BR102012010933A2 - Sistema de geração de energia elétrica - Google Patents

Abstract

"SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA" O presente resumo refere-se a uma patente de invenção para sistema de geração de energia elétrica, pertencente ao campo da engenharia elétrica, compreendendo a transformação ou aproveitamento da energia hidráulica ou hídrica "H" do fluxo da água potável "F" dentro de tubulação (1) de rede de distribuição de água potável em energia elétrica "E" através de gerador hidroelétrico compacto (10) (turbina hidráulica + gerador elétrico) cuja turbina hidráulica (11) fica montada na tubulação (1) e é girada pelo fluxo de água "F" que corre dentro desta e o gerador elétrico (12) fica sujeito à turbina (11) e ligado em fiação (20) da rede de distribuição de energia elétrica próxima e ligada a consumidor (carga) (40), este, preferencialmente, sendo atendido também pela rede de distribuição de água potável.

Description

"SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA" INTRODUÇÃO

O presente relatório descritivo refere-se a uma pa- tente de invenção para, sistema de geração de energia elétrica, pertencente ao campo da engenharia elétrica e que foi desenvolvido para proporcionar geração de energia elétrica em altas quantidades a partir do fluxo de água potável que chega ao consumidor, portanto, a partir de ponto próximo, de modo a dispensar os altos custos com transmissão e outros envolvidos na maioria dos sistemas de geração usuais. ESTADO DA TÉCNICA Dados históricos

O início da história da eletricidade teve contribui- ção importante de Benjamin Franklin. Os Sistemas de Potência, como hoje são conhecidos, têm pouco mais de 100 anos. Por volta de 1876 não se sabia como transmitir a energia elétrica gerada.

De maneira resumida, os fatos marcantes da evolu- ção dos sistemas de potência se concentram na época da realização da con- corrência para a construção do complexo de Niagara Falls, o maior do mun- do de então, que se iniciou em 1876. A evolução dos conceitos sobre os sis- temas de potência foi marcante dentro de um período de 15 anos, pratica- mente definindo as características dos sistemas como hoje se apresentam. Em 1880, Thomas Alva Edson apresenta sua lâm- pada incandescente (em corrente contínua), a mais eficiente de então. Nessa época, na Europa, havia avanços na utilização de corrente alternada. Em 1882, Edson coloca em funcionamento um sistema de corrente contínua em Nova York e funda a empresa Edison Electric Company. Em 1885, George Westinghouse Jr. compra os direitos da patente de Goulard-Gibbs para cons- truir transformadores de corrente alternada e encarrega William Stanley des- sa tarefa. Em 1886, já há cerca de 60 centrais de corrente contínua (Edison) com cerca de 150.000 lâmpadas. Na mesma época, Stanley coloca em ope- ração a primeira central em corrente alternada (Westinghouse) em Great Barrington, Massachusetts. Os sistemas de corrente alternada se multiplica- ram rapidamente e, já em 1887, existiam cerca de 121 sistemas desse tipo em funcionamento, com cerca de 325.000 lâmpadas. Entre as novas empre- sas, destaca-se a empresa do próprio Westinghouse que cresce contabilizan- do 125.000 lâmpadas em corrente alternada. Usina hidroelétrica tradicional

Uma usina hidrelétrica ou central hidroelétrica é um complexo arquitetônico, um conjunto de obras e de equipamentos, que tem por finalidade produzir energia elétrica em alta escala através do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio.

Dentre os países que usam essa forma de se obter uma rede interligada por linhas de transmissão (transporte). Nessa rede estão ligadas as cargas (pontos de consumo de energia) e os geradores (pontos de produção de energia). Uma central hidrelétrica é uma instalação ligada à rede de transporte que injeta uma porção da energia solicitada pelas cargas.

A Usina Hidrelétrica de Tucuruí, por exemplo,

constitui-se de uma das maiores obras da engenharia mundial e é a maior usina 100% brasileira em potência instalada com seus 8.000 MW, já que a Usina de Itaipu é binacional.

O vertedor de Tucuruí é o maior do mundo com sua vazão de projeto calculada para a enchente decamilenar de 110.000 m3/s, pode, no limite dar passagem à vazão de até 120.000 m3/s. Esta vazão só será igualada pelo vertedor da Usina de Três Gargantas na China. Tanto o projeto civil como a construção de Tucuruí e da Usina de Itaipu foram totalmente realizados por firmas brasileiras, entretanto, devido às maiores complexidades o projeto e fabricação dos equipamentos eletromecânicos, responsáveis pela geração de energia, foram realizados por empresas multinacionais.

Funcionamento e desvantagens naturais

Nas usinas hidrelétricas, a energia elétrica tem co- mo fonte principal a energia proveniente da queda de água represada a uma certa altura. A energia potencial que a água tem na parte alta da represa é transformada em energia cinética, que faz com que as pás da turbina girem, acionando o eixo do gerador, produzindo energia elétrica.

Utiliza-se a energia hídrica no Brasil em grande escala, devido aos grandes mananciais de água existentes.

Atualmente, estão sendo discutidas fontes alterna-

tivas para a produção de energia elétrica, pois a falta de chuvas está causan- do um grande déficit na oferta de energia elétrica. A maior usina hidrelétrica do Brasil é a de Itaipu (Foz de Iguaçu) que tem capacidade de 12600 MW

Não é novidade que o barramento de um rio provo- ca impactos ambientais irreversíveis. Construir hidrelétricas à maneira tradi- cional significa abrir mão de recursos naturais para a produção de energia em escala: isto é um fato técnico. As usinas hidrelétricas são uma importante fonte de energia no mundo atual, de acordo com o Renewables Global Sta- tus Report 2006, no ano de 2005 as usinas hidrelétricas produziram 19% da eletricidade consumida.

Em razão dos impactos ambientais e custos, prin- cipalmente com transmissão, acarretados pela energia hidroelétrica fontes alternativas têm sido procuradas. Fontes Alternativas de Energia Energia termoelétrica.

Nas usinas termoelétricas a energia elétrica é obti- da pela queima de combustíveis, como carvão, óleo, derivados do petróleo e, atualmente, também a cana de açúcar (biomassa).

A produção de energia elétrica é realizada através da queima do combustível que aquece a água, transformando-a em vapor.

Este vapor é conduzido a alta pressão por uma tubulação e faz girar as pás da turbina, cujo eixo está acoplado ao gerador. Em seguida o vapor é resfri- ado retornando ao estado líquido e a água é reaproveitada, para novamente ser vaporizada.

Todavia, vários cuidados precisam ser tomados tais como: os gases provenientes da queima do combustível devem ser filtrados, evitando a poluição da atmosfera local; a água aquecida precisa ser resfriada ao ser devolvida para os rios porque várias espécies aquáticas não resistem a altas temperaturas, entre outros.

No Brasil este é o segundo tipo de fonte de energia elétrica que está sendo utilizado, e agora, com a crise que estamos vivendo, é a que mais tende a se expandir. Energia termonuclear

Este tipo de energia é obtido a partir da fissão do núcleo do átomo de urânio enriquecido, liberando uma grande quantidade de energia.

Urânio enriquecido - o que é isto? Sabemos que o átomo é constituído de um núcleo onde estão situados dois tipos de partícu- las: os prótons que possuem cargas positivas e os nêutrons que não possuem carga.

Em torno do núcleo, há uma região denominada e- letrosfera, onde se encontram os elétrons que têm cargas negativas. Átomos do mesmo elemento químico, que possuem o mesmo número de prótons e diferentes números de nêutrons são chamados isótopos. O urânio possui dois

235 238 235

isótopos: U e "0U. O é o único capaz de sofrer fissão. Na natureza só é possível encontrar 0,7 % deste tipo de isótropo. Para ser usado como com- bustível em uma usina, é necessário enriquecer o urânio natural. Um dos métodos é "filtrar" o urânio através de membranas muito finas. O 235U é mais leve e atravessa a membrana primeiro do que o 238U. Esta operação tem que ser repetida várias vezes e é um processo muito caro e complexo. Pou- cos países possuem esta tecnologia para escala industrial. O urânio é colocado em cilindros metálicos no nú-

cleo do reator que é constituído de um material moderador (geralmente gra- fite) para diminuir a velocidade dos nêutrons emitidos pelo urânio em desin- tegração, permitindo as reações em cadeia. O resfriamento do reator do nú- cleo é realizado através de líquido ou gás que circula através de tubos, pelo seu interior. Este calor retirado é transferido para uma segunda tubulação onde circula água. Por aquecimento esta água se transforma em vapor (a temperatura chega a 320°C) que vai movimentar as pás das turbinas que movimentarão o gerador, produzindo eletricidade .

Depois este vapor é liqüefeito e reconduzido para a tubulação, onde é novamente aquecido e vaporizado. No Brasil, está funcionado a Usina Nuclear Angra

2 sendo que a produção de energia elétrica é em pequena quantidade que não dá para abastecer toda a cidade do Rio de Janeiro. No âmbito governamental está em discussão a construção da Usina Nuclear Angra 3 por causa do déficit de energia no país. Os Estados Unidos da América lideram a produção

de energia nuclear e nos países França, Suécia, Finlândia e Bélgica 50 % da energia elétrica consumida, provém de usinas nucleares. Energia geotérmica

Energia geotérmica é a energia produzida de ro- chas derretidas no subsolo (magma) que aquecem a água no subsolo. Na Islândia, que é um país localizado muito ao Norte, próximo do Círculo

r

Polar Ártico, com vulcanismo intenso, onde a água quente e o vapor afloram à superfície (gêiseres) ou se encontram em pequena profundidade, tem uma grande quantidade de energia geotérmica aproveitável e a energia elétrica é gerada a partir desta.

As usinas elétricas aproveitam esta energia para produzir água quente e vapor. O vapor aciona as turbinas que geram quase 3 000 000 joules de energia elétrica por segundo e a água quente percorre tubulações até chegar às casas.

Nos Estados Unidos da América há usinas deste ti- po na Califórnia e em Nevada. Em El Salvador, 30% da energia elétrica consumida provém da energia geotérmica. Energia eólica

Os moinhos de ventos são velhos conhecidos nos- sos, e usam a energia dos ventos, isto é, eólica, não para gerar eletricidade, mas para realizar trabalho, como bombear água e moer grãos. Na Pérsia, no século Y, já eram utilizados moinhos de vento para bombear água para irri- gação.

A energia eólica é produzida pela transformação da energia cinética dos ventos em energia elétrica. A conversão de energia é realizada através de um aerogerador que consiste num gerador elétrico aco- plado a um eixo que gira através da incidência do vento nas pás da turbina.

A turbina eólica horizontal (a vertical não é mais usada), é formada essencialmente por um conjunto de duas ou três pás, com perfis aerodinâmicos eficientes, impulsionadas por forças predominante- mente de sustentação, acionando geradores que operam a velocidade variá- vel, para garantir uma alta eficiência de conversão. A instalação de turbinas eólicas tem interesse em locais em que a velocidade média anual dos ventos seja superior a 3,6 m/s.

Existem atualmente, mais de 20 000 turbinas eóli- cas de grande porte em operação no mundo (principalmente no Estados U- nidos). Na Europa, espera-se gerar 10 % da energia elétrica a partir da eóli- ca, até o ano de 2030.

O Brasil produz e exporta equipamentos para usi- nas eólicas, mas elas ainda são pouco usadas. Aqui se destacam as Usinas do Camelinho (1MW, em MG), de Mucuripe (1,2MW) e da Prainha (10MW) no Ceará, e a de Fernando de Noronha em Pernambuco. Energia das marés

A energia das marés é obtida de modo semelhante ao da energia hidrelétrica.

Constrói-se uma barragem, formando-se um reser- vatório junto ao mar. Quando a maré é alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina e produzindo energia elétrica, e na maré baixa o reservatório é esvaziado e água que sai do reservatório, passa novamente através da turbina, em sentido contrário, produzindo energia elétrica. Este tipo de fonte é também usado no Japão e Inglaterra. No Brasil temos grande amplitude de marés, por

exemplo, em São Luís, na Baia de São Marcos (6,8m), mas a topografia do litoral inviabiliza economicamente a construção de reservatórios. Energia fotovoltaica

A energia fotovoltaica é fornecida de painéis con- tendo células fotovoltaicas ou solares que sob a incidência do sol geram e- nergia elétrica. A energia gerada pelos painéis é armazenada em bancos de bateria, para que seja usada em período de baixa radiação e durante a noite .

A conversão direta de energia solar em energia elé- trica é realizada nas células solares através do efeito fotovoltaico, que con- siste na geração de uma diferença de potencial elétrico através da radiação.

O efeito fotovoltaico ocorre quando fótons (energia que o sol carrega) inci- dem sobre átomos (no caso átomos de silício), provocando a emissão de elé- trons, gerando corrente elétrica. Este processo não depende da quantidade de calor, pelo contrário, o rendimento da célula solar cai quando sua temperatu- ra aumenta.

O uso de painéis fotovoltaicos para conversão de

energia solar em eletricidade é viável para pequenas instalações, em regiões

r

remotas ou de difícil acesso. E muito utilizada para a alimentação de dispo- sitivos eletrônicos existentes em foguetes, satélites e astronaves.

O sistema de co-geração fotovoltaica também é

uma solução; uma fonte de energia fotovoltaica é conectada em paralelo com uma fonte local de eletricidade. Este sistema de co-geração voltaica está sendo implantado na Holanda em um complexo residencial de 5000 ca- sas, sendo de 1 MW a capacidade de geração de energia fotovoltaica. Os Estados Unidos, Japão e Alemanha têm indicativos em promover a utiliza- ção de energia fotovoltaica em centros urbanos. Na Cidade Universitária - USP - São Paulo, há um prédio que utiliza este tipo de fonte de energia elé- trica.

No Brasil já é usado, em uma escala significativa, o coletor solar que utiliza a energia solar para aquecer a água e não para ge- rar energia elétrica.

Desvantagens das fontes alternativas (principais)

Termoelétrica: fonte de energia cara e finita (o combustível só pode ser usado uma vez).

Termonuclear: qualquer acidente põe em risco a

vida humana a sua volta.

Geotérmica: dependem do magma que não tem em

qualquer lugar.

Eólica: depende da instabilidade do vento. Das marés: depende da instabilidade das marés. Fotovoltaica: depende da instabilidade do sol. Em razão das dificuldades das formas usuais de ge- ração de energia elétrica em larga escala, principalmente o impacto ambien- tal e necessidade de transmissão desde o local de geração até o do consumo (carga) da energia elétrica tem sido desejável o desenvolvimento de novas formas de geração. OBJETIVOS DA INVENÇÃO Assim, o objetivo principal da presente patente de

invenção, é prover um original sistema de geração de energia elétrica em larga escala que supere os inconvenientes das formas usuais, particularmente no que diz respeito a evitar impacto ambiental e evitar a necessidade de transmissão da energia elétrica gerada por longos trechos entre o centro de geração e de consumo.

Outro objetivo é prover um sistema que além de superar o problema não seja de construção ou fabricação com níveis de complexidade que o torne desinteressante, particularmente que seja de fácil instalação nos perímetros urbanos e nestes nos locais públicos ou privados. Outro objetivo é prover um sistema com custos de

implantação, operação, de manutenção e outros adequados. DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

Tendo em vista, portanto, os inconvenientes acima referidos dos sistemas de geração de energia elétrica usuais e no propósito de superá-los e visando atender aos objetivos relacionados, foi desenvolvido o sistema de geração de energia elétrica, objeto da presente patente de in- venção, o qual compreende essencialmente a transformação ou aproveita- mento da energia hidráulica ou hídrica do fluxo da água potável dentro de tubulação de rede de distribuição de água potável em energia elétrica através de gerador hidroelétrico compacto cuja turbina hidráulica fica montada na tubulação e é girada pelo fluxo de água que corre dentro desta e o gerador elétrico fica sujeito à turbina e ligado em fiação da rede de distribuição de energia elétrica próxima e ligada ao consumidor (carga), este, preferencial- mente, atendido também pela rede de distribuição de água potável, consubs- tanciando assim uma autentica "hidroelétrica subterrânea compacta". Essa forma de geração de energia elétrica supera os

inconvenientes observados nas formas usuais, acima aludidos, uma vez que o meio de geração aproveita uma energia já disponível e próxima do consu- midor, dispensado assim todo o custo de transmissão.

Outra vantagem consiste no fato de tal forma de transmissão não causar impacto ambiental e ser segura relativamente a ou- tras.

O gerador de energia tem construção, implantação, operação e eventual manutenção simples. No que concerne á implantação a vantagem está no fato do gerador de energia elétrica ser uma unidade com- pacta possível de ser instalada no perímetro urbano e neste em logradouros públicos ou dentro dos imóveis consumidores (carga). O presente sistema apresenta ainda como vantagem baixos custos agregados, como financeiros, do equipamento em si, relativos a eventuais passivos ambientais, de implantação, operação, manutenção a- tendendo assim a outro objetivo da invenção LISTA DE DESENHOS

Os desenhos anexos referem-se ao sistema de gera- ção de energia elétrica, objeto da presente patente, nos quais:

a fig. 1 mostra um esquema simplificado do siste- ma;

a fig. 2 mostra um esquema de um sistema de cap- tação, tratamento e de distribuição de água potável, cuja rede de distribuição e/ou os ramais de ligação da rede aos consumidores de água são, preferenci- almente, usados pelo sistema inventado;

a fig. 3 mostra um esquema de um sistema de gera- ção e distribuição de energia elétrica cuja rede de distribuição e/ou os ramais de ligação da rede aos consumidores (cargas) são, preferencialmente, usados pelo sistema inventado em associação com a rede e/ou ramais de água;

a fig. 4 mostra um esquema de uma aplicação pu- blica coletiva do sistema;

a fig. 5 mostra um esquema de uma aplicação pú- blica individual do sistema; a fig. 6 mostra um esquema de uma aplicação pri- vada do sistema;

as figs. 7 e 8 mostram esquemas simplificados de possibilidades de construção do gerador hidroelétrico compacto que faz par- te da invenção; e

a fig. 9 mostra um esquema geral do sistema inven- tado.

DESCRIÇÃO DETALHADA COM BASE NOS DESENHOS

Conforme ilustram as figuras acima relacionadas, o sistema, objeto da presente patente de invenção, destina-se a gerar energia elétrica em larga escala, próximo às cargas e para tanto consiste essencial- mente (fig. 1): na transformação ou aproveitamento da energia hidráulica ou hídrica "H" do fluxo da água potável "F" dentro de tubulação 1 de rede de distribuição de água potável em energia elétrica "E" através de gerador hi- droelétrico compacto 10, formado essencialmente: por turbina hidráulica 11 e gerador elétrico 12 cuja turbina hidráulica 11 fica montada na tubulação 1 e é girada pelo fluxo de água uF" que corre dentro desta e o gerador elétrico 12 fica sujeito à turbina lie ligado em fiação 20 da rede de distribuição de energia elétrica próxima e ligada ao consumidor (carga) 40, este, preferenci- almente, sendo atendido também pela rede de distribuição de água potável.

A tubulação Iea fiação 20 acima mencionadas preferencialmente fazem parte de sistema de captação, tratamento e distribu- ição de água potável 2 (fig. 2) e de sistema de geração e distribuição de e- nergia elétrica 21 (fig. 3) públicos.

Numa possibilidade, o sistema inventado é aplica- do para uso público e atende a uma coletividade (fig. 4). Neste caso, a tubu- lação 1, na qual fica montada a turbina hidráulica 11 do gerador hidroelétri- co 10, faz parte da rede de distribuição de água potável 3 do sistema de tra- tamento e distribuição de água potável 2 que atende vários consumidores 40 e a fiação 20, de ligação do gerador elétrico 12 do gerador hidroelétrico 10, fica ligada na rede de distribuição de energia elétrica 22 do sistema de gera- ção e distribuição de energia elétrica 21 que atende vários consumidores (carga) 40; dita tubulação 1 disposta antes (montante) dos hidrômetros 4 dos consumidores 40 atendidos pelo sistema 2 e a fiação 20 antes dos medidores de energia elétrica 23 dos consumidores (cargas) 40 atendidos pelo sistema 21. A rede de distribuição de energia elétrica 22 neste caso pode ser desliga- da ou é mantida ligada e o sistema inventado atuar em conjunto com esta como um meio de geração de energia auxiliar ou de emergência (caso de queda do fornecimento de energia elétrica), sendo previsto, logicamente, arranjo de instalação elétrica apropriado para esse tipo de funcionamento. Numa outra possibilidade, o sistema inventado é

aplicado para uso público e faz atendimento individual (fig. 5). Nesta apli- cação, a tubulação 1, na qual fica montada a turbina hidráulica 11 do gera- dor hidroelétrico 10, é um ramal 5 de ligação da rede de distribuição de á- gua potável 3 a um consumidor 40, antes do hidrômetro 4 e a fiação 20 de ligação do gerador elétrico 12 do gerador hidroelétrico 10, fica ligada no ramal 24 de entrada de energia elétrica do consumidor (carga) 40 antes do medidor de energia elétrica 23. O ramal 24 de ligação da rede de distribui- ção de energia elétrica 22 no consumidor 40 neste caso pode ser desligado ou é mantido ligado e o sistema inventado atua em conjunto com este como um meio de geração de energia auxiliar ou de emergência (caso de queda do fornecimento de energia elétrica), sendo previsto, logicamente, arranjo de instalação elétrica apropriado para esse tipo de funcionamento.

Numa outra possibilidade, o sistema inventado é de aplicação privada (fig. 6). Neste caso, a tubulação 1, na qual fica montada a turbina hidráulica 11 do gerador hidroelétrico 10, é uma tubulação 6 priva- da, situada entre o hidrômetro 4 e o reservatório 7 do consumidor 40 e a fia- ção 20 de ligação do gerador elétrico 12 do gerador hidroelétrico 10 fica li- gada ou é uma fiação privada 25, entre o medidor de consumo de energia elétrica 23 do consumidor (carga) 40 e o quadro de distribuição 26. O ramal 24 de ligação da rede de distribuição de energia elétrica 22 neste caso pode ser desligado ou é mantido ligado e o sistema inventado atua em conjunto com este como um meio de geração de energia auxiliar ou de emergência (queda de fornecimento de energia elétrica), sendo previsto, logicamente, arranjo de instalação elétrica apropriado para esse tipo de funcionamento.

Na prática, portanto, o sistema inventado compre- ende em essência, preferencialmente, a associação de elementos do sistema de captação, tratamento e distribuição de água potável 2 e do sistema de ge- ração e distribuição de energia elétrica 21 situados na parte pública do sis- tema ou na parte privada.

Para efeito deste relatório entende-se como sistema de captação, tratamento e distribuição de água potável 2 (fig. 2) o complexo compreendido, essencialmente: por massa de água, como, por exemplo, uma represa 8; por sistema de adutora de captação de água 9 derivado da represa 8; por estação de tratamento de água 10', na qual se liga a adutora de capta- ção 9; por sistema de adutora 11' de distribuição de água tratada derivado da estação de tratamento de água 10; por reservatório(s) elevado(s) 12' situ- ado(s) próximo(s) ao(s) centro(s) de consumo 41 de água potável e de ener- gia elétrica, formado(s) pelo(s) consumidor(es) 40; reservatório(s) eleva- do(s) 12 esses que abastece(m) o(s) centros de consumo 41 preferencialmen- te por gravidade; pela(s) rede(s) de distribuição de água potável 3 deriva- da^) do(s) reservatório(s) elevado(s) 12'; pelos ramais ligação 5 derivados da(s) rede(s) de distribuição 3 e ligado(s) aos consumidores 40 do(s) cen- tro(s) de consumo 41. O sistema de captação, tratamento e de distribuição de água potável 2 pode ser dito em circuito fechado com o sistema 50 de coleta de esgoto, que capta a água servida (esgoto) dos consumidores 40 e a retorna para a represa 8.

Para efeito deste relatório, o sistema de geração e

distribuição de energia elétrica 21 (fig. 3) é compreendido, essencialmente: por equipamento de geração de energia elétrica em larga escala, como, por exemplo, uma usina hidroelétrica 27; por uma estação elevadora de tensão (transformador) 28, ligada no equipamento gerador de energia elétrica 27; por linha de transmissão em alta tensão AT 29, ligada na estação elevadora de tensão 28; por subestações transmissoras 30, intercaladas nas linhas transmissão AT 29; por subestação abaixadora de tensão 31, ligada na linha de transmissão AT 29 e localizada próxima dos centros de consumo de água potável e energia elétrica 41; por linhas de distribuição em baixa tensão BT 22 derivadas das subestações abaixadoras de tensão 31; por dispositivos de automação da distribuição 32 associados às linhas de distribuição BT 22; pelos ramais de ligação 24, ligados entre as linhas de distribuição BT 22 e os consumidores (cargas) 40, nestes, preferencialmente, chegando também os ramais de ligação da rede de distribuição de água potável (fig. 2). O gerador hidroelétrico compacto 10, em sua es-

sência, é compreendido (figs 7, 8): pela turbina hidráulica 11 formada, basi- camente: por rotor que fica sujeito ao fluxo de água "F"; por eixo do rotor de conversão da energia hidráulica Ή" do fluxo de água "F" em energia mecânica; por carcaça que aloja o rotor, que tem entradas e saídas intercala- das na tubulação 1. O gerador elétrico 12 é formado, essencialmente; por rotor montado no eixo da turbina hidráulica; por estator disposto à volta do rotor e que transformam a energia mecânica do eixo em energia elétrica; por carcaça que aloja o conjunto rotor estator e vedada em relação à turbina; por conectores elétricos nos quais se ligam as fiações 20 de ligação à carga e pelos quais flui a energia elétrica (corrente) gerada pelo funcionamento do

rotor e estator.

Dentro dessa concepção básica do gerador hidráu- lico elétrico 10, ele pode ter várias construções, como, por exemplo, aquela na qual o seu eixo fica radial (fig. 7) ou coaxial (fig. 8) à tubulação 1 na qual corre o fluxo de água "F" cuja energia hidráulica Ή" é aproveitada.

Assim, em síntese, o sistema de geração de energia

elétrica, objeto da presente invenção, é um sistema de geração de energia elétrica a partir do fluxo "F" de água potável dentro de tubulação de distri- buição de água potável formado por equipamento constituído, essencial- mente (fig. 9):

- Por um ou uma pluralidade de gerador(es) hidroe-

létrico^) compacto(s) 10, formados essencialmente por turbina hidráulica lie gerador de energia elétrica 12 sujeito à turbina hidráulica 11;

- Por tubulação(ões) 1, pertencente(m) ao sistema de distribuição de água potável público ou privado, tubulação(ões) 1 essa(s) que é(são) parte da(s) rede(s) de distribuição(ões) de água potável 3 e/ou ramal(is) 5 de ligação(ões) da(s) rede(s) 3 ao(s) consumidor(es) 40 e na(s) qual(is) fica(m) instalada(s) e sujeita(s) ao(s) fluxo(s) "F" de água tratada a(s) turbina(s) hidráulica(s) 11 de dito(s) gerador(es) hidroelétrico(s) 10; e

-Por fiação(ões) 20 pertencente(s) ao sistema de distribuição de energia elétrica público ou privado, fiação(ões) 20 essa(s) que forma(m) a(s) rede(s) de distribuição elétrica 22 e/ou o(s) ramal(is) 24 de ligação da(s) rede(s) 22 ao(s) consumidor(es) (carga) 40 e na(s) qual(is) se liga(m) as saídas do(s) gerador(es) elétrico(s) 12 do(s) gerador(es) hidroe- létrico(s) 10.

O método de geração de energia elétrica imple- mentado pelo equipamento acima pode ser compreendido, essencialmente: pela previsão de gerador hidroelétrico compacto 10, formado por turbina hidráulica 11 e gerador elétrico 12 associados; previsão de tubulação 1 na qual flui um fluxo "F" de água potável fornecida a consumidor(es) 40; pre- visão de fiação 20 de fiação de alimentação de energia elétrica a um ou mais consumi dor(es) (carga) 40 e pela etapas de:

- Montar o gerador hidroelétrico 10 de forma que sua turbina hidráulica 11 fique montada intercalada na tubulação 1 de ali- mentação de água potável para um ou mais consumidor(es) 40 de forma que dita turbina hidráulica 11 seja girada pelo fluxo "F" de água tratada;

- Ligar o gerador elétrico 12 do gerador hidroelé- tricô 10 em fiação 20 de alimentação de energia elétrica para um ou mais

consumidor(es) (carga) 40;

- Girar a turbina hidráulica 11 pela passagem do fluxo "F" de água tratada, transformando a energia hidráulica do fluxo "F" em energia mecânica no eixo da turbina hidráulica lie fornecer a água tra- io tada para o(s) consumidor(es) 40;

- Girar o gerador elétrico 12 sujeito ao eixo da tur- bina hidráulica 11 transformando a energia mecânica de dito eixo em ener- gia elétrica;

- Alimentar a energia elétrica gerada na(s) entra- da(s) do(s) consumidor(es) (carga) 40.

No presente sistema, o fluxo de água "F" (energia cinética) é proporcionado, preferencialmente, por gravidade, ou seja, pelo desnível entre o reservatório 12 que contém a água potável (energia potenci- al) e os pontos de consumo (carga) 40, junto aos quais ficam instalados os geradores hidroelétricos 10 acionados pelo fluxo "F" de água potável ou dito fluxo de água potável "F" é proporcionado por bombeamento. Assim, quando o sistema está em funcionamento, fluxos "F" de água potável fluem em tubulações 1 que formam a rede de distribuição de água potável pública 3 ou que constituem ramal(is) 5 de liga- ção da rede a consumidor(es) 40; ditos fluxos "F" giram as turbinas hidráu- licas 11 dos geradores hidroelétricos 10 instalados nas tubulações 1. O giro das turbinas hidráulicas 11 acionam os correspondentes geradores de eletri- cidade 12 também pertencentes aos geradores hidroelétricos 10 com o que é gerada energia elétrica "E" que é transmitida até o(s) consumidor(es) (carga) 40 próximos.

Logicamente, a aplicação vantajosa do presente

sistema depende de muitas variáveis a serem estudadas em cada caso, como, por exemplo, a relação custo benefício entre a quantidade de energia consu- mida para prover o fluxo de água "F" de energia cinética (desnível ou bom- beamento) versus a quantidade de energia elétrica produzida ou outros, mas o que se pretende é que, sempre que essas variáveis permitam, ter-se uma nova opção de geração de energia elétrica em larga escala a partir de um meio, o fluxo "F" de água potável que chega ao consumidor 40 e, portanto, próximo a este, a fim de dispensar custos de transmissão e evitar impactos ambientais significativos ou riscos à segurança conforme ocorre usualmente com os sistemas de geração de energia elétrica hidráulicos ou outros con- vencionais. Dentro da construção básica, acima descrita, o sis- tema, objeto do presente patente, pode apresentar modificações relativas a materiais, dimensões, detalhes construtivos e/ou de configuração funcional e/ou ornamental, sem que fuja do âmbito da proteção solicitada.

Dentro disso, embora a descrição acima tenha sido

feita numa versão do invento cujo gerador hidroelétrico 10 apresenta-se ins- talado na rede de distribuição de água potável 3 ou nos seus ramais 5 de li- gação da rede aos consumidores 30 nada impede que dito gerador hidroelé- trico 10 seja instalado em outras tubulações do sistema de captação, trata- mento e distribuição de água potável 2. Igualmente, embora a descrição te- nha mostrado o gerador hidroelétrico 10 ligado na rede de distribuição elé- trica 22 ou nos seus ramais 24 de ligação nas cargas 40 nada impede que dito gerador hidroelétrico 10 seja ligado em outras fiações do sistema de ge- ração e distribuição de energia elétrica 21. O presente sistema pode também ser aplicado em

sistema de captação, tratamento e abastecimento de água e de geração e dis- tribuição de energia elétrica inteiramente privado, como, por exemplo, den- tro de uma fazenda ou outros.

Ainda, pretende-se como proteção incluída na pa- tente o uso do presente sistema em quaisquer tubulações nas quais circule fluxos de produtos quaisquer pressionados por meios naturais (desnível) ou forçado (bombeamento), observada a relação custo benefício ideal.

Opcionalmente, o gerador hidroelétrico 10 pode es- tar associado a recursos de comutação para gerar energia elétrica ou ser ali- mentado com energia elétrica da rede e funcionar como uma bomba de re- calque de água.

Claims (11)

1. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", caracteriza- do por compreender a transformação ou aproveitamento da energia hidráuli- ca ou hídrica Ή" do fluxo da água potável "F" dentro de tubulação (1) de distribuição ou fornecimento ou outras de água potável em energia elétrica "E" através de gerador hidroelétrico compacto (10), formado essencialmente por turbina hidráulica (11) e gerador elétrico (12), cuja turbina hidráulica (11) fica montada na tubulação (1) e é girada pelo fluxo de água "F" que corre dentro desta e o gerador elétrico (12) fica sujeito à turbina (11) e Iiga- do em fiação (20) da rede de distribuição ou de ligação de energia elétrica próxima a consumidor(es) (carga) (40), este(s), preferencialmente, atendi- do^) também pela rede ou ramal(is) de distribuição de água potável.

2. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo com a reivindicação 1 compreendendo o gerador hidroelétrico (10), em sua essência, formado: por turbina hidráulica (11) e por gerador elétrico (12), associados caracterizado pela turbina hidráulica (11) ser formada, essenci- almente: por rotor que fica sujeito ao fluxo de água "F"; por eixo do rotor de conversão da energia hidráulica "H" do fluxo de água "F" em energia mecâ- nica; por carcaça que aloja o rotor e que tem entrada e saída intercaladas na tubulação (1) e o gerador elétrico (12) é formado, essencialmente; por rotor montado no eixo da turbina hidráulica (11); por estator disposto à volta do rotor e que transformam a energia mecânica do eixo em energia elétrica; por carcaça que aloja o conjunto rotor estator e vedada em relação à turbina; por conectores elétricos nos quais se ligam as fiações de ligação à carga (40) e pelos quais flui para a carga a energia elétrica (corrente) gerada.

3. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 2 caracterizado pelo gerador hidráulico elétrico (10) ter o seu eixo radial à tubulação (1) na qual corre o fluxo de água "F" cuja e- nergia hidráulica "Ή" é aproveitada.

4. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 2 caracterizado pelo gerador hidráulico elétrico (10) ter o seu eixo coaxial à tubulação (1) na qual corre o fluxo de água "F" cuja e~ nergia hidráulica "H" é aproveitada.

5. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4, caracterizado: por um ou uma plura- lidade de gerador(es) hidroelétrico(s) (10); por tubulação(ões) (1), que per- tencente^) ao sistema de distribuição de água potável público ou privado, tubulação(ões) (1) essa(s) que forma(m) a(s) rede(s) de distribuição(ões) de água potável (3) e/ou ramal(is) (5) de ligação(ões) da(s) rede(s) ao(s) con- sumidores) (40) e na(s) qual(is) fica(m) instalada(s) e sujeita(s) ao(s) flu- xo(s) "F" de água tratada a(s) turbina(s) hidráulica(s) (11) de dito(s) gera- dores) hidroelétrico(s) (10); e por fiação(ões) (20) pertencente(s) ao sistema de distribuição de energia elétrica público ou privado, fiação(ões) (20) es- sa(s) que forma(m) a(s) rede(s) de distribuição de energia elétrica (22) e/ou o(s) ramal(is) (24) de ligação ao(s) consumidor(es) (carga) (40) e em dita(s) fiação(ões) (20) se liga(m) as saídas do(s) gerador(es) elétrico(s) (12) do(s) gerador(es) hidroelétrico(s) (10).

6. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5, compreendendo método de gera- ção de energia elétrica caracterizado: pela previsão de gerador hidroelétrico compacto (10), formado por turbina hidráulica (11) e gerador elétrico (12) associados; previsão de tubulação (1) na qual flui um fluxo "F" de água po- tável fornecida a consumidor(es) (40); previsão de fiação (20) de alimenta- ção de energia elétrica a um ou mais consumidor(es) (carga) (40) e pela eta- pas de: - Montar o gerador hidroelétrico (10) de forma que sua turbina hidráulica (11) fique intercalada na tubulação (1) de alimentação de água potável para um ou mais consumidor(es) (40) de forma que dita tur- bina hidráulica (11) seja girada pelo fluxo "F" de água tratada; - Ligar o gerador elétrico (12) do gerador hidroelé- trico (10) em fiação (20) de alimentação de energia elétrica para um ou mais consumidor(es) (carga) (40); - Girar a turbina hidráulica (11) pela passagem do fluxo "F" de água tratada, transformando a energia hidráulica "H" do fluxo "F" em energia mecânica no eixo da turbina hidráulica (11) e fornecer a á- gua tratada para o(s) consumidor(es) (40); - Girar o gerador elétrico (12) sujeito ao eixo da turbina hidráulica (11) transformando a energia mecânica de dito eixo em energia elétrica; e - Alimentar a energia elétrica gerada na(s) entra- da(s) do(s) consumidor(es) (carga) (40).

7. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6, caracterizado por uma apli- cação pública coletiva compreendendo a tubulação (1), na qual fica montada a turbina hidráulica (11) do gerador hidroelétrico (10), que faz parte da rede de distribuição de água potável (3) do sistema de tratamento e distribuição de água potável (2) que atende vários consumidores (40) e a fiação (20), de ligação do gerador elétrico (12) do gerador hidroelétrico (10), fica ligada na rede de distribuição de energia elétrica (22) do sistema de geração e distribu- ição de energia elétrica (21) que atende vários consumidores (carga) (40); dita tubulação (1) disposta antes (montante) dos hidrômetros (4) dos consu- midores (40) e a fiação (20) antes dos medidores de energia elétrica (23) dos consumidores (cargas) (40).

8. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6, caracterizado por aplicação pública individual, compreendendo a tubulação (1), na qual fica montada a turbina hidráulica (11) do gerador hidroelétrico (10), é um ramal (5) de li- gação da rede de distribuição de água potável (3) a um consumidor (40), an- tes do hidrômetro (4) e a fiação (20) de ligação do gerador elétrico (12) do gerador hidroelétrico (10), fica ligada ou é o ramal (24) de entrada de ener- gia elétrica do consumidor (carga) (40) antes do medidor de energia elétrica (23).

9. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6, caracterizado por aplicação privada compreendendo, a tubulação (1), na qual fica montada a turbina hi- dráulica (11) do gerador hidroelétrico (10), ser uma tubulação (6) privada, situada entre o hidrômetro (4) e o reservatório (7) do consumidor (40) e a fiação (20) de ligação do gerador elétrico (12) do gerador hidroelétrico (10) fica ligada ou é uma fiação privada (25), entre o medidor de consumo de energia elétrica (23) do consumidor (carga) (40) e o quadro de distribuição (26).

10. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6, caracterizado por gerador hidroelétrico (10) instalado em quaisquer tubulações e ligado a quaisquer fiações de sistemas de distribuição de água potável e de distribuição de e- nergia elétrica, público ou privado.

11. "SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA", de acordo coma reivindicação 1 caracterizado pela turbina hidráulica (11) do gerador hidroelétrico (10) ficar instalada em tubulação (1) quaisquer, na qual flui um fluxo "F" de produto quaisquer com pressão natural (desnível) ou forçada (bombeamento).