almacenar, con relación a las baterías de acumuladores corrientes, la misma cantidad de energía con un peso muy inferior.

Para obtener la máxima eficiencia de los volantes de inercia, es indispensable minimizar los rozamientos, que se traducen en un derroche de energía. Con dicha finalidad se recurre a volantes suspendidos magnéticamente en recipientes estancos en los que se practica el vacío parcial para reducir el rozamiento con el aire, mientras que los efectos giroscópicos se neutralizan con la adopción de dos volantes coaxiales que giran en sentidos opuestos.

Otro antecedente está en los volantes de inercia para cizallas, en estos volantes se acumula energía potencial cinética para ser utilizada en un impacto. En las cizallas aprovechamos la energía cinética almacenada poco a poco y descargamos su energía en un instante, provocando de esta manera un gran Impacto mecánico; en estos mecanismos, el volante de inercia de la cizalla sacrifica su rotación al transmitir su energía cinética rotativa.

El documento de patente US2010307285 A1 describe un acumulador de energía cinética para proporcionar un accionamiento rotativo, que comprende: (a) una pluralidad de elementos acumuladores montados giratoriamente dispuestos adyacentes entre sí; (b) un mecanismo de accionamiento de entrada dispuesto para impartir un accionamiento rotativo a un primer miembro de acumulador; y (c) elementos de acoplamiento sensibles a la velocidad dispuestos para proporcionar un acoplamiento magnético de los sucesivos miembros de acumulador cuando se hacen girar sucesivamente entre los miembros acumuladores respectivos una velocidad angular igual o superior a una velocidad predeterminada. En el funcionamiento del acumulador definido en US2010307285, a medida que se imparte (por ejemplo, de forma incremental) al primer miembro de acumulación, se hace girar el primer miembro acumulador y su velocidad angular aumenta progresivamente hasta el nivel predeterminado. Habiendo alcanzado el nivel predeterminado de velocidad angular, el acoplamiento magnético se establece entre el primer miembro acumulador y el siguiente miembro acumulador (adyacente), con lo que se hace girar y su velocidad angular se incrementa progresivamente hasta el nivel predeterminado. Cuando se alcanza una condición de estado estacionario y ambos miembros acumuladores están girando con la velocidad angular predeterminada, la energía cinética (en forma de accionamiento rotativo) puede transferirse a una carga del acumulador para el tiempo en que se imparte energía cinética al primer miembro acumulador. De este modo, el acumulador puede ser empleado para facilitar el acoplamiento de una fuente o transmisor de energía de baja inercia a una carga que tiene un momento de inercia relativamente alto. Además, el accionamiento rotativo puede seguir siendo aplicado a la carga por el acumulador durante un período de tiempo en ausencia de energía cinética que se imparte al acumulador debido al impulso de los elementos acumuladores giratorios. Dicho documento US2010307285 también describe un sistema de transferencia cinética de energía, que comprende: (a) un acumulador de energía que comprende una pluralidad de elementos acumuladores montados de forma giratoria dispuestos adyacentes entre sí, un mecanismo de accionamiento de entrada dispuesto para impartir un accionamiento rotativo a uno de los miembros acumuladores y miembros de acoplamiento sensibles a la velocidad dispuestos para proporcionar un acoplamiento magnético de uno de los sucesivos miembros acumuladores cuando se hacen girar sucesivamente a unos de los miembros acumuladores con una velocidad angular igual o superior a una velocidad predeterminada; (b) un mecanismo transmisor de energía dispuesto para aplicar el accionamiento desde una fuente de energía cinética al mecanismo de accionamiento de entrada del acumulador de energía; y (c) un dispositivo de carga acoplado y dispuesto para ser accionado por el acumulador de energía cuando cada uno de los elementos acumuladores está girando con una velocidad angular igual o superior a la velocidad predeterminada. Dicho acumulador de energía puede comprender tantos miembros de acumulador como se requiere (para cualquier aplicación dada) para que coincida con una carga a la fuente de energía cinética. Puede comprender tan sólo dos elementos acumuladores, en cuyo caso al menos un miembro de acoplamiento sensible a la velocidad se puede montar en uno de los miembros acumuladores. Sin embargo, el acumulador de energía comprende deseablemente "n" miembros acumuladores (donde n≥ 3), en cuyo caso los elementos de acoplamiento que responden a la velocidad se montarán deseablemente en (n-1) de los miembros acumuladores. Los elementos acumuladores pueden montarse opcionalmente para rotación alrededor de ejes respectivos, pero deseablemente están montados para rotación alrededor de un eje común.

Los miembros de acoplamiento sensibles a la velocidad pueden comprender cualquier dispositivo o mecanismo que funcione para proporcionar el acoplamiento magnético de un miembro acumulador a otro cuando cada uno de los miembros acumuladores se hace girar con una velocidad angular igual a una velocidad predeterminada. Sin embargo, cada elemento de acoplamiento está dispuesto deseablemente para moverse en su posición funcional bajo la influencia de la fuerza centrífuga que responde a la rotación de su miembro acumulador asociado a una velocidad angular igual a la velocidad predeterminada. En este último caso, cada miembro de acoplamiento puede estar opcionalmente montado en su miembro acumulador asociado para movimiento lineal o, lo más deseable, montado para movimiento pivotante.

El acoplamiento magnético de un miembro acumulador a otro se puede conseguir opcionalmente de diversas maneras. Por ejemplo, un imán permanente puede montarse en cada uno de los miembros de acoplamiento y los miembros acumuladores pueden estar formados al menos en parte de un material atraído magnéticamente (por ejemplo, ferromagnético). Alternativamente, se pueden montar imanes permanentes en los miembros acumuladores y los elementos de acoplamiento pueden formarse al menos en parte de un material atraído magnéticamente. Como una alternativa adicional, se pueden montar imanes permanentes tanto en los elementos de acopiamiento como en los elementos acumuladores con una relación de polaridad dispuesta para permitir el acoplamiento magnético (en un sentido atractivo o repulsivo) entre los miembros de acoplamiento y acumulador. Los imanes permanentes comprenden deseablemente imanes de tierras raras. El acoplamiento magnético facilita el deslizamiento y, consecuentemente, el acoplamiento dinámico suave entre los miembros adyacentes de los miembros acumuladores. El mecanismo de accionamiento puede comprender cualquier mecanismo adecuado para proporcionar un accionamiento rotativo al acumulador de energía cinética.

Dicho documento US2010307285 también divulga un mecanismo de accionamiento para aplicar un accionamiento rotativo a un dispositivo de carga, que comprende: (a) primeros y segundos medios de accionamiento, estando dispuestos los segundos medios de accionamiento para accionar la rotación del dispositivo de carga; (b) un embrague unidireccional; y (c) un sistema de accionamiento para ser accionado por el transmisor de energía e incluyendo un primer elemento para accionar el giro de los primeros medios de accionamiento y un segundo elemento para accionar el giro de los segundos medios de accionamiento, estando el segundo elemento dispuesto para ser accionado giratoriamente el primer elemento y los primeros medios de accionamiento tienen una relación de accionamiento más alta en comparación con el segundo elemento y el segundo medio de accionamiento y el primer medio de accionamiento está dispuesto para accionar la rotación del segundo elemento medios de accionamiento mediante el embrague unidireccional.

El sistema de accionamiento puede incluir un embrague unidireccional adicional dispuesto entre el primer y segundo elementos, en el que el primer elemento está dispuesto para impulsar la rotación del segundo elemento a través del embrague adicional. En al menos algunas realizaciones, el sistema de accionamiento puede comprender también: una banda de transmisión en bucle alrededor del primer elemento y los primeros medios de accionamiento para efectuar la rotación de los primeros medios de accionamiento; medios amortiguadores dispuestos para mantener la tensión en la banda de transmisión y pivotar alrededor de un eje de rotación de los primeros medios de accionamiento desde una posición inicial hasta una posición final cuando la banda de accionamiento es accionada por el primer elemento, el giro de los medios amortiguadores a la final accionamiento de rotación de amortiguación de posición aplicado a los primeros medios de accionamiento por la banda de accionamiento; y medios de retorno para empujar los medios amortiguadores a la posición inicial y devolver los medios amortiguadores alrededor del eje de pivote desde la posición final a la posición inicial en ausencia de la banda motriz que es accionada por el primer elemento, estando adaptados los medios amortiguadores para pivotar de nuevo y hacia delante entre las posiciones inicial y final al menos hasta que el segundo elemento ha alcanzado una velocidad angular inicial.

Típicamente, los elementos primero y segundo son poleas giratorias alrededor de un eje de rotación común y los medios de accionamiento primero y segundo son poleas adicionales que tienen un eje de rotación común diferente. Generalmente también, las poleas primera y segunda tienen el mismo tamaño. Sin embargo, como se comprenderá, se pueden emplear engranajes u otros elementos de accionamiento como el primer y el segundo elementos y los primeros y segundos medios de accionamiento o, por ejemplo, una combinación de engranajes y poleas u otros elementos de accionamiento adecuados. Las poleas, por ejemplo, pueden ser poleas dentadas o ranuradas. La banda de accionamiento puede ser una correa de transmisión cuando se usan poleas o una cadena de transmisión cuando se emplean engranajes y/o poleas dentadas.

El transmisor de energía de un sistema de transferencia de energía cinética incorporado por la invención comprende deseablemente uno que funcione para convertir el movimiento lineal de una fuente de energía cinética en movimiento rotatorio. El movimiento lineal puede estar en una dirección generalmente horizontal, tal como derivada del movimiento hacia adelante de un vehículo de carretera en movimiento, o en una dirección generalmente vertical. La energía cinética de la fuente puede ser suministrada opcionalmente por el acumulador a cualquier forma de carga, incluyendo una bomba rotativa, pero deseablemente se suministra a un generador eléctrico. Un mecanismo de embrague, que incluye uno que incorpora ios principios de funcionamiento del acumulador, puede estar opcionalmente interpuesto entre el acumulador y la carga. Por lo tanto, el documento US2010307285 también comprende un transmisor de energía para convertir el movimiento de una fuente de energía cinética en accionamiento rotacional, que comprende: (a) un actuador para ser accionado en una dirección sustancialmente lineal desde una posición neutra a una posición desplazada por la fuente de energía cinética; (b) al menos, un par de brazos radiales separados entre sí y conectados de forma giratoria en un extremo distal de los brazos al accionador, estando montado giratoriamente un extremo proximal opuesto de cada brazo radial y estando dispuesto al menos uno de los brazos para girar un eje de accionamiento alrededor de su respectivo eje de rotación para proporcionar el accionamiento giratorio cuando el accionador es accionado en la dirección lineal por la fuente de energía cinética; y (c) una disposición de imanes con imanes en la disposición que está colocada en orientación orientada repulsivamente para devolver el actuador desde la posición desplazada a la posición neutra. El transmisor de energía puede comprender además un soporte dispuesto entre los brazos radiales y que lleva una pluralidad de imanes, en donde además de los imanes están montados en los brazos radiales, estando dispuestos los imanes en el soporte para repeler los imanes en los brazos radiales. Por su parte el documento de patente WO8204468 A detalla un dispositivo para el almacenamiento de energía cinética en una rueda libre; el cual comprende cuatro masas giratorias superiores (1) y cuatro masas giratorias inferiores (1a), que son desplazables bajo el efecto de la fuerza centrífuga entre dos posiciones radiales mínimas y máximas con respecto al centro de rotación (3). Así, el momento de inercia del volante (dispositivo) también varía entre un mínimo y un máximo. En los volantes conocidos, el momento de inercia permanece constante y determina el valor del par motor necesario. Por el contrario, el volante propuesto debe superar -al arrancar o cuando la velocidad aumenta- sólo un momento de inercia reducido, y por lo tanto un par de motor reducido es suficiente. A la inversa, para un momento de inercia dado, se obtiene una mayor cantidad de energía almacenada al final de la operación. Dicho método y volante están destinados especialmente a motores eléctricos accionados por baterías o acumuladores.

En cambio el documento de patente GB2028979 A divulga un dispositivo giratorio que comprende: un reborde, un cubo, al menos un brazo de unión con dos ramas entre el reborde y el cubo con masas de material muy denso localizadas en los extremos de dichas ramas, masas anisotrópicas distribuidas entre los brazos, medios electromecánicos con acción de equilibrio y sensores, estando dispuesto el conjunto de dichos medios para: permitir la sujeción rápida por presión de cada brazo sobre la llanta, habilitar la sujeción rápida por la presión de las ramas de cada brazo contra el cubo, mantener constante la circularidad del reborde, asegurar la rigidez longitudinal y la resistencia mecánica longitudinal del reborde, y efectuar el equilibrio estático y dinámico del conjunto de bastidor de brazo.

Como se puede ver, los inconvenientes que tienen los volantes convencionales, es que tienen un mayor número de masas giratorias, siendo el mínimo de 4 masas giratorias; y sus masas inerciaies tienen mayor fricción en su movimiento giratorio, debido a la configuración que éstas tienen.

Con la finalidad de contrarrestar los inconvenientes antes mencionados, se desarrolló un volante de inercia "libre", que por su configuración especial, reduce la fricción ai rotar y es capaz de liberar la fuerza centrífuga. También, se desarrolló una unidad mecánica cinética y un sistema mecánico cinético, los cuales realizan trabajos mecánicos, mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga liberada por el volante de inercia "libre"; logrando de esta manera mejorar en mucho la eficiencia de sistemas que aportan trabajo mecánico, como por ejemplo, torque, compresión, golpe, etc. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Las características y ventajas adicionales de la presente invención se comprenden más claramente en la presente descripción detallada de algunas realizaciones preferida de la misma, ilustradas por medio de figuras y ejemplos, no limitativos.

Breve descripción de las figuras: Figura 1 es una vista explosiva de una masa inercial pivotada, que forma parte del volante de inercia "libre", de la presente invención.

Figura 2 es una vista en perspectiva convencional-frontal, de la masa inercial pivotada, en condición ensamblada.

Figura 3 es una vista en perspectiva convencional-posterior, de la masa inercial pivotada, en condición ensamblada.

Figura 4 es una vista en planta superior de la masa inercial pivotada, en condición ensamblada.

Figura 5 es una vista en perspectiva convencional-frontal, de la masa inercial pivotada, según la figura 2, donde se observa un elemento de rodamiento en condición explotada.

Figura 6 es una vista en perspectiva convencional-frontal, de la masa inercial pivotada, según la figura anterior, donde se observa el elemento de rodamiento en condición ensamblada, inserto en la masa inercial pivotada.

Figura 7 es una vista explosiva de una masa inercial de contrapeso del volante de inercia "libre", de la presente invención.

Figura 8 es una vista en perspectiva convencional-frontal de la masa inercial de contrapeso del volante de inercia "libre", de la presente invención, en condición ensamblada.

Figura 9 es una vista en perspectiva convencional-posterior de la masa inercial de contrapeso del volante de inercia "libre", de la presente invención, en condición ensamblada. Figura 10 es una vista en planta superior de la masa inercial de contrapeso del volante de inercia "libre", de la presente invención, en condición ensamblada.

Figura 11 es una vista explosiva de un soporte giratorio, el cual es parte del volante de inercia "libre", según la presente invención.

Figura 12 es una vista en perspectiva convencional del soporte giratorio que es parte del volante de inercia "libre", según la presente invención, en condición ensamblada.

Figura 13 es una vista explosiva del volante de inercia "libre", de la presente invención.

Figura 14 es una vista en perspectiva convencional del volante de inercia "libre", de la presente invención, en condición ensamblada.

Figura 15 es una vista en explosiva de una leva pivotada y sus elementos, que forma parte de una unidad mecánica cinética que realiza un trabajo, mediante la fuerza centrífuga del volante de inercia "libre", según la presente invención.

Figura 16 es una vista en planta superior de la leva pivotada y sus elementos, que forma parte de la unidad mecánica cinética que realiza un trabajo, mediante la fuerza centrífuga del volante de inercia "libre", de la presente invención, en condición ensamblada.

Figura 17 es una vista explosiva-superior de la unidad mecánica cinética que realiza un trabajo, mediante la fuerza centrífuga del volante de inercia

"libre", de la presente invención.

Figuras 18 y 19, son vistas en perspectivas convencionales de un soporte fijo que forma parte de la unidad mecánica cinética que un realiza un trabajo, mediante la fuerza centrífuga del volante de inercia "libre", de acuerdo con la presente invención.

Figura 20 es una vista en perspectiva convencional de dicha unidad mecánica cinética, de acuerdo con la presente invención, en condición ensamblada.

Figura 21 es una vista en planta superior de la unidad mecánica cinética, de la presente invención, en condición ensamblada. Figura 22 es una vista en planta superior de la unidad mecánica cinética, de la presente invención, en condición ensamblada, donde se indica el ángulo de desplazamiento de la masa inercial pivotada.

Figura 23 es una vista latera! de la unidad mecánica cinética, de la figura anterior, donde se observa la adición de una tapa en condición separada.

Figura 24 es una vista lateral de la unidad mecánica cinética, de la figura anterior, donde se observa la tapa adherida.

Figura 25 es una vista lateral de un arreglo de cuatro unidades mecánicas cinéticas interactuando con un cigüeñal, conformándose así un sistema mecánico cinético que produce torque.

Figura 26 es una vista lateral de una modalidad del sistema mecánico cinético que realiza un trabajo mecánico (torque), según la presente invención. Figura 27 es una vista lateral de la figura anterior, donde los anillos de soportes de las unidades mecánicas cinéticas, tienen un corte seccional para ver a detalle las posiciones de las 4 levas pivotadas, según la posición de las masas inerciales.

Figura 28 es una vista en perspectiva convencional del sistema mecánico cinético que realiza un trabajo mecánico, según la presente invención, dentro de una carcasa.

Para un mejor entendimiento de la descripción en la presente invención, se incluye un listado (Cuadro 1) de los componentes que la conforman, los cuales se encuentran referenciados en las figuras incluidas, y en algunos casos, información complementaria que ayuda a una comprensión.

Cuadro 1. Relación de los componentes y sus referencias que forman parte de la presente invención.

Cuadro 1. Continuación...

Volante de inercia "libre" con baia fricción v con la capacidad de liberar fuerza centrifuga

Un primer objeto de la presente invención es un volante de inercia "libre" con baja fricción al rotar y que libera fuerza centrífuga, donde dicho volante de Inercia "libre" se forma de dos masas inerciales (1 y 2), las cuales tienen una forma curvada preferentemente, para facilitar tener movimientos giratorios. Dichas masas inerciales (1 y 2) están unidas en un soporte giratorio (3), diametralmente opuestas entre sí; por lo que estas masas inerciales (1 y 2) están confeccionadas para ser acopladas a dicho soporte giratorio (3); por ejemplo, dichas masas inerciales están conformadas de un cuerpo curvado en donde se provee de cualquier medio de acoplamiento, tales como: entradas (4), cavidades (5), perforaciones (6 y 7), y una combinación entre ellos, preferentemente ubicados en los extremos del cuerpo curvado, para acoplarse al soporte giratorio (3).

Una de las masas inerciales es pivotada (1) y tiene además, un elemento rodante (8) insertado parcialmente en su costado externo. Para ello, a ésta se le provee de una cavidad (9) donde se aloja una parte del elemento rodante (8) con una perforación central (8'); y al centro de dicha cavidad (9) se provee una perforación (10) que traspasa transversalmente el cuerpo curvado para formar un ducto, donde se inserta un medio de sujeción (11 ), para sujetar de manera suspendida al elemento rodante (8); por lo que este medio de sujeción (11) debe permitir que el elemento rodante (8) gire sobre su eje de giro. Ambas masas inerciales (1 y 2) tienen un canal longitudinal (12) que recorre todo el costado externo de dichas masas (1 y 2); excepto en la masa inercial pivotada (1), donde dicho canal (12) es interrumpido por la cavidad (9) y el elemento rodante (8); por lo tanto, estas masas inerciales, también forman parte del alcance de protección de la presente invención.

El soporte giratorio (3) es una pieza apta para sujetar, suspender y hacer girar a las masas inerciales curvadas (1 y 2), por ejemplo, en este caso el soporte comprende una pieza confeccionada con cuatro extremidades (52), dispuestas de tal manera que facilite su acoplamiento en las entradas (4) y cavidades (5), de los extremos de las masas inerciales curvadas (1 y 2). En cada punta de las extremidades de la pieza (52) se provee una perforación (13), excepto en la punta de una de las extremidades, donde en lugar de perforación, se provee de un perno fijo (14) colocado de tal manera que su eje lineal queda en posición ortogonal al plano formado por el soporte giratorio, ver figuras 11 a la 14.

La manera de unir la masa inercial de contrapeso (2) al soporte giratorio (3), es introduciendo las extremidades correspondientes del soporte (3) hasta hacer coincidir las perforaciones (6) de la masa inercial (2) con las perforaciones (13) de las extremidades de la pieza (52), formando un ducto para introducir un elemento de sujeción (21).

La manera de unir la masa inercial pivotada (1) al soporte giratorio (3), es introduciendo un perno pivote (21') con su respectivo rodamiento (51) que lo circunda, en un ducto formado por la perforación (6) de la masa inercial pivotada (1) y la perforación (13) correspondiente de la punta de la pieza (52); dicho rodamiento (51) queda ubicado dentro de la perforación (13) de la pieza de cuatro extremidades (52). El perno fijo (14) simplemente se introduce en una perforación alargada (7) que se encuentra en uno de los extremos del cuerpo curvado de ia masa inercial pivotada (1).

Esta perforación alargada (7) tiene la función de permitir a la masa inercial pivotada (1) un deslizamiento angular, cuyo vórtice angular se localiza en el centro del perno pivote (21') y centro de la perforación (6), misma que se encuentra en el otro extremo del cuerpo de la masa inercial (1). La perforación alargada (7) no sujeta al perno fijo (14), sólo le proporciona espacio para que se pueda desplazar y está diseñada para hacer contacto en un punto, linea o plano con el perno fijo (14); por lo tanto, la perforación alargada (7) debe tener cierta forma geométrica, dimensiones y orientación que permitan ese deslizamiento angular el cual se ejemplifica en la figura 22; dicha perforación (7) es ligeramente curva para respetar el radio de giro de la masa inercial pivotada (1) respecto al vértice angular ubicado en el centro del perno pivote (21'). De esta manera se logra que la masa inercial pivotada (1) tenga capacidad de responder a un deslizamiento angular cuando sea necesario. La función más importante del perno fijo (14) es acotar, detener o limitar, el desplazamiento angular a la masa inercial pivotada (1); y de esta manera, ambas masas inerciales (1 y 2) ubicadas diametralmente opuestas, forman el volante de inercia que gira apropiadamente. El contacto del perno fijo (14) con la masa inercial pivotada (1) es sólo en un punto, línea o plano de ambas piezas según convenga, y la forma de hacer contacto será según especificaciones de diseño y éstas se dictan de acuerdo a los materiales utilizados. Las especificaciones son para evitar deformaciones físicas a las masas inerciales (1 y 2), deformaciones que pueden presentarse por las fuerzas de reacción entre ellas mismas. Lo importante es limitar el desplazamiento angular de la masa inercial pivotada (1), para que no haga contacto con el anillo (29), y junto con la masa inercial de contrapeso (2), formen un volante de inercia "libre" con baja fricción al rotar, estable sin oscilaciones ni vibraciones y con capacidad de liberar la fuerza centrífuga de la masa inercial pivotada (1 ). El volante de inercia logra ser "libre" por la holgura de la perforación

(7) , por la ubicación del perno pivote (21 ') y por la forma de como hace contacto el perno fijo (14) con la masa inercial pivotada (1). Cabe señalar que ambas masas inerciales (1 y 2) juntas, tienen la función de adquirir la capacidad de liberar la fuerza centrífuga radial que acciona la masa inercial pivotada (1), fuerza radial que se presenta por causa de la velocidad tangencial que adquiere, gracias al movimiento circular que le proporciona el soporte giratorio (3), donde la masa inercial pivotada (1) tiene la función de accionar a un elemento que permita la transformación de movimiento circular del volante de inercia "libre", a un movimiento lineal, mediante su elemento rodante

(8) ; esto lo hace aprovechando la fuerza centrífuga que se aplica por medio del elemento rodante (8), mientras que la masa inercial (2) tiene la función de hacer contrapeso al volante de inercia "libre".

El soporte giratorio (3) obtiene el movimiento giratorio por medio de una flecha (18), por lo que dicho soporte giratorio (3) está diseñado para adaptarse a dicha flecha (18); para ello, a la pieza de cuatro extremidades (52) tiene una perforación central (15) circundada por un borde superior (16) provisto de dos perforaciones transversales (17) diametralmente opuestas. En la perforación central (15) se aloja y fija uno de los extremos de la flecha (18) que suspende y hace girar a dicha pieza (52), la cual a su vez hace girar a las masas inerciales (1 y 2); por lo que dicho extremo de la flecha (18) también tiene dos perforaciones (19) diametralmente opuestas que coinciden con las perforaciones (17) del soporte giratorio (3), por donde pasa transversalmente un perno de sujeción (20).

La flecha (18) se conecta a una fuente de energía mediante su extremo libre, donde se le puede adaptar, al menos, un elemento o accesorio de acople con la fuente de energía. El elemento o accesorio de acople puede ser una polea (22), accionada con al menos, una banda (49), para conectarse a la fuente de energía, la cual puede ser un actuador rotacional (47), o algún otro elemento que aporte energía mecánica.

Este volante de inercia "libre" tiene muy poca fricción en su rotación, gracias a los cuerpos curvados de las masas inerciales (1 y 2), y principalmente por el hecho de evitar contacto del elemento rodante (8) con algún otro elemento innecesario en la función que desempeña. Decimos que es "libre", porque la fuerza de torque que hace rotar al volante de inercia o la fuerza que aporta el actuador rotacional (47), sólo se utiliza para vencer las fuerzas de fricción interna al rotar el volante de inercia, y en su desempeño mecánico no aparece otra carga de fuerza que se oponga a la rotación. La fuerza de torque o par de fuerza aportada por la fuente de energía (actuador rotacional (47)), no se contrarresta ni disminuye por motivo de la fuerza centrífuga que se presenta en los elementos que forman el volante de inercia "libre", esta fuerza centrífuga está relacionada sólo con la velocidad tangencial que adquiere la masa inercial pivotada (1), y la velocidad tangencial del volante de inercia "libre" no disminuye al desempeñar un trabajo, sino que se frena únicamente por la fricción del elemento rodante (8), o sea que sólo se requiere vencer las pérdidas por fricción. La componente de fuerza centrífuga que se presenta se libera, y es posible transferirla con el contacto directo del elemento rodante (8) a un elemento que transforme el movimiento circular del volante de inercia "libre" en movimiento lineal, con el fin de transmitir la fuerza a un elemento que aproveche dicha fuerza.

En resumen, podemos decir que el volante de inercia "libre" posee tres ventajas, la primera es el hecho de ser "libre" lo cual significa que en sus giros sólo vence las fuerzas por pérdidas de fricción; la segunda ventaja es que genera poca fricción al rotar; y la tercera consiste en su capacidad de liberar la fuerza centrífuga hacia el exterior del volante de inercia "libre". Esta última capacidad la adquiere gracias al elemento rodante (8) de la masa inercial pivotada (1) que posee dicho volante.

Unidad mecánica cinética, para realizar un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga liberada por el volante de inercia "libre"

La presente invención también tiene como objeto una unidad mecánica cinética, para realizar un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga que proporciona el volante de inercia "libre" concebido en la presente invención. Por lo que dicha unidad mecánica cinética comprende colinealmente en un mismo plano: un volante de inercia "libre", de conformidad con la presente invención; un elemento pivotado que transforma el movimiento circular del volante de inercia "libre", a movimiento lineal; donde el elemento pivotado transformador de movimiento es empujado por el elemento rodante (8) de la masa inercial pivotada (1) del volante de inercia "libre".

Una realización de la unidad mecánica cinética, es cuando el elemento pivotado transformador de movimiento circular a movimiento lineal es una leva, más específicamente una leva pivotada (23), entre otros similares.

Una modalidad preferida de la unidad mecánica cinética es cuando la leva pivotada (23) se configura de un cuerpo curvado, el cual tiene una prolongación elevada (24) en uno de sus extremos y una primera perforación (25) atraviesa la longitud de la prolongación (24); y en el cuerpo curvado, se le provee una segunda perforación (26), ubicada en el lugar más conveniente para el correcto desempeño mecánico de la leva pivotada (23), ver figura 15. Esa segunda perforación (26) se puede ubicar a partir de la parte media del cuerpo de la leva pivotada (23) hacia el extremo opuesto a la perforación (25).

La unidad mecánica cinética de la presente invención, también comprende un elemento receptor del movimiento lineal, el cual está conectado con el elemento pivotado transformador de movimiento. El elemento receptor de movimiento, en este ejemplo, es una corredera eslabonada (37), la cual es meramente una biela, barra o "brazo" que se une apropiadamente en uno de los extremos del elemento pivotado transformador de movimiento (23). Más específicamente, la unión de la corredera eslabonada (37) y la leva pivotada (23), es mediante un perno pivote (39) con su respectivo rodamiento radial (40), el cual se aloja en la segunda perforación (26) de la leva pivotada (23) y en una perforación (38) que está en el lugar apropiado de la corredera eslabonada (37). El otro extremo de la corredera eslabonada (37) está confeccionado para unirse a un elemento mecánico que pueda aprovechar el movimiento lineal proporcionado por la fuerza centrífuga del volante de inercia "libre"; en este caso se le provee de una perforación (41).

Cabe agregar que el elemento receptor del movimiento lineal, es cualquier elemento que pueda aprovechar el movimiento lineal; donde dicho elemento receptor del movimiento lineal se conecta al elemento transformador de movimiento. Por ejemplo, el elemento receptor del movimiento lineal, puede ser un elemento neumático, como un pistón (no ilustrado) que conectado a la leva pivotada (23), puede aprovechar el movimiento lineal para comprimir fluidos.

Ahora bien, la unidad mecánica cinética en cuestión, comprende un soporte fijo (27) para sustentar, de manera lineal, a: un volante de inercia "libre", un elemento transformador de movimiento circular a movimiento lineal, y un elemento receptor de movimiento lineal, de acuerdo con la presente invención. Una realización del soporte fijo (27) es cuando se conforma de una base plana rectangular (28) que en uno de sus extremos tiene un anillo (29), donde se conforma una cavidad circular que aloja el volante de inercia "libre". El anillo (29) tiene una ranura rectangular (30), la cual queda ubicada hacia el extremo libre de la base (28). En ambos bordes longitudinales de la ranura (30) se proyecta una saliente semi circular (31), para formar una ranura-guía por donde hace contacto el elemento rodante (8) con el elemento transformador de movimiento, el cual se coloca sobre la base plana (28) muy cerca al anillo (29), de tai manera que una porción de dicho elemento (23) se introduce en la ranura-guía. El área de la base (28) que queda circundada por el anillo (29) tiene una perforación central (32) por donde pasa el extremo de la flecha (18) que sujeta a la pieza de cuatro extremidades (52).

Opcionalmente, la base plana (28) del soporte fijo (27) tiene una extensión (33) en su extremo libre, y una perforación (43) en un punto central en la unión de la base plana (28) y la extensión (33).

Específicamente, la manera de interactuar, el volante de inercia "libre" y la leva pivotada (23), es como se ilustra en la figura 17, donde el volante de inercia queda colocado dentro del anillo (29), ver figuras 20, 21 y 22. La flecha (18) pasa por la perforación central (32); y su elemento o accesorio (22) que acopla dicha flecha (18) con la fuente de energía, en este caso, el actuador rotacional (47) se coloca más abajo del soporte fijo (27), como se observa en las figuras 23 y 24. De esta manera obtenemos una unidad mecánica cinética que realiza un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga que proviene del volante de inercia "libre", donde ninguno de sus elementos hace contacto con el anillo (29) del soporte fijo (27); esto se logra mediante la ranura rectangular (30) por la cual ingresa una parte del extremo libre de la leva pivotada (23), único elemento que debe hacer contacto con el elemento rodante (8). La perforación alargada

(7) , también interviene al acotar el radio de giro a la masa ¡nercial (1) con respecto al perno pivote (21'), evitando de esta manera que el elemento rodante

(8) haga contacto con el anillo (29), y sólo permite el contacto con la parte convexa de la leva pivotada (23) para empujaría hacia fuera del anillo (29), ver figuras 21 y 22.

Una tapa superior (28') se requiere para cubrir, al menos, la parte superior del anillo (29), una vez que se ha colocado el volante de inercia "libre" y el elemento transformador de movimiento, ver figuras 23 y 24. Por lo que dicha tapa superior (28') puede ser de las mismas dimensiones y forma de la base plana rectangular (28) y su extensión (33). Para sujetar la tapa superior (28') con la base plana (28) se puede hacer con cualquier medio de sujeción, como por ejemplo barras de compresión (46).

La leva pivotada curvada (23) se coloca de manera que pueda ingresar a la ranura (30), quedando ubicada longitudinalmente entre las salientes (31) que forman la ranura-guía; donde solamente se introduce hacia el interior del anillo (29) una porción apropiada de la leva pivotada (23), pasando por la ranura longitudinal (30), de tal manera que el elemento rodante (8) al hacer contacto con dicha porción de la leva (23), la empuja hacia el exterior del anillo (29); convirtiendo de esta manera, el movimiento circular del volante de inercia "libre", en movimiento lineal, gracias a que la leva es pivotada, o sea, tiene movimiento angular con respecto a su eje de giro, ubicado en la barra pivote (35). Para ello, dicha leva pivotada (23) se suspende entre la base plana (28) del soporte fijo (27) y la tapa superior (28'), por medio de la prolongación (24), donde su perforación (25) coincide con las perforaciones (34) de la base plana (28) y la tapa superior (28'), donde se inserta una barra pivote (35) con su respectivo rodamiento radial (36).

Sistema mecánico cinético para realizar un trábajo, mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga liberada por el volante de inercia "libre"

La presente invención también comprende un sistema mecánico cinético, útil para realizar un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga proveniente del volante de inercia libre; donde una realización del sistema mecánico cinético de la presente invención, es cuando se conforma de: i) una primera unidad mecánica cinética, para realizar un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga, de conformidad con la presente invención;

ii) una segunda unidad mecánica cinética, para realizar un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga, de conformidad con la presente invención, pero sin tapa superior (28'), flecha (18), ni fuente de energía; unida longitudinalmente a la base plana rectangular (28) y extensión (33), de la primera unidad mecánica cinética; de tal manera que la base plana rectangular (28) junto con la extensión (33), de la primera unidad mecánica cinética, sirven de tapa para la segunda unidad mecánica cinética; donde la flecha (18) de la primera unidad mecánica cinética pasa por las perforaciones (15) y (32) de la segunda unidad mecánica cinética para dar movimiento giratorio al volante de inercia "libre" de dicha segunda unidad cinética; sin embargo, cabe aclarar que si no se le retira la tapa a la segunda unidad mecánica cinética, el sistema mecánico cinético en cuestión, puede funcionar;

iii) al menos, dos perforaciones (45) en las bases planas (28) de las unidades mecánicas cinéticas y en la tapa superior (28'), ubicadas diametralmente opuestas fuera del anillo (29);

iv) al menos, dos barras de compresión (46) con sus respectivos tornillos que aprietan y comprimen, se insertan una en cada perforación (45) de las bases planas (28) y de la tapa superior (28'), para unir a presión las unidades mecánicas cinéticas;

v) un cigüeñal (42) es accionado por el elemento receptor de movimiento; para ello, los ejes de giro del cigüeñal (42) pasan por la perforación (43); y las correderas eslabonadas (37) se conectan en el puño del cigüeñal (42), por medio de su perforación (41 ); y

vi) una carcasa (50) contiene y protege a los componentes del sistema mecánico cinético. Una modalidad del sistema mecánico cinético en cuestión, es que el número de unidades mecánicas cinéticas que realizan un trabajo mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga, puede ser mayor a 2 unidades mecánicas cinéticas; y la manera de unirla entre sí, es como se ha explicado anteriormente y como se observa en las figuras 25 a la 28, y puede haber diferentes formas de acoplar varias unidades mecánicas cinéticas, según convenga. La longitud de la flecha (18) será de acuerdo al número de unidades mecánica cinéticas; y la fuente de energía también dependerá del número de volates de inercia "libre" que se harán girar.

La manera del arreglo del sistema mecánico cinético cuando se conforma de 4 unidades mecánicas cinéticas, se puede ver con detalle en las figuras 25 a la 28, donde se colocan las unidades mecánicas cinéticas, una sobre la otra de manera longitudinal, donde la base plana (28) y extensión (33) de la unidad mecánica cinética superior (o primera unidad mecánica cinética), sirve de tapa de la unidad mecánica cinética inferior (o segunda unidad mecánica cinética); y así sucesivamente se colocan las otras dos unidades mecánicas cinéticas; y la flecha (18) atraviesa por las perforaciones (15) y (32) de las unidades mecánicas cinéticas, para hacer girar sus respectivos volante de inercia "libre". Para fijar las bases planas (28) de las unidades mecánicas cinéticas, se hace por medio de las barras de compresión (46), las cuales pasan por las perforaciones (45) que se proveen en las bases planas (28) y la tapa superior (28'), fuera del anillo (29), y se aprietan mediante tornillos (no ilustrados) que tienen la función de comprimir para unir de forma compacta las cuatro unidades mecánicas cinéticas, conformando así el sistema mecánico cinético de la presente invención.

Una modalidad más del arreglo del sistema mecánico, es que la fuente de energía, como el actuador rotacional (47), se coloque en el extremo libre de la flecha (18) para hacerla girar sobre su eje longitudinal, y con ello hacer girar el volante de inercia libre, donde la masa inercial (1 ) empuja hacia afuera del anillo (29), el extremo de la leva pivotada (23) que está dentro del propio anillo (29) por la ranura (30); donde a su vez la leva pivotada (23) empuja la corredera eslabonada (37) y ésta a su vez se encarga de accionar al cigüeñal (42) haciéndolo girar, para que realice un trabajo mecánico útil, como un torque; por lo que el cigüeñal (42) se coloca en las perforaciones (43) que están entre la base plana (28) y su extensión (33), donde dichas perforaciones (43) coinciden con la perforación (41 ) de la corredera eslabonada (37) para dar paso a los puños del cigüeñal (42), de tal manera que el cigüeñal (42) es accionado por la fuerza centrífuga que viene desde la masa inercial pivotada (1 ) del volante inercial "libre.

Otra modalidad del arreglo del sistema mecánico cinético, se ilustra en las figuras 26, 27 y 28, donde la fuente de energía o actuador rotacional (47), se coloca en uno de los extremos del cigüeñal (42). En este caso, se utiliza un copie dentado

(48) para unir la flecha del actuador rotacional (47) con uno de los extremos del cigüeñal (42) y otra polea (22') se coloca en esta conexión, para transferir movimiento giratorio a la flecha (18), por medio de su polea (22) y una banda

(49) conecta a ambas poleas (22 y 22').

El sistema mecánico cinético de la presente invención, comprende también una carcasa (50) para contener y proteger las unidades mecánicas cinéticas y al cigüeñal (42), ver figura 28. Cabe señalar que para proporcionar una mejor lubricación entre el cigüeñal (42) y la base plana (28) se provee una pequeña perforación (44) donde se aplica un lubricante.

Cabe agregar que el sistema mecánico cinético puede tener una configuración más compleja, toda vez que puede comprender más de un grupo de unidades mecánicas cinéticas; ya que, en esta descripción detallada de la invención sólo se ha descrito un sistema mecánico cinético con un solo grupo de unidades mecánicas cinéticas. Por lo tanto, dicho sistema mecánico cinético puede comprender al menos, un grupo de unidades mecánicas cinéticas y cada grupo puede comprender a su vez al menos, dos unidades mecánicas cinéticas. Los grupos de unidades mecánicas cinéticas pueden estar ubicados de manera equidistantes entre sí y tener distintas posiciones dentro del sistema mecánico cinético. Es obvio que a cada grupo de unidades mecánicas se les proveerá de sus respectivos accesorios para que puedan funcionar apropiadamente, tales como sus respectivas flechas (18), cigüeñales (52), entre otros.

De esta manera obtenemos un sistema mecánico cinético, que puede funcionar como un motor cinético, donde su energía la obtiene de la fuerza centrífuga que proviene de la masa inercial pivotada (1) del volante de inercia "libre". Este sistema mecánico cinético puede ser complementario para aumentar la eficiencia en sistemas mecánicos rotativos. Las fuentes de energía más atractivas para alimentar el sistema mecánico cinético, son el viento y el sol. En granjas eólicas éste se puede conectar a la flecha rotor, logrando con ello hacer más eficiente esta fuente de energía, y el motor Stirling será una realidad utilitaria más viable al conectar su torque de salida al motor cinético.