BR112012001552A2

BR112012001552A2 - aparelho de transporte de fluido

Info

Publication number: BR112012001552A2
Application number: BR112012001552-4A
Authority: BR
Inventors: Benjamin Pietro Filardo
Original assignee: Pliant Energy Systems Llc
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2020-08-11
Also published as: BR112012001556A2; EP2456976A4; CN102483030B; WO2011011026A1; EP2456971A1; WO2011011028A1; EP2456976A1; CN102483030A; CN102483049A; CN102483049B; EP2456971A4; EP2456976B1; EP2456971B1

Abstract

APARELHO DE TRANSPORTE DE FLUIDO Mecanismos flexíveis, ou deformáveis para extrair energia elétrica ou trabalho útil a partir de um fluido em movimento são descritos. Deformações persistentes em elementos flexíveis são mantidas com componentes de retenção ou restrição de deformação. Os componentes de retenção de deformações podem, em várias modalidades, incluir membros rígidos ou de tração, bobinas elásticas, e/ou similares. As deformações dos mecanismos podem ser configuradas de modo a receber as forças do fluido em movimento e transferir essas forças em uma variedade de maneiras, de modo a bombear fluido ou gerar eletricidade a partir deste fluido bombeado, ou para gerar eletricidade a partir de deformações de material induzidas pelo fluido em movimento.

Description

[2 i ' | : ” 1 [a S - “APARELHO DE TRANSPORTE DE FLUIDO” Este pedido reivindica prioridade para o pedido de patente | & : provisório U.S. No. 61/227,279, intitulado “Elementos Deformáveis”, | : depositado em 21 de julho de 2009 (Número de Pedido Legal 19861-003PV). O pedido acima é expressamente incorporado aqui para referência.

FUNDAMENTOS A energia cinética de uma corrente de fluido em movimento | tem sido explorada pela humanidade há milhares de anos. Os primeiros | l mecanismos assim foram utilizados para desempenhar tarefas com alto | ' 10 consumo de energia cinética, como triturar grão ou captar água de um rio. | Desde a invenção do gerador eletromagnético, essa energia cinética de fluido em movimento tem sido convertida em energia elétrica, para distribuição e : consumo, por todos os tipos de dispositivos movidos a energia elétrica. A elevação da água de um rio para uma elevação superior, | — 15 para consumo humano ou para a irrigação de superfícies, é uma das | utilizações mais antigas registradas de energia hidrocinética. Um mecanismo antigo é conhecido como nora, no qual jarros ou baldes são fixados a uma ' roda hidráulica. Os jarros se enchem quando submersos, e esvaziam em um 7 aqueduto próximo à posição mais alta no giro da roda. Em um dispositivo — como «esse, orio fornece tanto a água quanto a energia necessárias para mover a água até o local desejado. ç Outros métodos para mover água foram desenvolvidos ao 7 longo dos séculos, como o carneiro hidráulico e bombas eólicas, mas hoje as ' bombas movidas a um motor elétrico ou motor de combustão interna . 25 — normalmente desempenham essas funções.

SUMÁRIO Elementos deformáveis ou “flexíveis” das modalidades aqui descritas podem ser montados com deformações induzidas por força na forma de perturbações planares análogas a estados de energia degenerados. À FIG.

- 2 . 1A ilustra como os aspectos de alguns elementos de implementações podem ser criados via deformações induzidas por força na forma de perturbações . planares em uma modalidade. Os mecanismos podem ser criados aplicando-se : força a um artigo flexível que compreende substancialmente material elástico para criar deformações no material 1001, no qual essas forças são retidas como energia potencial nas deformações 1002. Os mecanismos podem ser ancorados no fluido em movimento 1003, com isso a energia no fluido em movimento excita as deformações no material elástico 1004. A energia | transferida do fluido em movimento para as excitações no material elástico . 10 podem ser exploradas para realizar trabalhos como bombear ou gerar e etricidade DES G Enquanto o termo “elástico” pode ser utilizado para descrever : as propriedades materiais de elementos dos artigos flexíveis nessas descrições, artigos flexíveis podem, em outra modalidade, compreender * 15 principalmente materiais rígidos, mas articulados, como pode ter uma superfície de contato substancialmente contínua.

Aspectos das várias implementações aqui descritas facilitam o bombeamento de fluido da fonte até o destino utilizando a energia cinética disponível na própria fonte de fluido, enquanto a fonte de fluido estiver em — 20 movimento. Elementos deformáveis ou flexíveis também podem ter diversas vantagens, por exemplo, sobre uma nora tradicional, que incluem pelo menos uma eficiência potencialmente maior e custo menor, e em algumas implementações a ausência de qualquer peça articulada que se move, resistência a dano de impacto causado por objetos carregados pela água, — resistência a se enroscar em plantas ou outros objetos carregados pela água, e uma interação física mais suave com peixes e outros animais aquáticos.

Os mecanismos de bombeamento de elementos deformáveis também podem ser configurados para gerar eletricidade, de forma que a energia cinética do fluido que corre pela bomba seja explorada por um gerador

- eletromagnético. Existem vantagens similares dos elementos geradores de energia deformáveis desta invenção, como as que se referem às implementações da . bomba. Além disso, os elementos de geração de energia são compatíveis com . dispositivos hidráulicos “de fluxo livre” que não exigem a construção custosa e de — forteimpacto ambiental das barragens sobre hidrovias.

Os vários elementos deformáveis aqui descritos podem ser configurados para realizar trabalhos como bombear fluido com o objetivo de movê-lo de um local ao outro, ou bombear fluido com o objetivo de gerar eletricidade. A energia para acionar essas bombas pode ser fomecida pela energia : 10 —cinéticado fluido em movimento nos quais esses elementos estão fixados. co... De acordocom uma implementação, elementos ou mecanismos flexíveis são fabricados a partir de fitas flexíveis de materiais configurados para : mudar de forma sob forças exercidas pelo fluxo de fluido que se move sobre ou através dos mecanismos. Uma ou mais ondulações são criadas no material flexível * 15 durante a fabricação. As ondulações podem ser criadas utilizando uma fita de material flexível, e aplicando uma força para criar ondulações no material, e depois utilizando pelo menos um componente de restrição, ou componente retentor de deformação, para evitar que a fita retorne ao estado original sem deformação. As fitas são fixadas a esses componentes de restrição através de tiras — 20 — crenadas que apresentam geometria hiperbóliea. |U Em uma implementação, as ondulações dos mecanismos seguem paralelas ao fluxo da corrente no fluido em movimento e os mecanismos são fixados a uma base ou outro objeto imóvel, evitando que sejam levados pela corrente. O fluido que passa pelos ou através dos — mecanismos exerce forças nas ondulações das fitas, excitando as ondulações e/ou fazendo com que as ondulações desçam pela fita na direção da corrente em movimento. Através de uma variedade de meios descritos abaixo, as ondulações que se deslocam pelas fitas são convertidas em ação de bombeamento no fluido capturado nos mecanismos.

|

*- De acordo com uma implementação, mecanismos flexíveis compreendem uma camada dupla de material de fita flexível colocada com E planos paralelas uma à outra, e fixadas umas à outras longitudinalmente, mas 7 com um espaço entre as duas camadas, que pode ser chamado de espaço — intersticial.

Uma força é aplicada à fita dupla para formar ondulações como as acima.

As ondulações fazem com que as respectivas camadas da fita de dupla camada se aproximem ou se afastem de uma forma periódica que se corresponde com as posições das ondulações, criando cavidades ao longo do | espaço intersticial.

À medida que as ondulações se movem ao longo da . 10 extensão da fita dupla sob as forças do fluido em movimento, as cavidades do — espaço intersticial se movem com elas.

Em uma implementação de bomba, a extremidade a montante : da fita de dupla camada está aberta a fluido ambiente de entrada, permitindo que o fluido entre no espaço intersticial, onde é encerrado em uma cavidade * 15 intersticial e transportado ao longo da extensão da fita de dupla camada.

Um reservatório na extremidade a jusante da fita de dupla camada coleta as cavidades de fluido quando chegam e desvia o fluido ao longo de pelo menos um conduto oco.

Em uma implementação de gerador, a extremidade a montante — 20 dafitaduplaé fechada para fluido ambiente, mas aberta para pelo menos um = conduto cheio de fluido em um sistema de circuito fechado.

O fluido do conduto enche a primeira cavidade do espaço intersticial na extremidade a montante da fita dupla e sai por um reservatório na extremidade a jusante da fita dupla, para ser transportado via pelo menos um conduto de volta à —cavidadea montante do espaço intersticial, e assim por diante.

Uma turbina pode ser colocada em um local ao longo do conduto para extrair energia do fluido em movimento que circula pelo conduto.

Em uma outra série de implementações, três ou mais fitas de camada única ou dupla onduladas, que são alinhadas cada uma ao longo de suas bordas externas a um membro de restrição rígido via tiras crenadas, são alinhadas umas às outras ao longo das bordas internas via uma tira de conexão ! interna para que as três respectivas tiras crenadas internas formem um triângulo em seção transversal (onde três fitas onduladas são utilizadas). À 5 medida que as ondas se movimentam em harmonia, o triângulo gira parcialmente em sentido horário e anti-horário, e o triângulo se expande e se contrai em área, o que significa que a soma dos comprimentos dos lados do triângulo aumentam e diminuem.

Através de vários de mecanismos de válvula aqui descritos, a expansão e contração dos triângulos criam uma ação de bomba peristáltica que transporta o fluido, seja com o objetivo de atrair fluido ambiente e bombeá-lo até um local desejado em implementações de circuito aberto, ou com o objetivo de acionar um gerador eletromagnético em implementações de circuito fechado.

Em outra implementação, duas, três ou mais fitas onduladas são conectadas longitudinalmente ao longo de suas bordas internas a uma bobina elástica central.

Uma implementação que utiliza três fitas onduladas é descrita aqui somente para fins ilustrativos, e deve-se entender que outras configurações com mais ou menos do que três fitas são possíveis.

Se uma bobina com restrição é girada no sentido de rotação do espiral da bobina, a — bobina se tornará mais curta em comprimento e/ou mais estreita em diâmetro, dependendo de como a bobina está restringida.

Da mesma forma, se a bobina é girada em uma direção oposta ao sentido de rotação do espiral ou bobina, a bobina se tornará mais longa e/ou aumentará de diâmetro, dependendo de como a bobina é restringida.

As três fitas onduladas na implementação são fixadas a uma bobina central para que, à medida que as ondulações se movimentem ao longo da extensão do mecanismo paralelo ao fluxo de fluido, a bobina central seja girada em sentido horário e anti-horário, fazendo com que seu diâmetro aumente e diminua, criando um efeito peristáltico que movimenta o fluido ao longo de um núcleo central, com o objetivo de

| a : " bombear fluido ambiente em um sistema de circuito aberto, ou com o objetivo : de acionar uma turbina para gerar eletricidade. oo Deve-se entender que os elementos aqui descritos facilitam a : significativa flexibilidade/customização da implementação, dependendo de uma sériede fatores incluindo as exigências de um determinado pedido. Além disso, as várias implementações descritas podem funcionar individualmente ou serem fixadas umas às outras em conjuntos múltiplos escalonáveis. Nos elementos geradores flexíveis, a ação de bombeamento de conjuntos múltiplos pode ser somada para criar pressões de fluido maiores, mais apropriadas para . 10 acionar turbinas convencionais. Consequentemente, uma grande área de fluido interage com grandes áreas de fitas flexíveis, que são os componentes receptores de energia cinética dos mecanismos. Portanto, esses mecanismos | pegam a energia dissipada em um volume relativamente grande de fluido | ambiente em movimento, e concentram essa energia em um volume pequeno | * 15 defluidoem movimento, com maior velocidade ou pressão relativa ao fluido | | ambiente em escoamento. Visando a celeridade e para facilitar a visualização e compreensão de implementações e modalidades específicas dos mecanismos descritos, a palavra “água” é utilizada na descrição detalhada destas — descobertas, ao invés da palavra “fluido”. Deve-se entender que todas as ' implementações que utilizam os mecanismos aqui descritos são possíveis de transportar e/ou serem conduzidas por uma ampla variedade de líquidos, ' gases ou quaisquer outras substâncias que apresentam comportamento fluídico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS À FIG. 1A ilustra como aspectos de algumas características de alguns elementos de implementações podem ser criados via deformações induzidas por força, na forma de perturbações planares em uma modalidade;

NES 7 4 - 7 A FIG. 1B ilustra um método para montar uma tira crenada em : uma modalidade; So À FIG.

IC ilustra como uma fita flexível de camada única 7 pode ser formada em uma modalidade; As FIGs. 2-3 ilustram como uma tira crenada pode ser formada em uma modalidade; | As FIGs.4-5 ilustram como uma fronde pode ser unida a tiras crenadas, em uma modalidade; ' A FIG. 6 ilustra um diferencial de pressão sobre ondulações da . 10 —ondacoma operação de uma fronde em uma modalidade; A FIG. 7 ilustra como uma fita de dupla camada pode ser ' formada em uma modalidade; ! As FIGs. 8-9 ilustram um método para formar tiras crenadas ' duplas em uma modalidade; | "As As FIGs. 10-11 ilustram como uma unidade de fronde de dupla | camada pode ser formada em uma modalidade; As FIGs. 12A e 12B ilustram como cavidades podem ser criadas deformando camadas duplas de fita flexível em elevação e perspectiva, respectivamente, em uma modalidade; As FIGs. 13A e 13B ilustram uma forma alternativa na qual , cavidades podem ser criadas, deformando camadas duplas de fita flexível que S estão fixadas uma à outra em outra modalidade; í A FIG. 14 ilustra uma seção transversal longitudinal em uma implementação de fronde de dupla camada em operação; A FIG. 15 ilustra uma seção transversal longitudinal em outra implementação de fronde de dupla camada em operação utilizando tiras de conexão; A FIG. 16 ilustra uma seção transversal esquemática na implementação de fronde de dupla camada ilustrada na FIG. 14; | v 8 - A FIG. 17 ilustra uma seção transversal esquemática na implementação de fronde de dupla camada ilustrada na FIG. 15; - As FIGs. 18A4-E ilustram cortes de seção transversal em uma - implementação de fronde de dupla camada com tiras crenadas que são — substancialmente fixas em suas dimensões da seção transversal em operação; As FIGs. 19A-E ilustram cortes de seção transversal em uma implementação de fronde de dupla camada na qual as tiras crenadas são substancialmente elásticas em sua dimensão da seção transversal e as fitas são substancialmente fixas em sua dimensão da seção transversal em operação; As FIGs. 20A-E ilustram cortes de seção transversal em uma implementação de fronde de dupla camada onde as dimensões da seção transversal tanto das fitas, como das tiras crenadas, variam em operação; A FIG. 21 ilustra posições dentro do ciclo de operação em que os cortes de seção das FIGs. 18A-E, FIGs. 19A-E e FIGs. 20A-E são feitos emuma implementação; A FIG. 22A ilustra a implementação de fronde de dupla camada das FIGs. 18A-E em elevação; A FIG. 22B ilustra uma vista em perspectiva da FIG. 22A; A FIG. 23A ilustra a implementação de fronde de dupla camada das FIGs.19A-E em elevação; A FIG. 23B ilustra uma vista em perspectiva da FIG. 23A; As FIGs. 24A-C ilustram cortes de seção transversal em uma implementação de fronde de dupla camada durante um quarto de um ciclo de operação; A FIG. 24D ilustra os locais dentro do ciclo de ondulação do bojo da onda nos quais foram feitos os cortes de seção das FIGs. 24A-C.

As FIGs. 25A-C ilustram cortes de seção transversal em uma implementação de fronde de dupla camada com uma estrutura interstícial auxética, durante um quarto de um ciclo de operação;

7 A FIG. 26 ilustra os locais dentro do ciclo de operação nos quais os cortes de seção das FIGs. 25A-C são feitos em uma implementação; : A FIG. 27 ilustra um hexágono auxético em uma | implementação; As FIGs. 28-29 ilustram o comportamento de uma estrutura hexagonal auxética em uma implementação; As FIGs. 30A-C ilustram cortes de seção transversal em uma implementação de fronde de dupla camada nos quais as fitas são substancialmente não-elásticas na dimensão da seção transversal, e — permanecem constantes na dimensão da seção transversal em operação, com uma estrutura intersticial extrudada em forma de paralelepípedo; A FIG. 30 D ilustra os locais dentro do ciclo de ondulação da onda nos quais são feitos os cortes de seção das FIGs. 30 A-C; As FIGs. 31A-D ilustram aspectos de uma implementação de

15. fronde de dupla camada pela qual a segunda estrutura intersticial irá diminuir em uma direção, quando forças forem exercidas sobre ela em outra direção; A FIG. 32 ilustra uma implementação de bomba de fronde de dupla camada fixada em uma corrente de água em escoamento em uma modalidade; — A FIG 33 ilustra uma implementação de bomba de fronde, na qual a água é coletada em um reservatório flexível; À FIG. 34 ilustra uma implementação de bomba de fronde na qual a água coletada é bombeada ao longo de um tubo flexível; A FIG. 35 ilustra métodos para montar e implementar os — mecanismos de fronde de dupla camada em algumas implementações; A FIG. 36A ilustra uma fronde assimétrica em uma modalidade; As FIGs. 36B-C ilustram uma implementação de unidade de fronde assimétrica; |

7 As FIGs. 37A-E ilustram esquematicamente uma sequência de vistas da extremidade de uma unidade de fronde assimétrica durante a metade de um ciclo de operação em uma modalidade; - As FIGs. 38A-E ilustram a sequência ilustrada nas FIGs. 37A- E de uma vista em perspectiva que mostra toda a unidade de fronde assimétrica em uma modalidade;

A FIG. 39 ilustra as posições que as extremidades a jusante das frondes assimétricas tomam dentro do ciclo de ondulação do bojo da onda, como mostrado nas FIGs. 37A-E e FIGs. 38A-E em uma implementação;

As FIGs. 40-41 ilustram o primeiro núcleo triangular em algumas implementações de fronde de camada única;

A FIG. 42 ilustra uma série de membranas triangulares elásticas ao longo de um núcleo triangular em uma implementação de fronde decamada única;

A FIG. 43 ilustra uma seção esquemática em uma implementação de bomba de um mecanismo de fronde de camada única;

As FIGs.

MA-C ilustram o comportamento em uma implementação de fronde de camada única de membranas triangulares

— 20 elásticasemtrêsmomentos,correlacionando com três posições dentro de um quarto de um ciclo do bojo da onda em uma modalidade;

A FIG. 45 ilustra três pontos em um quarto de um ciclo do bojo da onda que se correspondem com as FIGs. 44 A-C em uma implementação;

As FIGs. 46A-D ilustram quarto vistas da seção transversal de um núcleo triangular e membrana em uma implementação de fronde de camada única;

7 A FIG. 47 ilustra as posições correspondentes dentro de um quarto de um ciclo de ondulação da onda em que as seções transversais das ' FIGs. 46 A-D foram feitas em uma implementação; K A FIG. 48 ilustra esquematicamente uma implementação de — frondede camada única em operação, na qual a ação de bombeamento de uma unidade de fronde assimétrica aciona uma turbina em uma implementação;

As FIGs. 49-50 ilustram a vista explodida tridimensional de outra implementação de bomba de fronde de camada única utilizando um tubo de núcleo elástico;

A FIG. 51 é uma ilustração esquemática de uma implementação de bomba em operação utilizando um tubo de núcleo elástico;

A FIG. 52 é uma ilustração esquemática de uma implementação de gerador em operação utilizando um tubo de núcleo elástico;

As FIGs. 53 A-C ilustram um primeiro núcleo triangular incorporando um mecanismo de válvula triangular em uma implementação de fronde de camada única;

As FIGs.

S4A-D ilustram vistas da extremidade de um mecanismo de válvula triangular em quatro pontos do tempo em operação em

— 20 umaimplementação de frondede camada única; ÀS

As FIGs. 55A-D ilustram vistas laterais de um mecanismo de válvula triangular nos correspondentes quatro pontos do tempo em operação ilustrados nas FIGs.

S4A-D em uma implementação de fronde de camada única;

A FIG. 56 ilustra esquematicamente uma implementação de bomba de fronde de camada única em operação utilizando um mecanismo de válvula triangular em uma modalidade;

- A FIG. 57 ilustra esquematicamente uma implementação de fronde de camada única similar à implementação de bomba ilustrada na FIG.

B 56, mas acionando uma turbina em uma modalidade; - A FIG. 58A ilustra outra implementação de bomba de fronde — de camada única similar no formato e na operação à terceira implementação de bomba de fronde de camada única ilustrada na FIG. 56, mas utilizando tiras de conexão internas em uma modalidade; A FIG. 58B é uma vista do primeiro núcleo triangular olhando para seu eixo longitudinal, ilustrando como as tiras de conexão internas formam um hexágono invertido em uma implementação; A FIG. 59A ilustra outra implementação de gerador de fronde de camada única com o acréscimo de tiras de conexão internas e tubo em uma modalidade; A FIG. 59B ilustra um método para montar e implementar mecanismos de fronde de camada única em uma modalidade; A FIG. 60A é um esqueleto de modalidades de válvula espiral utilizando três fitas flexíveis conectadas, como vistas no eixo longitudinal do mecanismo em uma implementação; A FIG. 60B é um esqueleto de modalidades de válvula espiral o 20 utilizando três fitas flexíveis conectadas, como vistas em elevação em uma implementação; A FIG. 61 ilustra dois exemplos de métodos para a fabricação de implementações da válvula espiral em algumas modalidades; A FIG. 62 ilustra um aspecto de uma implementação de válvula espiral pela qual uma ou mais fitas onduladas são fixadas a uma bobina em uma modalidade; A FIG. 63 ilustra um aspecto de uma implementação de válvula espiral pela qual a bobina é enrolada e desenrolada em sequência por forças aplicadas em uma modalidade;

7 A FIG, 64 ilustra uma seção transversal esquemática em uma implementação utilizando um mecanismo de válvula espiral; As FIG. 65A-E ilustram seções transversais esquemáticas em - uma implementação utilizando um mecanismo de válvula espiral em — momentos diferentes durante a operação;

As FIGs. 66-70 ilustram vários componentes de uma implementação de válvula espiral;

A FIG. 71 ilustra uma implementação de válvula espiral incorporando os vários componentes ilustrados nas FIGs. 66-70 com fitas flexíveis;

co... As FlGs 72A-C ilustram uma implementação de válvula 5 espiral com aletas ou braços radiais internos anexados à bobina elástica em pontos tangentes à circunferência da bobina elástica;

As FIGs. 73A-C ilustram uma implementação de válvula espiral com braços rígidos radiais fixados via conexões deslizantes ao núcleo triangular;

A FIG. 74 é um esqueleto de um componente de uma implementação de válvula espiral utilizando aletas ou braços radiais para conectar o segundo núcleo triangular à bobina elástica;

— 20 A FIG 75 é um esqueleto de um componente de uma implementação de válvula espiral olhando o centro do eixo longitudinal de uma extensão de segundo múcleo triangular, utilizando aletas ou braços radiais conectando o segundo núcleo triangular à bobina elástica;

A FIG. 76 é um esqueleto de um componente de uma implementação de válvula espiral olhando o centro do eixo longitudinal de uma extensão de segundo núcleo triangular, utilizando braços radiais rígidos;

A FIG. 77 ilustra uma perspectiva de esqueleto de componentes montados de uma implementação de válvula espiral mostrando uma seção equivalente a uma ondulação do bojo da onda;

- 14 7 A FIG. 78 é uma elevação de esqueleto da mesma parte do mecanismo de válvula espiral mostrado na FIG. 77, visto perpendicularmente ' ao eixo longitudinal do mecanismo, mostrando certos elementos do - mecanismo em uma implementação; A FIG. 79 ilustra a elevação da FIG. 78 com componentes adicionais em uma implementação;

A FIG. 80 ilustra um mecanismo de implementação de válvula espiral em uma posição que pode assumir quando fixado em uma corrente de fluido em uma modalidade;

A FIG. 81 ilustra um mecanismo de implementação de válvula espiral fixado em uma corrente de fluido em movimento em uma modalidade;

A FIG. 82 ilustra um corte de seção transversal em um mecanismo de implementação de válvula espiral fixado em uma corrente de fluido em escoamento em uma modalidade;

A FIG. 83 é uma ilustração esquemática de um mecanismo de implementação de válvula espiral utilizado como uma bomba mostrando a circulação da água ou fluido bombeado pelo mecanismo em uma modalidade;

A FIG. 84 é uma ilustração esquemática de um mecanismo de implementação de válvula espiral utilizado como gerador mostrando a circulação da água ou fluido em uma modalidade;

A FIG. 85 ilustra um mecanismo de implementação de válvula espiral utilizando seis fitas e colocado dentro de um tubo de fluido em escoamento em uma modalidade;

A FIG. 86 é uma representação diagramática do nível de energia interno de uma deformação em um material flexível e o nível de energia interno de um componente retentor de deformação em uma implementação;

A FIG. 87 é uma representação diagramática mostrando uma força externa exercida por um fluido ambiente em movimento sobre um

. 15 7 material flexível deformado, transferindo essas forças para um segundo fluido em uma implementação; B A FIG. 88 ilustra como dois ou mais eletrodos podem ser : conectados a um material eletroativo deformado em uma implementação na —qualatorção material é convertida em energia elétrica; e As FIGs. 89 — 93 ilustram diagramaticamente diversas formas que a energia de um fluido em movimento pode ser explorada via componentes flexíveis de mecanismos em várias implementações.

DESCRIÇÃO DETALHADA Elementos ou mecanismos flexíveis ou “deformáveis” extraem energia de um corpo de água em movimento e utilizam essa energia para realizar trabalhos como bombear água de um corpo de água em movimento, ou bombear água por um sistema de circuito fechado para acionar um gerador elétrico. Nas descrições aqui apresentadas para várias modalidades e/ou implementações, são fornecidos numerosos detalhes específicos, como exemplos de componentes, elementos e/ou mecanismos, para possibilitar uma compreensão completa das implementações aqui descritas. Porém, deve-se entender que modalidades/implementações podem ser praticadas sem um ou mais dos detalhes — específicos, alternando aspectos das — 20 implementações/modalidades ilustradas, ou com outros aparelhos, sistemas, ÚúÚú montagens, métodos, componentes, materiais, peças e/ou semelhantes.

Pelo menos três grupos de elementos flexíveis são aqui descritos com fins ilustrativos. O primeiro grupo inclui mecanismos incorporando frondes de dupla camada; o segundo grupo inclui mecanismos que compreendem frondes de camada única; e o terceiro grupo inclui mecanismos incorporando válvulas espirais.

Mecanismos de Fronde de Dupla Camada À FIG. 1C ilustra aspectos de criar um componente comum a diversas implementações aqui descritas, especialmente a fita flexível

7 deformada 2. A fita flexível é reta em seu estado relaxado 1. Pelo menos uma primeira força 3 é aplicada à fita de forma a criar uma ou uma série de ondulações ao longo de sua extensão.

As deformações são o resultado do - nível de energia interno do material imposto por essa primeira força 3. | 5 As FIGs. 2-3 ilustram aspectos de criar outro componente comum a muitas das implementações aqui descritas, a tira crenada 6. Um método para criar uma tira crenada com a morfologia e nível de energia interno descritos é: um pedaço arqueado de material flexível ou elástico em forma de chapa 5 é deformado com pelo menos uma segunda força 7, até que o arco extemo da tira 8a e o arco interno da tira 8b se tornem iguais em extensão, em um ponto em que o arco interno 8b da tira está em tração, e o arco externo 8a da tira está em compressão, fazendo com que a tira assuma uma geometria hiperbólica com uma aparência “crenada” ou ondulada.

A FIG. 1B ilustra um método para montar uma tira crenada em uma implementação pelo qual uma tira arqueada de material elástico em forma de chapa 1006 tem forças aplicadas a ela 1007, de forma que a borda interna da tira em arqueada fique reta, criando uma tira crenada 1008. A borda reta da tira crenada pode ser fixada a um membro rígido ou de tração 1009 para reter as forças aplicadas como energia potencial. — 20 Umafitadeformada? é fixadaaduastirascrenadas6aolongo de suas bordas longitudinais externas, criando uma fronde 9. A primeira força 3, que foi aplicada à fita 1 e a segunda força 7, que foi aplicada às tiras crenadas pré-torcidas 5, são mantidas como energia potencial dentro da fronde 9 pelos primeiros componentes de restrição ou retentores de — deformação 10, como tubos ou membros rígidos FIGs. 4-5. A fronde 9 agora está em seu estado torcido ou “carregado”. As ondulações são expressões do nível de energia interno da fronde, e assim permanecerão enquanto os primeiros componentes de restrição, ou componentes retentores de deformação 10 permaneçam fixados à fronde 9. Portanto, forças adicionais

" 17 7 aplicadas à fronde 9 podem mudar as posições relativas das ondulações dentro da fronde 9, mas não a presença das ondulações em alguma posição dentro da fronde 9. : Quando a fronde 9 é presa em uma corrente de fluido em — movimento, para que a fronde esteja fixa em um local e não se desloque com o fluido, e para que a extensão da fronde 9 siga substancialmente paralela à direção do fluido em movimento 11, a pressão do fluido adjacente a partes da fronde que estão diante obliquamente a montante 4a será maior do que a pressão do fluido adjacente a partes da fronde que estão diante obliquamente a jusante 4b, FIG. 6. Essas diferenças de pressão fazem com que as posições das ondulações se movimentem ao longo da extensão da fronde na direção do fluido em movimento 11. A energia cinética da água corrente é, portanto, transferida para o movimento de ondulações que desce pela fronde 9. O trabalho é extraído do movimento das ondulações para ativar os mecanismos aqui incorporados. O número de ondulações é uma propriedade da forma como o material recebe torções e do nível de energia interno da fronde 9. Portanto, se a energia cinética da água corrente 11 faz a ondulação partir de uma extremidade da fronde 9, outra ondulação se formará na extremidade oposta da fronde 9.

o 20 Em diversas implementações, a fita flexível 2 pode ser configurada como uma camada dupla, com as respectivas camadas sendo conectadas uma à outra longitudinalmente, mas com o espaço intersticial 2a entre as duas camadas. Nessas implementações de fronde de dupla camada 9a, as fitas flexíveis 2 podem ser conectadas uma à outra indiretamente via tiras —crenadas 6 para os primeiros componentes de restrição 10, ou podem ser conectadas uma às outra diretamente via conexões flexíveis intermediárias 12 (FIG. 17), que ora se conectam a uma tira crenada 6, ora são conectadas aos primeiros componentes de restrição 10. As FIGs. 7-11 mostram como uma

7 fronde de dupla camada 9a pode ser formada e conectada via tiras crenadas 6 ao primeiro componente de restrição 10. Em implementações de fronde de dupla camada 9a em que as fitas - flexíveis 2 são conectadas uma à outra via duas tiras crenadas 6 aos primeiros | 5 componentes de restrição 10, as duas tiras crenadas podem ser separadas uma da outra de maneira compatível à separação das duas fitas flexíveis 2 e, portanto, fazer contato uma com a outra como as duas fitas flexíveis 2 fazem contato, e se separar como as duas fitas flexíveis 2 se separam, estando fixadas às duas fitas flexíveis 2 ao longo de suas bordas longitudinais onduladas.

Ao longo de suas — outras bordas não-onduladas, as tiras crenadas 6 fazem contato uma com a outra no ponto de contato com o primeiro componente de restrição 10, ou se aproximam de forma que o espaço intersticial entre as tiras crenadas 6 seja mais estreito ao longo de suas bordas retas.

As FIGs. 12A e 13A ilustram aspectos de como cavidades 13 podem ser criadas no espaço intersticial 2a entre as fitas 2 das implementações de fronde de dupla camada 9a.

Na FIG. 12A uma primeira força 3 é aplicada a duas fitas 2 de um material flexível em forma de chapa separadas uma da outra por um pequeno espaço intersticial 2a, fazendo com que elas se curvem e se deformem para acomodar essa força 3. Os raios das duas curvas formadas pelas duas fitas 2 — 20 sãoiguaise uma curva fica acima da outra, assim a distância entre as duas camadas das fitas 2 é maior no pico da curva.

Portanto, uma cavidade 13 é criada no espaço intersticial 2a entre as duas fitas 2. Na FIG. 13A o espaço intersticial entre as duas fitas 2 é ocupado por um material ou estrutura intersticial 14 fixado às faces internas — das duas fitas 2, e pode ser rapidamente comprimido ou estendido no eixo perpendicular ao plano das fitas 2. Essa configuração pode ser vista como análoga a um material laminado de tripla camada no qual as duas camadas externas são flexíveis perpendicular ao plano do material, mas podem ser estendidas ou comprimidas só minimamente na direção longitudinal paralela v ao plano.

Nessa analogia, a terceira camada interna conectando as duas camadas externas pode ser um material como borracha macia de espuma.

Nessa configuração análoga, as duas camadas externas, sendo presas uma à : outra e impossibilitadas de se mover substancialmente na direção | S — longitudinal, irão se aproximar no pico mais alto da curva 15, e se separar uma da outra na metade do caminho até o pico, criando cavidades 13 nesses locais.

As FIGs. 12B e 13B são representações tridimensionais das FIGs. 12A e13A.

A FIG. 14 ilustra uma seção transversal longitudinal em uma —fronde de dupla camada 9a configurada com uma série de ondulações com — cavidades intersticiais 13 na amplitude máxima das deformações do bojo nos dois lados do eixo neutro da ondulação da onda, de acordo com as características ilustradas nas FIGs. 12A e 12B.

Quando fixas no lugar, a corrente de água 11 passando pelas fitas de dupla camada 2 fazem com que as ondulações do bojo deslizem pelas fitas de dupla camada 2 na direção da corrente, e portanto as posições das cavidades intersticiais 13 irão se deslocar pela fronde 9a com as ondulações do bojo.

Se o espaço intersticial entre as fitas de dupla camada 2 na extremidade a montante da fronde estiver aberto para a água da corrente em escoamento 11, a água ambiente 16 pode entrar no — 20 espaço intersticialnaamplitude máxima da onda, quando o espaço intersticial 2a está maior.

Essa água será encerrada em uma cavidade intersticial 13, que se deslocará pela fronde na direção da corrente de água em movimento, e sairá 17 na extremidade a jusante da fronde de dupla camada 9a.

À FIG. 15 mostra uma seção transversal longitudinal em uma —fronde de dupla camada 9a configurada com uma série de ondulações com cavidades intersticiais 13 que ocorrem no eixo neutro, respectivamente, de acordo com as características descritas acima e ilustradas nas FIGs. 13a e 13b. (A estrutura intersticial 14, que permite a passagem de água, não é mostrada na FIG. 15 por motivos de clareza gráfica, mas será descrita

” subsequentemente e é ilustrada nas FIGs. 25A-C e FIGs. 30A-C). As forças da água na corrente em movimento 11 deslocam as cavidades intersticiais 13 pela fronde como descrito acima para a implementação ilustrada na FIG. 14, - então a ação das implementações ilustradas nas FIG. 14 e FIG. 15 é similar. | 5 — Uma diferença ocorre no local durante o ciclo de ondulação da onda em que as cavidades são criadas.

Como acima, cada fita 2 da fronde de dupla camada 9a pode ser alinhada diretamente ao longo de ambas as bordas longitudinais a tiras crenadas 6, essas que são alinhadas ao primeiro componente de restrição 10. Talestrutura é utilizada na implementação de fronde de dupla camada 9a com cavidades em amplitude máxima como ilustrado na FIG. 14. Uma seção transversal dessa estrutura é mostrada na FIG. 16. Alternativamente, a borda longitudinal de cada fita 2 da fronde de dupla camada 9a pode ser conectada uma à outra via conexões flexíveis intermediárias 12, e cada uma dessas é conectada a uma única tira crenada 6, que por sua vez se conecta ao primeiro componente de restrição 10, como mostrado na FIG. 17. As FIGs. 16, 17 também ilustram como cortes de seção transversal em implementações de fronde de dupla camada podem tomar a forma de hexágonos alongados: na FIG. 16, os lados do hexágono compreendem duas fitas 2 e quatro tiras crenadas 6. Na FIG. 17, os lados do hexágono compreendem duas fitas 2 e conexões flexíveis intermediárias 12. O comportamento da fronde 9 ou fronde de dupla camada 9a em operação é sutil e irá variar dependendo de uma série de fatores, incluindo a elasticidade relativa das fitas 2, tiras crenadas 6 e, quando presentes, as conexões flexíveis intermediárias 12, entre outros fatores.

As FIGs. 18A-E e FIGs. 19A-E são diagramas esquemáticos mostrando cinco cortes de seção transversal vistos de uma certa direção 2201 e 2301, respectivamente, de duas configurações de frondes 9 um pouco diferentes, durante a metade de um ciclo de operação, começando na amplitude máxima do bojo da onda,

" 21 ” descendo a amplitude zero, e subindo de novo para a amplitude máxima no lado oposto do eixo neutro.

A FIG. 21 ilustra onde no ciclo da onda, ou no i ciclo de deformação do bojo, esses cortes de seção correspondentes foram : feitos para as duas figuras respectivas acima.

Linhas pontilhadas foram | 5 adicionadas às FIGs. 18A-E e 19A-E, conectando os mesmos pontos nos sucessivos cortes de seção para mostrar como os locais desses pontos mudam durante a operação.

A dimensão somada da seção transversal, que é a largura de uma fita 2 mais a largura de duas frondes 6, varia durante a operação, estando em seu máximo na amplitude máxima de deformação, e estando em seu mínimo no eixo neutro da onda, ponto no qual as fitas 2 e tiras crenadas 6 aproximam uma linha reta em seção transversal. (FIGs. 18C e 19C). Diversas implementações aqui descritas facilitam ou acomodam esse comportamento.

As FIGs. 18A-E ilustram uma implementação com tiras —crenadas 6 que são substancialmente fixas em sua dimensão da seção transversal 18. Portanto, a dimensão da seção transversal 19 da fita 2 nessa implementação deve mudar durante a operação, e por isso deve ser : substancialmente elástica na dimensão da seção transversal.

Em implementações de fronde de dupla camada 9a incorporando conexões — 20 flexíveis intermediárias 12, a dimensão somada da seção transversal 19 das fitas 2 mais as conexões flexíveis intermediárias 12 devem mudar durante a operação, sendo o máximo na FIG. 18A, E e mínimo na FIG. 18C.

As FIGs. 19A-E mostram uma implementação na qual as tiras crenadas 6 que são substancialmente elásticas em sua dimensão da seção — transversal 18, enquanto as fitas 2 são substancialmente fixas em sua dimensão da seção transversal 19. Portanto, a dimensão da seção transversal 18 das tiras crenadas 6 deve mudar durante a operação.

Em implementações de fronde de dupla camada 9a incorporando conexão flexível intermediária 12, a dimensão da seção transversal 18 das frondes 6, ou a dimensão somada da seção transversal das |

” frondes 6 mais as conexões flexíveis 12, devem mudar durante a operação, sendo o máximo na FIG. 19 A, E e mínimo na FIG. 19C. As FIGs. 20A-E ilustram ainda outra configuração, pela qual [ ambas as dimensões da seção transversal 19 da fita 2 e a dimensão da seção — transversal 18 das tiras crenadas 6 variam em operação, porque tanto a fita 2 como a tira crenada 6 são substancialmente elásticas em sua dimensão da seção transversal. Portanto, a dimensão da seção transversal 19 da fita 2, bem como as dimensões da seção transversal 18 das tiras crenadas 6 estão menores no eixo neutro das deformações da onda (FIG. 20C). A FIG. 21 ilustra posições dentro do ciclo de operação em que os cortes de seção das FIGs. 18A-E, FIGs. 19A-E e FIGs. 20A-E são feitos em uma implementação.

A morfologia tomada pela implementação mostrada nas FIGs. 18A-E é ilustrada como uma elevação na FIG. 22. A morfologia da implementação mostrada nas FIGs. 19A-E é ilustrada como uma elevação na FIG. 23A. Uma vista em perspectiva da implementação ilustrada na FIG. 22A é mostrada na FIG. 22B, e uma vista em perspectiva da implementação ilustrada na FIG. 23A é mostrada na FIG. 23B.

As FIGs. 24A-C mostram uma seção transversal em uma implementação de fronde de dupla camada 9a durante um quarto de um ciclo de operação, durante o qual a deformação do bojo muda de amplitude máxima para mínima do ciclo do bojo da onda, e a cavidade intersticial 13 muda do volume máximo em amplitude máxima, para volume mínimo em amplitude mínima. Na implementação mostrada nessa ilustração, tanto as fitas 2 como as tiras crenadas 6 são substancialmente elásticas em suas dimensões da seção transversal. (FIGs. 20A-E). As dimensões da seção transversal 18 das tiras crenadas 6 e as dimensões da seção transversal 19 das fitas 2 diminuem constantemente entre à posição de operação como mostrado nas FIGs. 24A e a posição de operação como mostrado nas FIGs. 24C.

" 23 7 A FIG. 24D indica os locais dentro do ciclo de ondulação do bojo da onda em que os cortes de seção das FIGs. 24A-C são feitos. i As FIGs. 25A-C mostram ainda outra implementação de : fronde de dupla camada 9a durante um quarto de um ciclo de operação, no qualo espaço intersticial 2a é ocupado por uma estrutura intersticial 14. À FIG. 26 indica os locais dentro do ciclo de ondulação do bojo da onda em que os cortes de seção das FIGs. 25 A-C são feitos. Os componentes 22 dessa estrutura intersticial 14 compreendem um material que possibilita que os componentes 22 se flexionem em suas juntas, permitindo que a estrutura intersticial como um todo se expanda ou se contraia perpendicular ao plano do eixo longitudinal da fronde 9a. O material que compreende os componentes 22 é altamente elástico perpendicular ao eixo longitudinal da fronde 9a. Os componentes 22 dessa estrutura intersticial 14 são fixados às faces internas das tiras crenadas 6 efitas2,e tomam a forma de extrudados contínuos, ou canais 23, seguindo em paralelo com o eixo longitudinal da fronde de dupla camada 9a. A água 16 que entra pela extremidade a montante da fronde de dupla camada 9º, passa pelos canais 23 criados por esses componentes extrudados 22. Em operação, a dimensão da seção transversal desses canais 23 se expande e se contrai — 20 perpendicular aos planos das tiras crenadas 6 e fitas 2. As posições das regiões de expansão e contração na fronde de dupla camada 9a se movem paralelas ao fluxo da corrente de água 11, empurrando a água para os canais 23 e descendo pela fronde, onde a água sai 17 da fronde de dupla camada 9a, como mostrado na FIG. 14.

A ação da fronde de dupla camada 9a descrita acima e ilustrada nas FIGs. 25A-C são facilitadas em uma implementação utilizando as características de estruturas auxéticas. Materiais auxéticos são materiais com um coeficiente de Poisson negativo, o que significa que quando o material é esticado em uma direção, ele não se contrai na outra direção, e sim |

- 24 7 também se expande nessa outra direção. O termo “auxético” é aplicado a materiais, mas também pode ser aplicado a estruturas, uma variação da qual é a chamada Esfera de Hoberman. As estruturas auxéticas como utilizadas - nessa implementação e mostradas nas FIGs. 25A-C podem utilizar o i S — hexágono invertido 24, também conhecido como hexágono auxético FIG. 27. Quando múltiplos hexágonos auxéticos 24 são configurados de uma maneira como mostrado na FIG. 28, a resultante estrutura auxética 25, quando esticada por uma força 26 em uma dimensão, também se esticará em outra dimensão 27, FIG. 29.

Os componentes 22 da estrutura intersticial 14, combinados com as frondes 6 e fitas 2, compreendem as estruturas auxéticas 25 dessa implementação. Esses componentes 22 tomam a forma de estruturas auxéticas 25 em seção transversal, por meio dos quais essas estruturas são extrudadas longitudinalmente ao longo da extensão da fronde dupla 9a, formando canais 23porondea água pode passar. À inclusão de estruturas auxéticas ocupando o espaço intersticial 2a facilita a expansão e contração das cavidades intersticiais 13, e assim os canais 23, da seguinte maneira: quando as tiras crenadas 6 e as fitas de dupla camada 2 aumentam em dimensão da seção transversal, sua ação fará com que as estruturas auxéticas 25, das quais elas — 20 fazem parte, aumentem em dimensão perpendicular ao eixo da fronde de dupla camada, assim expandindo o espaço entre as camadas das duas fitas 2 e as camadas das duas tiras crenadas 6, e dessa forma facilitando a expansão das cavidades 13 do espaço intersticial 2a.

As FIGs. 30A-C ilustram uma implementação que combina características de estruturas auxéticas, como ilustradas nas FIGs. 25A-C e FIG. 28, com a configuração ilustrada nas FIGs. 19A-E, na qual as fitas 2 são substancialmente não-elásticas na dimensão da seção transversal e permanecem constantes na dimensão da seção transversal em operação. Nessa implementação, o espaço intersticial 2a entre as fitas duplas 2 está em seu

7 mínimo onde a deformação do bojo alcança sua amplitude máxima em operação, e o espaço intersticial 2a entre as fitas duplas 2 está em seu máximo onde a deformação do bojo está em amplitude zero no eixo neutro das : ondulações do bojo em operação, como mostrado na FIG. 15. As fitas duplas 2 são de um material flexível, mas são minimamente elásticas na sua dimensão da seção transversal, o que significa que o material que as compreendem não pode ser substancialmente esticado em plano, para que as fitas 2 permaneçam essencialmente constantes na largura, enquanto elas se flexionam e ondulam perpendicular a seus planos em operação, As tiras —crenadas 6 também são minimamente elásticas, ou não-esticáveis, em sua — dimensão da seção transversal UG Para essa implementação ilustradanas — FIGs.30A-C, as mudanças são que a dimensão somada da seção transversal da fronde 9 em operação pode ser acomodada inteiramente pelas conexões flexíveis intermediárias 12. Essas conexões flexíveis intermediárias podem ser fixadas às tiras crenadas 6 e fitas 2 via juntas articuladas rotativas ou flexíveis 28, 29. (Algumas implementações podem incorporar juntas flexíveis ao invés de ou junto com juntas articuladas em tudo). Enquanto as fitas duplas 2 se distanciam em operação, as extremidades das conexões flexíveis girando em torno do eixo do ponto 28 onde se anexam às fitas 2. Simultaneamente, as extremidades da conexão flexível intermediária 12 que são alinhadas à tira crenada 6, giram em tomo do eixo do seu ponto de anexação 29 à tira crenada 6.

A FIG. 3O0D indica os locais dentro do ciclo de ondulação da onda nos quais os cortes de seção das FIGs. 30A-C são feitos.

Além de serem conectadas uma à outra via conexões flexíveis intermediárias 12, as fitas duplas 2 também podem ser conectadas uma à outra via uma segunda estrutura intersticial 14a, tomando a forma de uma extrudada |

7 que é conectada longitudinalmente ao longo da extensão da fronde dupla 9a, e que toma a forma em seção transversal de uma estrutura articulada que imita ' o perfil das conexões flexíveis intermediárias 12. - As FIGs. 31 A-D ilustram aspectos de uma implementação pela C 5 quala segunda estrutura intersticial irá diminuir em uma direção quando forças forem exercidas sobre ela em outra direção: quando uma fileira de paralelogramos 30 são conectados uns aos outros e mantidos em tração ao longo de uma borda 31 e uma força de tração 32 é aplicada ao longo da borda oposta, na direção oposta, eles irão se retrair juntos e o espaço 33 definido | pelo encerramento de cada paralelogramo irá diminuir em volume.

As FIGs. 30A-C, como descrito acima, mostrando uma série de seções transversais por uma implementação de fronde de dupla camada 9a, utilizam uma fileira dupla de paralelogramos, como visto na seção transversal. Esses paralelogramos são extrudados ao longo da extensão da fronde como —paralelepípedos torcidos extrudados. Um lado de cada paralelogramo compreende uma parte 34 da fita 2, e cada lado oposto compreende uma parte de uma das duas fitas intersticiais 35, que seguem pelo eixo central da fronde de dupla camada 9a. Os dois lados remanescentes de cada paralelogramo compreendem componentes terciários 36, que se anexam à face interna de uma fita 2 da fronde de dupla camada, e a uma das fitas intersticiais 35. Essas fitas intersticiais 35 são conectadas ao longo de uma borda 36a a uma tira crenada 6. As tiras crenadas são mantidas em tração máxima durante a E máxima deformação do bojo em operação, e irão, portanto, exercer uma força : lateral 32 levando os paralelogramos para sua posição retraída, como — demonstrado na FIG. 31D. O efeito da tração nas tiras crenadas 6, então, é unir as duas fitas 2 na amplitude máxima do bojo. Quando a tração nas tiras crenadas 6 está em seu mínimo, os paralelogramos da estrutura intersticial 14 podem estar em seu estado de repouso, no qual as duas fitas 2 da fronde de dupla camada 9a estão afastadas ao máximo.

7 A FIG. 32 mostra uma implementação de bomba de fronde de dupla camada fixa em uma corrente de água em escoamento 11 via um ' segundo componente de restrição 37, na forma de um poste ou tubo rígido . fixado ao leito de um rio, bacia das marés, ou outro objeto imóvel 38. O 7 5 segundo componente de restrição 37 pode ser articulado próximo a seu eixo longitudinal, permitindo que rotacione na corrente de forma que a fronde de dupla camada 9a permaneça aproximadamente alinhada com a direção da corrente em movimento.

O segundo componente de restrição 37 é fixado aos primeiros componentes de restrição 10, Em operação, a extremidade a montante da fronde de dupla camada 9a está aberta a água ambiente 16 da — correntedeáguaem «escoamento quando a extremidade a montante da frande = de dupla camada 9a é deformada, de forma a criar uma cavidade 13 ou canais expandidos 23 no espaço intersticial 2a, como descrito nas várias implementações acima. (FIGs. 14-15). À medida que a cavidade 13 se move pela extensão da fronde de dupla camada 9a, a água na cavidade é transportada ao longo da extensão da fronde de dupla camada 9a, e sai pela extremidade a jusante da fronde de dupla camada 9a, onde entra em um primeiro reservatório 40 feito de um material flexível, e depois entra em um primeiro tubo flexível 41, que desvia a água bombeada 17 para um destino desejado.

A FIG. 33 ilustra ainda outra implementação, na qual a água coletada no primeiro reservatório flexível 40 na extremidade a jusante da “ fronde de dupla camada 9a é transportada ao longo de pelo menos um - primeiro conduto flexível 42 para um segundo conduto flexível 43, que segue — pelo interior de um ou ambos os componentes de restrição 10, onde ditos primeiros componentes de restrição 10 são ocos.

A água que se desloca pelo segundo conduto flexível 43 se conecta a um segundo tubo flexível 44, que desvia a água 17 para um destino desejado. |

7 A FIG. 34 ilustra ainda outra implementação na qual a água coletada no primeiro reservatório flexível 40 é bombeada por pelo menos um ' quarto tubo flexível 45, que é fixado à superfície de pelo menos um das fitas . flexíveis 2, e que passou pela superfície da fita 2 na direção oposta ao fluxo , S —daágua ambiente 11, até chegar ao segundo componente de restrição 37, ao qual o quarto tubo flexível 45 se anexa ou penetra nele, depois disso acopla pelo menos um quinto tubo flexível 46, pelo qual a água de saída 17 é transportada ao destino desejado. A FIG. 35 ilustra dois métodos para montar e implementar os mecanismos de fronde de dupla camada em algumas implementações. Em uma implementação, duas fitas de material flexível em forma de chapa 3501 têm forças aplicadas para criar deformações onduladas 3502. As duas fitas são conectadas a quarto tiras crenadas 3504. O mecanismo é ancorado em um fluido em movimento 3507 e a energia é extraída ou o trabalho realizado pelos mecanismos 3508. Em outra implementação, duas fitas de um material flexível em forma de chapa 3501 têm forças aplicadas para criar deformações onduladas 3502. As duas fitas são conectadas a duas conexões flexíveis intermediárias 3505, As conexões flexíveis intermediárias são conectadas a duas tiras crenadas 3506. O mecanismo é ancorado em um fluido em movimento 3507 e a energia extraída ou trabalho realizado pelos mecanismos

3508. Em outra implementação, a extração de energia elétrica das ' ondulações dinâmicas deformadas nas fitas, e outros elementos dos - mecanismos acima, que se flexionam de forma periódica em operação, é com autilizaçãodeum material eletroativo que demonstra uma resposta elétrica à deformação. Em tais implementações dos mecanismos descritos, dois ou mais eletrodos podem ser utilizados para extrair eletricidade dos mecanismos. Mecanismos de Fronde de Camada Única.

7 A título de exemplo somente, uma segunda modalidade de mecanismos pode utilizar frondes de camada única 9. Cada fronde 9 : compreende uma fita flexível torcida 2 e tiras crenadas torcidas 6. Porém, R enquanto nas implementações de fronde de dupla camada descritas acima 7 S cada fitaé conectada a pelo menos duas tiras crenadas 6, uma ao longo de cada borda longitudinal da fita 2, nas implementações de fronde de camada única cada fita 2 pode ser fixada a somente uma tira crenada 6, ao longo de uma borda longitudinal de cada fita 2. A tira crenada 6 alinhada a uma borda da fita 2 é fixada ao primeiro componente de restrição, ou componente retentor de deformação 10. A borda oposta da fita 2 é fixada a uma tira de conexão 47 que compreende um material flexível em forma de chapa.

No processo de fixar essa chapa flexível à fita 2, a chapa flexível é deformada submetida à primeira força aplicada 3, que é mantida como energia potencial na fita 2 e com isso assume uma geometria hiperbólica ondulada similar à da tira crenada 6. A fita 2, a tira crenada 6 e a tira de conexão 47 juntas compreendem uma fronde assimétrica 48, FIG. 36A.

Pelo menos três frondes assimétricas 48 podem ser alinhadas uma à outra ao longo das respectivas bordas longitudinais das tiras de — conexão 47 de cada uma, de forma que as tiras de conexão 47 das três frondes assimétricas 48 tomem a forma de um triângulo em seção transversal em que três frondes assimétricas 48 são utilizadas.

As três frondes assimétricas 48 ' mais três primeiros componentes de restrição 10 juntos compreendem uma - unidade de fronde assimétrica 49, FIGs. 36B-C.

As três frondes assimétricas 48 compartilham um eixo comum que segue substancialmente paralelo à direção da água em escoamento 11. Quando a unidade de fronde assimétrica 49 é fixada em um local nessa água em escoamento 11, de forma que não seja levada pela corrente, as posições das ondulações nas fitas 2 irão se deslocar pelas extensões das fitas 2, como descrito acima (ex: FIG, 6).

7 A unidade de fronde assimétrica 49 é configurada para que cada uma de suas frondes assimétricas 48 tenha o mesmo número de O ondulações de onda de igual amplitude. Além disso, em operação, as posições . relativas da onda de uma fronde assimétrica 48 estão em fase com as posições ' S — da ondadas outras duas frondes assimétricas 48, em relação ao eixo central da unidade de fronde 49, As frondes assimétricas 48 da unidade de fronde assimétrica 49 podem ser mantidas unidas adicionalmente por pelo menos uma estrutura de conexão periférica 50, que é fixada a todas as três unidades de fronde — assimétricas 49, via os três primeiros componentes de restrição 10.

Em uma implementação, a tira crenada 6 e fita 2 da fronde assimétrica 48 podem ser compostas de um material flexível em forma de chapa, que permite deformação perpendicular ao plano do material em forma de chapa. Porém, esse material também pode ser substancialmente não- — elástico na direção paralela ao plano desse material em forma de chapa, assim como uma régua fina de aço inoxidável irá prontamente se flexionar perpendicular a seu plano, mas resistir a estiramento substancial quando as duas extremidades forem puxadas em direções opostas. Em contrapartida, as tiras de conexão 47 nessa implementação compreendem um material que é altamente elástico na direção paralela ao plano do material.

As FIGs. 37A-E mostram esquematicamente uma sequência de vistas da extremidade de uma unidade de fronde assimétrica durante a metade ' de um ciclo de operação. A vista é tirada de uma posição a jusante da unidade - de fronde assimétrica 49, olhando a montante na extremidade da unidade de — fronde assimétrica 49, À medida que as ondulações da onda se movem seja para um lado ou para o outro de suas amplitudes neutras da onda, o triângulo formado pelas três tiras de conexão ligadas 47 gira parcialmente em sentido horário ou anti-horário sobre o eixo central longitudinal da unidade de fronde assimétrica 49. Porque o material em forma de chapa que compreende as tiras i crenadas 6 e fitas 2 é substancialmente não elástico na direção paralela ao plano do material, e porque o material em forma de chapa que compreende as CU tiras de conexão 47 é altamente elástico na direção paralela ao plano do . material, em operação o diâmetro desse triângulo se expande e se contrai de “5 forma periódica.

Isso ocorre porque a extensão somada da tira crenada 6 mais a fita 2 mais a tira de conexão 47 de cada fronde assimétrica 48 varia em operação, mas somente a tira de conexão altamente elástica 47 é capaz de mudar substancialmente na dimensão da seção transversal.

As FIGs. 38A-E ilustram a sequência ilustrada nas FIGs. 37A-E, mas de uma vista em perspectiva mostrando toda a unidade de fronde assimétrica 49. o... A FIG 39 ilustraas posições que as extremidades a jusante === das frondes assimétricas 48 tomam no ciclo de ondulação do bojo da onda, como mostrado nas FIGs. 37A-E e FIGs. 38A-E.

As FIGs. 37A-E também podem ser consideradas como ilustrativas de um corte de seção transversal em um ponto único na unidade de fronde assimétrica 49, como visto durante a metade de um ciclo de operação, e correlacionadas com momentos no ciclo da onda, como ilustrado na FIG. 39: as extensões da seção transversal das tiras crenadas 6 e fitas 2 permanecem constantes em operação, enquanto as extensões da seção transversal das tiras de conexão 47 variam em operação.

As três tiras de conexão 47, cada uma alinhada ao longo de uma borda longitudinal às duas outras tiras de conexão 47, juntas constituem um primeiro núcleo triangular ' 51, que assume a forma de um triângulo oco extrudado, que gira em sentido - horário e anti-horário e que se torna mais estreito e mais largo em — circunferência FIGs. 40-41. O efeito das ondulações da onda passando pela extensão das frondes assimétricas 48 em operação é traduzido em um movimento peristáltico giratório pela extensão do primeiro núcleo triangular 51, que é onde a ação de bombeamento da implementação de fronde de camada única ocorre. | v 32 ” A FIG. 42 ilustra uma série de membranas triangulares altamente elásticas 52 que podem ser presas às faces internas das tiras de oC conexão 47, que compreendem o primeiro núcleo triangular 51. Dentro de . cada membrana triangular elástica 52 está uma abertura circular 53. Em TOS operação, enquanto o primeiro núcleo triangular 51 gira, se expande e se contrai com a passagem das ondulações ao longo das frondes assimétricas 48, as membranas triangulares elásticas 52 se expandem e se contraem, e as aberturas circulares 53 dentro dessas membranas triangulares elásticas 52 aumentam e diminuem em raio.

A FIG. 43 ilustra uma seção esquemática da primeira implementação de bomba dos mecanismos de fronde de camada única. Uma unidade de fronde assimétrica 49 é fixada via seus primeiros componentes de restrição 10 a um terceiro componente de restrição 54, que toma a forma de um poste rígido oco ou tubo rígido, que é fixado ao leito de um rio, bacia das —marés, ou outro objeto imóvel 38. O terceiro componente de restrição 54 pode ser articulado próximo a seu eixo longitudinal, permitindo que a unidade de fronde assimétrica 49 rotacione na corrente em movimento de forma que mantenha o eixo longitudinal paralelo à corrente em movimento. O terceiro componente de restrição 54 é mostrado como protuberante sobre a superfície da Água em escoamento 55 para clareza gráfica. À unidade de fronde assimétrica 49 é fixada ao terceiro componente de restrição 54 via os primeiros componentes de restrição 10. Um quinto tubo oco 56 passa pela ' extensão do interior do primeiro núcleo triangular 51 e penetra e é fixado ao ' terceiro componente de restrição 54. Onde o diâmetro das aberturas circulares 53 nasmembranas triangulares elásticas 52 está em seu estado mínimo, as bordas internas das aberturas circulares 53 fazem contato e aplicam pressão à superfície do quinto tubo oco 56. A água ambiente 16 da corrente de água em escoamento 11 pode entrar na extremidade a montante da unidade de fronde assimétrica pelo espaço entre o primeiro núcleo triangular 51 e o quinto tubo

7 oco 56, quando o diâmetro das aberturas circulares 53 nas membranas triangulares 52 é maior do que a dimensão mínima. SC A unidade de fronde assimétrica 49 é presa ao terceiro a componente de restrição 54 via os primeiros componentes de restrição 10. Um “ S quinto tubo oco 56 passa pela extensão do interior do primeiro núcleo triangular 51, penetra e é preso ao terceiro componente de restrição 54. Onde o diâmetro das aberturas circulares 53 nas membranas triangulares elásticas

52. está em seu estado mínimo, as bordas internas das aberturas circulares 53 fazem contato com e aplicam pressão à superfície do quinto tubo oco 56. À água ambiente 16 da corrente de água em movimento 11 é capaz de entrar na — extremidade a montante da unidade de fronde assimétrica pelo espaço entre Cú primeiro núcleo triangular 51 e o quinto tubo oco 56, quando o diâmetro das aberturas circulares 53 nas membranas triangulares elásticas 52 é maior do que sua dimensão mínima.

À medida que as ondulações no núcleo triangular 51 são deslocadas pela unidade de fronde assimétrica 49 sob as forças da água em escoamento 11, uma série de cavidades contendo a água ambiente coletada 57 também passará pela extensão do interior do núcleo triangular. As aberturas circulares 53, depois de permitirem que a água ambiente 16 entre na extremidade a montante do primeiro núcleo triangular S1, durante sua fase de maior diâmetro, irão se contrair e eventualmente fazer contato com o quinto tubo oco 56, criando uma série de válvulas que direcionam a água através do : primeiro núcleo triangular 51, na direção da corrente de água em escoamento - 11.

As FIGs. 44A-C também ilustram o comportamento das membranas triangulares elásticas 52 ao longo do interior da extensão de um primeiro núcleo triangular 51 em três momentos, correlacionando a três posições dentro de um quarto de um ciclo de operação do bojo da onda, como definido na FIG. 45. Uma vista da seção transversal olhando o eixo |

" longitudinal do primeiro núcleo triangular 51 é ilustrada nas FIGs. 46A-D, mostrando como as aberturas circulares 53 nas membranas triangulares 52 são ' deslocadas de, ou dilatadas para longe de, e contraídas gradualmente para . fazer contato com, o quinto tubo oco 56 em operação. As posições É S correspondentes dentro de um quarto de um ciclo de ondulação da onda são ilustradas na FIG. 47.

Quando a água coletada 57 alcança a extremidade a jusante do primeiro núcleo triangular 51, ela é impedida de se deslocar mais na mesma direção por um tampa flexível 58, que fecha a extremidade do primeiro núcleo triangular 51. (FIG. 43). Há um espaço entre a tampa flexível 58 e a extremidade a jusante do quinto tubo oco 56, e o quinto tubo oco 56 é aberto em sua extremidade a jusante, Portanto, a água coletada 57 que alcançou a extremidade a jusante do primeiro núcleo triangular 51 entrará na extremidade a jusante do quinto tubo oco 56, e irá voltar ao longo do interior do quinto tubo oco 56 em uma direção oposta à água ambiente em escoamento 11. Porque o quinto tubo oco 56 se anexa e entra no terceiro componente de restrição 54, a água coletada 57 passará por dentro do terceiro componente de restrição 54 e por um sexto tubo oco 59, ou um sétimo tubo oco 60, dentro do terceiro componente de restrição 54, depois disso a água sairá 17 para ser l transportada a um destino desejado.

O volume relativamente grande de água em escoamento 11 passando pelas frondes assimétricas 48 é capaz de explorar a energia cinética ' que a unidade de fronde assimétrica 49 concentra em um volume . relativamente pequeno de água coletada 57 dentro do núcleo triangular 51, criando uma significativa pressão de água dentro do primeiro núcleo triangular 51, bombeando água em um volume relativamente baixo, mas com pressão relativamente alta.

A FIG. 48 ilustra esquematicamente outra implementação em que a ação de bombeamento da unidade de fronde assimétrica 49 é utilizada

" 35 7 para gerar eletricidade acionando uma turbina convencional 61. Essa primeira implementação de gerador é configurada similar à implementação de bomba, . como ilustrada na FIG. 43. A primeira implementação de gerador, porém, não . é aberta na extremidade a montante para água ambiente, mas incorpora um “5 sistema de circuito fechado da água em circulação 63, com uma turbina introduzida dentro do circuito para explorar a energia cinética da água 63 que se desloca pelo sistema de circuito fechado.

Nessa primeira implementação de gerador, a água 63 do sistema de circuito fechado se desloca pelo espaço interno do primeiro núcleo triangular 51, depois volta pelo quinto tubo oco —56,e depois entra em um sexto tubo oco 59, de onde é forçada a passar por uma turbina 61 que aciona um gerador eletromagnético 62. Ao sair da turbina 61, a água 63 passa por pelo menos um oitavo tubo oco 64 que direciona a um segundo reservatório flexível 65, que se conecta à extremidade a montante do núcleo triangular 51, com isso a água 63 passa mais uma vez pelo primeiro mnúcleotriangular 51 e o processo se repete.

Um dispositivo de equalização de pressão 66 pode ser inserido no sistema de circuito fechado precedendo imediatamente a turbina 61, a fim de converter a natureza pulsante da ação de bombeamento em um fluxo mais constante.

Outra implementação utiliza um tanque de retenção para o qual a água é bombeada e depois cai via gravidade

— 20 emum fluxo contínuo, acionando um gerador enquanto se movimenta.

Em = uma implementação de circuito fechado, outros fluidos além de água podem ser encerrados e circular. : A segunda implementação de bomba de fronde de camada . única é similar no formato e na operação à primeira implementação de bomba de fronde de camada única, mas com o acréscimo de um tubo de núcleo elástico 67, que segue continuamente pelas aberturas circulares 53 das membranas triangulares elásticas 52, e que é fixado circunferencialmente sobre cada abertura circular 53 de cada membrana triangular 52, como mostrado nas vistas em perspectiva explodida das FIGs. 49-50. À medida que |

7 as membranas triangulares 52 se expandem e se contraem em diâmetro em operação, o diâmetro do tubo de núcleo elástico 67, estando fixado às ec aberturas circulares 53, também se expande e se contrai. Quando uma . membrana triangular 52 está em seu diâmetro mínimo, o tubo de núcleo , 5 — elástico67é “pinçado” contra o quinto tubo oco 56. Quando uma membrana triangular 52 está em seu diâmetro máximo, há um espaço intersticial entre o quinto tubo oco 56 e o tubo de núcleo elástico 67. Em operação, as cavidades da água coletada 57 entre o quinto tubo oco 56 e o tubo de núcleo elástico 67 são empurradas para dentro do núcleo triangular 51, como ilustrado —esquematicamente na FIG. 51.

- A FIG. 52 é uma ilustração esquemática de uma segunda implementação de gerador. Essa implementação é idêntica à primeira implementação de gerador, como ilustrado na FIG. 48, com o notável elemento adicional do tubo de núcleo elástico 67, que é descrito acima e ilustrado nas FIGs. 49-50.

As FIGs. 53A-C ilustram um primeiro núcleo triangular 51 que incorpora uma série de placas triangulares 68, que criam um mecanismo de válvula triangular para direcionar o fluxo da água bombeada pelo primeiro núcleo triangular 51. Em ambas as implementações de bombeamento e de direciona a água bombeada de volta em direção oposta ao fluxo de água ambiente 11 é ausente. FIG. 56. A água bombeada que alcança à extremidade , a jusante do primeiro núcleo triangular 51, ao contrário, entra em um terceiro BR reservatório flexível 69, e em pelo menos um quinto tubo flexível 70 que —encontraa borda da extremidade de pelo menos uma fita 2 e depois entra em pelo menos um dos primeiros componentes de restrição, onde dito componente de restrição é um tubo oco rígido 10a. A água passa por esse tubo i oco rígido 10a, que se conecta e penetra no terceiro componente de restrição 54, e com isso o tubo oco rígido 10a se liga a um nono tubo oco 73, pelo qual

7 a água passa e sai do mecanismo 17 para um destino desejado.A FIG. 56 ilustra esquematicamente essa terceira implementação de bomba de fronde de ” camada única, utilizando o mecanismo de válvula da placa triangular 68, " como descrito acima e em mais detalhes abaixo: SS Essa mecanismo de válvula de placa triangular compreende placas triangulares 68, e cada uma delas toma a forma de um triângulo isósceles. FIGs. 54A-D e FIGs. 55A-D. As duas bordas iguais 71 de cada placa triangular 68 são reforçadas com um membro ou material rígido que mantém as extensões dessas duas bordas iguais 71 constantes em operação. À terceira borda 72 da placa triangular 68 é elástica e fixa ao plano de uma tira de conexão flexível 47, em uma linha que segue perpendicular ao eixo longitudinal do plano da tira flexível 47. Como descrito acima, a dimensão da seção transversal da tira flexível aumenta e diminui à medida que o triângulo definido por uma seção transversal no primeiro núcleo triangular 51 se expande e se contrai em operação. A terceira borda 72 da placa triangular 68 deve, portanto, se tornar mais longa ou mais curta em operação. Porque uma extremidade de cada uma das duas bordas iguais 71 é fixa às duas extremidades da terceira borda 72, o ângulo formado pelo ponto de junção das duas bordas iguais 71 muda em operação, tornando-se mais agudo à medida — 20 queaterceiraborda 72 encolhe. O ângulo das placas triangulares 68, relativo ao das tiras flexíveis 47 às quais elas são alinhadas, e as extensões fixas das duas bordas iguais 71 são calibrados de forma que quando o primeiro núcleo ' triangular 51 está em seu menor diâmetro, as bordas iguais 71 de três placas . triangulares 68 se encontram, e com isso formam uma válvula fechada.

As FIGs. 5S4A-D mostram a configuração de três placas triangulares vistas viradas para baixo no eixo longitudinal do primeiro núcleo triangular 51, à medida que o diâmetro do núcleo triangular 51 vai de maior para menor, ilustrando como as duas bordas iguais 71 de cada uma das placas triangulares 68 se unem em operação. As FIGs. SSA-D mostram a mesma vw sequência, mas vista perpendicular ao eixo longitudinal do primeiro núcleo triangular 51. e A FIG. 57 ilustra esquematicamente a terceira implementação : de gerador de fronde de camada única que é similar no formato e na operação É 5 —àterceira implementação de bomba de fronde de camada única ilustrada na FIG. 56. Nessa terceira implementação de gerador, porém, a extremidade a montante do núcleo triangular não é aberta a água ambiente: contrariamente, a água circula pelo mecanismo em um sistema de circuito fechado, com uma turbina introduzida ao circuito para explorar a energia cinética da água que circula pelo sistema de circuito fechado. A água encerrada 63 bombeada ao longo do interior do primeiro núcleo triangular 51 sai na extremidade a Jusante para um terceiro reservatório flexível 69, de onde é desviada ao longo de pelo menos um quinto tubo flexível 70, que encontra a extremidade de pelo menos uma fita 2 e depois entra em pelo menos um dos primeiros componentes de restrição, onde dito componente de restrição é um tubo oco rígido 10a. A água passa ao longo desse tubo oco rígido 10a, que se conecta e penetra no terceiro componente de restrição 54, e com isso o tubo oco rígido 10a se liga a um décimo tubo oco 74. A água bombeada 63 então passa por uma turbina 61, acionando um gerador eletromagnético 62. A água que sai da — 20 turbina passa por um décimo primeiro tubo oco 75, que se esvazia em um quarto reservatório flexível 76, que por sua vez se esvazia no primeiro núcleo triangular 51, e o ciclo é repetido indefinidamente. Um dispositivo de ' equalização de pressão 66 pode ser inserido no sistema de circuito fechado . precedendo imediatamente a turbina 61, para converter a ação de — bombeamento pulsante em um fluxo mais constante.

A FIG. 58A ilustra uma quarta implementação de bomba de fronde de camada única, que é similar no formato e na operação à terceira implementação de bomba de fronde de camada única ilustrada na FIG. 56. Porém, a quarta implementação de bomba de fronde de camada única se

" 39 ' difere com a introdução de tiras de conexão interna 77, que seguem paralelas ao eixo longitudinal do primeiro núcleo triangular 51. Cada uma das bordas e iguais 71 das placas triangulares elásticas 68 são conectadas a uma das tiras : de conexão interna 77. As tiras de conexão interna 77, sendo elas mesmas 7 5 —conectadasuma à outra ao longo de suas extensões longitudinais, formam um tubo que toma a forma da seção transversal de um hexágono invertido rotativamente simétrico. A FIG. 58B é uma vista do primeiro núcleo triangular 51 olhando seu eixo longitudinal, ilustrando como as tiras de conexão interna 77 formam um tubo hexagonal invertido fixado às placas triangulares 68.

À FIG. 59A ilustra uma quarta implementação de gerador de camada única, que é similar à terceira implementação de gerador ilustrada na FIG. 57, exceto pela adição nessa quarta implementação de gerador das tiras de conexão interna 77 e do tubo, como descrito acima.

A FIG. 59B ilustra um método para montar e implementar mecanismos de fronde de camada única em uma modalidade, Uma fita de material flexível em forma de chapa 5901 tem forças aplicadas para criar uma ou mais deformações planares/ondulações na fita 5902. Uma borda ondulada da fita é fixada à borda ondulada de uma tira crenada 5903. Uma borda da fita — 20 éfixadaauma bordada tirade conexão 5904, criando uma fronde assimétrica =

5905. Três frondes assimétricas podem ser conectadas via três tiras de conexão 5906, criando uma unidade de fronde assimétrica 5907. A unidade de " fronde assimétrica pode ser conectada à estrutura de conexão periférica 5908. . A unidade de fronde assimétrica pode ser ancorada em um fluido em —movimento 5909, a energia é extraída ou o trabalho realizado pela unidade de fronde assimétrica 5910.

Em outra implementação, a extração de energia elétrica das ondulações dinâmicas deformadas nas fitas e outros elementos dos mecanismos acima que se flexionam de forma periódica em operação, é com | a ” 40 ” a utilização de um material eletroativo ou de um material que demonstra uma resposta elétrica à torção material. Em tais implementações dos mecanismos - descritos, dois ou mais eletrodos podem ser utilizados para extrair eletricidade : do material eletroativo utilizado nos mecanismos. Ns) Mecanismos de Válvula Espiral Implementações de uma terceira categoria podem ser caracterizadas como mecanismos de válvula espiral. Como as primeiras duas categorias descritas acima, as implementações de válvula espiral utilizam fitas flexíveis 2. Porém, elas não utilizam frondes de camada única 9 ou frondes de —duplacamada 9a, como discutido acima. Como nas primeiras duas categorias, — os mecanismos de válvula espiral compreendem primeiramente componentes flexíveis ou elásticos, aos quais são aplicadas forças durante a fabricação para deformar esses componentes, depois disso os componentes de restrição, ou os componentes retentores de deformação, são utilizados para manter esses

15. componentes em seus estados deformados, torcidos. Os estados de energia internos dos materiais a partir dos quais os componentes são fabricados são, portanto, mantidos nos estados torcidos, não-relaxados, nos quais eles mantêm as forças aplicadas durante a fabricação como energia potencial. Os componentes retentores de energia potencial das duas primeiras categorias são — 20 primeiramente as fitas flexíveis 2, as tiras crenadas 6 e as tiras de conexão —úÚúÚúú elásticas 47. Os componentes retentores de energia potencial dos mecanismos de válvula espiral são primeiramente fitas flexíveis 2 e espirais ou bobinas 78, " sendo que as últimas compreendem um material flexível como aço . temperado, borracha, plástico ou qualquer outro material elástico apropriado, com plasticidade muito baixa.

Por motivos de clareza gráfica, a implementação de válvula espiral descrita em detalhe dentro das descrições desta patente utiliza três fitas flexíveis conectadas 2, FIGs. 60A-B. Porém, implementações de válvula espiral utilizando menos ou mais fitas conectadas são todas incorporadas o 7 41 CU nesta invenção. A utilização de três fitas flexíveis conectadas 2 levam ao uso da palavra “triângulo”, ao descrever os componentes da implementação, mas . em implementações que utilizam, por exemplo, quatro fitas flexíveis ' conectadas 2, a palavra “quadrado” substituiria a palavra “triângulo”, e em * 5 uma implementação que utiliza seis fitas flexíveis conectadas 2, a palavra “hexágono” substituiria a palavra “triângulo”, e assim por diante.Um espiral ou bobina giram tanto no sentido horário como anti-horário, dependendo do ponto de vista. Uma bobina elástica pode ser esticada ao longo de seu eixo por uma força exercida sobre esse eixo. Uma bobina elástica também pode ser feita fazer aumentar o diâmetro prendendo uma extremidade da bobina e girando em uma direção, e pode ser feita para diminuir o raio prendendo a mesma extremidade e girando na direção oposta, respectivamente apertando (enrolando) ou afrouxando (desenrolando) a bobina. Na implementação de válvula espiral, uma ou mais fitas

15. onduladas 2, como descrito acima, são fixadas em múltiplos locais ao longo de uma bobina 78 perpendicular à circunferência da bobina 78. A aplicação de uma terceira força 79 à fita flexível conectada 2 perpendicular ao raio da bobina 78, fará com que a bobina aperte ou afrouxe, e portanto aumentará ou diminuirá o raio no local de aplicação da terceira força 79, enquanto as — 20 próprias extremidades da bobina 78 são impedidas de girar. FIG. 62. Na implementação de válvula espiral, o aperto (enrolando) sequencial e coordenado da bobina 78, ou o afrouxamento (desenrolando) da bobina ' diretamente pelo movimento das ondulações ao longo das fitas flexíveis : conectadas 2 produz uma ação de bombeamento, como descrito e explicado abaixo.

Há uma variedade de diferentes métodos para a fabricação da válvula espiral em diferentes implementações. A FIG. 61, pela qual a energia potencial é retida em componentes do mecanismo, para que ditos componentes mantenham um estado torcido, deformado antes de entrar em

" operação, e mantenham as permutações desse estado torcido, deformado em operação.

Em um primeiro método assim, uma primeira força é aplicada a -- uma fita flexível 6101, de forma a criar uma série de ondulações em tal fita i 6102, como descrito acima e ilustrado previamente na FIG. 1, A fita flexível 2 " 5 é entãomantidaem seu estado deformado 6103 e alinhada ao longo de uma de suas bordas longitudinais pela extensão de uma bobina elástica 78,

enquanto tal bonina elástica 78 com diâmetro uniforme está em um estado relaxado de repouso, 6104, 6105. Com a remoção da primeira força 3, a fita flexível 2 irá “querer” retornar ao seu estado reto, sem deformação, e ao fazer isso irá exercer forças sobre a bobina elástica 6106, 6107. Com a calibragem o FCorreta da relativa rigidez e elasticidade da fita 2 e bobina 78 = respectivamente, uma parte da energia potencial da fita flexível tensionada 2 será transferida para a bobina elástica 78. Em consequência, a fita flexível 2 ficará parcialmente reta, 6108 e a bobina elástica 78 se tornará apertada

(enrolada) e frouxa (desenrolada) ao longo de sua extensão, em um padrão que corresponde a áreas da fita flexível 6109, cuja amplitude do bojo da onda diminui acima ou abaixo de seu eixo neutro.

O mecanismo agora está “carregado”, mantendo toda a energia potencial da primeira força aplicada,

mas em um estado equilibrado, pelo qual as partes enroladas e desenroladas

— 20 —dabobinaelástica78 e torções na fita flexível 2 estão em equilíbrio, 6110. À FIG. 63 ilustra que a bobina elástica 78 pode ser enrolada ou desenrolada por forças aplicadas 79.No segundo de pelo menos dois métodos para a fabricação

: das implementações de válvula espiral, (FIG, 61), uma série de terceiras

: forças 79 são aplicadas perpendicular ao raio da bobina elástica 6111, em — sentidos de rotação alternados, fazendo com que partes da bobina girem parcialmente em sentido horário ou anti-horário, e portanto fazendo com que partes da bobina apertem (enrolar) ou afrouxem (desenrolar), deixando o estado relaxado 6112. Com a bobina mantida nesse estado 6113, pelo menos uma fita flexível 6114 é alinhada ao longo de uma de suas bordas

” 43 longitudinais à bobina 6115. Com a remoção da terceira força 6116, a bobina irá “querer” retornar a seu estado pré-torcido e irá, portanto, transferir parte de - sua energia potencial para a fita flexível alinhada 6117, deformando a fita que . irá assumir uma aparência ondulada 6119 em um padrão correspondente a ' 5 — regiões da bobina elástica que foram enroladas ou desenroladas 6118, pela aplicação da terceira força. Com a calibragem correta da relativa rigidez e elasticidade da fita 2 e bobina 78, respectivamente, o “desejo” da bobina elástica 78 de retomar um diâmetro uniforme é equilibrada pelo “desejo” da fita flexível 2 de estar em seu estado reto e sem deformação. O mecanismo agora está “carregado” com a terceira força 79 mantida como energia o potencial interna dentro do mecanismo 6120. Essa energia interna é > expressada como uma série de ondulações da onda na fita flexível 2, correspondente à uma série de bojos ao longo da bobina elástica 78, onde ditos bojos são demonstrações de regiões da bobina 78 que estão enroladas ou 15º desenroladas, o que significa que as regiões têm maior ou menor diâmetro da bobina elástica 78.

Quando tal mecanismo é preso dentro de uma corrente de água em movimento 11 ou outro fluido, de forma que o eixo longitudinal do mecanismo esteja paralelo à direção da corrente de água 11, forças atuando — 20 sobreasfitas2 (FIG. 6) farão com que as posições de máxima e mínima = amplitude do bojo da onda se desloquem ao longo da fita 2, na direção do fluido em movimento 11. Porque as ondulações da onda na fita 2 se ' correspondem com bojos no diâmetro da bobina elástica 78, os bojos na . bobina elástica 78 também irão se deslocar pelo mecanismo na direção do —fluidoemmovimento 11.

Um segundo tubo de núcleo elástico 80, FIG. 68, é anexado à parte interna ou externa da bobina elástica 78 continuamente ao longo da extensão da bobina 78, para que o diâmetro desse segundo tubo de núcleo elástico 80 aumente e diminua com o diâmetro variável da bobina elástica 78.

| v 44 - Um décimo primeiro tubo oco 81, FIG. 66, segue continuamente dentro do segundo tubo de núcleo elástico 80, de forma que as cavidades sejam e formadas entre o segundo tubo de núcleo elástico 80 e o décimo primeiro tubo : oco 81, quando o diâmetro do segundo tubo de núcleo elástico 80 é maior do - 5 —que seu mínimo.

Onde a bobina elástica 78 e o segundo tubo de núcleo elástico 80 estão em seu diâmetro mínimo, eles formam uma vedação contra a superfície do décimo primeiro tubo oco 81. Fitas flexíveis múltiplas 2 podem ser incorporadas, cada uma alinhada direta ou indiretamente ao longo de uma borda longitudinal, à bobina elástica 78. Um múltiplo de três é escolhido e descrito aqui para demonstrar e ilustrar um método pelo qual implementações de fita com anexações múltiplas são construídas e como elas operam.

A FIG. 64 ilustra uma seção transversal esquemática de um mecanismo de válvula espiral utilizando três fitas 2 conectadas como acima, e cada uma separada a 120 graus de rotação.

As fitas 2 são conectadas uma à outra continuamente via segundas tiras de conexão flexíveis 82, que juntas constituem o segundo núcleo triangular 83. O segundo núcleo triangular 83 é similar ao primeiro núcleo triangular 51 da implementação de fronde de camada única descrita acima.

Porém, em implementações de válvula espiral, asconexões entre as fitas 2 e os ângulos do segundo núcleo triangular 83 são NS conexões rígidas de momento 83a.

Isso é diferente da anexação de fitas 2 ao primeiro núcleo triangular 51, onde a conexão é altamente flexível ou ' articulada.

Portanto, os ângulos de interseção 84 das fitas 2 e dos segundos : núcleos triangulares 83 permanecem constantes em operação “nas implementações de válvula espiral FIGs. 65A-E, enquanto o ângulo de interseção das fitas 2 e dos primeiros núcleos triangulares 51 variam em operação nas implementações de fronde de camada única, como ilustrado nas FIGs. 37A-E.

Outro mecanismo de válvula espiral utiliza membros de reforço 85 fixados ou incorporados no material que compreende as fitas 2 e as

7 segundas tiras de conexão flexíveis 82, FIGs. 69, 70, 71, 74 etc. Esses membros de reforço limitam a capacidade dos materiais de se curvarem em - uma direção, especialmente na direção perpendicular a uma seção transversal : no material, mas não limitam a capacidade do material de se curvar * 5 — perpendicular à seção longitudinal no material. 1 Os membros de reforço 85 das fitas 2 e das segundas tiras de conexão flexíveis 82 são conectados uns aos outros, assumindo uma disposição idêntica a um corte de seção transversal no mecanismo de válvula espiral como mostrado na FIG. 64. Aletas ou braços radiais internos 86 — conectam o segundo núcleo triangular 83 à bobina elástica 78 e ao segundo — tubo de núcleo elástico 80. Portanto, as forças na água corrente 11 agindo sobre as fitas 2 e o segundo núcleo triangular 83 são transferidas para a bobina elástica 78 via essas aletas ou braços radiais internos 86. Os termos aletas OU braços radiais internos 86 são utilizados porque esses componentes podem ser tiras contínuas conectadas multiplamente ao segundo núcleo triangular 83 e bobina elástica 78, ou podem ser uma série de braços conectados multiplamente ao segundo núcleo triangular 83 e bobina elástica

78. As FIGs. 66, 67, 68, 69, 70 ilustram juntas aspectos de um décimo primeiro tubo oco 81, uma bobina elástica 78, um segundo tubo de núcleo — 20 elástico 80, aletas ou braços radiais internos 86 e um segundo múcleo triangular 83, respectivamente. A FIG. 71 ilustra esses cinco componentes montados juntos com as fitas 2. Esse conjunto corresponde a uma seção do : mecanismo de válvula espiral durante um ciclo de uma operação do bojo da onda. Há várias disposições e configurações para anexar as aletas ou braços radiais internos 86 à bobina elástica 78.

Uma implementação é ilustrada nas FIGs. 72A-C, pela qual as aletas ou braços internos 86 são anexados à bobina elástica 78 em pontos tangentes à circunferência da bobina elástica 78. À medida que o segundo |

7 núcleo triangular 83 gira, exerce uma força nas aletas ou braços radiais internos 86 que apertam ou enrolam a bobina elástica 78, reduzindo seu . diâmetro e fechando o espaço entre o segundo tubo de núcleo elástico 80 e o . décimo primeiro tubo oco 81, expelindo qualquer água coletada dentro ' 5 — daquele espaço. Nesse conjunto, os pontos de ligação entre o segundo núcleo | triangular 83 e as aletas ou braços radiais internos 86 são flexíveis ou i articulados. Outra implementação é ilustrada nas FIGs. 73A-C, pela qual braços radiais rígidos 87 são fixados via conexões rígidas aos membros de reforço — 85 do segundo núcleo triangular 83. Esses braços radiais rígidos 87 são inseridos em tubos radiais rígidos 88, que por sua vez são fixados via conexões rígidas à bobina elástica 78, em pontos perpendiculares à circunferência da bobina elástica

78. À medida que o segundo núcleo triangular 83 gira, exerce uma força através dos braços radiais rígidos 87 nos tubos radiais rígidos 88, que apertam ou enrolam —abobina elástica 78, reduzindo seu diâmetro e fechando o espaço entre o segundo tubo de núcleo elástico 80 e o décimo primeiro tubo oco 81, expelindo qualquer água coletada dentro daquele espaço. Os braços radiais rígidos 87 deslizam dentro dos tubos radiais rígidos 88 em operação. Para reduzir o atrito total no mecanismo causado pelos braços radiais rígidos 87 deslizando dentro dos tubos radiais rígidos 88, asFIGs 73A-C mostram somente um braço radial rígido 87 por seção do E segundo núcleo triangular 83, reforçado com membros de reforço 85, mas qualquer número pode ser incorporado. Em algumas implementações, também : pode haver menos do que um braço radial rígido 87 por giro da bobina 78, para que o braço radial rígido 87 seja anexado à bobina 78 a cada dois ou mais giros da | 25 —bobina78.

A FIG. 74 é um esqueleto de uma parte do segundo núcleo triangular 83 utilizando aletas ou braços radiais 86 para conectar o segundo núcleo triangular 83 à bobina elástica 78. Por motivos de clareza gráfica, somente uma aleta ou braço radial 86 é mostrado se conectando à bobina elástica 78 de um v 47 - ângulo do segundo núcleo triangular 83, porém, mais podem ser conectados.

Em algumas implementações, também pode haver menos do que um braço radial 86 . por giro da bobina 78, para que o braço radial 86 seja anexado à bobina 78 a cada : dois ou mais giros da bobina 78. : 5 A FIG. 75 é um esqueleto olhando para o centro do eixo longitudinal de uma extensão de segundo núcleo triangular 83 utilizando aletas ou braços radiais 86 conectando o segundo núcleo triangular 83 à bobina elástica 78. A FIG. 76 é um esqueleto olhando para o centro do eixo longitudinal de uma extensão de segundo núcleo triangular utilizando braços —rtadiaisrígidos 87. co AFIG.77é uma perspectivade esqueleto mostrando uma seção —— de um mecanismo de válvula espiral equivalente a uma ondulação do bojo da onda, mostrando a disposição e posições relativas dos componentes descritos acima, mas omitindo certos elementos para clareza gráfica.

A FIG 78 é uma 15º elevação de esqueleto da mesma parte do mecanismo de válvula espiral vista perpendicular ao eixo longitudinal do mecanismo, mostrando certos elementos do mecanismo.

A FIG. 79 é a mesma elevação da FIG. 78, mas com a inclusão de elementos adicionais.

A FIG. 80 mostra um mecanismo de válvula espiral na posição — 20 queassume quando presoem uma corrente de água 11. A extremidade amontante do segundo núcleo triangular 83 tem uma flange ou colar aberto 89, que permite que a água ambiente entre 16. Essa água é encerrada em uma série de cavidades , de se deslocam pelo interior do segundo tubo de núcleo elástico 80, sob forças exercidas nas fitas 2 pela corrente de água 11, que por sua vez age sobre a bobina i 25 —elástica78eo segundo tubo de núcleo elástico 80, como descrito acima.

À água que alcança a extremidade do segundo tubo de núcleo elástico 80 entra em um quinto reservatório elástico 90, e depois disso é forçado a voltar para o décimo primeiro tubo oco 81, na direção oposta da água em escoamento 11. A FIG. 81 ilustra como um mecanismo de válvula espiral é preso em uma corrente de água

| : 7 em movimento 11 via um terceiro componente de restrição 54, que é fixado ao leito de um rio, bacia das marés, ou outro objeto imóvel 38. O terceiro . componente de restrição 54 pode ser articulado próximo a seu eixo longitudinal, permitindo que o mecanismo de bobina espiral rotacione na corrente em E: 5 — movimento de forma a manter o eixo longitudinal paralelo à corrente em movimento. O segundo núcleo triangular 83 é fixado via cabos 92 ou outros membros ao terceiro componente de restrição 54, e o décimo primeiro tubo oco 81 é fixado ao terceiro componente de restrição 54. A água bombeada ao longo do décimo primeiro tubo oco 81 entra no terceiro componente de restrição 54, e com — isso se conecta a um tubo de terminação 93 e a água de saída 17 é desviada para — um destino desejado. A FIG. 82 mostra um corte de seção transversal na implementação de bobina espiral preso em uma corrente de água em escoamento

17. A FIG. 83 é uma ilustração esquemática de uma implementação de válvula espiral utilizada como uma bomba mostrando a circulação da água bombeada 57 pelo mecanismo. A FIG. 84 é uma ilustração esquemática de uma implementação de válvula espiral utilizada como gerador mostrando a circulação de água. Na implementação de gerador, a água bombeada é mantida em um sistema de circuito fechado dentro do mecanismo. A água bombeada 63 no — 20 décimo primeirotubo oco 81 se desloca a montante em relação à água ambiente = em escoamento 11, depois entra em um décimo segundo tubo oco 94, de onde é forçada a passar por uma turbina 61, que aciona um gerador eletromagnético 62. - Ao sair da turbina 61, a água 63 passa por pelo menos um décimo terceiro tubo oco 95, que direciona a um sexto reservatório flexível 96, que se abre no segundo l 25 — tubo de núcleo elástico 80, pelo qual a água 63 é bombeada em cavidades pelo espaço entre o segundo tubo de núcleo elástico 80 e o décimo primeiro tubo oco 81, entra no quinto reservatório flexível 90, e depois de volta ao interior do décimo primeiro tubo oco 81, e o processo se repete indefinidamente. Um dispositivo de equalização de pressão 66 pode ser inserido no sistema de circuito

———————————————— v 49 v fechado precedendo imediatamente a turbina 61 para converter a natureza pulsante da ação de bombeamento em um fluxo mais constante. : Como dito acima, mais do que três ou menos do que três fitas flexíveis 2 podem ser utilizadas nos mecanismos de válvula espiral. Uma - 5 implementação assim é ilustrada na FIG. 85 e utiliza seis fitas 2. Em implementações utilizando seis fitas 2, o componente correspondente ao segundo núcleo triangular 83 acima irá se tornar um primeiro núcleo hexagonal 97, que compreende segundas tiras de conexão flexíveis 82 e membros de reforço 85. A FIG. 85 também ilustra uma disposição pela qual o mecanismo — de válvula espiral é explorado em um conduto ou tubo 98, pelo qual uma corrente de água 11 escoa devido ao diferencial de pressão entre uma extremidade dotubbo 0 98eaoutra O mecanismo espiral é preso ao tubo 98 via lâminas de fixação 99, pelas quais a corrente de água escoa, agindo sobre as fitas 2 e forçando a água a passar pelo segundo tubo de núcleo elástico 80, e voltar pelo décimo primeiro tubo81, onde sai do mecanismo 17, como descrito nas implementações acima. À energia cinética no volume relativamente grande de água passando pelo tubo 98 cria uma pressão significante no volume relativamente baixo de água dentro do mecanismo, criando uma bomba de velocidade baixa e alta pressão, que também pode ser utilizada para acionar uma turbina eletromagnética de maneira similar à — descrita nas implementações acima. À vantagem de colocar o mecanismo de — " válvula espiral em um tubo pelo qual a água está passando devido a um gradiente de pressão é uma interação intensificada entre a corrente de água e o mecanismo, . já que a água não tem caminho alternativo para percorrer que não seja pelo conjunto de fitas 2.

i 25 Em outra implementação, a extração de energia elétrica das ondulações dinâmicas deformadas nas fitas e outros elementos dos mecanismos acima, que se flexionam de forma periódica em operação, é com a utilização de material eletroativo ou material que demonstra uma resposta elétrica a torção material. Em tais implementações dos mecanismos descritos, dois ou mais |

E » PT) ” eletrodos podem ser utilizados para extrair eletricidade de elementos eletroativos dos mecanismos. ; Em implementações dos mecanismos de válvula espiral, a turbina : elástica 78 pode compreender um material eletroativo helicoidal, ou incorporar - 5 material eletroativo. Em tais implementações, a energia do fluido em movimento 11 pode ser explorada primeiro pelas fitas 12 como energia mecânica, e depois Ú transferida mecanicamente à bobina elástica 78, onde o aperto e afrouxamento da bobina elástica 78 gera eletricidade a partir do material eletroativo da bobina 78. Os mecanismos descritos acima incluem instalações para capturar e transferir forças. Para implementações utilizando materiais eletroativos, os mecanismos podem transferir essas forças capturadas para o material eletroativo. 000000 O Em outra implementação ainda, o fluido capturado pode ser bombeado e/ou pode acionar um gerador eletromagnético enquanto, ao mesmo tempo, os elementos eletroativos dos mecanismos geram eletricidade.

A FIG. 86 é uma representação diagramática, em uma implementação, do estado de energia interno de uma deformação única 101 no material flexível, e o estado de energia interno de um componente retentor de deformação 102, que retém a deformação no material. À deformação 101 no material é em compressão geral, e o componente retentor de deformação 102 é em tração.

implementação, mostrando uma força externa 103 exercida por um fluido . ambiente em movimento 104 sobre o material flexível deformado 101. As forças do primeiro fluido em movimento 104 são transferidas 105 a um segundo fluido — 106,àmedida que a posição da deformação se move. O primeiro fluido 104 da FIG. 87 pode, em uma implementação, ser considerado o fluido transmissor de energia e pode se correlacionar, por exemplo, com elementos referidos nessas descrições de diversas maneiras como:

po» Ú———;»Ô———— " s1 " corrente em escoamento 11, água em escoamento 11, corrente de água em escoamento 11 e água ambiente 11. . O material deformado flexível 101 da FIG. 87 pode, em uma implementação, ser considerado o componente que transfere energia e pode se - 5 — correlacionar, por exemplo, com elementos referidos nessas descrições de diversas maneiras como: fitas flexíveis 2, tiras crenadas 6, canais 23, tiras de conexão 47, i núcleo triangular 51, núcleo elástico 67, tubo de núcleo elástico 80, tiras de conexão flexíveis 82 e segundo núcleo triangular 93. Enquanto em algumas implementações o primeiro fluido 104 não pode fazer contato direto com essa lista — parcial de componentes que transferem energia, as forças do primeiro fluido 103 — podem ;sertransferidas 105 diretamente e/ou indiretamente ao segundo fluido 106, por um ou mais desses componentes que transferem energia.

O segundo fluido 106 da FIG. 87 pode, em uma implementação, ser considerado o fluido receptor de energia e pode se correlacionar, por exemplo, com elementos referidos nessas descrições de diversas maneiras como: água nas cavidades 13, água coletada 57, água ambiente coletada 57, água em circulação 63, água encerrada 63 e água bombeada 63, por exemplo.

O fluido receptor de energia 106 é transportado a um local desejado em algumas implementações.

Em outras implementações, a energia elétrica pode ser explorada a partir da energia do — 20 fluido receptor de energia 102 por um gerador eletromagnético ou outro dispositivo de saída, como descrito aqui previamente.

Outra forma de explorar a energia elétrica de componentes dos - mecanismos aqui descritos é através da utilização de um material flexível que demonstra uma resposta elétrica à torção material.

Tal material compreenderia ou l 25 seria incorporado em elementos flexíveis que se submetem a deformação dinâmica (ex., periodicamente) nos mecanismos descritos.

A FIG. 88% ilustra como, em uma implementação, dois ou mais eletrodos 107 podem ser conectados ao material flexível deformado 101, onde esse material demonstra uma resposta elétrica à torção material causada pelas forças 103 no primeiro fluido 104, ou

ÚÚ«———————»——— .. ÇVDQ—s a. 52 - forças 105 no segundo fluido 106. Exemplos de tais materiais incluem, mas não são limitados a: polímeros eletroativos (FAPs), que podem demonstrar respostas . eletroestritivas, eletrostáticas, piezoelétricas, e/ou piroelétricas a campos elétricos ' ou mecânicos, bem como polímeros eletroativos iônicos, ligas de memória de . S — forma,nanofios, e/ou semelhantes.

As FIGs. 89 - 93 ilustram diagramaticamente diversas maneiras que a energia de um fluido em movimento pode ser explorada via componentes flexíveis de mecanismos descritos nesta invenção.

A FIG. 89 é uma representação diagramática, em uma implementação, do estado de energia interno de uma deformação única 101 no material flexível, eo estado de energia interno de um componente retentor de deformação 102, que retém a deformação no material. À deformação 101 no material é em compressão geral, e o componente retentor de deformação 102 é em tração.

A FIG. 90 ilustra um método de extração de energia pelo qual a força 103 em um primeiro fluido agindo sobre um material deformado 101 faz com que a deformação se mova e transfira a energia, via ação mecânica 108, a um mecanismo mecânico ao qual o material deformado 101 é acoplado. Um exemplo de tal mecanismo mecânico pode ser, mas não está limitado a isso, um eixo — 20 acopladoaum gerador eletromagnético ou outro dispositivo de saída. A FIG-.91 ilustra outro método de extração de energia, pelo qual a força 103 em um primeiro fluido agindo sobre o material deformado 101 é transferida 105 para um segundo - fluido em escoamento. A energia do primeiro fluido 103 pode ser utilizada para bombear o segundo fluído, ou a energia do segundo fluido 105 pode ser utilizada — paraacionar um gerador eletromagnético.

A FIG. 92 ilustra outro método de extração de energia, pelo qual a força 103 em um primeiro fluido agindo sobre um material deformado 101 faz com que a deformação se mova, criando assim torções no material deformado, onde dito material demonstra uma resposta elétrica a uma torção material. Dois ou

A ——————Ú—»»———»»———— 7 53 v mais eletrodos 107 podem extrair eletricidade do mecanismo gerado por torções no dito material. - A FIG. 93 ilustra outro possível método de extração de energia, pelo qual a força 103 em um primeiro fluido agindo sobre o material deformado - 5 101 é transferida 105 a um segundo fluido em escoamento.

À energia do primeiro fluido 103 pode ser utilizada para bombear o segundo fluído, ou a energia do segundo fluído 105 pode ser utilizada para acionar um gerador eletromagnético.

Além disso, a força 103 no primeiro fluido e segundo fluido 105 agindo sobre o material deformado 101 cria torções no material deformado, onde dito material — demonstra uma resposta elétrica a uma torção material.

Dois ou mais eletrodos 107 podem extrair eletricidade adicional do mecanismo.

Nesse método de extração de energia, a energia é extraída tanto de torções criadas em um material eletroativo deformado 101, como descrito acima, como da energia 105 do segundo fluido em escoamento.

Tal mecanismo de exploração de dupla energia antecipa materiais novos nos quais a deformação elástica não cria aquecimento no material, e sim energia elétrica, de forma que a energia perdida para aquecer na disposição ilustrada na FIG. 91 é, em vez disso, convertida em energia elétrica.

Deve-se entender que as implementações aqui descritas facilitam significativa flexibilidade e que muitas alterações, modificações, variações e — 20 outrosusose aplicações das implementações descritas são possíveis.

Todas essas — alterações, modificações, variações e outros usos e aplicações que não se afastem do espírito e da finalidade da invenção podem ser abrangidos pelas - implementações aqui descritas e suas variantes. | |

Claims

REIVINDICAÇÕES . 1. Aparelho de transporte de fluido para transportar um primeiro fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: um tubo poligonal composto de paredes flexíveis encerrando uma primeira passagem de fluido e tendo uma seção transversal poligonal, - com uma pluralidade de bordas de tubo correspondendo a vértices da secção transversal poligonal; uma pluralidade de fitas flexíveis, cada uma tendo uma primeira borda longitudinal, uma segunda borda longitudinal, e uma superfície de contato, em que cada uma da pluralidade de fitas flexível é conectada ao longo da primeira borda longitudinal a uma da pluralidade de bordas de tubo, e em que a superfície de contato se projeta transversal a um eixo longitudinal de cada uma da pluralidade de fitas flexíveis, o eixo longitudinal sendo orientado substancialmente paralelo a uma direção de fluxo primária de um segundo fluido em escoamento, e a superfície de contato sendo disposta em contato com o segundo fluido em escoamento; pelo menos um componente retentor de deformação conectado auma dentrea primeira borda longitudinal e a segunda borda longitudinal de pelo menos uma da pluralidade de fitas flexíveis; - pelo menos um membro de base fixado com relação ao segundo fluido em escoamento e conectado ao pelo menos um componente | retentor de deformação, e em que ondulações dinâmica da pluralidade de fitas flexíveis causadas pelo segundo fluido em escoamento transmitem forças via as paredes flexíveis do tubo poligonal para um primeiro fluido no interior da primeira passagem de fluido para transportar o primeiro fluido ao longo de um eixo longitudinal da primeira passagem de fluido.
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado . pelo fato de que um volume definido pelas paredes flexíveis do tubo poligonal ] compreende a primeira passagem de fluido; o pelo menos um componente retentor de deformação compreende uma pluralidade de tiras crenadas, cada uma tendo uma borda longitudinal reta e uma borda longitudinal ondulada, em que cada uma da pluralidade de tiras crenadas é conectada ao longo da borda longitudinal ondulada à segunda borda longitudinal de uma da pluralidade de fitas flexíveise o pelo menos um membro de base compreende uma pluralidade de membros de base fixos com relação ao segundo fluido em escoamento e conectados à borda longitudinal reta de cada uma da pluralidade de tiras crenadas.
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a primeira passagem de fluido está em comunicação operativa com um espaço que contém o segundo fluido em escoamento, e em que o primeiro fluido e o segundo fluido são os mesmos.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fatode que compreende ainda: uma pluralidade de membranas flexíveis situadas no interior N do tubo poligonal e conectadas às paredes flexíveis do tubo poligonal, em que cada uma da pluralidade de membranas flexíveis tem | uma abertura, e em que cada uma da pluralidade de membranas flexíveis e cada abertura se expande e se contrai em resposta às forças transmitidas pelas ondulações dinâmicas da pluralidade de fitas flexíveis.
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

pelo menos um tubo interior situado dentro e substancialmente . concêntrico com o tubo poligonal.
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado ] pelo fato de que a primeira passagem de fluido é fechada a um espaço que contém o segundo fluido em uma extremidade fechada na direção a jusante do segundo fluido em escoamento, o pelo menos um tubo interior é pelo menos um tubo interior oco, o pelo menos um tubo interior oco é aberto para a primeira passagem de fluido em uma extremidade aberta do tubo interior oco na direção a jusante do segundo fluido em escoamento, e em que o primeiro fluido entra no tubo interior oco a partir da primeira passagem de fluido na extremidade aberta e é transportado através do tubo interior oco em uma direção oposta à direção de fluxo primária do segundo fluido em escoamento.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma turbina, disposta em comunicação operativa com a primeira passagem de fluido; e um gerador eletromagnético operativamente conectado à . turbina; em que o transporte do primeiro fluido excita a turbina para gerar eletricidade via o gerador eletromagnético.
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: pelo menos uma válvula direcional situada no interior do tubo poligonal e conectada às paredes flexíveis do tubo poligonal, em que a válvula direcional direciona o transporte do primeiro fluido em uma direção preferencial ao longo da primeira passagem de fluido. E
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: ] um tubo de núcleo elástico encerrado pelo tubo poligonal e — definindopor seu volume interno, uma primeira passagem de fluido; em que o pelo menos um componente retentor de deformação compreende uma bobina elástica conectada por pelo menos dois pontos ao longo de seu comprimento ao tubo de núcleo elástico, conectada por pelo menos dois pontos ao longo de seu comprimento ao tubo poligonal, e tendo aperto e afrouxamento alternados sequenciais para conferir ao tubo do núcleo elástico uma área da seção transversal variável longitudinalmente; em que cada uma da pluralidade de fitas flexíveis tem ondulações persistentes na mesma que se correlacionam com o aperto e afrouxamento alternados sequenciais da bobina elástica; e em que ondulações dinâmicas da pluralidade de fitas flexíveis causadas pelo segundo fluido em escoamento transmitem forças via a bobina elástica e tubo de núcleo elástico para um primeiro fluido no interior da primeira passagem de fluido dentro do tubo do núcleo elástico para transportar o primeiro fluido ao longo de um eixo longitudinal da primeira passagem de fluido.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado . pelo fato de que pelo menos um ponto de uma superfície interna de pelo menos uma das paredes flexíveis do tubo poligonal é conectado à bobina elástica.
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a bobina elástica é composta por um material eletroativo.
12. Aparelho de transporte de fluido para transportar um primeiro fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira fita flexível tendo uma primeira borda longitudinal, uma segunda borda longitudinal, e uma primeira superfície de . contato externa ondulante, em que a primeira superfície de contato externa ondulante projeta-se transversal a um primeiro eixo longitudinal da primeira fita 5 flexível,o primeiro eixo longitudinal sendo orientado substancialmente paralelo a uma direção de fluxo primária de um segundo fluido em escoamento, e a primeira superfície de contato externa ondulante sendo disposta em contato com o segundo fluido em escoamento; uma segunda fita flexível tendo uma terceira borda longitudinal, uma quarta borda longitudinal, e uma segunda superfície de contato externa ondulante, em que a segunda superfície de contato externa ondulante, projeta-se transversal a um segundo eixo longitudinal da segunda fita flexível, o segundo eixo longitudinal sendo orientado substancialmente paralelo à direção do fluxo primária do segundo fluido em escoamento, e a segunda superfície de contato externa ondulante sendo disposta em contato com o segundo fluido em escoamento; uma primeira tira crenada tendo uma quinta borda longitudinal reta uma sexta borda longitudinal ondulada, em que a sexta borda longitudinal ondulada é conectada à primeira borda longitudinal da primeira fita flexível; . uma segunda tira crenada tendo uma sétima borda longitudinal reta e uma oitava borda longitudinal ondulada, i em que a oitava borda ondulada é conectada à terceira borda — longitudinal da segunda fita flexível, e em que a sétima borda longitudinal reta é conectada à quinta borda longitudinal reta da primeira tira crenada; uma terceira tira crenada tendo uma nona borda longitudinal reta e uma décima borda longitudinal ondulada,

em que a décima borda longitudinal ondulada é conectada à EP segunda borda longitudinal da primeira fita flexível; uma quarta tira crenada tendo uma décima primeira borda longitudinal reta e uma décima segunda borda longitudinal ondulada, em que a décima segunda borda ondulada é conectada à quarta borda longitudinal da segunda fita flexível, e em que a décima primeira borda longitudinal reta é conectada à nona borda longitudinal reta da primeira tira crenada; um membro de base fixo com relação ao segundo fluido em escoamento e conectado à primeira tira crenada; em que a primeira fita flexível, a segunda fita flexível, a primeira tira crenada, a segunda tira crenada, a terceira tira crenada, e a quarta tira crenada definem uma primeira passagem de fluido, e em que ondulações dinâmicas da primeira fita flexível e da segunda fita flexível causadas pela ação do segundo fluido em escoamento sobre a primeira superfície de contato externa ondulada e sobre a segunda superfície de contato externa ondulada transmitem forças para um primeiro fluido na primeira passagem de fluido para transportar o primeiro fluido ao longo de uma direção substancialmente paralela ao primeiro eixo longitudinal daprimeira fita flexível.
13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado . pelo fato de que compreende ainda: uma pluralidade de extrusões elásticas contínuas conectadas a i uma primeira superfície de contato interna ondulada da primeira fita flexível — oposta à primeira superfície de contato externa ondulada e conectada a uma segunda superfície de contato interna ondulada da segunda fita flexível oposta a segunda superfície de contato externa ondulada, e definindo uma pluralidade de canais ocupados pelo primeiro fluido.
14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma seção transversal de pelo menos um da pluralidade de . canais é auxética.
15. Aparelho de transporte de fluido para transportar um primeiro fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: um tubo poligonal tendo paredes flexíveis com pares adjacentes das paredes flexíveis rotativamente conectados entre si, em que o tubo poligonal define uma primeira passagem de fluido com uma seção transversal hexagonal alongada e tem duas paredes mais largas opostas entre si e quatro paredes restantes mais estreitas do que as duas paredes mais largas, em que cada uma das duas paredes mais largas têm superfícies de contato externas dispostas em contato com um segundo fluido em escoamento e formadas com ondulações espaciais persistentes em uma direção paralela a um eixo longitudinal do tubo poligonal, que é orientado substancialmente paralelo a uma direção de fluxo primária do segundo fluido em escoamento, as ondulações espaciais persistentes tendo períodos e fases ondulatórios substancialmente similares e tendo uma projeção transversal ao eixo longitudinal do tubo poligonal; pelo menos um componente de retentor de deformação conectado às paredes mais largas para manter as ondulações espaciais persistentesnomesmo; pelo menos um membro de base fixo com relação ao segundo p fluido em escoamento e conectado ao pelo menos um componente retentor de . deformação, e [ em que ondulações dinâmicas das duas paredes mais largas — causadas pela ação do segundo fluido em escoamento sobre as superfícies de contato externa transmitem forças para um primeiro fluido na primeira passagem de fluido para transportar o primeiro fluido ao longo de uma direção substancialmente paralela ao primeiro eixo longitudinal do tubo poligonal.

o 1/45 FIG. 1A - 1001 Aplica força(s) a material elástico para criar deformação(ões) no material 1002 Retém primeira força(s) como energia ipotencial na deformação(ões) com pelg menos um componente de restrição 1003 Fixa mecanismo em fluido em movimento . . 1004 Energia no fluido em movimento exci deformação(ões) no material elástico 1005 Energia de excitação(ões) no material elástico realiza(m) trabalho como bombear ou gerar eletricidade ' |

" 2/45 FIG. 1B Pega tira arqueada de material 1006 elástico em forma de chapa Aplica forças para deixar reta 1007 borda interna da tira arqueada

ES Fixa borda reta da tira crenada 1009 a membro rígido ou de tração o ! 3/45 7 FIG1C ! e 3 A ” 3 8 Ng h a FIG3 7 8 É : 8a DA & - / 7 7 8a 8b FIG 2

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Fixa 2 fitas onduladas a conexões flexíveis intermediárias 3505 Fixa conexões flexíveis intermediárias a tiras crenadas y 3506 Ancora em fluido em movimento 3507 3508

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FIG. 59B Pega fita de material flexível em forma de chapa 5901 Aplica primeira força para criar defor- mações planares/ondulações na fita 5902 Fixa 1 borda ondulada da fita a borda ondulada da tira crenada co ges SS o" "Id Fixa 1 borda da fita a 1 borda da tira crenada . 5904 5905 Conecta 3 frondes - oo assimétricas via 3 tiras de conexão 5906 Unidade de fronde assimétrica 5907 Fixa 3 unidades de fronde assimétricas a estrutura 5908 Ancora em fluido em movimento 5909 Extrai energia/realiza trabalho sao Ef! eneretanreatia wrabato|

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FIG. 61 6101 6111 Introduz fita de material elástico Introduz bobina elástica 6102 + 6112 Y Aplica forças a fita criando Aplica forças tangentes a raio da bobina deformações onduladas em direções alternadas sentido horário e anti-horário, assim aumentando A e diminuindo raio da bobina 6103 6113 yY+ Mantém fita em estado deformado Mantém bobina em estado NO enretadoesentotado 6104 yY 6114 + Introduz bobina elástica Introduz fita reta de material elástico 6105 y 6115 yv ' Fixa fita deformada ao longo 1 ixo uma borda da fila | de uma borda a bobina elástica elástica ao longo da bobina enrolada/desenrolada Í 6106 ++ 6116 + Solta fita Solta bobina

OS MNA Energia potencial de deformações Energia potencial da bobina da fita transferem parcialmente enrolada/desenrolada transfere para bobina elástica parcialmente para fita 6108 v 6118 vY Ondulações na fita reduzidas Condição enrolada/desenrolada da bobina reduzida 6109 y 6119 v Raio da bobina elástica Fita toma forma ondulada varia em correspondência correspondente a partes com ondulações da fita enroladas/desenroladas da bobina 6110 y 6120 yY sº | e 8/5 ao LO d 7 L 6 EA À ==: E FE F ===. PRO E. EH AS — S ER Am os 2. —— O q -... GA AA ã o ES

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