Las necesidades energéticas actuales requieren una transformación de las técnicas eficaces en eficientes tanto en producción, transporte como consumo energético. Estas necesidades han impulsado nuevos desarrollos en el ámbito energético, entre los que se encuentran los sistemas de almacenamiento de energía. El avance en ingeniería de materiales hace pensar en la posibilidad del almacenamiento mediante deformación elástica de resortes espirales a torsión. Para ello es necesario estudiar metodológicamente en profundidad este tipo de resortes, así como las posibles vías de optimizar sus características.

 

Se realiza un análisis de los resortes espirales a torsión, como el elemento constitutivo básico del sistema de almacenamiento; estudiando los diferentes factores de influencia sobre su curva de comportamiento: longitud del fleje, geometría de la espiral de fabricación, variación de la rigidez a flexión a lo largo de la longitud, características de la sección resistente del fleje, espesor del fleje... La selección correcta de dichos parámetros posibilita modular la relación entre el par y el ángulo girado. Se plantea el procedimiento general de diseño en función de la curva de par requerida y de las restricciones establecidas, para cualquier tipo de resorte espiral a torsión, así como uno específico para los resortes clotoidales con variación de su rigidez a lo largo de la generatriz del fleje, por posibilitar estos un estudio analítico.

 

El planteamiento y estudio, requiere de la validación experimental. Se diseñan resortes fabricados en fibra de vidrio con matriz epoxy debido a su alta tensión admisible respecto al módulo elástico y su baja densidad (alta capacidad de almacenamiento de energía). Se realiza tanto el diseño de la instalación como del plan de ensayos y sistemas de adquisición de datos. Los ensayos llevados a cabo indican la alta correlación entre el modelo teórico y el experimental.

 

El análisis general planteado se complementa con la optimización del resorte, tanto en la sección resistente como de las configuraciones de montaje. Se realiza el estudio de una sección sandwich multi-componente optimizada para la flexión pura y el almacenamiento máximo de energía.

 

El trabajo propuesto finaliza con la implantación teórica del resorte como almacenamiento de energía dentro de un vehículo ferroviario. Se plantean los diferentes escenarios de funcionamiento del vehículo y del sistema de almacenamiento de energía, las configuraciones básicas del sistema y los flujos de energía en la sección motriz del vehículo. El estudio se complementa con las simulaciones de la integración del acumulador en un vehículo viario en el cual se simulan la descarga del resorte y la aplicación del freno, las simulaciones electromecánicas del conjunto y la simulación del sistema de control diseñado.