BR102018016747A2 - Transformador de potencial térmico - Google Patents

Abstract

transformador de potencial térmico. refere-se a presente invenção a um novo conceito de máquina térmica (31) formada por duas unidades que executam processos de transformação e de transferência de energia com a propriedade de transformação de potenciais térmicos baseado no conceito de sistema termodinâmico fechado. está sendo proposto uma máquina térmica que transforma o potencial térmico, a temperatura, de uma certa quantidade de energia para outro potencial mais elevado ou menos elevado, análogo a um transformador de potencial elétrico o qual transforma o potencial, tensão em volt, de uma energia em outro potencial, maior ou menor, preservando a potência em watt.

Description

"TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TÉRMICO" CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] Refere-se a presente invenção a um novo conceito de máquina térmica (31) formada por duas unidades que executam processos de transformação e de transferência de energia com a propriedade de transformação de potenciais térmicos baseado no conceito de sistema termodinâmico fechado. Está sendo proposto uma máquina térmica que transforma o potencial térmico, a temperatura, de uma certa quantidade de energia para outro potencial mais elevado ou menos elevado, análogo a um transformador de potencial elétrico o qual transforma o potencial, tensão em volt, de uma energia em outro potencial, maior ou menor, preservando a potência em Watt.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A termodinâmica clássica define três conceitos de sistemas termodinâmicos, o sistema termodinâmico aberto, o sistema termodinâmico fechado e o sistema termodinâmico isolado. Estes três conceitos de sistemas termodinâmicos foram conceituados no século XIX nos primórdios da criação das leis da termodinâmica e fundamentam todos os ciclos motores e de máquinas térmicas conhecidas até o presente. Durante todo o século XX não houve mudanças significativas, as pesquisas em máquinas e motores térmicos foram sempre em torno do conceito do sistema termodinâmico aberto, onde se encontram os motores de combustão interna e em torno do sistema termodinâmico fechado, exemplificado pelos refrigeradores, motores Rankine, Stirling, Ericsson e Brayton de circuito fechado.

[003] O sistema termodinâmico isolado é definido como um sistema no qual nem matéria, nem energia passa através dele. Portanto, este conceito de sistema termodinâmico não oferece propriedades que permitam o desenvolvimento de motores e outras máquinas térmicas.

[004] O sistema termodinâmico aberto é definido como um sistema termodinâmico em que energia e matéria podem entrar e sair deste sistema. São exemplos de sistema termodinâmico aberto a maioria dos motores de combustão interna, de ciclo Otto, de ciclo Atkinson, semelhante ao ciclo Otto, de ciclo Diesel, de ciclo Sabathe, semelhante ao ciclo Diesel, de ciclo Brayton de combustão interna, de ciclo Rankine com exaustão do vapor ao ambiente. As matérias que entram nestes sistemas são os combustíveis e oxigênio ou fluido de trabalho ou gás de trabalho. A energia que entra nestes sistemas é o calor. As matérias que saem destes sistemas são a exaustão da combustão ou do fluido de trabalho, gases, resíduos; as energias que saem destes sistemas são a energia mecânica de trabalho e parte do calor dissipado.

[005] O sistema termodinâmico fechado é definido como um sistema termodinâmico em que apenas a energia pode entrar e sair deste sistema. São exemplos de sistema termodinâmico fechado, motores de combustão externa como o de ciclo Stirling, de ciclo Ericsson, de ciclo Rankine com fluido de trabalho em circuito fechado, de ciclo Brayton de calor ou de combustão externa, de ciclo Carnot. A energia que entra neste sistema é o calor. A energia que sai deste sistema é a energia mecânica de trabalho e parte do calor dissipado, porém não sai matéria destes sistemas, como ocorre no sistema aberto. E faz parte também deste sistema, o transformador de potencial térmico.

[006] Ambos os sistemas, aberto e fechado, como entrada possuem no tempo (t1) a temperatura (Tq), a massa (m1) e o número de mol (n1) e na saída, no tempo (t2), ambos possuem a temperatura (Tf), a massa (mi) e o número de mol (n1), a massa é constante, a diferença entre ambos é que no sistema aberto a massa (mi) atravessa o sistema e no sistema fechado a massa (mi) permanece no sistema, conforme a figura 1.

O ESTADO ATUAL DA TÉCNICA

[007] Os motores e máquinas térmicas conhecidos até o presente são fundamentados em sistemas termodinâmicos aberto ou sistemas termodinâmicos fechado, eles possuem seus ciclos termodinâmicos compostos por uma série de processos sequenciais e independentes, e ocorre um único processo por vez até que o ciclo se complete, como pode ser observado no gráfico pressão/volume na figura 2, assim são os refrigeradores, bombas de calor, motores de ciclo Otto, Atkinson, Diesel, Sabathe, Rankine, Stirling, Ericsson, o ciclo teórico ideal de Carnot. O ciclo Brayton o qual também pertence aos sistemas ou aberto ou fechado, exclusivo, porém diferente dos demais, seus quatro processos ocorrem todos simultaneamente.

[008] A energia interna do gás de trabalho das máquinas e motores baseados nos sistemas aberto e fechado não é constante durante o seu ciclo, a equação que representa a energia interna é indicada na equação (a) Joule (a) [009] Na equação (a), (U) representa a energia interna em “Joule”, (n) representa o número de mol, (R) representa a constante universal dos gases perfeitos, (T) representa a temperatura do gás em “Kelvin” e (γ) representa o coeficiente de expansão adiabática.

[010] Como ocorre sempre um único processo por vez na maioria das máquinas e motores projetados com o conceito de sistema aberto ou fechado, a energia interna varia com o tempo, uma vez que o produto: número de mol (n) pela temperatura (T), (n.T) não é constante durante o ciclo, pois a temperatura (T) é uma variável nos processos e o número de mol (n) é uma constante nos processos.

[011] O atual estado da técnica revela a inexistência de uma máquina capaz de transformar elevando ou reduzindo o potencial térmico de uma certa quantidade de energia de uma temperatura para outra temperatura, sem a utilização de um motor ou elemento externo que forneça trabalho ao sistema. Sendo assim, o que se conhece atualmente é definido basicamente por bomba de calor, e é constituído de um motor e um sistema termodinâmico formado por dois reservatórios, um deles o calor é retirado e transportado para o reservatório de maior temperatura, porém o trabalho do motor externo é somado a este e o resultado é que o reservatório de maior temperatura recebe o calor do reservatório de menor temperatura e também o calor correspondente ao trabalho que o motor externo realiza.

[012] O estado atual da técnica apresenta uma série de limitações e oferece também uma série de problemas. As máquinas de calor ou frio, conhecidas, são máquinas de transporte de calor e não existem máquinas de transformação de potencial térmico do calor, energia. Estas máquinas se resumem em refrigeradores ou bombas de calor, o refrigerador é utilizado para gerar frio, isto é, retirar com a ajuda de um motor, o calor de um corpo ou volume definido e transportá-lo para uma região externa de maior temperatura. A bomba de calor é utilizada para transportar o calor de uma fonte de calor com o auxílio de um motor, para um corpo ou ambiente de temperatura superior. Ambas as tecnologias conhecidas transportam juntamente com o calor, mais calor decorrente do processo de trabalho dos motores utilizados.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[013] Os grandes problemas do estado da técnica são, portanto, a dificuldade das tecnologias atuais a atender projetos sustentáveis, em função da dependência de combustíveis fósseis, poluentes, com impactos graves ao ambiente e ao clima, baixa eficiência, limitada exclusivamente às temperaturas, demonstrado pelo teorema de Carnot, baixo nível de controlabilidade em função das limitações na variabilidade dos parâmetros, falta de flexibilidade quanto às fontes de energia.

[014] Os motores térmicos atuais, para terem boa eficiência necessitam de fontes com altas temperaturas. Desta forma, por exemplo, as fontes de energias geotermais, limpas e renováveis, não fazem parte do sistema de geração de energia, ou quando fazem, são raras, pois embora tenha grande disponibilidade, trata-se de energia em potenciais térmicos muito baixos para os sistemas de conversão atuais. As poucas plantas existentes são economicamente caras e desperdiçam muita energia. Da mesma forma os sistemas combinados com motores de combustão interna, parte significativa das energias descartadas são de arrefecimento e elas são descartadas ao ambiente em temperaturas não utilizáveis, limitando os ciclos combinados ao aproveitamento apenas do calor dos gases da combustão.

[015] O objetivo da invenção se concentra em eliminar alguns dos problemas existentes, minimizar outros problemas e oferecer novas possibilidades para alcançar estes objetivos, um novo conceito de máquinas térmicas passou a ser indispensável e a criação de novos ciclos são necessários de forma que a eficiência das máquinas não fique mais dependente exclusivamente das temperaturas e também de forma a tornar útil grandes quantidades de energia descartadas em função de seu baixo potencial térmico através de um processo de elevação do potencial térmico da energia existente.

[016] Quanto mais alta a temperatura que uma energia associada à uma massa possuir, melhor será o seu aproveitamento através das tecnologias existentes, pois as tecnologias existentes tem suas eficiências dependentes exclusivamente das temperaturas.

[017] A energia, por si, não possui uma temperatura, ela somente terá uma temperatura de referência quando a energia estiver associada à uma certa massa. Por exemplo, uma certa quantidade de energia na temperatura de 800 oC será exatamente o mesmo que a mesma quantidade de energia na temperatura de 400 oC, porém é mais difícil utilizar na prática uma energia na temperatura mais baixa.

[018] Portanto, o objetivo de uma forma bem específica é propor uma tecnologia, isto é, uma máquina e processos para transformar uma certa quantidade de energia que esteja associada a uma massa de um potencial térmico, temperatura, para outro potencial térmico, seja este mais elevado ou menos elevado sem recorrer a outras máquinas ou elementos externos que introduza trabalho ou potência ao sistema proposto.

[019] Para atingir o objetivo, é necessário respeitar basicamente algumas leis físicas: o “princípio zero da termodinâmica” estabelece que se dois corpos estiverem na mesma temperatura, eles estarão em equilíbrio térmico entre si, portanto não ocorre fluxo de energia entre eles, desta forma, a tecnologia proposta não impõe a existência de fluxo de calor de um potencial menor para um potencial maior, deve ser entendido que existe um processo e a resultante final será sempre o fluxo do potencial maior para o potencial menor e a transformação de potencial embora possa elevar uma certa quantidade de energia para um potencial maior, esta nunca será absolutamente toda a energia. A “primeira lei da termodinâmica” estabelece o princípio da conservação da energia, isto significa que a energia não se cria do nada, e também não é destruída por nada, ela se transforma entre potenciais através de trabalho, convertendo-se trabalho em calor e calor em trabalho frisando que trabalho é energia em movimento e há uma interdependência direta entre si. Portanto, a tecnologia proposta não cria energia e não destrói energia, ela apenas transforma energia em diferentes potenciais. A “segunda lei da termodinâmica” é descrita pelos enunciados de Clausius e Kelvin-Planck e estabelece que não pode haver fluxo de calor espontâneo a partir de um corpo mais frio para outro corpo mais quente ou de outra forma, conforme Kelvin-Planck, não é possível através de um ciclo termodinâmico a conversão de toda a quantidade de calor disponível em trabalho. Estes são os limites da termodinâmica e que serão demonstrados e que caracterizam a presente invenção.

[020] O texto que descreve esta tecnologia mostra como a tecnologia proposta por este invento cumpre as principais exigências da termodinâmica através dos detalhes, conceitos e equações apresentadas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[021] Primeiramente, à primeira vista, pode parecer estranho a ideia da existência de um transformador de potencial térmico, pois é inadmissível uma certa quantidade de energia subir em temperatura sem a introdução de trabalho, isto é, sem um motor invertido, uma bomba. Para a realização deste fenômeno são necessários processos, e, uma energia sempre, invariavelmente flui de um potencial maior para outro menor, e nessa tecnologia não é diferente. A condução de calor sempre flui do mais quente para o menos quente, os fluidos sempre fluem de um ambiente de pressão maior para um ambiente de pressão menor e não importa se o fluido da origem estiver mais quente ou menos, ou de um potencial gravitacional maior para outro menor. Com base nestes princípios, o transformador de potencial térmico foi criado. Se desejarmos elevar a temperatura de uma massa de gás, deve haver um processo que permita isto, por exemplo, a energia deve estar associada a uma massa de gás, a uma molécula e se ela deve elevar o potencial, deverá haver um fenômeno físico que permita, por exemplo, um rotor de turbina que já tenha energia cinética para transportar o gás. Se tivermos uma certa quantidade de energia em duas moléculas de um gás e esta energia será transferida a uma única outra molécula do mesmo gás, esta única molécula, para a mesma energia, terá maior temperatura que as duas anteriores, nas mesmas condições. Esta é a base dos processos que envolvem o transformador de potencial térmico.

[022] Há uma analogia interessante do transformador de potencial térmico com o transformador de potencial elétrico. Há também uma analogia entre as grandezas físicas entre ambos, o análogo elétrico para a temperatura é a tensão, isto é, (Kelvin) da termodinâmica tem como seu análogo, (Volt) da eletricidade e também são análogos à pressão, (Pascal) da mecânica dos fluidos. Não há nenhum impedimento de ampliar o potencial elétrico (Volt) mantendo a potência (Watt), os transformadores elétricos são assim e funcionam, bem como não há impedimentos em se ampliar o potencial térmico (Kelvin) mantendo-se a potência, embora alguns possam pensar que há. Na eletricidade, para haver a transformação de potencial existe um processo de fluxo magnético entrelaçados pelas espiras, no caso do transformador de potencial térmico há um fluxo de gás entrelaçados por dois ciclos que operam cada um em sua unidade uma primária e outra secundária assim como no transformador de potencial elétrico há uma unidade primária e uma secundária.

[023] A presente invenção trás evoluções importantes para processos de transformação de potenciais térmicos da energia. Grandes quantidades de energia atualmente são desperdiçadas, exaustão de gases de processo de combustão, dissipação de máquinas térmicas, termoelétricas, grupos geradores, motores de grandes sistemas e processos industriais. Uma tecnologia capaz de elevar o potencial térmico de energias descartadas poderão representar evoluções de eficiência energética substanciais em indústrias, plantas de geração de energia, embarcações, navios, e veículos de transportes.

[024] Algumas das principais vantagens que podem ser constatadas são: primeiramente a tecnologia é definida como um transformador de potencial térmico, isto é, não se trata de uma bomba de calor ou condicionador de ar, é uma máquina térmica que não utiliza um motor para transportar calor, energia, trata-se de uma máquina que realiza processos internamente através de um ciclo, ou melhor dois ciclos entrelaçados, baseado no sistema termodinâmico fechado e transforma o potencial de uma certa quantidade de energia para uma temperatura superior ou inferior à fonte primária e viabilizando assim a utilização da energia que em alguns processos, seriam descartadas ao ambiente. Trata-se de uma tecnologia que será muito útil em sistemas de ciclo combinado, em sistemas de cogeração, em sistema de geração de energia a partir de fontes de baixos potenciais térmicos, como a geotermal, por exemplo.

[025] As máquinas de transformação de potenciais térmicos baseados no conceito de sistema termodinâmico fechado poderão ser construídas com materiais e técnicas semelhantes às máquinas e motores convencionais, por exemplo como os motores turbina de ciclo Brayton de combustão externa. Há uma grande semelhança construtiva entre ambos, porém o motor turbina de ciclo Brayton do sistema fechado, mais antigo, é formado por uma única unidade de conversão de energia, opera por um ciclo de quatro processos e é baseado em um sistema termodinâmico fechado e a máquina de transformação de potencial térmico opera com um ciclo duplo entrelaçado, formando um ciclo de sete processos e é formada por duas unidades, uma primária e uma secundária.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] As figuras anexas demonstram as principais características e propriedades do novo conceito de máquina térmica do sistema termodinâmico fechado, um transformador de potencial térmico, sendo representadas conforme segue abaixo: A figura 1 representa o conceito de sistema termodinâmico aberto e o conceito de sistema termodinâmico fechado, o conceito básico de ambos é idêntico indicado por (11), a energia atravessa todo o sistema e a massa é constante em todos os processos (13) que formam o ciclo (12), o que diferencia um do outro é que no sistema termodinâmico aberto, a massa é constante e é sempre renovada, ela entra e sai totalmente e no sistema termodinâmico fechado a massa também é constante, porém não é renovada; A figura 2 representa a característica da pressão e volume da maioria dos ciclos termodinâmicos fundamentados nos sistemas aberto e fechado; A figura 3 mostra a ideia original da máquina térmica de Carnot, conceituada em 1824 por Nicolas Sadi Carnot; A figura 4 representa o conceito de um ciclo termodinâmico do sistema fechado formado por dois ciclos (21) e (22), porém entrelaçados, conforme é o ciclo do transformador de potencial térmico; A figura 5 representa a característica da pressão e volume dos ciclos termodinâmicos diferenciais e binários fundamentados no sistema híbrido, quando há dois subsistemas, e em cada um roda um ciclo (24) e (25) e geralmente executam processos defasados (26) e (27) e eles trocam massa e energia entre si; A figura 6 mostra um volume de controle (28) contendo uma máquina térmica de transformação de potencial térmico do sistema termodinâmico fechado, com uma entrada de energia (qi) na câmara (29), um sistema onde os processos são executados (212), uma câmara (211) de descarte da energia residual (qr) à referência normalmente ambiente, e uma câmara (210) de saída de energia (qo); A figura 7, indicado em 31 representa o modelo mecânico da máquina térmica, transformador de potencial térmico, mostrando no detalhe (313) o número de mol (n1) no circuito da unidade primária e no detalhe (314) o número de mol (n2) no circuito da unidade secundária; A figura 8 representa o diagrama de fluxo do transformador de potencial térmico indicando a energia transformada e a energia transferida. A energia (41), (qi), entra na máquina, na câmara isobárica (44) da unidade primária, executa um processo de transformação e transferência na unidade primária (46), parte da energia é transformada de calor em trabalho e trabalho em calor da unidade primária para a secundária (413) e parte da energia é transferida pela câmara isobárica comum (48), e a energia (qo) é disponibilizada na câmara isobárica (410) da unidade secundária em outro potencial, mas na mesma potência e uma fração residual da energia (qr) é rejeitada ao ambiente (49); A figura 9 representa o gráfico da pressão e volume do ciclo termodinâmico entrelaçado do transformador de potencial térmico indicando no detalhe que mesmo que na unidade primária o ciclo é processado com (n1) mol de gás e na unidade secundária o ciclo é processado com (n2) mol de gás, mesmo assim e necessariamente, a massa de gás, ou, número de mol de gás que circula por unidade de tempo em ambos os circuitos, ambas as unidades são exatamente iguais, a massa de gás que circula na unidade primária por unidade de tempo (m/s) é igual à massa de gás por unidade de tempo (m/s) da unidade secundária, mas o tempo de processamento de (n1) mol da unidade primária, isto é o seu período, é diferente do tempo de processamento de (n2) mol de gás, isto é, do período da unidade secundária, à menos que a relação de transformação seja (1:1);

Diferente da figura 8, a figura 10 mostra o diagrama de fluxo de energia e trabalho e o gráfico da pressão e volume de um modelo de máquina formado por duas máquinas independentes, um sistema formado por motor e bomba. A figura 10 mostra um motor térmico e outro motor invertido, bomba, é o conceito do compressor para refrigeração e climatização, esta tecnologia exige trabalho de um motor para transportar calor como ocorre nos refrigeradores e condicionadores de ar, não se trata de transformação de potencial térmico e com este conceito, quantidades consideráveis de energia (59) são rejeitadas; A figura 11 representa, indicado em 61, 62 e 63 três curvas do ciclo termodinâmico do transformador de potencial térmico em diferentes condições de transformação, mostrando como ocorrem os diferenciais de potenciais em função de maior ou menor relação do número de mol (n1/n2) de massa de gás em suas unidades primária e secundária. O exemplo indicado por (61) mostra a energia (qi) entrando com um potencial e a energia (qo) saindo com um potencial maior, se trata de um transformador elevador do potencial térmico e (n1>n2). O exemplo indicado por (62) mostra a energia (qi) entrando com um potencial e a energia (qo) saindo com um potencial igual a (qi), se trata de um transformador que tem uma relação de (1:1), (n1=n2). O exemplo indicado por (63) mostra a energia (qi) entrando com um potencial e a energia (qo) saindo com um potencial, temperatura, menor, se trata de um transformador abaixador do potencial térmico e (n1<n2) ; A figura 12 apresenta um diagrama do transformador de potencial térmico, mostrando o módulo de controle (75), este módulo microprocessado efetua medições das grandezas físicas e executa o controle, especialmente da válvula proporcional (315) a qual atua especialmente na relação de transformação, fisicamente no controle do número de mol (n2), massa de gás, que circula na unidade secundária; A figura 13 apresenta um modelo de conceito de máquina térmica de transformação de potencial térmico, ou chamado também de transformador de potencial térmico com uma demonstração construtiva aproximada, no desenho são mencionadas as regiões da máquina onde os processos (a1-b1, b1-c, c-d, c-b2, b2-a2, a2-d, d-a1) ocorrem; A figura 14 apresenta um diagrama de curvas de processos isobáricos e processos adiabáticos que auxiliam nos projetos de um transformador de potencial térmico; A figura 15 apresenta uma tabela com os valores das temperaturas de cada ponto das curvas dos processos isobáricos e adiabáticos; A figura 16 exemplifica um modelo de aplicação do transformador para disponibilizar energia à temperatura de 800K (kelvin) a partir de uma fonte térmica de 400 K. Isto é, apresenta os parâmetros de um transformador que opera na relação (1:2), um elevador do potencial térmico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO

[027] Este invento apresenta um novo conceito de máquina térmica formada por duas unidades interligadas onde em cada uma roda um ciclo termodinâmico, porém estes dois ciclos são interdependentes e entrelaçados permanentemente em um sistema termodinâmico fechado. Trata-se de uma máquina térmica de transformação de potencial térmico, ou em outras palavras, um transformador de potencial térmico em que seu ciclo termodinâmico é formado por três processos isobáricos e quatro processos adiabáticos. O objetivo é retirar energia de uma fonte térmica, e por meio de processos de transferência e transformação, transportar a mesma quantidade de energia para uma câmara dotada de um trocador de calor disponibilizando esta energia em outra temperatura com o mínimo de perdas possível através de processos termodinâmicos onde o gás e a energia sofrem conve rsões de energia em trabalho e trabalho em energia e processos de transferência por meio dos movimentos das moléculas de gás pelos circuitos das unidades primárias e secundária da máquina.

[028] A figura 7 mostra o diagrama da máquina térmica, isto é, do transformador de potencial térmico. A máquina térmica é caracterizada por duas unidades, uma unidade primária onde entra a energia (39), calor (qi), de uma fonte externa em um determinado potencial térmico, temperatura, interligada a uma unidade secundária por onde sai energia (310), calor (qo), para alimentar um ambiente, dispositivo ou máquina que em conjunto constitui uma única máquina fundamentada no sistema termodinâmico fechado capaz de transformar o potencial térmico, temperatura de uma energia em sua entrada para outro potencial, outra temperatura, em sua saída e este potencial pode ser mais elevado ou menos elevado que o potencial de entrada, conservando a quantidade de energia, isto é, a potência, análogo ao transformador de potencial elétrico, muito usado na eletricidade para elevar ou reduzir uma determinada tensão, potencial elétrico, e de forma que a unidade primária, unidade esta por onde entra a energia, é constituída por uma câmara para o processo isobárico (a1-b1) (32) de expansão do gás e entrada de energia, e esta câmara possui a ela interconectados, um sensor de pressão (Pa1), um sensor de temperatura (Ta1) e um sensor de temperatura (Tb1), conectado a esta câmara (32) no ponto (b1) por meio de um canal, tem um rotor de turbina (33) responsável pelo processo de expansão adiabático (b1 -c), e que por meio de outro canal, a turbina (33) é conectada no ponto (c) da câmara de compressão do processo isobárico (c-d) (35) ligada termicamente ao ambiente ou referência de resfriamento por onde ocorre um fluxo de energia residual (311), calor (qr), e esta câmara do processo isobárico (35) possui a ela interconectados, um sensor de pressão (Pd), um sensor de temperatura (Tc), um sensor de temperatura (Td) e uma válvula proporcional de controle do fluxo do gás da unidade secundária (315), e conectado a esta câmara (35), no ponto (d) por meio de um canal, está conectado um rotor de compressor do processo adiabático (d-a1) (34) e este compressor por sua vez, está conectado por meio de um canal, na entrada (a1) da câmara de expansão isobárica (32), finalizando os principais elementos da unidade primária da máquina de transformação de potencial térmico (31) a qual circula (n1) mol de gás de trabalho, e interligada à unidade primária, há uma unidade secundária, unidade esta por onde sai a energia em outro potencial térmico, e é constituída por uma câmara para o processo isobárico (b2-a2) (36) de compressão do gás e saída de energia, e esta câmara possui a ela interconectados, um sensor de pressão (Pa2), um sensor de temperatura (Ta2) e um sensor de temperatura (Tb2), conectado a esta câmara (36) no ponto (a2) por meio de um canal, tem um rotor de turbina (38) responsável pelo processo de expansão adiabático (a2-d), e que por meio de outro canal, a turbina (38) é conectada no ponto (d) da câmara de compressão do processo isobárico (c-d) (35) que é o ponto comum de ligação entre a unidade primária e secundária, e conectado a esta câmara (35), no ponto (c) por meio de uma válvula proporcional interna à câmara (35) há um canal no qual está conectado um rotor de compressor do processo adiabático (c-b2) (37) e este compressor por sua vez, está conectado por meio de um canal, na entrada (b2) da câmara de compressão isobárica (36), finalizando os principais elementos da unidade secundária da máquina de transformação de potencial térmico (31) a qual nesta unidade secundária circula (n2) mol de gás de trabalho e interligando todos os rotores dos compressores e turbinas, há um eixo comum (312), e interconectado aos sensores de temperatura, de pressão e válvula proporcional, há um módulo de controle do processo de transformação (75).

[029] O processo de transformação de potencial térmico deste transformador de potencial térmico (31) exige um processo inicial para gerar os potenciais e os processos regenerativos para que os fenômenos possam ocorrer. A figura 9 mostra o ciclo termodinâmico do transformador de potencial térmico (415), cujos fenômenos são gerados por uma fonte de energia, calor (41), e um conjunto de processos (a1-b1-c-d-a1) e (d-c-b2-a2-d) em uma máquina (31) constituída por duas unidades interligadas, uma primária e outra secundária de forma tal que para criar o fenômeno da transformação de potencial térmico, antes disto é necessário um processo de gerar, isto é, levar a unidade secundária ao potencial térmico e ao estado de regeneração dos processos adiabáticos, antes de ocorrer a transferência de potência a partir de uma fonte na entrada para um consumidor na saída, e para gerar este potencial e estado de regeneração dos processos adiabáticos nos primeiros instantes operacionais da máquina (31) a unidade primária deve produzir trabalho, e quando os potenciais e processos regenerativos já estiverem nos níveis desejados, o trabalho não será mais necessário e o fenômeno da transformação tomará o seu lugar, e este processo inicial do transformador é gerado da seguinte forma, primeiramente a energia (41) é fornecida por uma fonte externa de calor, a energia entra na máquina (31) pela câmara de processo isobárico (32) por um processo isobárico (a1-b1) na pressão (Pa1), no processo isobárico (a1-b1) o gás de trabalho do circuito primário com (n1) mol de gás ganha energia da fonte externa e sua temperatura evolui da temperatura (Ta1) para (Tb1), posteriormente ao processo isobárico (a1-b1), ocorre o processo de expansão adiabático (b1 -c) através da turbina (33), neste processo (n1) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (33) e a temperatura do gás passa de (Tb1) para (Tc) e a pressão sai de (Pa1) para (Pd), posteriormente ao processo adiabático de expansão (b1-c), ocorre um processo de compressão isobárico (c-d) de rejeito de calor (43) ao ambiente, também com (n1) mol de gás na câmara de processo isobárico (35) na fronteira, ponto de ligação entre a unidade primária e unidade secundária, posteriormente ao processo isobárico de compressão (c-d), ocorre o processo de compressão adiabático (d-a1) da unidade primária pelo compressor (34), neste instante haverá energia na câmara de compressão isobárica (35) e a unidade secundária poderá iniciar seus processos, e o trabalho da unidade primária atua na unidade secundária e ocorre inicialmente o processo de expansão isobárico (d-c) na unidade secundária com (n2) mol de gás, posteriormente ao processo isobárico (d-c) da unidade secundária, ocorre o processo de compressão adiabático (c-b2) pelo rotor do compressor (37) da unidade secundária da máquina (31) cujo circuito de gás possui (n2) mol, e para a realização destes processos, é necessário trabalho da unidade primária, pois no início do ciclo, os processos regenerativos ainda não se formaram, posteriormente ao processo adiabático de compressão (c-b2) da unidade secundária, ocorre o processo de compressão isobárico (b2-a2) com a saída da energia (42) com (n2) mol de gás na câmara de compressão isobárica (36) da unidade secundária da máquina (31) na pressão (Pa2), e neste instante a unidade secundária alcança o potencial térmico necessário para realizar o processo de transformação de potencial térmico, posteriormente ao processo isobárico de compressão (b2-a2), ocorre o processo de expansão adiabático (a2-d) através da turbina (38), neste processo (n2) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (38) e a temperatura do gás passa de (Ta2) para (Td) e a pressão sai de (Pa2) para (Pd), e a partir deste instante o processo isobárico de compressão (c-d) passa a ser executado apenas por uma fração mínima de gás (Δη), e (n1) mol de gás no final do processo adiabático (b1-c) da unidade primária passa a fluir completamente pelo processo adiabático de compressão (c-b2) da unidade secundária por (n2) mol de gás na razão em ciclos por segundo suficiente para transportar todo o gás por unidade de tempo da unidade primária e o processo de expansão adiabático (a2-d) com (n2) mol de gás da unidade secundária passa a fluir completamente pelo processo adiabático de compressão (d-a1) da unidade primária por (n1) mol de gás na razão em ciclos por segundo suficiente para transportar todo o gás por unidade de tempo da unidade secundária, e o sistema formado por uma unidade primária com (n1) mol de gás e uma unidade secundária com (n2) mol de gás se encontra com os potenciais e com os processos adiabáticos regenerativos completos para que o ciclo passe a gerar o fenômeno de transformação de potencial térmico.

[030] A tabela 1 mostra todos os processos que formam o ciclo termodinâmico do transformador de potencial térmico, porém todos os passos, 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 ocorrem simultaneamente, respeitando uma sequência do fluxo de energia.

Tabela 1 [031] Após os processos iniciais que geram os potenciais e os processos regenerativos da máquina (31), o fenômeno de transformação de potencial térmico ocorre. E assim, o ciclo termodinâmico (415) cujos fenômenos são gerados por uma fonte de energia, calor (41), e um conjunto de processos (a1 -b1-c-d-a1) e (d-c-b2-a2-d) em uma máquina (31) constituída por duas unidades interligadas, uma unidade primária e outra secundária de forma tal que após a máquina, suas duas unidades, executarem os processos iniciais que geram os potenciais e os processos regenerativos, a partir deste instante, parte da energia é transformada e parte é transferida de uma unidade primária para uma unidade secundária produzindo o efeito de transformação do potencial térmico da energia, temperatura, de modo que a energia de saída (Qo) possui um potencial térmico, temperatura, diferente da energia de entrada (Qi), mantendo aproximadamente a mesma potência térmica em (W) (Watts), e o ciclo termodinâmico é formado por dois ciclos entrelaçados, com o processo de transferência térmica comum de forma que cada molécula de gás transporta uma energia equivalente ao número de mol circulante em sua unidade, isto é, na unidade primária, cada molécula do gás transporta uma energia proporcional a (n1) mol que corresponde à quantidade de gás da unidade primária, e na unidade secundária, cada molécula de gás transporta uma energia proporcional a (n2) mol que corresponde à quantidade de gás da unidade secundária e de forma tal que por unidade de tempo, ambas as unidades transportam a mesma quantidade de energia preservando a potência e cumprindo a primeira lei da termodinâmica, lei da conservação da energia, e de forma que a relação entre (n1) e (n2), isto é, a razão (n1/n2) determina a relação da transformação do potencial da energia, conservando a energia, e o potencial da energia corresponde à temperatura, também chamado de potencial térmico, em que ela se encontra na entrada e na saída do transformador de potencial, e a potência em (Watts) se conserva e o potencial térmico, a temperatura, (Kelvin) se transforma, e de forma que os processos ocorrem da seguinte forma e sequência, todos os processos ocorrem sequencialmente de acordo com o fluxo de energia e simultaneamente no domínio do tempo, primeiramente a energia (41) é fornecida por uma fonte externa de calor, combustão, reação química, atômica, calor concentrado do sol, de fontes geotermais, etc, a energia entra na máquina (31) pela câmara de processo isobárico (32) por um processo isobárico (a1-b1) na pressão (Pa1), no processo isobárico de expansão (a1-b1) o gás de trabalho do circuito primário com (n1) mol de gás ganha energia da fonte externa e sua temperatura evolui da temperatura (Ta1) para (Tb1). O processo isobárico de expansão na câmara (32), entrada de energia (a1-b1) é representado pela expressão (b).

Joule (b) [032] Posteriormente ao processo isobárico (a1-b1), ocorre o processo de expansão adiabática (b1-c) através da turbina (33), neste processo (n1) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (33) e a temperatura do gás passa de (Tb1) para (Tc) e a pressão sai de (Pa1) para (Pd). O processo adiabático de expansão (b1-c) é representado pela expressão (c).

Joule (c) [033] Posteriormente ao processo adiabático de expansão (b1-c), ocorre um processo de compressão isobárico (c-d), um processo de compressão isobárica com uma quantidade mínima de gás, apenas uma pequena fração (Δη) mol de gás na câmara de processo isobárico (35) na fronteira, ponto de ligação entre a unidade primária e unidade secundária. O processo isobárico de compressão (c-d) é representado pela expressão (d).

Joule (d) [034] A energia (Q(c-d)) é a energia rejeitada no processo em cada ciclo, a perda térmica da máquina na unidade (Joule) e no diagrama (31), figura 7, está representado por (qr). O parâmetro (qr) é a energia rejeitada por unidade de tempo e sua unidade é (Watt). A representação da potência rejeitada em função da energia (Q(c-d)) é representada pela expressão (e).

Watt (e) [035] Na expressão acima, o parâmetro (r) é o período, o tempo em segundos do ciclo termodinâmico da unidade primária, que é o tempo para todos os processos da unidade primária com (n1) mol de gás.

[036] Posteriormente ao processo isobárico de compressão (c-d), ocorre o processo de compressão adiabático (c-b2) pelo rotor do compressor (37) da unidade secundária da máquina (31) cujo circuito de gás possui (n2) mol, e esta unidade secundária, com uma quantidade de mol de gás diferente da unidade primária, opera em um regime de ciclos por segundo também diferente na razão de (n1/n2) vezes o número de ciclos por segundo da unidade primária e desta forma, embora o número de mol da unidade primária e secundária sejam diferentes, mesmo assim todo o gás da unidade primária circula no mesmo intervalo de tempo na unidade secundária e esta relação gera a taxa de transformação dos potenciais térmicos, temperatura, entre entrada e saída da máquina (31), e o processo de compressão adiabático (c-b2) leva (n2) mol de gás na temperatura (Tc) e pressão (Pd) para a temperatura (Tb2) e pressão (Pa2). O processo adiabático de compressão (c-b2) é representado pela expressão (f).

Joule (f) [037] Posteriormente ao processo adiabático de compressão (c-b2) da unidade secundária, ocorre o processo de compressão isobárico (b2-a2) com (n2) mol de gás na câmara de compressão isobárica (36) da unidade secundária da máquina (31) na pressão (Pa2), por onde a energia é disponibilizada ao meio ou equipamento externo nas temperaturas (Tb2) e (Ta2). O processo isobárico de compressão na câmara (36), saída de energia (b2-a2) é representado pela expressão (g).

Joule (g) [038] Posteriormente ao processo isobárico de compressão (b2-a2), ocorre o processo de expansão adiabático (a2-d) através da turbina (38), neste processo (n2) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (38) e a temperatura do gás passa de (Ta2) para (Td) e a pressão sai de (Pa2) para (Pd). O processo adiabático de expansão (a2-d) é representado pela expressão (h).

Joule (h) [039] Posteriormente ao processo adiabático de expansão (a2-d), ocorre o processo de compressão adiabático (d-a1) pelo rotor do compressor (34) da unidade primária da máquina (31) cujo circuito de gás possui (n1) mol, e esta unidade primária, com uma quantidade de mol de gás diferente da unidade secundária executa este processo adiabático (d-a1) levando (n1) mol de gás da temperatura (Td) e pressão (Pd) para a temperatura (Ta1) e pressão (Pa1), e mesmo a unidade primária possuindo um número de mol diferente da unidade secundária, mesmo assim todo o gás da unidade secundária (n2) mol é processada no mesmo intervalo de tempo que (n1) mol de gás é processada na unidade primária, finalizando os sete processos termodinâmicos do transformador de potencial térmico. O processo de compressão adiabático (d-a1) é representado pela expressão (i).

Joule (i) [040] E simultaneamente a todos os processos, uma válvula proporcional (315) no interior da câmara do processo isobárico (c-d) efetua o controle do número de mol de gás (n2) que circula pela unidade secundária, regulando desta forma a relação dos potenciais térmicos entre a unidade primária e secundária e este controle é executado por meio de uma unidade de controle (75) a qual efetua medições das temperaturas dos processos isobáricos e com um módulo processador, efetua o controle do fluxo do gás, pela válvula proporcional (315).

[041] Na unidade secundária, os rotores do compressor (37) e turbina (38) são projetados e dimensionados para que sob mesma rotação dos rotores da unidade primária, sejam capazes de fazer circular o gás na unidade secundária em uma razão equivalente à divisão do número de mol da unidade secundária (n2) pelo número de mol da unidade primária (n1), isto é, o fluxo de gás na unidade secundária é de (n2/n1) vezes o fluxo de gás na unidade primária de forma tal que o fluxo de massa em gramas por segundo de ambas as unidades sejam iguais mesmo que o número de mol entre as unidades sejam diferentes. Por exemplo, se o número de mol de gás da unidade primária for de (1 mol) e na unidade secundária for de (0,5 mol), enquanto um ciclo da unidade primária processar (1 mol) de gás, um ciclo da unidade secundária irá processar (0,5 mol) mas no mesmo intervalo de tempo em que a unidade primária processar um ciclo, a unidade secundária irá processar dois ciclos e desta forma, neste exemplo, cada molécula de gás da unidade secundária irá transportar a metade da energia de cada mol da unidade primária, porém com o dobro da temperatura. Desta forma, a temperatura de saída da unidade secundária (Ta2) na câmara (36) em relação à câmara (32) é representada pela expressão (j).

Kelvin (j) [042] Demonstrando a equação (j). Como as energias ou potências da unidade primária e secundária são aproximadamente iguais, isto é (q0 « qz), obrigatoriamente devem ser iguais para cumprir a primeira lei da termodinâmica, as equações (h) e (i), devem ser iguais observando os sinais das equações em função do sentido de fluxo, e então as equações (k), (l) e (m) demonstram a relação de transformação do transformador de potencial térmico.

[043] Desta forma teremos uma energia de saída aproximadamente igual a energia de entrada, porém em uma temperatura diferente podendo ser superior ou inferior à temperatura da entrada e a temperatura possui uma relação de transformação em função da massa de gás entre o primário e secundário e ela é proporcional aos número de mol que circula em cada unidade, sendo (n1/n2).

[044] A figura 14 mostra um gráfico que permite projetar os transformadores de potenciais térmicos e a tabela mostrada na figura 15 fornece os valores das temperaturas em cada ponto do gráfico. Por exemplo, se for desejado construir um transformador de potencial térmico capaz de elevar o potencial, temperatura de 400 K (Kelvin) para 800 K, com referência a um ambiente de 300 K, pode ser projetada uma unidade primária onde as temperaturas da câmara de expansão isobárica opere entre 400 K e 466 K e uma unidade secundária onde sua câmara de expansão isobárica opere entre 800 K e 933 K conforme mostrado no desenho da figura 16 e neste caso particular, a relação de mol de gás entre as unidades (n1/n2 = 2), isto é, o transformador terá uma relação de 1 para 2, dobrando a temperatura da entrada, mas conservando a potência, análogo a um transformador elétrico. O transformador elétrico é um equipamento, máquina magnética, que transforma o potencial elétrico (volt), elevando ou reduzindo, e a unidade de potencial elétrico (volt) tem seu análogo na termodinâmica na temperatura (Kelvin). E potencial elétrico é (volt), potência elétrica é (Watt), e potencial térmico é (Kelvin) e potência térmica também é (Watt).

[045] O transformador de potencial térmico, assim como o transformador de potencial elétrico, é reversível, isto é, funciona de forma oposta, a saída pode operar como entrada e a entrada como saída invertendo a relação de transformação.

[046] É importante observar que a energia tem o seu potencial térmico transformado, porém ela se conserva, isto é, a energia de saída (Q(b2-a2)) ou a potência a ela relacionada (qo) é igual a energia de entrada ou potência de entrada, reduzida de um valor de perdas dos processos que formam o ciclo e que flui para o potencial de menor temperatura e a energia e potência são representadas, respectivamente pelas expressões (n) e (o) abaixo. Q(b2-a2) = Q(a1-b1) — Q(c-d) Joule (n) q0 = Qi - qr Watt (o) [047] Analisando as equações e os conceitos, observa-se que se houver mais massa de gás (mol) na unidade primária comparando-se com o número de mol da unidade secundária, isto é (n1 > 02), a máquina elevará o potencial térmico (temperatura) da energia, e se houver mais massa de gás na unidade secundária comparando-se com a unidade primária, isto é (n1 < n2), a máquina reduzirá o potencial térmico (temperatura) da energia, porém em quaisquer casos, a energia se conserva.

[048] O modelo construtivo da figura 13 mostra o transformador de potencial térmico com seus principais elementos, a câmara para o processo isobárico (a1-b1) de entrada de energia (87), o rotor de turbina da unidade primária (83), o rotor do compressor da unidade primária (84), uma unidade de acoplamento de eixos (810) que une os eixos da unidade primária (81) e secundária (82), uma câmara para o processo isobárico (c-d) (89), um rotor de compressor (86) da unidade secundária, um rotor de turbina (85) da unidade secundária e uma câmara de compressão do processo isocórico (b2-a2) (88) de saída de energia da unidade secundária.

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

[049] O transformador de potencial térmico possui diversas aplicações úteis e possíveis. Trata-se de um equipamento importante quando se tem a energia em um potencial térmico, porém a sua utilização seria mais otimizada ou viabilizada se esta energia se encontra em outro potencial térmico, seja esta mais elevada ou menos elevada.

[050] Aplicação em plantas de geração de eletricidade a partir de fontes geotermais. As fontes geotermais são importantes na geração de eletricidade em algumas regiões do planeta, são limpas, renováveis e sustentáveis, porém seu potencial térmico, temperatura, são baixas, para que as máquinas térmicas possam operar com alta eficiência. O transformador de potencial térmico pode ampliar os potenciais térmicos destas fontes e disponibilizá-las para uma máquina de conversão de energia e assim ampliar a eficiência geradora da planta.

[051] Aplicação em cogeração. O aproveitamento da energia descartada de processos industriais e até de plantas termoelétricas consiste em uma alternativa muito desejada em vários locais do mundo, no entanto, as máquinas de conversão de energia não operam com eficiência satisfatória quando a fonte possui baixa temperatura, desta forma, o transformador de potencial térmico consiste em uma tecnologia importante e útil para plantas de cogeração, fornecendo a mesma energia disponível, porém em potenciais mais elevados, maximizando a eficiência na geração a partir destas fontes.

[052] Aplicações em novos sistemas de geração por ciclos combinados. Os motores térmicos conhecidos, todos, descartam consideráveis quantidades de energia térmica, calor, após os processos de seus ciclos termodinâmicos, assim são os motores do ciclo Brayton, Diesel, Otto, Rankine, e com a utilização do transformador de potencial térmico, a energia descartada pode ser transformada e devolvida no mesmo potencial térmico da fonte original e ampliar a eficiência dos ciclos combinados, inclusive viabilizando ciclos combinados de máquinas do mesmo tipo, por exemplo, um ciclo combinado de uma unidade Brayton com outra unidade também Brayton.

[053] Aplicação para climatização de ambientes por meio de um acoplamento do transformador com uma unidade de climatização, gerando potenciais térmicos diferentes. Observando sempre que o transformador de potencial térmico exige uma fonte de energia, ele não cria energia e não transforma um potencial sem haver um fluxo de energia pelas suas unidades.

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1) "TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TÉRMICO", caracterizado por duas unidades uma unidade primária onde entra a energia (39), calor (qi), de uma fonte externa em um determinado potencial térmico, temperatura, interligada a uma unidade secundária por onde sai energia (310), calor (qo), para alimentar um ambiente, dispositivo ou máquina que em conjunto constitui uma única máquina fundamentada no sistema termodinâmico fechado capaz de transformar o potencial térmico, temperatura de uma energia em sua entrada para outro potencial, outra temperatura, em sua saída e este potencial pode ser mais elevado ou menos elevado que o potencial de entrada, conservando a quantidade de energia, isto é, a potência, análogo ao transformador de potencial elétrico, muito usado na eletricidade para elevar ou reduzir uma determinada tensão, potencial elétrico, e de forma que a unidade primária, unidade esta por onde entra a energia, é constituída por uma câmara para o processo isobárico (a1-b1) (32) de expansão do gás e entrada de energia, e esta câmara possui a ela interconectados, um sensor de pressão (Pa1), um sensor de temperatura (Ta1) e um sensor de temperatura (Tb1), conectado a esta câmara (32) no ponto (b1) por meio de um canal, tem um rotor de turbina (33) responsável pelo processo de expansão adiabático (b1-c), e que por meio de outro canal, a turbina (33) é conectada no ponto (c) da câmara de compressão do processo isobárico (c-d) (35) ligada termicamente ao ambiente ou referência de resfriamento por onde ocorre um fluxo de energia residual (311), calor (qr), e esta câmara do processo isobárico (35) possui a ela interconectados, um sensor de pressão (Pd), um sensor de temperatura (Tc), um sensor de temperatura (Td) e uma válvula proporcional de controle do fluxo do gás da unidade secundária (315), e conectado a esta câmara (35), no ponto (d) por meio de um canal, está conectado um rotor de compressor do processo adiabático (d-a1) (34) e este compressor por sua vez, está conectado por meio de um canal, na entrada (a1) da câmara de expansão isobárica (32), finalizando os principais elementos da unidade primária da máquina de transformação de potencial térmico (31) a qual circula (n1) mol de gás de trabalho, e interligada à unidade primária, há uma unidade secundária, unidade esta por onde sai a energia em outro potencial térmico, e é constituída por uma câmara para o processo isobárico (b2-a2) (36) de compressão do gás e saída de energia, e esta câmara possui a ela interconectados, um sensor de pressão (Pa2), um sensor de temperatura (Ta2) e um sensor de temperatura (Tb2), conectado a esta câmara (36) no ponto (a2) por meio de um canal, tem um rotor de turbina (38) responsável pelo processo de expansão adiabático (a2-d), e que por meio de outro canal, a turbina (38) é conectada no ponto (d) da câmara de compressão do processo isobárico (c-d) (35) que é o ponto comum de ligação entre a unidade primária e secundária, e conectado a esta câmara (35), no ponto (c) por meio de uma válvula proporcional interna à câmara (35) há um canal no qual está conectado um rotor de compressor do processo adiabático (c-b2) (37) e este compressor por sua vez, está conectado por meio de um canal, na entrada (b2) da câmara de compressão isobárica (36), finalizando os principais elementos da unidade secundária da máquina de transformação de potencial térmico (31) a qual nesta unidade secundária circula (n2) mol de gás de trabalho e interligando todos os rotores dos compressores e turbinas, há um eixo comum (312), e interconectado aos sensores de temperatura, de pressão e válvula proporcional, há um módulo de controle do processo de transformação (75).

2) "PROCESSO DO TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TÉRMICO", para o ciclo termodinâmico da máquina de transformação de potencial térmico da reivindicação 1, caracterizado por um ciclo termodinâmico (415) cujos fenômenos são gerados por uma fonte de energia, calor (41), e um conjunto de processos (a1-b1-c-d-a1) e (d-c-b2-a2-d) em uma máquina (31) constituída por duas unidades interligadas, uma primária e outra secundária de forma tal que para criar o fenômeno da transformação de potencial térmico, antes disto é necessário um processo de gerar, isto é, levar a unidade secundária ao potencial térmico e ao estado de regeneração dos processos adiabáticos, antes de ocorrer a transferência de potência a partir de uma fonte na entrada para um consumidor na saída, e para gerar este potencial e estado de regeneração dos processos adiabáticos nos primeiros instantes operacionais da máquina (31) a unidade primária deve produzir trabalho, e quando os potenciais e processos regenerativos já estiverem nos níveis desejados, o trabalho não será mais necessário e o fenômeno da transformação tomará o seu lugar, e este processo inicial do transformador é gerado da seguinte forma, primeiramente a energia (41) é fornecida por uma fonte externa de calor, a energia entra na máquina (31) pela câmara de processo isobárico (32) por um processo isobárico (a1-b1) na pressão (Pa1), no processo isobárico (a1-b1) o gás de trabalho do circuito primário com (n1) mol de gás ganha energia da fonte externa e sua temperatura evolui da temperatura (Ta1) para (Tb1), posteriormente ao processo isobárico (a1-b1), ocorre o processo de expansão adiabático (b1-c) através da turbina (33), neste processo (n1) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (33) e a temperatura do gás passa de (Tb1) para (Tc) e a pressão sai de (Pa1) para (Pd), posteriormente ao processo adiabático de expansão (b1-c), ocorre um processo de compressão isobárico (c-d) de rejeito de calor ao ambiente, também com (n1) mol de gás na câmara de processo isobárico (35) na fronteira, ponto de ligação entre a unidade primária e unidade secundária, posteriormente ao processo isobárico de compressão (cd), ocorre o processo de compressão adiabático (d-a1) da unidade primária pelo compressor 34), neste instante haverá energia na câmara de compressão isobárica (35) e a unidade secundária poderá iniciar seus processos, e o trabalho da unidade primária atua na unidade secundária e ocorre inicialmente o processo de expansão isobárico (d-c) na unidade secundária com (n2) mol de gás, posteriormente ao processo isobárico (d-c) da unidade secundária, ocorre o processo de compressão adiabático (c-b2) pelo rotor do compressor (37) da unidade secundária da máquina (31) cujo circuito de gás possui (n2) mol, e para a realização destes processos, é necessário trabalho da unidade primária, pois no início do ciclo, os processos regenerativos ainda não se formaram, posteriormente ao processo adiabático de compressão (c-b2) da unidade secundária, ocorre o processo de compressão isobárico (b2-a2) com (n2) mol de gás na câmara de compressão isobárica (36) da unidade secundária da máquina (31) na pressão (Pa2), e neste instante a unidade secundária alcança o potencial térmico necessário para realizar o processo de transformação de potencial térmico, posteriormente ao processo isobárico de compressão (b2-a2), ocorre o processo de expansão adiabático (a2-d) através da turbina (38), neste processo (n2) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (38) e a temperatura do gás passa de (Ta2) para (Td) e a pressão sai de (Pa2) para (Pd), e a partir deste instante o processo isobárico de compressão (c-d) passa a ser executado apenas por uma fração mínima de gás (Δη), e (n1) mol de gás no final do processo adiabático (b1-c) da unidade primária passa a fluir completamente pelo processo adiabático de compressão (c-b2) da unidade secundária por (n2) mol de gás na razão em ciclos por segundo suficiente para transportar todo o gás por unidade de tempo da unidade primária e o processo de expansão adiabático (a2-d) com (n2) mol de gás da unidade secundária passa a fluir completamente pelo processo adiabático de compressão (d-a1) da unidade primária por (n1) mol de gás na razão em ciclos por segundo suficiente para transportar todo o gás por unidade de tempo da unidade secundária, e o sistema formado por uma unidade primária com (n1) mol de gás e uma unidade secundária com (n2) mol de gás se encontra com os potenciais e com os processos adiabáticos regenerativos completos para que o ciclo passe a gerar o fenômeno de transformação de potencial térmico.

3) "PROCESSO DO TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TÉRMICO", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por um ciclo termodinâmico formado por um processo isobárico de expansão e entrada de energia (a1-b1), um processo de expansão adiabático (b1-c), um processo de compressão isobárico (c-d), um processo de compressão adiabático (d-a1) formando o circuito primário, e um processo de expansão isobárico (d-c), um processo de compressão adiabático (c-b2), um processo de compressão isobárico e saída de energia (b2-a2) e um processo de expansão adiabático (a2-d) formando o circuito secundário do transformador de potencial térmico.

4) "PROCESSO DO TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TÉRMICO", para o ciclo termodinâmico da máquina de transformação de potencial térmico das reivindicações 1, 2e 3, caracterizado por um ciclo termodinâmico (415) cujos fenômenos são gerados por uma fonte de energia, calor (41), e um conjunto de processos (a1-b1-c-d-a1) e (d-c-b2-a2-d) em uma máquina (31) constituída por duas unidades interligadas, uma unidade primária e outra secundária de forma tal que após a máquina, suas duas unidades, executarem os processos iniciais que geram os potenciais e os processos regenerativos, a partir deste instante, parte da energia é transformada e parte é transferida de uma unidade primária para uma unidade secundária produzindo o efeito de transformação do potencial térmico da energia, temperatura, de modo que a energia de saída (Qo) possui um potencial térmico, temperatura, diferente da energia de entrada (Qi), mantendo aproximadamente a mesma potência térmica em (W) (Watts) , e o ciclo termodinâmico é formado por dois ciclos entrelaçados, com o processo de transferência térmica comum de forma que cada molécula de gás transporta uma energia equivalente ao número de mol circulante em sua unidade, isto é, na unidade primária, cada molécula do gás transporta uma energia proporcional a (n1) mol que corresponde à quantidade de gás da unidade primária, e na unidade secundária, cada molécula de gás transporta uma energia proporcional a (n2) mol que corresponde à quantidade de gás da unidade secundária e de forma tal que por unidade de tempo, ambas as unidades transportam a mesma quantidade de energia preservando a potência e cumprindo a primeira lei da termodinâmica, lei da conservação da energia, e de forma que a relação entre (n1) e (n2), isto é, a razão (n1/n2) determina a relação da transformação do potencial da energia, conservando a energia, e o potencial da energia corresponde à temperatura, também chamado de potencial térmico, em que ela se encontra na entrada e na saída do transformador de potencial, e a potência em (Watts) se conserva e o potencial térmico, a temperatura, (Kelvin) se transforma, e de forma que os processos ocorrem da seguinte forma e sequência, todos os processos ocorrem sequencialmente de acordo com o fluxo de energia e simultaneamente no domínio do tempo, primeiramente a energia (41) é fornecida por uma fonte externa de calor, combustão, reação química, atômica, calor concentrado do sol, de fontes geotermais, etc, a energia entra na máquina (31) pela câmara de processo isobárico (32) por um processo isobárico (a1-b1) na pressão (Pa1), no processo isobárico de expansão (a1-b1) o gás de trabalho do circuito primário com (n1) mol de gás ganha energia da fonte externa e sua temperatura evolui da temperatura (Ta1) para (Tb1), posteriormente ao processo isobárico (a1-b1), ocorre o processo de expansão adiabática (b1-c) através da turbina (33), neste processo (n1) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (33) e a temperatura do gás passa de (Tb1) para (Tc) e a pressão sai de (Pa1) para (Pd), posteriormente ao processo adiabático de expansão (b1-c), ocorre um processo de compressão isobárico (c-d), um processo de compressão isobárica com uma quantidade mínima de gás, apenas uma pequena fração (Δη) mol de gás na câmara de processo isobárico (35) na fronteira, ponto de ligação entre a unidade primária e unidade secundária, posteriormente ao processo isobárico de compressão (c-d), ocorre o processo de compressão adiabático (c-b2) pelo rotor do compressor (37) da unidade secundária da máquina (31) cujo circuito de gás possui (n2) mol, e esta unidade secundária, com uma quantidade de mol de gás diferente da unidade primária, opera em um regime de ciclos por segundo também diferente na razão de (n1/n2) vezes o número de ciclos por segundo da unidade primária e desta forma, embora o número de mol da unidade primária e secundária sejam diferentes, mesmo assim todo o gás da unidade primária circula no mesmo intervalo de tempo na unidade secundária e esta relação gera a taxa de transformação dos potenciais térmicos, temperatura, entre entrada e saída da máquina (31), e o processo de compressão adiabático (c-b2) leva (n2) mol de gás na temperatura (Tc) e pressão (Pd) para a temperatura (Tb2) e pressão (Pa2), posteriormente ao processo adiabático de compressão (c-b2) da unidade secundária, ocorre o processo de compressão isobárico (b2-a2) com (n2) mol de gás na câmara de compressão isobárica (36) da unidade secundária da máquina (31) na pressão (Pa2), por onde a energia é disponibilizada ao meio ou equipamento externo nas temperaturas (Tb2) e (Ta2), posteriormente ao processo isobárico de compressão (b2-a2), ocorre o processo de expansão adiabático (a2-d) através da turbina (38), neste processo (n2) mol de gás de trabalho atua sobre a turbina (38) e a temperatura do gás passa de (Ta2) para (Td) e a pressão sai de (Pa2) para (Pd), posteriormente ao processo adiabático de expansão (a2-d), ocorre o processo de compressão adiabático (d-a1) pelo rotor do compressor (34) da unidade primária da máquina (31) cujo circuito de gás possui (n1) mol, e esta unidade primária, com uma quantidade de mol de gás diferente da unidade secundária executa este processo adiabático (d-a1) levando (n1) mol de gás da temperatura (Td) e pressão (Pd) para a temperatura (Ta1) e pressão (Pa1), e mesmo a unidade primária possuindo um número de mol diferente da unidade secundária, mesmo assim todo o gás da unidade secundária (n2) mol é processada no mesmo intervalo de tempo que (n1) mol de gás é processada na unidade primária, finalizando os sete processos termodinâmicos do transformador de potencial térmico, simultaneamente a todos os processos, uma válvula proporcional (315) no interior da câmara do processo isobárico (cd) efetua o controle do número de mol de gás (n2) que circula pela unidade secundária.

5) "PROCESSO DO TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TÉRMICO", de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por um processo em que simultaneamente a todos os processos, uma válvula proporcional (315) no interior da câmara do processo isobárico (c-d) efetua o controle do número de mol de gás (n2) que circula pela unidade secundária, regulando desta forma a relação dos potenciais térmicos entre a unidade primária e secundária e este controle é executado por meio de uma unidade de controle (75) a qual efetua medições das temperaturas dos processos isobáricos e com um módulo processador, efetua o controle do fluxo do gás pela válvula proporcional (315).