BR102019003395A2

BR102019003395A2 - Sistema de pressurização para geração de energia auto-sustentável

Info

Publication number: BR102019003395A2
Application number: BR102019003395-9A
Authority: BR
Inventors: Mariozébio Gomes De Araújo; Maria Do Perpetuo Socorro Gonçalves De Azevedo
Original assignee: Adelino Paulo Quintal Pereira; Mariozébio Gomes De Araújo
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-09-29
Also published as: WO2020168397A1

Abstract

a presente patente de invenção refere-se a sistema de pressurização para geração de energia auto sustentável, o qual foi desenvolvido para geração de energia limpa com funcionamento em circuito fechado que apenas necessita de uma cisterna com água ou óleo para o seu funcionamento e geração de energia limpa com baixos custos de operação e manutenção, podendo operar em qualquer lugar, ocupando um espaço mínimo, sem a necessidade de sol e vento e também, sem agredir o meio ambiente, sendo formado por unidade de resfriamento (a) na qual estão dispostos os cilindros (2) ou tanques geradores de pressão, tanque pressurizado (3), reservatório (4), tubulações de entrada (5), tubulações de saída (6), válvulas (7), gerador de energia (8), motores, hidráulicos (9a) e elétricos (9b), válvula de retenção (10), transdutor de pressão (11), válvula reguladora de pressão (12) sistema pid (13), quadro automático (14) e bomba (15), sendo o mesmo caracterizado por ser constituído na sua forma preferencial de implantação, por três tanques de aço, sendo dois deles (2) destinados a gerar pressão e o terceiro tanque (3) para pressurização, dispõe também de um reservatório para óleo (4) e cisterna contendo água ou óleo, destacando-se que os tanques (2) e (3) são fechados e possuem dimensões iguais, altura, diâmetro e capacidade.

Description

SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL

INTRODUÇÃO

001 O presente relatório descritivo de Patente de Invenção refere-se a um Sistema de Pressurização Para Geração de Energia Auto Sustentável, de agora em diante denominado de Sistema de Pressurização, o qual corresponde a sistema para geração de energia com funcionamento em circuito fechado que apenas necessita de uma cisterna com água ou óleo para o seu funcionamento e geração de energia limpa com baixos custos de operação e manutenção, podendo operar em qualquer lugar, ocupando um espaço mínimo, sem a necessidade de sol e vento e também, sem agredir o meio ambiente e a natureza, sendo constituído por cilindro ou tanques geradores de pressão, cilindro pressurizado, reservatório, tubulações de entrada, tubulações de saída, válvula e transdutores de pressão, motores hidráulicos e elétrico, bomba injetora, válvula de retenção, sensor de pressão, registro com atuador e sistema PID ou Controlador Proporcional Integral Derivativo.

CAMPO DE APLICAÇÃO

002 O campo de aplicação deste Sistema de Pressurização é amplo e diverso, principalmente quando da produção de energia mediante a captação de água de poços artesianos, de tanques de piscicultura, de estações de tratamento de água - ETA, de Estações de Tratamento de Esgotos -ETE, da elevação de pressão nas redes de distribuição de água potável, geração de energia com água ou óleo e outras aplicações, gerando sua própria fonte de energia.

FINALIDADES

003 Dentre as principais finalidades deste Sistema de Pressurização, devemos destacar a implantação de sistema de geração de energia limpa com baixos custos de operação e de manutenção.

PROBLEMAS A SOLUCIONAR

004 Os maiores problemas a solucionar, conforme é de conhecimento geral entre técnicos da área, radica no fato de que atualmente todos os sistemas existentes para gerar energia, são de grande porte e de difícil manutenção, bem como possuem custos altíssimos, tanto de produção de energia quanto de manutenção.

ESTADO DA TÉCNICA

005 Da análise dos problemas existentes e conhecidos e visando a colocação no mercado de um sistema de produção de energia limpa dotado com características próprias de desenvolvimento, pesquisas de anterioridades foram realizadas junto ao Banco de Dados do INPI e foi encontrado o documento abaixo:
- BR 10 2014 029765-0 depositado em 28.11.2014 sob o título de “Gerador de Energia e Sistema de Geração de Energia”, o qual compreende um motor a combustão (1), o qual está conectado a um gerador de energia (2) e este a um transformador de energia (3), estando a saída do transformador de energia (3) ligada a um painel de comando e distribuição (4) que, por sua vez, possui uma fase conectada a um compressor de ar (5), dito compressor de ar (5) com a saída ligada a um dispositivo pneumático (6), tendo uma válvula pressostática (7) na saída de ar para o referido dispositivo pneumático (6). A geração de energia se inicia a partir do motor a combustão (1), através do qual é alimentado o gerador de energia (2) conectado à entrada do transformador de energia (3), dito transformador de energia (3) tendo saída para o painel de comando e distribuição (4) que possui uma fase alimentando o motor (19) do compressor de ar (5), destinado a gerar a quantidade de ar até a capacidade máxima do referido compressor de ar (5), que se encontra ligado ao dispositivo pneumático (6) acoplado ao mencionado gerador de energia (2), de modo que, uma vez atingida a carga máxima de pressão do compressor de ar (5), o painel de comando e distribuição (4) recebe comando para, automaticamente, desligar o motor a combustão interna (1), passando o sistema a gerar energia a partir da alimentação do dispositivo pneumático (6) para o gerador de energia (3).

006 Da análise comparativa entre o documento encontrado no Estado da Técnica e o Sistema de Pressurização, ora em tela, constata-se que os dois processos são totalmente diferentes, motivo pelo qual consideramos que não há impedimentos de ordem técnica nem legal para a concessão do privilégio solicitado.

AVANÇO TECNOLÓGICO

007 Dentre os principais avanços tecnológicos apresentados pelo Sistema de Pressurização, destacam-se os seguintes:

- Economia de combustível;
- Elevada capacidade de produção de energia, ou seja, alta performance;
- Baixo custo operacional;
- Baixo custo de manutenção;
- Instalação externa dos equipamentos integrantes do Sistema, facilitando e aumentando a eficiência da manutenção, incluindo a estrutura dos reservatórios, bem como do quadro elétrico automático, motores hidráulicos, gerador para partida inicial e motor de corrente continua.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

008 Para obter uma total e completa visualização de como é constituído o Sistema de Pressurização ora em questão e objeto da presente Patente de Invenção, acompanham os desenhos ilustrativos anexos, aos quais se faz referência conforme segue:
Figura 1: Ilustra vista em perspectiva isométrica frontal da Unidade hidráulica;
Figura 2: Corresponde a vista em perspectiva isométrica posterior da Unidade hidráulica;
Figura 3: Mostra vista frontal da Unidade hidráulica;
Figura 4: Representa a vista posterior da Unidade hidráulica;
Figura 5: Ilustra a vista esquemática superior do Sistema ora em questão.
Figura 6: Representa vista em perspectiva do Sistema sem gabinete;
Figura 7: Corresponde a vista superior dos componentes que configuram o Sistema de Pressurização sem gabinete;
Figura 8: Representa fluxograma operacional do Sistema de Pressurização.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

009 Conforme infere-se do desenho que acompanha e faz parte integrante deste relatório, Sistema de Pressurização, (1), corresponde a sistema desenvolvido para geração de energia limpa com funcionamento em circuito fechado que apenas necessita de uma cisterna com água ou óleo para o seu funcionamento e geração de energia limpa com baixos custos de operação e manutenção, podendo operar em qualquer lugar, ocupando um espaço mínimo, sem a necessidade de sol e vento e também, sem agredir o meio ambiente, sendo formado por unidade de resfriamento (A) na qual estão dispostos os cilindros (2) ou tanques geradores de pressão, tanque pressurizado (3), reservatório (4), tubulações de entrada (5), tubulações de saída (6), válvulas (7), gerador de energia (8), motores, hidráulicos (9A) e elétricos (9B), válvula de retenção (10), transdutor de pressão (11), válvula reguladora de pressão (12) sistema PID (13), quadro automático (14) e bomba (15).

010 Desta forma, o Sistema de Pressurização (1) é constituído na sua forma preferencial de implantação por três tanques de aço, sendo dois deles (2) destinados a gerar pressão e o terceiro tanque (3) para pressurização ou acumulador de pressão, dispõe também de um reservatório para óleo (4) e cisterna contendo água ou óleo, destacando-se que os tanques (2) e (3) são fechados e possuem dimensões iguais, altura, diâmetro e capacidade.

011 O Sistema (1) dispõe de válvulas (7), preferencialmente de 1”, a qual servirá para iniciar o funcionamento do sistema (1), ou seja, dará o start inicial da seguinte forma:

a) Com um Gerador de energia para alimentar o motor de corrente alternada;
b) Outra forma de iniciar a maquina é por alimentação da rede de concessionaria acionando o motor de corrente alternada;
c) E através de bateria acionando motor de corrente continua.

012 O Sistema (1) dispõe de quadro de distribuição automático (não mostrado) que controla e aciona o motor hidráulico (9), uma bateria de 24 v e 75 Am. para partida, além de volante, um gerador, um sensor de pressão (11) e sistema PID (13).

013 O Sistema (1) tem como característica o fato de trabalhar com água ou óleo para gerar pressão e de proporcionar a si mesmo, o aumento de pressão e de vazão. Isto acontece por causa do motor hidráulico (9) e dos três tanques, dois geradores de pressão (2) e um pressurizador (3) totalmente fechados bem como um reservatório de óleo (4), permitindo que, quando acionado o Sistema (1), ou seja, o gerador (não mostrado), o motor hidráulico (9) e o sistema PID (13), executem a sucção da água ou óleo do reservatório (4), operando em circuito fechado, e assim injetando para os tanques de geração de pressão (2), que por sua vez começa o processo de pressurização, enquanto acontece essa função, automaticamente é transferido para o terceiro tanque, (3), de pressurização, que faz o acumulo desta pressão.

014 Desta forma, os tanques geradores de pressão (2) recebem o processo inicial do motor hidráulico (9), quando a pressão já estiver sido transferido para o terceiro tanque (3), onde só existem duas saídas, uma saída que retornará para o reservatório (4) e ao motor hidráulico (9) para aumentar a sua eficiência e a outra para o acionamento do eixo do gerador com o volante (8) que acionará um gerador (não mostrado).

015 Sendo assim este gerador estará com um inversor de frequência que acionará automaticamente um quadro automático (14) que controla as válvulas e sensores que funcionam como informantes deste processo para o quadro automático, destacando-se que as válvulas de retenção (10) tem como função manter a segurança do sistema caso haja um imprevisto de vazamento na tubulação e nos outros cilindros e motor hidráulico (9) que acionará o sistema de pressurização nos tanques.

016 Vale a pena destacar que o Sistema PID (13) realiza automaticamente a leitura de rotação para o controle da vazão, pressão e para manter o eixo do gerador em operação, sendo que o quadro automático (14) é responsável pelo acionamento dos motores e controle dos mesmos, acionando ora com mais ou menos potência, conforme necessidade de repor a pressão nos cilindros, sendo necessário também ressaltar que as leituras do quadro automático são realizadas no transdutor de pressão (11) que informa ao sistema PID (13) que controla as válvulas reguladoras de pressão (12), abrindo e fechando para acionar mais ou menos torque no gerador.

017 O reservatório (4) fecha o circuito da vazão ficando abaixo do gerador de energia (8), sendo o motor hidráulico (9) acionado a todo o momento que for preciso fazendo a sucção do liquido do reservatório (4).

018 Por sua vez, o gerador é acionado quando do start inicial do Sistema (1) para ter o controle com o motor hidráulico (9), transdutor de pressão (11), sistema PID (13) e eixo do gerador (8) gerando a energia para os componentes eletrônicos do Sistema (1), destacando-se que os cilindros trabalham com 250% da suficiência de torque necessário para o start inicial, o primeiro cilindro tem um acumulo de 50%, o segundo com 150% e terceiro com 250%, necessitando apenas de 30% do valor do terceiro cilindro, ressaltando-se que após a conclusão destes processos é gerado, 90% de sua suficiência energética para consumo.

FUNCIONAMENTO E TESTES

019 Funcionamento:
- O funcionamento foi realizado utilizando um Gerador Hidráulico conformado com as seguintes características e componentes:

Provido com o seu sistema de pressurização;
Dotado com um gerador de 60 kva acoplado ao sistema hidráulico;
Um outro gerador de 25 kva a diesel para acionamento do gerador hidráulico;
Motor elétrico de 15 kv.

020 De acordo com os componentes acima, a forma de funcionamento ocorre da seguinte forma:
- O Gerador externo de 25 kva, aciona o motor elétrico de 15 kw, que por sua vez, aciona o hidráulico do gerador de 60 kva.

021 Testes:
- Os testes e ensaios foram realizados em banco de carga resistiva eletrônica e banco de carga resistiva não eletrônica e banco de carga indutiva ou seja, visando a obtenção de fator de potência e correção, em função dos tipos de carga.
- Os resultados obtidos podem ser analisados nas folhas de ensaios respectivas.

022 Resultados Obtidos:
- É de conhecimento geral que um gerador de 25 kva tem um consumo de 8 litros de óleo diesel/hora. Conforme esse parâmetro, o gerador de 60 kva que consta no Sistema Hidráulico acoplado a ele deveria gastar 14 l. de óleo diesel/hora, mas em função do sistema hidráulico e de pressurização que consta no equipamento, o consumo de óleo diesel foi reduzido 5 1.

023 Notas Técnicas:
- A potência ativa é a capacidade do circuito em produzir trabalho em um determinado período de tempo. Devido aos elementos reativos da carga, a potência aparente, que é o produto da tensão pela corrente do circuito, será igual ou maior do que a potência ativa. A potência reativa é a medida da energia armazenada que é devolvida para a fonte durante cada ciclo de corrente alternada. É a energia que é utilizada para produzir os campos elétrico e magnético necessários para o funcionamento de certos tipos de cargas como, por exemplo, retificadores industriais e motores elétricos.

024 O fator de potência é expresso por:
- cos fi =P(Watt)/S(VA).

025 O fator de potência é determinado pelo tipo de carga ligada ao sistema elétrico, que pode ser:

Circuito Resistivo = Ondas de tensão (V) e corrente (I) em fase. A carga possui característica resistiva (FP=1). Ângulo de fase φ=0°.
Circuito Indutivo = Onda de corrente (I) atrasada em relação à onda de tensão (V). A carga possui característica indutiva. FP<1 (atrasado).
Circuito Capacitivo = Onda de corrente (I) adiantada em relação à onda de tensão (V). A carga possui característica capacitiva. FP<1 (adiantado).

026 Por definição, o fator de potência é um número adimensional entre 0 e 1. Quando o fator de potência é igual a zero (0), o fluxo de energia é inteiramente reativo, e a energia armazenada é devolvida totalmente à fonte em cada ciclo. Quando o fator de potência é 1, toda a energia fornecida pela fonte é consumida pela carga. Normalmente o fator de potência é assinalado como atrasado ou adiantado para identificar o sinal do ângulo de fase entre as ondas de corrente e tensão elétricas.

027 Se uma carga puramente resistiva é conectada ao sistema, a corrente e a tensão mudarão de polaridade em fase, nesse caso o fator de potência será unitário (1), e a energia elétrica flui numa mesma direção através do sistema em cada ciclo. Cargas indutivas tais como motores e transformadores (equipamentos com bobinas) produzem potência reativa com a onda de corrente atrasada em relação à tensão. Cargas capacitivas tais como bancos de capacitores ou cabos elétricos enterrados produzem potência reativa com corrente adiantada em relação à tensão.

028 Resumo do Teste:

-Fazendo um breve resumo do gráfico de valores, conclui-se que nos 30 minutos de teste foram aplicadas cargas no gerador até ao limite máximo do gerador de produção (60 Kva), que após ultrapassar esse valor perdeu a excitação do alternador devido ao AVR (modulo de controle eletrónico do Gerador que só permite ultrapassar o limite máximo durante 8 minutos).
- Comparando os valores de consumo de entrada com a produzida, conclui-se que a produção de energia é maior que a disponibilizada para consumir.
- A produção não se pode resumir apenas na energia produzida em Kva mas sim no somatório dos Kva com os Kvar (energia reativa), assim sendo e analisando o gráfico, podemos ver que o somatório das duas está nos 128 (Kva + Kvar), Esta energia reativa deve-se ao fato do banco de carga ter um controle eletrónico que produz este efeito, caso contrário haveria produção efetiva de energia de 60Kw, visto termos cargas puramente resistivas, cujo o coeficiente de fi=1(produção de energia ativa máxima para 60 KVA).

029 Como comprovação do que foi descrito, a Relação de Testes, Ensaios e Resultados são:
-Tabelai: Relação Potência (KVA/CV); Voltagem (VOLTS); Corrente (Amperes); Consumo (Quilowatts/LitrosDiesel) Trifásico;

CONCLUSÃO

030 Verifica-se por tudo aquilo que foi descrito e ilustrado que trata-se de Sistema de Pressurização Para Geração de Energia Auto Sustentável, (1), o qual se enquadra perfeitamente dentro das normas que regem a Patente de Invenção, devendo preencher importante lacuna existente no mercado, merecendo pelo que foi exposto e como consequência, o privilégio solicitado.

Claims

“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL” o qual foi desenvolvido para geração de energia limpa com funcionamento em circuito fechado que apenas necessita de uma cisterna com água ou óleo para o seu funcionamento e geração de energia limpa com baixos custos de operação e manutenção, podendo operar em qualquer lugar, ocupando um espaço mínimo, sem a necessidade de sol e vento e também, sem agredir o meio ambiente, sendo formado por unidade de resfriamento (A) na qual estão dispostos os cilindros (2) ou tanques geradores de pressão, tanque pressurizado (3), reservatório (4), tubulações de entrada (5), tubulações de saída (6), válvulas (7), gerador de energia (8), motores, hidráulicos (9A) e elétricos (9B), válvula de retenção (10), transdutor de pressão (11), válvula reguladora de pressão (12) sistema PID (13), quadro automático (14) e bomba (15), sendo o mesmo caracterizado por ser constituído na sua forma preferencial de implantação, por três tanques de aço, sendo dois deles (2) destinados a gerar pressão e o terceiro tanque (3) para pressurização, dispõe também de um reservatório para óleo (4) e cisterna contendo água ou óleo, destacando-se que os tanques (2) e (3) são fechados e possuem dimensões iguais, altura, diâmetro e capacidade.
“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL”, (1), conforme reivindicação de número um, é caracterizado por dispor de sistema PID (13) que realiza automaticamente a leitura de rotação para o controle da vazão, pressão e coloca o gerador de energia (8) em operação.
“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL” (1), conforme reivindicação de número um, é caracterizado por ser o inversor de frequência responsável pelo o acionamento dos motores hidráulicos (9) e de controle, acionando-os conforme a necessidade de repor pressão nos cilindros.
“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL”, (1), conforme reivindicação de número um e três, é caracterizado por serem as leituras do inversor também realizadas pelo transdutor de pressão (11) que informa ao sistema PID (13), que controla a válvula reguladora de pressão(12) para dar mais ou menos torque ao gerador.
“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL”, (1), conforme reivindicação de número um e três, caracterizado por serem os motores hidráulicos (9) acionados quando necessário para fazer a sucção do liquido do reservatório (4).
“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL”, (1), conforme reivindicação de número um, caracterizado por ser o gerador (não mostrado) acionado no arranque inicial do Sistema (1) junto com os motores hidráulicos (9), o transdutor de pressão (11), o sistema PID (13) e o gerador de energia (8), todos eles executem a sucção da água ou óleo do reservatório (4), operando em circuito fechado, e assim injetando o liquido para os tanques de geração de pressão (2), que por sua vez começa o processo de pressurização, enquanto acontece essa função, automaticamente é transferido para o terceiro tanque, (3), de pressurização, que faz o acumulo desta pressão.
“SISTEMA DE PRESSURIZAÇÃO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL”, (1), conforme reivindicação de número um é caracterizado por gerar 90% de sua suficiência energética para consumo.