BR102019010055A2 - Dispositivo para geração de energia elétrica - Google Patents

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Abstract

dispositivo para geração de energia elétrica. a presente invenção descreve a geração de energia elétrica, de forma sustentável, através de um dispositivo, que é instalado nas tubulações de descidas das águas pluviais captadas pelos telhados dos prédios, capaz de transformar a energia potencial presente nas referidas descidas pluviais em energia elétrica, onde a energia gerada é armazenada em baterias ou injetada na rede concessionária.

Description

DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
CAMPO DE APLICAÇÃO [0001] A presente invenção se aplica no campo de dispositivos que são desenvolvidos com a finalidade de gerar energia elétrica de forma eficiente e sustentável. [0002] A presente invenção descreve um dispositivo que é instalado nas tubulações de descidas das águas pluviais captadas pelos telhados dos prédios e transforma a energia potencial presente nas quedas d'águas pluviais em energia elétrica.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0003] Em um mundo globalizado onde a demanda energética vem aumentando, depender apenas de geradores de energia que necessitam de algum combustível fóssil para o seu funcionamento tem se tornado cada vez mais obsoleto, visto que além de tais recursos naturais estarem se tornado cada vez mais escassos, a sociedade vem buscando alternativas mais conscientes e sustentáveis.
[0004] Deste modo, visando solucionar a questão destacada acima, o investimento em energias não convencionais, tais como a energia solar, eólica e hídrica, têm se tornado cada vez mais comum e, assim, a presente invenção propõe um dispositivo que transforma o potencial pluviométrico presente nos telhados dos prédios, sejam eles novos ou já existentes, em energia elétrica.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0005] O documento brasileiro BR 102016007962-4 descreve um dispositivo que é disposto na tubulação de entrada de água de um reservatório residencial e é capaz de transformar o fluxo de água em energia elétrica,
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2/9 armazenando tal energia em baterias que podem ser convertidas em corrente alternada para uso doméstico.
[0006] Neste documento, para que o dispositivo funcione, é necessário que a água esteja com pressão e volume constantes, se distanciando assim, da presente invenção, que consegue trabalhar com baixos volumes ou altos volumes. [0007] Além disso, enquanto na presente invenção não existe restrição à passagem de água, no documento citado existe a necessidade de se instalar um bico injetor cônico que aumenta a pressão já existente na rede hidráulica para concentrá-la nas pás da turbina.
[0008] A rede hidráulica que este documento se refere, é a rede de consumo ou a rede de abastecimento, que trabalha com reservatórios de água e é pressurizada, trabalhando de forma afogada [0009] Na presente invenção, as tubulações de queda pluvial não podem trabalhar afogadas, i.e. com o tubo cheio de água, assim, deve-se evitar qualquer tipo de estrangulamento em algum ponto da tubulação, visto que se algum bico injetor for instalado na rede pluvial, as prejudicadas, além de reduzir vazão, causando transbordamentos e entupimentos por sujeiras (folhas, galhos, etc...) que podem estar nos telhados e calhas.
[00010] O documento BR 102015017554-0 descreve um gerador que é capaz de transformar a energia hídrica, presente nas quedas dzáguas pluviais de edifícios, em energia elétrica, através dos seguintes componentes: gerador, circuito retificador, circuito regulador de tensão, banco de capacitador, banco de baterias e inversor de tensão.
tubulações ficarão consideravelmente a
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3/9 [00011] Neste documento, para que o dispositivo funcione, é necessário que a água esteja com pressão e volume constantes, se distanciando assim, da presente invenção, que consegue trabalhar com baixos volumes ou altos volumes. [00012] Além disso, enquanto que na presente invenção não existe restrição à passagem de água, neste documento existe a necessidade de se instalar uma espécie de bico injetor cônico para pressurizar o sistema e, assim, permitir a passagem de água em quedas d'água pluviais.
[00013] O documento BR 102014020063-0 propõe um sistema de geração de energia que emprega como fonte geradora a rede de fornecimento de água encanada, ou seja, faz uso do fluxo pressurizado de água que é fornecido pelas redes de abastecimento de água encanada.
[00014] Este documento se distancia da presente invenção, pois faz uso da pressão excedente presente na rede hidráulica na admissão do reservatório, enquanto que a invenção ora pleiteada faz uso da energia potencial presente na queda d'água pluvial de edifícios.
[00015] O documento brasileiro PI 1002676-2 descreve um sistema para aproveitamento de águas pluviais em edificações através da utilização da energia potencial gravitacional da água, com o objetivo de gerar uma energia sustentável que será utilizada pelo próprio prédio.
[00016] Para que o sistema presente neste documento consiga armazenar e transferir a água do edifício, é necessário que o mesmo faça uso de tubulações, válvulas de retenções, sifões e etc.
[00017] Dessa forma, o referido documento se distancia da presente invenção, visto que a mesma promove a geração de
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4/9 energia elétrica através de quedas d'água com a utilização de um dispositivo que está ligado diretamente na tubulação das quedas pluviais e faz uso do minimo de peças mecânicas possíveis.
[00018] Portanto, pode-se concluir que a presente invenção se distancia dos documentos do estado da técnica aqui apresentados, visto que nenhum deles refere-se a um dispositivo capaz de promover a transformação da energia potencial presente nas quedas d'águas de edifícios em energia elétrica, sem que haja necessidade de a água apresentar pressão e volume constantes.
SÚMARIO DA INVENÇÃO [00019] A presente invenção descreve a geração de energia elétrica, de forma sustentável, através de um dispositivo, instalado nas tubulações de descidas das águas pluviais captadas pelos telhados dos prédios, capaz de transformar a energia potencial presente nas referidas descidas pluviais em energia elétrica, onde a energia gerada é armazenada em baterias ou injetada na rede concessionária.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [00020] A presente invenção poderá ser mais bem compreendida através da breve descrição das figuras a seguir:
[00021] A Figura 1 representa uma vista explodida do dispositivo para geração de energia elétrica;
[00022] A Figura 2 representa uma vista em perspectiva do dispositivo para geração de energia elétrica.
[00023] A Figura 3 representa o dispositivo para geração de energia elétrica instalado em uma tubulação de água pluvial.
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5/9 [00024] A Figura 4 representa um diagrama de blocos do armazenamento e distribuição da energia gerada pelo dispositivo para geração de energia elétrica.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00025] A presente invenção descreve a geração de energia elétrica, de forma sustentável, através de um dispositivo, que é instalado nas tubulações de descidas das águas pluviais captadas pelos telhados dos prédios, capaz de transformar a energia potencial presente nas referidas descidas pluviais em energia elétrica, onde a energia gerada é armazenada em baterias ou injetada na rede concessionária.
[00026] Este dispositivo pode ser instalado tanto em prédios novos como em prédios existente, visto que o mesmo apresenta uma grande facilidade de instalação, bem como a possibilidade de instalação de mais de um em uma mesma coluna d'água.
[00027] Conforme demonstrado na Figura 1, o referido dispositivo é formado pelos seguintes componentes:
[00028] - turbina com pás côncavas (1)-Elemento capaz de transformar a energia potencial da queda d'água em rotação; [00029] - estator do gerador de imãs permanentes (2) Componente fixo do gerador, onde estão localizados as bobinados e as fiações;
[00030] - rotor do gerador de imãs permanentes (3) Componente móvel do gerador, que possui os imãs permanentes posicionados de forma alternada para gerar a indução sobre o estator (2), conforme o movimento;
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6/s [00031] - caixa de proteção (4) - Elemento destinado ao invólucro da turbinam evitando qualquer contato externo ou que a água se disperse;
[00032] - concentrador do fluxo de água (5) - Componente cônico para direcionar o fluxo de água para determinado ponto.
[00033] Através da queda d'água, o dispositivo aciona uma turbina com pás côncavas (1), gerando tensão suficiente para acionar o rotor do gerador de imãs permanentes (3), independente se o volume ou fluxo de água estão sendo mantidos constantes, visto que tanto a frequência como a tensão gerada são tratadas eletronicamente.
[00034] Assim, o dispositivo ora pleiteado não apresenta restrição de passagem de água, visto que o acionamento das pás do gerador é realizado através do fluxo de água que passa pelo concentrador do fluxo (5) e direciona o volume para as pás da turbina (1).
[00035] O referido concentrador de fluxo (5), que apresenta ângulo entre 10° e 20°, tem apenas a função de direcionar o fluxo de água, causando uma restrição mínima no curso da água ou de qualquer impureza (sujeiras, galhos, folhas, etc.) que possa estar no sistema.
[00036] Após a passagem pelo concentrador de fluxo (5), a água choca-se com as pás da turbina (1), gerando o movimento do rotor e, assim, escoa livremente pelo interior da turbina e retorna ao seu curso normal pela tubulação. [00037] Ou seja, na presente invenção, a turbina com pás côncavas (1) é capaz de captar desde pequenos volumes de água até grandes volumes, levando em consideração que o índice pluviométrico não é constante.
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7/9 [00038] A referida turbina com pás côncavas (1) pode ser alterada de acordo com o local da instalação, variando-se a quantidade de pás e a distância das pás em relação ao eixo, possibilitando assim a instalação em locais com volumes de água diferentes e com coluna d'água também diferentes. [00039] O rotor do gerador de imãs permanentes (3) é acoplado diretamente no eixo da turbina com pás côncavas (1) , possibilitando assim, a geração de energia com o mínimo possível de perdas mecânicas e em baixa rotação. [00040] As baixas perdas mecânicas ocorrem devido ao acoplamento direto do eixo do rotor do gerador de imãs permanentes (3) ao eixo da turbina com pás côncavas (1), sem nenhum tipo de correia, polias ou adaptação que possa gerar perdas mecânicas.
[00041] O referido acoplamento direto é possível pois a presente invenção faz uso de um gerador de imãs permanentes, composto pelo estator do gerador de imãs permanentes (2) e rotor do gerador de imãs permanentes (3), que apresenta uma variação de 6 a 12 polos, em que tal variação do número de polos ocorre no referido estator do gerador de imãs permanentes (2) e no referido rotor do gerador de imãs permanentes (3), através da alteração do número de imãs permanentes e, possibilita, assim, a geração de tensão com baixa rotação.
[00042] Caso fosse utilizado algum outro tipo de gerador, a velocidade do eixo da turbina teria de ser aumentada mecanicamente, i.e através de polias ou caixas redutoras, o que iria resultar em muitas perdas mecânicas. [00043] Adicionalmente, para que a energia gerada pelo dispositivo possa ser armazenada, controlada e distribuída,
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8/9 elementos externos - tais como: retificador de onda completa (6), controlador de carga (7), baterias (8), inversor on-grid (9) e inversor off-grid (10) - são alocados internamente a uma caixa metálica (11), que se encontra ao lado do referido dispositivo e que se interliga ao dispositivo por meio de fiação elétrica convencional, conforme demonstrado na Figura 4.
[00044] Nos casos em que sejam necessários bancos de baterias maiores, as baterias podem ser instaladas separadamente dos demais componentes, também interligandose por cabos elétricos convencionais com bitola, de acordo com a corrente do projeto.
[00045] Toda energia gerada pelo dispositivo passa por um retificador de onda completa (6), que entrega uma tensão contínua, porém variável, ao controlador de carga (7). [00046] Conforme a tensão entregue for subindo, o carregamento das baterias (8) aumenta, gerando mais peso no rotor do gerador de imãs permanentes (3), que estabilizará a tensão automaticamente de acordo com a quantidade de água que está sendo fornecida para a geração.
[00047] Após as baterias (8), é instalado um sistema de consumo, que pode ser tanto equipamentos que se encontram com tensão entre 12V e 48V e que são ligados diretamente na batería (8), ou inversores on-grid (9) ou inversores offgrid (10), de acordo com a necessidade do local.
[00048] As baterias (8) podem ser ligadas em série, paralelo ou em ambas as ligações, possibilitando formar, assim, o conjunto de tensão e corrente conforme a necessidade e tamanho do sistema.
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9/9 [00049] As referidas baterias (8) devem ser do tipo recarregáveis de chumbo ácido, litio ou qualquer outra que possibilite a carga e descarga, conforme a necessidade do sistema.
[00050] O controlador de carga (7) é responsável por acumular a energia gerada de forma eletrônica e com baterias (8), através da medição das tensões e correntes nas baterias (8).
[00051] Caso as baterias (8) estejam com um nivel baixo de carga, o referido controlador de carga (7) desliga os inversores e os consumidores de bateria, aumentando assim sua vida útil.
[00052] Em contrapartida, caso haja excesso de geração de energia e as baterias (8) estejam totalmente carregadas, o controlador de carga (7) direciona a energia gerada para o inversor on-grid (9), que injeta esta energia na rede da concessionária, evitando assim, que qualquer energia gerada seja desperdiçada.
[00053] A presente invenção foi revelada neste relatório descritivo em termos de sua modalidade preferida. Entretanto, outras modificações e variações são possíveis a partir da presente descrição, estando ainda inseridas no escopo da invenção aqui revelada.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo para geração de energia elétrica CARACTERIZADO pelo fato de compreender os seguintes componentes: turbina com pás côncavas (1); estator do gerador de imãs permanentes (2); rotor do gerador de imãs permanentes (3); caixa de proteção (4) e concentrador do fluxo de água (5) e, estar interligado a uma caixa metálica (11) por meio de uma fiação elétrica convencional.
  2. 2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que concentrador do fluxo de água (5) permite que a turbina com pás côncavas (1) seja acionada conforme a passagem de água no referido dispositivo.
  3. 3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 e 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o rotor do gerador de imãs permanentes (3) é acionado através da tensão gerada pela turbina com pás côncavas (1).
  4. 4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o rotor do gerador de imãs permanentes (3) é acoplado diretamente no eixo da turbina com pás côncavas (1).
  5. 5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o estator do gerador de imãs permanentes (2) e o rotor do gerador de imãs permanentes (3) apresentam uma variação de 6 a 12 pólos.
  6. 6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que caixa metálica (11) é formada por retificador de onda completa (6), controlador de carga (7), baterias (8), inversor on-grid (9) e inversor off-grid (10) .
    Petição 870190046144, de 16/05/2019, pág. 13/20
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  7. 7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o retificador de onda completa (6) é responsável por entregar uma tensão continua e variável ao controlador de carga (7), através da energia que foi previamente gerada pelo referido dispositivo.
  8. 8. Dispositivo, de acordo com reivindicação 6 e 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador de carga (7) acumula a energia gerada de forma eletrônica através do uso de baterias (8).
  9. 9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que conforme o carregamento das baterias (8) aumenta, o rotor do gerador de imãs permanentes (3) fica mais pesado e, assim, estabiliza a tensão de acordo com a quantidade de água que está sendo fornecida para a geração.
  10. 10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERI ZADO pelo fato de que um sistema de consumo é instalado após as baterias (8), em que tal sistema pode ser tanto equipamentos que se encontram com tensão entre 12V e 48V e que são ligados diretamente na bateria (8), ou inversores on-grid (9) ou inversores off-grid (10), de acordo com a necessidade do local.
  11. 11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERI ZADO pelo fato de que após a energia ser gerada através da queda d'água, a mesma é armazenada, controlada e distribuída através de elementos externos que compõem a referida caixa metálica (11).
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