BR102016028163B1

BR102016028163B1 - Turbina eólica de eixo vertical

Info

Publication number: BR102016028163B1
Application number: BR102016028163-6A
Authority: BR
Inventors: Buiano Fiedler Nelson
Original assignee: Vleaf Participações Ltda.
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-04-17
Also published as: AR110268A1; JOP20170190A1; BR102016028163A2; WO2018098549A1; UY37501A

Abstract

a presente invenção refere-se a uma turbina eólica de eixo vertical compreendendo um rotor (100) disposto verticalmente em relação ao solo e associado a uma multiplicidade de lâminas primárias (10), cada lâmina primária (10) dotada de ao menos uma região côncava, o rotor (100) sendo associado a uma multiplicidade de lâminas secundárias (20), cada lâmina secundária (20) dotada de ao menos uma região côncava, as lâminas primárias (10) e secundárias (20) estando dispostas com suas regiões côncavas substancialmente em oposição entre si, as lâminas primárias (10) e secundárias (20) sendo configuradas para simultaneamente rotacionar o rotor (10) mediante atuação do vento sobre ao menos uma porção de suas respectivas superfícies, de modo que a referida turbina promova a compensação do contraarrasto sofrido pelas lâminas primárias e possua um funcionamento estável e contínuo.

Description

(54) Título: TURBINA EÓLICA DE EIXO VERTICAL (51) Int.CI.: F03D 3/06; F03D 3/00 (73) Titular(es): VLEAF PARTICIPAÇÕES LTDA.

(72) Inventor(es): NELSON BUIANO FIEDLER

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TURBINA EÓLICA DE EIXO VERTICAL.

[001] A presente invenção refere-se a uma turbina eólica de eixo vertical, e mais especificamente a uma turbina eólica compreendendo um rotor disposto verticalmente em relação ao solo e dotada de lâminas primárias e secundárias de forma a promover um aumento de eficiência na geração de energia, bem como um funcionamento fluído e estável da turbina.

Descrição do Estado da Técnica [002] Turbinas eólicas se tratam de equipamentos de geração de energia elétrica que se utilizam do arrasto e/ou da sustentação proveniente da atuação do vento para geração da referida energia. Em geral, turbinas eólicas captam o vento por meio de lâminas ou pás compreendendo superfícies planas e extensas. Referidas lâminas são associadas a um rotor que faz parte de um gerador, e o arrasto e/ou sustentação gerados pelo vento que as atinge rotacionam as lâminas da turbina, e consequentemente o rotor, permitindo a geração de energia elétrica.

[003] As turbinas eólicas, quanto à orientação de seu eixo em relação ao solo, são divididas em dois tipos distintos: turbinas de eixo horizontal e turbinas de eixo vertical. Não obstante ao fato de ambos os tipos de turbina possuírem vantagens e desvantagens distintas e conhecidas, as turbinas de eixo vertical são desejáveis em uma grande gama de aplicações, por não necessitarem de alinhamento específico em relação ao vento, possuírem seus componentes mais próximos ao solo (facilitando a montagem e manutenção da turbina e exigindo uma menor resistência estrutural do eixo), apresentando menor ruído proveniente da operação, entre outras vantagens.

[004] Como exemplos de turbinas verticais conhecidas pelo estado da técnica, pode-se citar aquela revelada na patente US 7344353. ReferiPetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 5/33

2/17 do documento trata de uma turbina eólica de eixo vertical dotada de um rotor possuindo lâminas de geometria substancialmente helicoidal.

[005] Grande parte das turbinas eólicas de eixo vertical conhecidas pelo estado da técnica é similar àquela revelada por US 7344353, apresentando distinção no formato e disposição do conjunto de pás, ou em sua estrutura de modo geral. Entretanto, as turbinas eólicas de eixo vertical conhecidas apresentam um problema grave relacionado ao contra-arrasto sofrido pelo conjunto de lâminas, o qual diminui substancialmente a eficiência na geração de energia elétrica.

[006] Mais especificamente, dada uma direção de vento atuando sobre a turbina eólica de eixo vertical, tem-se sempre a situação onde um número de lâminas da turbina é atacado pelo vento de forma a produzir arrasto positivo (ou seja, um arrasto que tende a rotacionar a lâmina em um determinado sentido desejável para geração de energia a partir do rotor), e simultaneamente um número de lâminas é atacado pelo vento de forma a produzir contra-arrasto (ou seja, um arrasto que tende a rotacionar a lâmina em um sentido contrário ao desejável para geração de energia).

[007] Evidentemente, a energia gerada pela turbina será, de modo geral, prejudicada pela influência negativa do contra-arrasto. Dessa forma, torna claro que a diminuição do contra-arrasto sofrido pelo conjunto de lâminas de uma turbina eólica é especialmente desejável. Entretanto, mesmo com os avanços aplicados à forma, disposição e estrutura das lâminas das turbinas, tal como visto na US 7344353, o problema do contra-arrasto permanece um dos fatores de redução de eficiência predominantes nas turbinas verticais.

[008] Tentativas de reduzir o problema do contra-arrasto são de conhecimento do estado da técnica, como aquela apresentada no documento de patente US 6740989, que revela uma turbina eólica de eixo vertical dotada de um estator posicionado na periferia do rotor.

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O estator revelado na US 6740989 possui seu próprio conjunto de lâminas estáticas, que interceptam o vento e geram turbulência que o redirecionam de forma positiva para o rotor.

[009] Porém, a solução apresentada por US 6740989 oferece pouco ganho de eficiência frente a uma turbina sem estator externo, visto que a presença de lâminas fixas que interceptam o vento na periferia do rotor diminui a velocidade e altera drasticamente a direção do vento, por fim prejudicando a captação de vento pelas lâminas do próprio rotor, ocasionando igualmente uma grande perda de energia cinética do vento Ademais, esta solução apresentada por US 6740989 exige que o as lâminas fixas externas do estator possuam uma base estrutural distinta daquela usada para o rotor (visto que o rotor trabalha dinamicamente e o estator trabalha estaticamente), o que encarece e torna complexa a fabricação e montagem da turbina.

[0010] Adicionalmente, outro problema recorrente em turbinas eólicas de eixo vertical é a instabilidade na rotação das lâminas, o que resulta em uma geração de energia inconstante. Por outras palavras, no momento e que as lâminas iniciam o seu retorno contra o vento, o contra-arrasto atua instantânea e bruscamente sobre as mesmas, causando uma perda de torque imediata que desestabiliza a geração de energia neste momento.

[0011] Ainda, o oposto ocorre quando as lâminas deixam a região de contra-arrasto, no sentido de que a súbita interrupção das forças contrárias ao torque positivo faz com que as lâminas alavanquem, novamente alterando bruscamente a taxa de geração de energia por um breve momento.

[0012] Dessa forma, a geração de energia promovida pelas turbinas eólicas de eixo vertical do estado da técnica é inconstante e, devido à natureza do funcionamento das turbinas do estado da técnica, todo o conjunto estrutural sofre esforços bruscos e cíclicos que dimiPetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 7/33

4/17 nuem muito a vida útil do equipamento.

[0013] Sendo assim, não se observa no estado da técnica uma turbina eólica de eixo vertical que apresente uma solução eficiente para o problema do contra-arrasto atuante em suas lâminas, bem como um funcionamento estável e fluído.

Objetivos da Invenção [0014] Um primeiro objetivo da presente invenção é apresentar uma turbina eólica de eixo vertical que permita a redução do contraarrasto sofrido por suas lâminas de forma eficiente.

[0015] Um segundo objetivo da presente invenção é apresentar uma turbina eólica de eixo vertical que promova uma geração de energia homogênea através de um funcionamento estável e fluido.

[0016] Um terceiro objetivo da presente invenção é apresentar uma turbina eólica de eixo vertical que apresente um baixo custo de geração de energia.

[0017] Um quarto objetivo da presente invenção é apresentar uma turbina eólica de eixo vertical cuja fabricação, transporte, implementação e manutenção sejam feitas de forma simples.

Breve Descrição da Invenção [0018] Os objetivos da presente invenção são alcançados através de uma turbina eólica de eixo vertical compreendendo um rotor disposto verticalmente em relação ao solo e associado a uma multiplicidade de lâminas primárias, cada lâmina primária sendo dotada de ao menos uma região côncava.

[0019] O rotor é associado a uma multiplicidade de lâminas secundárias, cada lâmina secundária dotada de ao menos uma região côncava, as lâminas primárias e secundárias estando dispostas com suas regiões côncavas substancialmente em oposição entre si.

[0020] Ademais, as lâminas primárias e secundárias são configuradas para simultaneamente rotacionar o rotor mediante atuação do

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5/17 vento sobre ao menos uma porção de suas respectivas superfícies. [0021] Adicionalmente, as lâminas primárias e secundárias compreendem cada qual uma primeira extremidade e uma segunda extremidade transversais e opostas entre si, e o rotor é associado a três lâminas primárias e três lâminas secundárias.

[0022] Preferencialmente, a turbina da presente invenção configura uma primeira linha que passa pelas primeiras extremidades de uma primeira lâmina primária e uma primeira lâmina secundária. A turbina configura ainda uma segunda linha que passa pela segunda extremidade da primeira lâmina secundária e por uma projeção da extremidade da primeira lâmina primária até uma segunda lâmina primária. Dessa forma, as primeira e segunda linhas configuram entre si um ângulo entre 51 graus e 81 graus.

[0023] Preferencialmente, a turbina da presente invenção configura uma terceira linha que passa pela primeira extremidade da primeira lâmina primária e pela projeção da extremidade da primeira lâmina primária até a segunda lâmina primária. A turbina configura ainda uma quarta linha que passa pelas primeira e segunda extremidades da primeira lâmina secundária, as terceira e quarta linhas configurando entre si um ângulo entre 20 graus e 50 graus.

[0024] Ademais, as lâminas primárias e secundárias possuem suas concavidades dispostas a diferentes distâncias radiais com relação ao rotor, as lâminas secundárias estão dispostas em um raio mais externo com relação às lâminas primárias. Ainda, as lâminas primárias e secundárias são associadas ao rotor em uma disposição substancialmente helicoidal.

[0025] Adicionalmente, as lâminas primárias e secundárias compreendem uma membrana flexível, e o rotor compreende uma estrutura à qual são associadas às lâminas primárias e secundárias. Neste sentido, a estrutura compreende uma pluralidade de anéis externos,

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6/17 uma das extremidades de cada lâmina primária sendo associada aos anéis externos.

[0026] A estrutura compreende ainda uma pluralidade de hastes, sendo que a seção transversal de cada lâmina primária é associada às hastes. O rotor compreende um eixo associado tangencialmente a uma das extremidades de cada haste, e a extremidade oposta de cada haste é associada a um anel externo e configura uma superfície rígida das lâminas primárias.

[0027] Ademais, a associação das lâminas primárias e secundárias às suas respectivas hastes e projeções curvas configura uma tensoestrutura.

Breve Descrição dos Desenhos [0028] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0029] Figura 1 - é uma vista em perspectiva da turbina eólica de eixo vertical da presente invenção em sua configuração preferencial; [0030] Figura 2 - é uma vista superior em corte da turbina eólica de eixo vertical da presente invenção ilustrando esquematicamente a atuação do vento em uma determinada direção;

[0031] Figura 3 - é uma vista em perspectiva de uma das seções longitudinais da turbina da presente invenção;

[0032] Figura 4 - é um detalhe da vista da figura 3;

[0033] Figura 5 - é uma vista superior da turbina da presente invenção detalhando a disposição das hastes e anéis externos; e [0034] Figura 6 - é um detalhe de uma das lâminas secundárias da turbina da presente invenção sob a ação do vento aparente de uma lâmina primária.

Descrição Detalhada das Figuras [0035] As figuras 1 a 6 ilustram a turbina eólica da presente invenPetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 10/33

7/17 ção em uma configuração construtiva considerada preferencial. A figura 1 mostra uma perspectiva da turbina, onde se pode visualizar a base 300 que sustenta todo o conjunto de elementos que formam a referida turbina. Também se visualiza o rotor 100 compreendendo um gerador 400 e um eixo 110 disposto verticalmente em relação ao solo. [0036] A partir da figura 1, e mais detalhadamente a partir da figura 2, pode-se visualizar que o rotor 100 é associado a uma multiplicidade de lâminas primárias 10. O termo lâminas deve ser entendido como uma estrutura substancialmente plana e extensa, apta a captar um grande volume de vento, que é rígida ou se torna rígida após sua associação ao rotor 100. Nesta configuração preferencial, o rotor 100 é associado a três lâminas primárias 10, porém o número de lâminas aplicáveis à presente invenção varia conforme condições de projeto. [0037] Ainda nesta configuração preferencial, as lâminas primárias 10 são compostas por uma membrana flexível, preferencialmente de Fluoreto de Polivinildeno (PVDF) ou outros materiais semelhantes de pouco peso, tais como membrana de PTFE, ETFE e Dacron, e são associadas a uma estrutura 200 compreendida pelo rotor 100 de modo a formar uma superfície rígida. A estrutura 200 é composta de aço, ou outros materiais semelhantes, tais como alumínio, grafeno e fibra de carbono, e compreende uma pluralidade de anéis externos 201 aos quais é associada uma das extremidades de cada lâmina primária 10, e compreende também uma pluralidade de hastes 202 às quais é associada à seção transversal das lâminas primárias 10. As hastes 202 têm uma de suas extremidades associadas tangencialmente ao eixo 110, e sua extremidade oposta associada a um anel externo 201, formando assim uma estrutura rígida conforme visto nas figuras 1 e 2, e permitindo às lâminas primárias 10 configurar uma superfície rígida para captação de ao menos uma porção de vento conforme visto nas figuras 1 e 3.

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8/17 [0038] As hastes 202 possuem ao menos uma região curva, de forma que as lâminas primárias 10 configurem ao menos uma região côncava mediante sua associação às hastes 202. Nesta configuração preferencial, a região curva das hastes 202 é disposta próxima à região de associação ao anel externo 201.

[0039] Ademais, a estrutura 200 da turbina da presente invenção é formada por uma multiplicidade de anéis externos 201 distribuídos ao longo de seu comprimento, conforme detalhe da seção da estrutura da turbina ilustrado na figura 3. Cada anel externo 201 possui uma configuração substancialmente similar ao daquele já descrito acima, alterando-se apenas a sua proporcionalidade de acordo com o diâmetro de cada anel, caso seja desejável a utilização de anéis com diferentes diâmetros.

[0040] Adicionalmente, cada conjunto de hastes 202 de cada anel externo 201 é disposto em uma posição angular diferente do conjunto de hastes 202 dos anéis adjacentes, de forma que as lâminas primárias 10 sejam dispostas em uma configuração substancialmente helicoidal, como pode ser visto nas figuras 1, 3 e 4. Deste modo, a turbina da presente invenção de acordo com sua configuração preferencial gera um torque positivo (torque que permite ao gerador produzir energia elétrica) através de duas reações causadas pela captação de vento: a primeira reação provinda do arrasto atuando na seção transversal das lâminas; e a segunda reação provinda do componente de sustentação, presente pela configuração côncava das lâminas.

[0041] A diferença angular Z entre as hastes 202 de anéis externos 201 adjacentes é, preferencialmente, de 22,5 graus, como pode ser visto na figura 5, este ângulo variando conforme condições de projeto. O número de anéis externos 201 da turbina varia conforme a altura desejada à mesma, estando esta última diretamente relacionada com a capacidade máxima de geração da turbina.

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9/17 [0042] A associação entre as lâminas primárias 10 e as hastes 202 pode ser dada por qualquer elemento ou método apto a associar a membrana da lâmina à haste rígida, tal como costura, grampos, conjunto de barras roscadas e porcas e arruelas, entre outros.

[0043] Dito isso, cumpre notar que o conceito de utilização de um único conjunto de lâminas para captação de vento e consequente rotação de um rotor para geração de energia é conhecido pelo estado da técnica. Entretanto, conforme já foi esclarecido, a utilização de apenas um conjunto de lâminas para captação de vento traz o problema do contra-arrasto que age sobre as lâminas que retornam contra o vento. Mais especificamente, tem-se que, quando uma lâmina de uma turbina do estado da técnica se desloca contra o vento, a mesma se encontra em uma região de contra-arrasto, ou seja, uma região na qual as lâminas estão sob a ação de um torque negativo que tende a rotacionálas em um sentido contrário ao sentido de torque positivo, efetivamente diminuindo a eficiência da turbina.

[0044] A diminuição deste efeito de contra-arrasto, de acordo com a presente invenção, é alcançada pela utilização de lâminas secundárias 20 associadas ao rotor 100. Tais lâminas secundárias 20, conforme visto em detalhes na figura 3, são compostas por uma membrana tal como a membrana das lâminas primárias, e são associadas cada qual a uma projeção curva 25 disposta na estrutura 200, e mais especificamente na extremidade do anel externo 201, de forma que sua seção transversal possua um perfil substancialmente côncavo em ao menos uma região para captação de ao menos uma porção de vento. Nesta configuração preferencial, as lâminas secundárias 20 são inteiramente côncavas.

[0045] A projeção curva 25 pode ser disposta na extremidade do anel externo 201 por meio de quaisquer elementos ou métodos de fixação adequados, tal como soldagem. As lâminas secundárias 20 são

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10/17 associadas à projeção curva 25 substancialmente da mesma forma que as lâminas primárias 10 são associadas às hastes 202. Ademais, a projeção curva 25 associada a um dado anel externo 201 é disposta com uma diferença angular em relação às projeções curvas 25 de anéis externos 201 adjacentes, efetivamente promovendo às lâminas secundárias 20 uma disposição substancialmente helicoidal, como pode ser visto nas figuras 1 e 3.

[0046] Esta diferença angular entre as projeções curvas 25 deve ser idêntica à diferença angular aplicada às hastes 202, sendo para esta configuração preferencial um valor de 22,5 graus. Ainda, o número de lâminas secundárias 20 utilizadas na turbina da presente invenção é preferencialmente idêntico ao número de lâminas primárias 10. [0047] Cumpre notar que a associação das lâminas primárias e secundárias 10, 20 às suas respectivas hastes 202 e projeções curvas 25 configuram uma tensoestrutura. Mais especificamente, a associação das membranas às hastes e projeções curvas permite que referidas membranas sejam esticadas ao longo destas, e formem uma estrutura rígida sob constante estado de tração.

[0048] Este tipo de estrutura possui intrínseca capacidade de resistência a esforços externos. No caso da configuração preferencial da presente invenção, e conforme visto mais detalhadamente na figura 4, as lâminas 10, 20 são associadas de forma que sejam estendidas ao longo de seus respectivos elementos de fixação (hastes 202 e projeções 25), gerando uma superfície em tensoestrutura apta a receber as solicitações do vento de forma eficiente.

[0049] A configuração de uma tensoestrutura para as lâminas 10, 20 da presente invenção traz diversas vantagens frente às lâminas metálicas ou velas utilizadas no estado da técnica, tais como uma maior resistência mecânica, menor peso, maior facilidade e menor custo de fabricação e implementação, consequentemente permitindo

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11/17 uma geração de energia mais simples e de baixo custo.

[0050] Mais especificamente, uma das vantagens mais importantes da presente invenção é a simplicidade que a mesma promove aos processos de fabricação, transporte, instalação e manutenção da turbina eólica, por consequência direta do peso reduzido da mesma em relação às turbinas do estado da técnica. Pelo uso da membrana configurada em tensoestrutura, a fabricação da turbina ocorre de forma muito mais rápida, o transporte se torna muito mais fácil, e eliminamse diversas etapas anteriormente necessárias na manipulação do material, como, por exemplo, elimina-se a necessidade de bloqueios, monitoramento, comboios ou autorização da concessionária para transporte da turbina.

[0051] Ademais, a instalação também se torna mais simples, principalmente pela leveza apresentada pelo conjunto da presente invenção, que leva à utilização de uma fundação mais leve e guindastes menores. Por fim, a manutenção também se mostra mais simples, pois as lâminas da presente invenção se mantêm próximas ao chão, muitas vezes dispensando a utilização de guindastes para este fim.

[0052] Com relação ao posicionamento das lâminas secundárias 20, as mesmas são cada qual posicionadas a uma determinada distância angular das suas respectivas lâminas primárias 10, distância esta que será detalhada adiante. Ademais, as lâminas secundárias 20 são dispostas à frente das suas respectivas lâminas primárias 10, ou seja, considerando uma determinada rotação, a passagem das lâminas secundárias 20 por um determinado ponto no curso desta rotação antecede a passagem de suas respectivas lâminas primárias 10 por este mesmo ponto.

[0053] Ainda, nesta configuração preferencial, as lâminas primárias e secundárias 10, 20 possuem suas concavidades dispostas a diferentes distâncias radiais com relação ao rotor 100, e as lâminas sePetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 15/33

12/17 cundárias 20 são dispostas em um raio mais externo com relação às lâminas primárias 10, conforme visto na figura 2, para permitir uma captação de vento aparente mais eficiente, conforme será visto adiante.

[0054] As lâminas secundárias 20 possuem a função de diminuir os efeitos do contra-arrasto sobre as lâminas primárias 10. Mais especificamente, as lâminas secundárias 20 se utilizam do vento aparente gerado pela movimentação das lâminas primárias 10 para gerar um componente de sustentação adicional que se opõe ao contra-arrasto sofrido pelas referidas lâminas primárias.

[0055] Para melhor esclarecer o funcionamento e os efeitos positivos da utilização das lâminas secundárias 20 na turbina da presente invenção, a figura 6 mostra uma representação esquemática da atuação do vento em uma determinada direção sobre a presente turbina, sendo que as lâminas primárias e secundárias 10, 20 estão dispostas em uma primeira posição.

[0056] Para facilitar a explicação da atuação do vento sobre a turbina a partir deste ponto, considera-se a configuração preferencial da turbina da presente invenção contendo uma primeira, uma segunda e uma terceira lâminas primárias 11, 12, 13 e uma primeira, uma segunda e uma terceira lâminas secundárias 21, 22, 23 correspondentes às lâminas primárias 11, 12, 13, tal como indicadas na figura 2.

[0057] No caso da turbina da presente invenção em sua configuração preferencial, tal como ilustrada na figura 2, e considerando ainda a direção do vento 500 representada esquematicamente na figura 2, o sentido de rotação desejável para geração de energia de forma eficiente é o sentido horário, especialmente levando em consideração o sentido das concavidades das lâminas primárias 11, 12, 13. Logo, a região de contra-arrasto da turbina da presente invenção em sua configuração preferencial está, substancialmente, entre os ângulos de 0 a

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180 graus, conforme indicado na figura 2.

[0058] Considerando a direção de atuação do vento representado na figura 2, o vento atua sobre a turbina da presente invenção em uma direção em que a primeira lâmina primária 11 e a terceira lâmina secundária 23 são atingidas diretamente sobre suas concavidades, gerando torque positivo. Ademais, a segunda lâmina primária 12, a segunda lâmina secundária 22 e a terceira lâmina primária 13 se encontram na região de contra-arrasto.

[0059] Pode-se perceber que, durante a rotação da turbina da presente invenção, as lâminas secundárias 21, 22, 23 percorrem trechos onde as mesmas não são atingidas pelo vento por estarem cobertas pelas lâminas primárias 11, 12, 13, ou, por outras palavras, por estarem sob a sombra de vento gerada pelas lâminas primárias 11, 12,

13. Nestes trechos, as reações atuantes sobre as lâminas secundárias são provenientes apenas do torque aplicado ao próprio rotor 100, não tendo influência substancial do vento que age sobre a turbina.

[0060] Ainda visualizando a figura 2, tem-se que a primeira lâmina secundária 21 está sob a sombra de vento da terceira lâmina primária 13, enquanto que a segunda lâmina secundária 22 é ilustrada momentos após deixar a sombra de vento da terceira lâmina primária 13. Evidentemente, as lâminas secundárias deixam a sombra de vento das lâminas primárias sempre na região de contra-arrasto.

[0061] Esclarece-se, ainda, que o vento que atua sobre as lâminas primárias 11, 12, 13 é, predominantemente, um vento real. O termo vento real deve ser entendido como o deslocamento natural de uma massa de ar sem que esta sofra influência substancial de nenhum corpo. Já o termo vento induzido, que será explorado adiante, deve ser entendido como aquele que é gerado quando um objeto se desloca através de uma massa de ar. Finalmente, o termo vento aparente deve ser entendido como a soma vetorial dos ventos real e induzido.

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14/17 [0062] Sendo assim, tem-se que as lâminas primárias 11, 12, 13, quando estão se movimentando contra o vento real, ou seja, quando estão retornando contra o vento real na região de contra-arrasto, produzem um vento induzido, visto que estão se deslocando através de uma massa de ar. Este vento induzido, em conjunto com o vento real que atua sobre a respectiva lâmina primária 11, 12, 13, gera um vento aparente o qual possui uma intensidade maior que a dos ventos real e induzido.

[0063] Dito isso, de acordo com a presente invenção, tem-se que uma dada lâmina secundária que deixa a sombra de vento gerada por uma dada lâmina primária é imediatamente atingida pelo vento aparente proveniente desta lâmina primária. Tal é o caso na figura 2, onde o vento que atua na segunda lâmina secundária 22 (a qual é ilustrada no instante que deixa a sombra de vento da terceira lâmina primária 23) é o vento aparente gerado pela terceira lâmina primária 23.

[0064] Dito isso, as lâminas secundárias 21, 22, 23 são atingidas por vento aparente sempre que deixam a sombra de vento gerada pelas lâminas primárias 11, 12, 13. Considerando que as lâminas secundárias 21, 22, 23 possuem uma geometria côncava que facilita a geração de esforços aerodinâmicos sobre a mesma, tem-se que a incidência de vento aparente sobre as lâminas secundárias 20 gera uma componente de sustentação aerodinâmica que se opõe ao contraarrasto gerado pelas lâminas primárias 10.

[0065] Para melhor ilustrar a referida componente de sustentação gerada pelas lâminas secundárias, a figura 6 mostra um detalhe da segunda lâmina secundária 22 sob o efeito do vento aparente 600 gerado pela terceira lâmina primária 13. A posição da segunda lâmina secundária 22 ilustrada na figura 6 é a mesma posição ilustrada na figura 2.

[0066] Visualiza-se que a passagem do vento aparente pela sePetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 18/33

15/17 gunda lâmina secundária 22 gera uma sustentação 700 cuja direção é substancialmente perpendicular ao corpo da referida lâmina secundária 22, e cujo sentido é da parte côncava à parte convexa da lâmina secundária 22. Esta sustentação é gerada através da diferença de pressões que atuam sobre as partes côncava e convexa da lâmina secundária 22 quando a mesma é submetida ao vento aparente, similarmente ao que ocorre, por exemplo, em asas de aviões ou velas de barcos que navegam contra o vento.

[0067] A sustentação gerada na segunda lâmina secundária 22 tende a rotacioná-la em um sentido de torque positivo, efetivamente se opondo ao contra-arrasto sofrido pelas lâminas primárias 12, 13. Adicionalmente, considerando que o vento aparente que atua sobre a lâmina secundária 22 é a soma vetorial do vento real que age sobre a lâmina primária 13 e o vento induzido pela referida lâmina primária 13, a intensidade da reação de sustentação provinda da atuação deste vento aparente é substancial, diminuindo significativamente a influência do contra-arrasto sobre a geração de energia da turbina.

[0068] Este efeito de sustentação é reproduzido por cada lâmina secundária 20 que deixa a sombra de vento de uma lâmina primária 10, configurando assim um efeito contínuo que ocorre simultaneamente ao efeito do contra-arrasto. Dessa forma, as lâminas secundárias 10 conseguem não só diminuir significativamente a influência negativa do contra-arrasto na eficiência geral da turbina, mas também permite a compensação do contra-arrasto no momento que ele ocorre, impedindo que a turbina sofra mudanças bruscas de torque. Dessa forma, as lâminas secundárias 20 permitem um funcionamento estável e contínuo da turbina.

[0069] Torna claro, então, que a presente invenção promove o aumento da eficiência geral de uma turbina eólica de eixo vertical pela disposição de lâminas secundárias que se aproveitam do vento apaPetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 19/33

16/17 rente gerado pelas lâminas primárias, criando uma componente de sustentação de torque positivo. Adicionalmente, torna claro também que a presente invenção promove a compensação do contra-arrasto no momento em que o mesmo ocorre, eliminando variações bruscas no torque do rotor e permitindo à turbina um funcionamento estável e contínuo, aumentando a vida útil de seus componentes.

[0070] Por fim, considerando a importância da disposição eficiente das lâminas secundárias 20 para o bom funcionamento da presente invenção em sua configuração preferencial, será descrito a seguir um conjunto de intervalos de ângulos possíveis das lâminas secundárias 20 em relação às suas respectivas lâminas primárias. Ademais, para facilitar os esclarecimentos relativos aos referidos ângulos, será estabelecido que as lâminas primárias 10 e secundárias 20 compreendem cada qual uma primeira extremidade 15, 25 e uma segunda extremidade 16, 26 transversais e opostas entre si.

[0071] Primeiramente, de acordo com o ilustrado na figura 2, a turbina da presente invenção em sua configuração preferencial configura uma primeira linha A que passa pelas primeiras extremidades 15, 25 de uma primeira lâmina primária 11 e uma primeira lâmina secundária

21. A turbina configura ainda uma segunda linha B que passa pela segunda extremidade 26 da primeira lâmina secundária 21 e por uma projeção da extremidade da primeira lâmina primária 11 até uma segunda lâmina primária 12.

[0072] Com projeção da extremidade da primeira lâmina primária 11, entende-se uma projeção imaginária da extremidade da primeira lâmina primária 11 até a segunda lâmina primária 12. Alternativamente, tal projeção é análoga à haste 202 que sustenta referida primeira lâmina primária 11 e se estende até a haste 202 que sustenta a segunda lâmina primária 12.

[0073] Dito isso, as primeira e segunda linhas A, B configuram enPetição 870160071612, de 30/11/2016, pág. 20/33

17/17 tre si um ângulo X entre 51 graus e 81 graus.

[0074] Ademais, a turbina da presente invenção em sua configuração preferencial configura uma terceira linha C que passa pela primeira extremidade 15 da primeira lâmina primária 11 e pela projeção da extremidade da primeira lâmina primária 11 até a segunda lâmina primária 12. Alternativamente, tal projeção é análoga à haste 202 que sustenta a referida primeira lâmina primária 11 e se estende até a haste 202 que sustenta a segunda lâmina primária 12.

[0075] A turbina configura ainda uma quarta linha D que passa pelas primeira e segunda extremidades 25, 26 da primeira lâmina secundária 21, as terceira e quarta linhas C, D configurando entre si um ângulo Y entre 20 graus e 50 graus.

[0076] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Turbina eólica de eixo vertical compreendendo um rotor (100) disposto verticalmente em relação ao solo e associado a uma multiplicidade de lâminas primárias (10), cada lâmina primária (10) dotada de ao menos uma região côncava, a turbina sendo caracterizada pelo fato de que o rotor (100) é associado a uma multiplicidade de lâminas secundárias (20), cada lâmina secundária (20) dotada de ao menos uma região côncava, as lâminas primárias (10) e secundárias (20) estando dispostas com suas regiões côncavas substancialmente em oposição entre si, as lâminas primárias (10) e secundárias (20) sendo configuradas para simultaneamente rotacionar o rotor (100) mediante atuação do vento sobre ao menos uma porção de suas respectivas superfícies.
2. Turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as lâminas primárias (10) e secundárias (20) compreendem cada qual uma primeira extremidade (15, 25) e uma segunda extremidade (16, 26) transversais e opostas entre si.
3. Turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o rotor (100) é associado a três lâminas primárias (11, 12, 13) e três lâminas secundárias (21, 22, 23).
4. Turbina de acordo com as reivindicações 2 e 3, caracterizada pelo fato de que configura uma primeira linha (A) que passa pelas primeiras extremidades (15, 25) de uma primeira lâmina primária (11) e uma primeira lâmina secundária (21), a turbina configurando uma segunda linha (B) que passa pela segunda extremidade (26) da primeira lâmina secundária (21) e por uma projeção da extremidade da primeira lâmina primária (11) até uma segunda lâmina primária (12), as primeira e segunda linhas (A, B) configurando entre si um ângulo (X) entre 51 graus e 81 graus.
5. Turbina de acordo com a reivindicação 4, caracterizada

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2/3 pelo fato de que configura uma terceira linha (C) que passa pela primeira extremidade (15) da primeira lâmina primária (11) e pela projeção da extremidade da primeira lâmina primária (11) até a segunda lâmina primária (12), a turbina configurando uma quarta linha (D) que passa pelas primeira e segunda extremidades (25, 26) da primeira lâmina secundária (21), as terceira e quarta linhas (C, D) configurando entre si um ângulo (Y) entre 20 graus e 50 graus.
6. Turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as lâminas primárias e secundárias (10, 20) possuem suas concavidades dispostas a diferentes distâncias radiais com relação ao rotor (100), as lâminas secundárias (20) estando dispostas em um raio mais externo com relação às lâminas primárias (10).
7. Turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as lâminas primárias e secundárias (10, 20) são associadas ao rotor (100) em uma disposição substancialmente helicoidal.
8. Turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as lâminas primárias e secundárias (10, 20) compreendem uma membrana flexível.
9. Turbina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o rotor (100) compreende uma estrutura (200) à qual são associadas as lâminas primárias (10) e secundárias (20).
10. Turbina de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a estrutura (200) compreende uma pluralidade de anéis externos (201), uma das extremidades de cada lâmina primária (10) sendo associada aos anéis externos (201).
11. Turbina de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a estrutura (200) compreende uma pluralidade de hastes (202), a seção transversal de cada lâmina primária (10) sendo associada às hastes (202).

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12. Turbina de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o rotor (100) compreende um eixo (110) associado tangencialmente a uma das extremidades de cada haste (202), a extremidade oposta de cada haste (202) sendo associada a um anel externo (201) e configurando uma superfície rígida das lâminas primárias (10).
13. Turbina de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a associação das lâminas primárias e secundárias (10, 20) às suas respectivas hastes (202) e projeções curvas (25) configura uma tensoestrutura.

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