Motores gravitacionales

Un motor gravitacional, tiene la autonomia suficiente para no emplear ningun tipo de fuente de energia externa en la generacion de un un sistema formado por dos fuerzas paralelas entre sí, de la misma intensidad o módulo, pero de sentido contrario, que al ser aplicado sobre un eje de rotacion se produce la transmision de potencia necesaria para la realizacion de un trabajo especifico. La magnitud de la rotación depende del valor de las fuerzas que forman el par y del brazo de la palanca empleada para producir el movimiento rotacion del eje de transmision de potencia,

El mecanismo de transmisión esta compuesto por dos subestructuras lo sificientemenete eficaces para generar un par de fuerzas caracterizado por la dependecia existente entre el momento lineal y el momento angular, empleando como unica fuente de energia la intencidad del campo gravitacional, M, para que exista el movimiento deseado en el elemento conducido.

1. Mecanismos de transmisión circular: En este caso, el elemento de entrada y el elemento de salida tienen movimiento circular. Ejemplo: Los sistemas de engranajes.

2. Mecanismos de transmisión lineal: En este caso, el elemento de entrada y el elemento de salida tienen movimiento lineal. Ejemplo: La cremallera cuyo desplazamiento hacia arriba no genera desplamiento, y hacia abajo o positivo

La potencia en un motor gravitacional esta definida como la capacidad que posee para realizar un trabajo por una unidad de cambio del tiempo y obedece a la configuración geometrica que posee el sistema para almacenar y transformar la energía potencial del cuerpo. que esta asociada a la posicion relativa de la cremallera cuya parte superior esta diseñada para soprotar el cuerpo, está esta dispuesta del tal forma que su parte dentada haga rotar sobre su propio eje a un engranaje provisto con un mecanismo que unicamente permite al un engranaje girar hacia el sntido positivo del desplazamiento, pero le impide hacerlo en sentido contrario, ya quese liberan el sistema de gatillos que lo engranan en los dientes de la cremallera. Permite que los mecanismos no giren en el sentido contrario al deseado., produce el giro de la volante (sólo la mitad del giro) y claro ya sabemos que cuando un peso asciende, por acción de la gravedad tiene que bajar, cuando ésto sucede se completa el giro de la volante. Sin embargo debemos suministrar energía para lograr el ascenso de la barra de la manivela. Si por ejemplo, el peso de la barra de la manivela que asciende es de 10 kilos, requeriremos de una fuerza de 10 kilos para lograr que ascienda, sin embargo la física nos provee de una herramienta denominada palanca. Aplicaremos la palanca a la base de la barra de la manivela y cuando ejercemos una fuerza en el otro extremo de la palanca obligaremos a la barra de la manivela a ascender. Cuando dejamos de aplicar esa fuerza, la barra de la manivela por acción de su peso descenderá con lo que se completa el ciclo.

Formulacion teorica del problema

El objetivo general de diseño de un acumulador de energia potencial elastica es aplicar los conocimientos diseño y modelado por ordenador para prototipado virtual, es el diseño, modelado y montaje de cada una de las piezas del modelo elegido, así como la posterior simulación dinámica del conjunto y el análisis de fuerzas de la pieza que se ha considerado más críticas y como afecta el variar en ella diferentes parámetros. Todo ello para analizar la respuesta que tendría el producto una vez fabricado bajo unas condiciones concretas de servicio. se empleara para el modelado la aplicación CAD Freecad 0.17 para el nalisis en elementos finitos el entorno Calculix y Elmer.

Analisis de respuesta dinamica

El análisis supone que en t₀=0 el sistema de suspensión no experimenta ningún tipo de carga por lo cual no se encuentra deformado, por lo tanto, la energía potencial total del sistema es igual a cero, hasta que por la accion la acción de un esfuerzo externo el resorte comienza a comprimirse transladando el centro de masas a medida que la cremallera comienza a deslizarce haciendo girar el engranaje sobre su eje de revolucion, con una velocidad constante v, lo cual permite formular la relación existente entre el momento y lineal de la cremallera y el angular del engranaje a partir del principio de conservación de la energía mecánica   

1. La energía potencial del sistema cuando la cremallera se encuentra en su máxima altura es

La expresion se simplifica al formular la deformacion pro compresion del resorte como la relacion existente entre el avance de la cremallera y la frecuencia angular del engranje, dicha correspondencia esta determinada por el numero de dientes de la cremallera y los del piñon, dado que cada vez que la cremallera avenza n dientes, siendo n el nomero de dientes del piñon este dara un giro completo, de tal manera que la expresion que determina le energia potencial total:

La relacion entre cada una de las componentes de la ecuacion esta determinado por la relacion entre el numero de dientes que tiene inscritos una de longitud d cremallera y el numero de dientes del engranaje

El proceso de transformacion y acumulación de energía potencial esta determinada por la relación entre la variacion en el momento lineal debido al aumento de la carga que determina la velocidad en el avance de la cremallera que se desliza con una velocidad contante sobre un engranaje que gira sobre eje de rotacion, convirtiendo al momento angular en un vector perpendicular al plano de avance de la cremallera y su magnitud puede o no cambiar de dirección y según existan una o mas fuerzas externas que alteren la condición de equilibrio del sistema

La expresion C/P indica la relacion entre el numero de dientes de la cremallera y del piñon, que hacen parte des una pieza mecánica que se emplea para transformar energia potencial o de posicion y almacenarla en forma de energía cinetica para irla liberando subsecuente mente. Además, se emplea para absorber golpes o para manteniendo en equilibrio estático dos superficies. Esta compuesto por un porta pesas o asiento una cremallera, un resorte y una rotula o trinquete con la capacidad de retornar su tamaño original una vez que la energía es liberada. Por tanto se comporta como un oscilador armónico simple bajo la acción de una fuerza externa, cuando por acción de la gravedad el sistema de ruedas volantes transitan por una trayectoria irregular, ya sea una calle deteriorada  donde se presentan discontinuidades 

Para empezar a definir las caracteristicas del acumulador es necesario establecer los parámetros de par y potencia que genera el aumento de la carga para un ciclista en condiciones normales, estos dos parámetros el aumento en el momento lineal del  sistema debido al aumento de la masa que se desliza, se traduce en un aumento en la energía de movimiento. considerando la masa del ciclista como una constante 

Despejando la velocidad de transformacion y almacenamiento  de la energia por parte del acumulador en la ecuacion de conservacion de la energia mecanica



Una vez establecidas las características de la velocidad detransformacion y almacenamientop de energia por el acumulador se evalúa el mediante un analisis en elementos finitos el comportamiento que tendría este conjunto para el ensamblaje de una bicicleta de uno y dos ejes y se comprueba si es apropiado instalar un acumulador gravitacional con las características anteriores. Se establece su velocidad máxima y pendiente máxima que podría superar.

En el diseño el generador esta compuesto por la suspencion o conjunto de componentes mecánicos que unen la carga que contiene la plataforma del vehículo con la superficie rodante, ademas esta estructura minimiza los efectos causados por los altos niveles de vibracion asociados con el contacto de la rueda con el terreno o viceversa, por lo tanto brinda no solo un mayor control por mejorar la adherencia y la maniobravilidad del vehiculo, también sirve para minimizar el efecto que las vibraciones producidas por las irregularidades del terreno tiene sobre los elementos estructurales. al transformar las n oscilaciones de la carga en energía mecánica eliminando ademas la dependencia del pedaleo como base fundamental de la alimentacion de los actuales motores electricos  que hace girar la rueda 

Para simplificar el análisis dinámico del generador se supondrá que las componentes se agrupan en dos grandes grupos 

• Porta pesas: Parte donde descansan el conjunto de masas que transporta el vehículo la cual además es la encargada de transferir el conjunto de oscilaciones de la estructura al sistema de suspensión. Esta constituida por el chasis y la placa de carga etc., el peso del ciclista no considera como variable de carga significativa pero si como el factor primordial que genera el conjunto de oscilaciones necesarias para mantener constante la generación de energía mecánica debido al movimiento asociado con el cambio de dirección en el espacio del vehículo, factor que altera de manera constante la posición del centro de gravedad del eje instantáneo de rotación de un cuerpo. 

• La estructura: formada por la suspensión y los elementos que conectan dicho sistema con las ruedas a través del tren de piñones, esta compuesto por las ruedas, frenos, elementos de transmisión, ejes, etc. 

La suspensión no solo es la encargada de transformar en energía mecánica las n oscilaciones de la estructura sino que además posee dos cualidades fundamentales 

1. Elasticidad, Evita los golpes secos en el chasis debido a las irregularidades del terreno; y minimiza el excesivo balanceo de los elementos de la suspensión asociados con el pedaleo que se transmita al resto del vehículo. 

- Componentes elásticos o flexibles de la suspensión: entre estos componentes están las ballestas, barras de torsión, muelles, etc. Garantizan la unión entre los órganos de rodadura y el resto del vehículo, aportando una fuerza recuperadora cuando se produce alguna separación entre ellos. 

- Amortiguador: Componentes encargados de mitigar o neutralizar las oscilaciones del elemento flexible producidas por las irregularidades del terreno. Son elementos disipadores de energía, que hacen que decaiga el movimiento oscilatorio provocado por cualquier tipo de perturbación que actúe sobre la suspensión.

A parte de los anteriores elementos, existen otros que completan la cadena cinemática de las suspensiones de un vehículo, tales como:

- Las barras estabilizadoras: encargadas de contener la inclinación de la carrocería.

- Los trapecios o brazos de suspensión: que conectan la carrocería del vehículo con los elementos móviles de la suspensión, como la mangueta, elemento sobre el que se fija la rueda.

Otros componentes del vehículo, como los asientos o los neumáticos son elementos complementarios que pueden considerarse de algún modo como integrantes de la suspensión de un vehículo, ya que ayudan también a amortiguar y absorber las irregularidades del pavimento, contribuyendo a mejorar la comodidad de los ocupantes del vehículo.

Analisis geometrico 

Para determina las variables masa, volumen y los momentos de area de primero y segundo orden se analizan en un entorno CAM cada uno de los elementos de diseño de un motor gravitacional

1. Suspencion

Esta conformada por un mecanismo cremallera-piñón el cual transforma la energía que posee cualquier cuerpo que se encuentra bajo la acción de un campo gravitacional que descanza sobre una barra prismática (cremallera) que se desplaza longitudinalmente y que al engranar con los dientes del piñón que se desliza sobre la cremallera es preciso que tanto piñón como cremallera posean el mismo módulo.

El mecanismo de transmision en  este tipo de suspencion no es reversible, unicamente funciona en el sentido positivo del campo gravitacional, aplicando un movimiento de giro al brazo de una palanca transmisora de potencia a un resorte que cumple la funcion de motor de traccion, cuyo diseño le permite administrar la velocidad de giro de un eje o rueda volante que a su ves lo transforma nuevamente en movimiento lineal, ya sea de una banda transportadora o de un superficie con coeficiente de rozamiento variable, su funcionamiento

1. En un tiempo t = 0 la barra prismatica tiene su maxima altura h = 0
2. Posteriormente descanza sobree la cremallera una masa m que ejercer una fuerza igual al menos a su peso.

3.  Con esto conseguimos que el cuerpo genere un momento anular igual al de giro del engranaje que se desliza sobre la cremallera, transformando la energia potencial gravitacional en energía cinética

Analisis de mercados 

 

Prototipos para imprimir 3D 11111111