PT105135B - Equipamento para produzir energia eléctrica com as correntes marítimas e marés - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A MÁQUINA QUE GERA ENERGIA ELÉCTRICA, CUJO FUNCIONAMENTO SE BASEIA NO MOVIMENTO DE PÊNDULO, COM EXTREMO EM ÍMAN, NO INTERIOR DE UMA ESFERA (1) CHEIA DE AR, COM DUAS METADES UNIDAS EM EIXO VERTICAL (10), SUPERFÍCIE EXTERNA RUGOSA, QUE SE MOVE COM A PASSAGEM DA ÁGUA NO LEITO MARINHO E É SUPORTADA POR DOIS APOIOS (3, 9). QUANDO O DITO PÊNDULO SE MOVE, É AINDA EXCITADO PELA INTERACÇÃO COM DOIS ELEMENTOS DE FERRO REVESTIDOS POR PLÁSTICO (8) FIXOS, DE GRANDE DIMENSÃO E EXTERIORES, SUPORTADOS EM DOIS APOIOS (6). A CORRENTE ELÉCTRICA É ENCAMINHADA ATRAVÉS DE CABOS (2). O PESO (7) ABAIXO DA ESFERA CONFERE-LHE ESTABILIDADE. A BASE (4) TEM UMA ARGOLA (5) PARA A REMOÇÃO DA ESTRUTURA. TODOS OS COMPONENTES EM CONTACTO COM A ÁGUA TÊM UMA FORMA HIDRODINÂMICA.

Description

DESCRIÇÃO

Equipamento para produzir energia eléctrica com as correntes maritimas e marés. Área técnica da invenção

Actualmente, a maioria da energia eléctrica ainda é obtida com o recurso a fontes ou que são não renováveis (como as centrais que consomem combustíveis fósseis) ou com elevado impacto ambiental (as barragens). Todavia, em Portugal, uma parte importante da energia eléctrica, já é produzida a partir de fontes renováveis, como o vento, em que não existe um impacto ambiental significativo. Não obstante, o mar ser muito vasto ao largo da costa portuguesa, não existem instalações de equipamentos que permitam gerar energia eléctrica a partir das correntes marítimas, marés, ou correntes nos estuários dos rios. Em todo o mundo, os contextos de aproveitamento de energia do mar ou são de muito pequena dimensão ou encontram-se em fase de estudo/protótipo. Todavia, a energia contida nos movimentos de água marinhos, poderá ser importante para suprir as necessidades energéticas da nossa sociedade.

Sendo verdade que existe a necessidade de energia eléctrica produzida de forma amiga do ambiente, também é verdade que as formas de produção renováveis só serão uma verdadeira opção para os agentes económicos, se a energia que produzirem apresentar custos de produção competitivos. Esta questão é essencial. A energia de uma corrente marítima de 19,2 Km/h é equivalente à contida em ventos de 176 Km/h, e assim, embora a velocidade das correntes seja inferior à do vento, existe a expectativa de obter bons resultados tal como sucede em terra com os ventos.

Além das questões de eficiência, são também importantes os factores de conservação e manutenção de uma máquina no mar. Com efeito, o contacto com a água do mar, pode ter efeitos corrusivos nos equipamentos geradores de energia. Existe assim a necessidade de os proteger devidamente. 0 impacto no habitat marinho também deve ser tido em conta em projectos deste tipo, levando à escolha de opções técnicas que o permitam minimizar, quer em termos visuais como operacionais. 1/5

Estado da técnica

No contexto das ondas do mar, por exemplo USP 7453165, são utilizados geradores no interior de objecto esférico. Para correntes maritimas, são utilizadas ventoinhas. 0 dimensionamento de imanes permanentes é considerado ("Provas de Aptidão Pedagógica", Anabela Gonçalves, UNL, 2000, p. 62).

Sumário da invenção O presente invento refere-se a uma máquina para produzir energia eléctrica com as correntes maritimas e marés, cujo funcionamento se baseia no movimento de uma esfera (pode ser outro objecto hidrodinâmico) e respectivo pêndulo contido no seu interior, o qual terá origem no atrito provocado pela passagem de correntes maritimas e campo de indução magnética de um iman permanente, no extremo do pêndulo, e dois elementos de ferro externos.

Esta máquina está especialmente indicada para locais do leito do mar localizados na faixa costeira, com profundidades até pelo menos 100 metros, pois possui uma estrutura e materiais robustos. Também é indicada para locais onde as correntes maritimas apresentam um dinamismo médio, pois a máquina possui dois elementos de ferro e um iman que têm como objectivo prolongar o movimento oscilante do pêndulo que permite a geração de corrente eléctrica (elemento distintivo principal da invenção). Nos extremos do movimento, a força gravitica subtraída da força de impulsão no pêndulo, é inferior à força de atracção do magneto, até que a força de impulsão se extingue e a força gravitica se torna superior à força do magneto e o pêndulo desce novamente. Consegue-se assim obter um desempenho aceitável, com eficiência acrescida.

No caso específico da produção de energia eléctrica no mar, para a qual a máquina deste invento está especialmente indicada, pode-se referir que um equipamento com estas características poderá levar ao incremento da produção de energia eléctrica, ao mesmo tempo que evita o impacto visual ou na circulação de navios, que poderia originar caso a produção de energia se fizesse ou à superfície do mar ou muito próximo dela. Este invento anula estes inconvenientes pois localiza-se a uma profundidade razoável, facto que é possível graças à sua constituição e forma.

Outra vantagem reside no facto do equipamento que gera a energia se encontrar em contacto com o ar, no interior da esfera, e não em contacto com a água do mar. Por um lado, o pêndulo em contacto com o ar terá um movimento mais fluido do que teria caso estivesse em contacto com a água, por outro, o facto de não contactar com a água do mar, significa que não está sujeito à deterioração devida ao sal e humidade. A máquina de acordo com o presente invento compreende um suporte que a estabiliza no fundo do mar, sob o qual existe em 2/5 paralelo, uma estrutura muito fina que permite alguma mobilidade de toda a máquina de forma a permitir a sua adaptação ao sentido das correntes. Sob esta estrutura, existem apoios de suporte à máquina e aos dois elementos de ferro laterais. Essa esfera contém, além de ar e pêndulo com extremo de iman permanente, dois (poderá ser apenas um) geradores paralelos que estão localizados lateralmente ao veio central de suporte ao pêndulo. Estes geradores, cujo movimento accionado pelo pêndulo permite a produção de corrente eléctrica, são suportados por uma estrutura interior à esfera, no seu topo, que os mantém na posição correcta e em linha com o pêndulo. A corrente gerada é encaminhada por cabos que saém da esfera pelo seu topo e se dirigem para a estrutura da máquina. Sob a esfera localiza-se um sistema electrónico para detectar o seu movimento, para efeitos de monitorização da evolução do seu funcionamento. A máquina pode ser instalada em conjunto com outras máquinas, numa estrutura em gaiola, com formato que poderá ser piramidal, permitindo maior estabilidade da estrutura conjunta.

Assim, a máquina objecto do presente invento, é caracterizada por ser um equipamento mecânico e eléctrico, concebido especialmente para produzir energia eléctrica com as correntes maritimas e marés. 0 presente invento é seguidamente descrito em pormenor, sem carácter limitativo e a titulo exemplificativo, por meio de uma sua forma de realização preferida, representada nos desenhos anexos, nos quais: a fig. 1 é uma representação em perspectiva esquemática (frontal) e simplificada de uma concretização da máquina de acordo com o invento; e a fig. 2 é uma representação em perspectiva esquemática (lateral) e simplificada de uma concretização da máquina de acordo com o invento; e a fig. 3 é um corte esquemático (interior da esfera e pêndulo) da dita máquina das fig. 1 e 2; e a fig. 4 é uma representação de frente em perspectiva esquemática e simplificada de uma concretização do sensor embutido na superfície do peso localizado na face inferior da esfera de acordo com o invento; e a fig. 5 é uma representação em perspectiva esquemática (topo) e simplificada de uma concretização das abas microscópicas da superfície da esfera de acordo com o invento; e a fig. 6 é uma representação em perspectiva esquemática (lateral) e simplificada de uma concretização dos pesos e suportes de transporte de electricidade para terra de acordo com o invento. 3/5

Descrição da concretização preferida

Fazendo referência às figuras, vai ser agora descrita a concretização preferida do invento, em que a máquina é constituída por um conjunto de orgãos representados nas ditas figuras, montadas como seguidamente se descreve.

Todos os elementos exteriores da máquina têm forma hidrodinâmica. A estrutura de suporte (4) fixa e mantém a máquina estabilizada no leito marinho e aloja equipamento de monitorização remota de movimento da esfera (1) (constituído por um sensor (24), emissor, detector na sua estrutura abaixo da esfera, e um cristal reflector, no peso (7)). Na estrutura existem argolas laterais (5) para a remoção da máquina para a superfície. A estrutura de suporte (4) é constituída por um material resistente (com bons indices de resistência/peso e resistência à tracção, por exemplo, poliéster e aço) à pressão (e elevadas tensões normais pontuais) e ao meio aquático e apresenta um volume e densidade que permitem compensar a força vertical originada pela esfera (1) essencialmente cheia de ar (atenta-se ao principio de Arquimedes).

Sobre e paralelamente à dita estrutura (4), existe estrutura móvel (12), não produtora de energia, sob pequenas rodas, com rebordo interior a (4), para movimento lateral (cerca de 45 graus para cada lado) da máquina, tal que toda a máquina fique mais no sentido das correntes marítimas. Acima da estrutura móvel (12), existem os apoios laterais (3, 9) da esfera, ligados de forma a impedir a entrada de água, mas permitindo o seu movimento, e ainda os apoios dos elementos de ferro (8, 11), fixos, os quais podem ser revestidos a tinta (ou plástico), e são laterais e superiores ao ponto de repouso do pêndulo, junto da região equatorial da dita esfera (1), não contactando com a superfície desta. A esfera (1) é construída em titânio ou liga titânio molibdénio. Os ditos elementos em ferro (8, 11) no seu lado que fica exposto ao movimento directo das correntes marítimas, apresentam uma forma ovalada. A posição dos ditos elementos deve ser tal que aumente o número de vezes que o pêndulo (22,23), de extremo de íman permanente em Alnico (23), alcança os pontos extremos do seu movimento oscilante. Este facto, juntamente com a formação de dois circuitos magnéticos, temporários e alternados, em que a esfera (23) , no extremo do pêndulo (22, 23) é móvel, e os elementos de ferro são fixos (8, 11) , são os efeitos técnicos inesperados deste equipamento. Os materiais existentes no interior da dita esfera (1) , à excepção dos do extremo do pêndulo (Alnico), não interferem com os ditos elementos (8, 11) . 0 campo magnético do íman não atinge os geradores e utiliza-se o titânio ou liga titânio molibdénio em alguns componentes (eixos, apoios e veios) para o evitar.

Os ditos apoios laterais (3, 9) da esfera, possuem na sua extremidade ligações a rolamentos e rotentores (não representados) . A dita esfera (1) tem superfície interna lisa 4/5 e a rugosidade da sua superfície exterior é justificada pela existência de milhares de abas milimétricas dispostas com a face voltada para a corrente marítima e espaços entre si (25) . Os intervalos entre as abas permitem fluxos de água e o movimento oscilante, com captação e libertação de forças. A dita esfera (1) tem duas metades que se unem ao longo de um eixo vertical (10) com borracha, uma braçadeira de aperto, parafusos que apertam a aba lateralmente e/ou ainda através de ligação permanente indirecta com rebites. O transporte da energia para terra, é feito através de um ou dois cabos (2), bem isolados, que serão seguros a uma sequência de suportes (26), que podem ser de aço, fixos em pesos (27). O veio (16, 17) central está entre os dois geradores iguais (15, 21) , do tipo indutor-induzido, por exemplo, os quais se encontram um de cada lado, nos extremos do veio horizontal (16) onde estão ligados os dois induzidos dos geradores, como se fossem o mesmo objecto. Os dois geradores são seguros pelo seu topo e lateralmente (14, 19, 20), por uma estrutura leve, que surge vinda do topo da esfera, fixando-os com parafusos e encaixes (não representados). Os elementos de apoio são ligados à superfície topo da esfera, e é através deles que passam os cabos para os elementos no interior da esfera, não existindo outra forma de contacto entre estes elementos. O peso desta estrutura é contrabalançado por um peso exterior (7), no extremo inferior da esfera. O ponto central da roda (17) é aquele onde se encontra fixada a extremidade "fixa" do pêndulo o que garante que o pêndulo pode mover a sua extremidade solta (22, 23) sem que esta esbarre na superfície interior da esfera.

Quando o dito extremo (23) se desloca no sentido de um dos elementos em ferro opostos (8, 11), fica sob sua acção e esse facto juntamente com a acção da corrente marítima, permite o seu movimento, o accionamento dos geradores (15, 21) e consequentemente a produção de energia.

Lisboa, 5 de Agosto de 2013 5/5

Claims (11)

1. REIVINDICAÇÕES 1 - Equipamento para produzir energia, caracterizado por compreender um objecto hidrodinâmico, suportado por dois apoios (3, 9), neste caso uma esfera (1), com superfície interior lisa e exterior rugosa, repleta, de múltiplas abas milimétricas, dispostas com face voltada para a corrente marítima, e espaços entre si (25), tendo esta esfera (1) duas metades, unidas ao longo de um eixo central vertical (10), e no seu interior possui um pêndulo (22, 23), com extremidade esférica em Alnico, íman permanente, que oscila e se encontra ligado a um veio (16) que acciona simultaneamente dois geradores (15, 21) paralelos, por sua vez ligados a cabos de electricidade (2), que serão seguros a uma sequência de suportes (26) fixos em pesos (27), sendo que o dito pêndulo (22, 23), apresenta um movimento que é ainda prolongado pela interacção do campo magnético do seu extremo (23) com dois elementos de ferro (8, 11), que são exteriores à esfera (1), laterais e superiores ao ponto de repouso do pêndulo, junto da região equatorial da dita esfera (1), não contactando com a superfície desta, formando ambos alternadamente com a extremidade do pêndulo um circuito magnético temporário, e todo o conjunto possui forma hidrodinâmica e é suportado por estrutura de suporte (4) fixa ao solo, com argolas, na qual se alberga circuito de monitorização remota, e estrutura móvel (12) paralela.
2. 2 - Equipamento para produzir energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir uma esfera, cuja superfície externa é rugosa, constituída por milhares de abas milimétricas com faces orientadas no sentido da corrente marítima, com determinada disposição (25) , e a superfície interna é lisa.
3. 3 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 2, caracterizada por o extremo do pêndulo (23) ser também movido pela interacção magnética com dois elementos de ferro (8, 11), cuja acção conjunta permite que o extremo do pêndulo (23) apresente movimento prolongado quando se desloca na direcção de um destes elementos (8, 11), o que, conjuntamente com a acção das correntes marítimas permite accionar os geradores (15, 21) e a produção de energia.
4. 4 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizada por possuir dois geradores (15, 21) e um eixo que lhes é comum, ao centro da esfera e feito de titânio ou liga titânio molibdénio. 1/2
5. 5 - Equipamento para produzir energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir argolas (5) laterais na estrutura de suporte (4) junto ao leito marinho.
6. 6 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por estrutura de suporte (4), constituída por material resistente à pressão e meio aquático, alojar um equipamento de monitorização remota constituído por um sensor, emissor, detector na sua estrutura abaixo da dita esfera (1), e um cristal reflector (24) no peso (7), o qual possui superfície lisa.
7. 7 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizada por possuir acima da estrutura de suporte (4) uma segunda estrutura móvel paralela (12) de suporte, que permite que todo o conjunto se coloque no sentido da corrente marítima.
8. 8 - Equipamento para produzir energia, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a estrutura móvel se encontrar sobre rodas e ainda por um rebordo interior à dita estrutura (4) que está em contacto com o solo.
9. 9 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizado por possuir uma esfera (1), que é aberta, ou fechada, recorrendo a duas metades, as quais se unem ao longo de um eixo vertical com borracha, e fixam com o recurso a parafusos, braçadeiras de aperto e/ou rebites (10).
10. 10 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 9, caracterizada por possuir um conjunto de suportes fixos (26) em pesos (27), para encaminhar os cabos eléctricos (2) ao longo do leito marinho até se chegar a terra.
11. 11 - Equipamento para produzir energia, no fundo do mar, de acordo com qualquer das reinvindicações anteriores caracterizada por compreender objecto hidrodinâmico (1) essencialmente cheio de ar, de titânio ou liga titânio molibdénio, de superfície externa rugosa, constituída por milhares de múltiplas abas (25), dois geradores de accionamento simultâneo (15,21) e pêndulo (22, 23) no seu interior, em que apenas o seu extremo móvel (23) é em Alnico, dois elementos de ferro (8, 11), laterais e fixos, de dimensão calculada atendendo à dimensão do dito extremo móvel (23) , revestidos por plástico, e uma estrutura de suporte (4) equipada com sistema de controlo remoto electrónico. Lisboa, 5 de Agosto de 2013 2/2