BR112013016219B1 - sistema para converter energia cinética em energia elétrica e método para gerar energia elétrica usando indução de energia cinética - Google Patents
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Abstract
SISTEMA PARA CONVERTER ENERGIA GRAVITACIONAL EM ENERGIA CINÉTICA E MÉTODO PARA GERAR ELETRICIDADE USANDO MEIOS PARA CONVERTER ENERGIA GRAVITACIONAL EM ENERGIA CINÉTICA É descrito lado, maximizam possibilitar a um aparelho, o trabalho queda livre sistema feito de um e métodos que, por um pela gravidade, por objeto pesado para aproveitamento da energia e sua consequente liberação, e por outro lado, maximiza a eficiência por contrabalançar essa massa pesada por outra massa similar de forma que somente a diferença líquida entre as referidas massas precisa ser trabalhada pelos mecanismos de entrada de potência, para suspender o objeto que caiu, até sua posição original, ao longo da direção da gravidade, ou na direção oposta, para repetir o ciclo. Uma pluralidade de tais unidades é empregada em sequência sincronizada para manter uma RPM estável da engrenagem/roda/haste conectando-se a um gerador de saída elevada. Ainda mais, mecanismos auxiliares de geração de energia, para posterior aumento da eficiência do sistema, são mostrados.
Description
[0001] Esta invenção está relacionada ao campo do aproveitamento da força gravitacional e a conversão do trabalho feito pela força da gravidade em outras formas de energia e/ou trabalho. Mais particularmente, está invenção está relacionada à geração de energia elétrica pelo aproveitamento da força gravitacional tanto exclusivamente, ou em combinação com outras formas de energia (renovável ou não renovável), com especial foco na economia de recursos, na mínima poluição e nas externalidades.
[0002] A revolução industrial influenciou radicalmente quase todos os aspectos da vida humana e, na busca por sofisticação e progresso, as dependências do homem não somente avançaram, mas também cresceram exponencialmente. Máquinas atuais criadas pelo homem governam sua vida, seus aparelhos domésticos, negócios, transportes, produção agrícola, processamento de alimentos, guerra, economia, bem como a qualidade de seu futuro. Uma vez que todas as máquinas precisam de potência (energia) para processar sua produção, a demanda por energia também tem crescido exponencialmente e hoje a habilidade na geração da energia suficiente encontra-se entre os fatores chave que decidem a estatura de um país nas esferas da economia e política internacional. O foco, até as décadas recentes, tem sido nos recursos convencionais não renováveis (Combustíveis fósseis tais como carvão, petróleo e gás natural e, depois disso, tipos de potência nuclear tais como do urânio radioativo, e certos aquíferos) para atender as demandas de energia. Mas nossas usinas e práticas de aquecimento - refrigeração - cozimento - combustão, produzem atualmente mais gases de efeito estufa do que podemos tolerar para manter um clima estável. A comunidade internacional de ciência climática adverte para que reduzamos drasticamente as emissões de carbono. Ainda mais porque estamos nos aproximando dos picos de produção de gás e óleo, em que a metade da quantidade da reserva global total já foi usada, com o crescimento estável de preços por acontecer, e “carvão limpo”, “biomassa sustentável”, “energia nuclear segura” e outros clichês do gênero parecem meras ilusões. As únicas escolhas que restam citadas pela comunidade científica internacional para o nosso futuro energético são as “Renováveis”- hidroenergia, geotérmica, biomassa, térmica solar, elétrica solar, vento marés, ondas, gradientes térmicos oceanográficos, e as novas tecnologias não convencionais, como por exemplo, energia à vácuo (ponto zero), reações nucleares não radioativas à baixa temperatura (“fusão” à frio), e hidrogênio avançado, e águas químicas. As tecnologias existentes para geração de energia renovável e não renovável e sua contribuição para a energia global é então aproximadamente, NÃO RENOVÁVEIS (93%); - 1. Queima de combustíveis à base de petróleo (39%), 2. Combustão de gás natural (24%), 3. Combustão de carvão e seus derivados, 4. Hidrogênio derivado do petróleo, gás natural, ou carvão, 5. Reatores nucleares com base na fissão de urânio e plutônio que são altamente radioativos (5%), 6. “Fusão quente”: RENOVÁVEIS (7%), 7. Sistemas de geração baseados no vento (0,2%), 8. Aquecimento com base na energia solar e sistemas de geração de energia (0,1%) 9. Aquecimento com base em energia geotérmica e sistemas de geração de energia (0,4%) 10. Bio combustíveis (etanol e bio diesel) (1%), 11. Combustão de biomassa (principalmente aparas de madeira)(2%), 12. Células combustíveis, 13. Digestão anaeróbica de sobras de biogás, 14. Geradores hidroelétricos convencionais (3%).
[0003] Uma outra fonte renovável que permanece em grande parte inexplorada é a gravidade, que é limpa, livre e onipresente. Várias experiências e invenções usando a gravidade formam parte da literatura relevante para o setor de energia. Entretanto, uma abordagem comum adotada por muitos inventores é construir uma máquina auto sustentável, para geração de energia que pode parecer possível na teoria, mas não é tão prática, especialmente no contexto da produção da quantidade substancial de energia que pode ser obtida para mover outras máquinas/aparelhos. Isto acontece primariamente devido ao fato de que o trabalho feito pela gravidade por uma certa (auto sustentável) máquina é insuficiente para que ela se auto sustente, e as perspectivas para geração de energia adicional são portanto não realistas. Por exemplo, US20090115195, um mecanismo de geração de energia gravitacional busca mover a unidade de geração de energia por meio de braços oscilantes unidirecionais que tendem a se estender na direção de apenas um lado, a medida que eles circundam a dita unidade, de forma a produzir um torque positivo maior (aparentemente devido aos braços que se estendem de um lado), isso deve impelir e sustentar o movimento rotacional contínuo daquela unidade.
[0004] Entretanto, isto na prática não é verdade desde que um grande número de braços dobrados que se acumulam no lado oposto vêm a cancelar o torque positivo criado pelos poucos estendidos. Na Patente Indiana No. 207600(649/MUM/2004), a aparelhagem reivindicada busca o uso da força gravitacional exercida sobre um objeto em queda suspenso por um cabo e uma polia, para rotacionar uma roda o qual é dito armazenar a energia cinética rotacional, a qual em resposta, é dita levar o objeto (caído) para cima; e esse ciclo alternativo de movimentos ascendentes e descendentes do dito peso é alegado ser usado para rotacionar um eixo dínamo para gerar eletricidade. Isto, mais uma vez, não é um projeto sustentável para geração eficiente de energia desde que ele contradiz a 2aLei da termodinâmica que estipula que alguma energia em um sistema é sempre perdida (inclusive durante a transmissão) e por conseguinte uma máquina não pode produzir mais energia do que o que ela usa, ou mesmo a necessária para mantê-la em operação indefinitivamente.
[0005] É portanto, imperativo que uma força externa seja empregada para garantir o trabalho adicional a ser executado por uma máquina, especialmente uma que use a gravidade. Por isso na US6445087, um reservatório de água elevado preenche uma pluralidade de reservatórios que são levados para baixo sob o peso da água e este movimento, controlado pela influência da gravidade, é usado para acionar um gerador, depois que os referidos reservatórios alcançam a parte de baixo, são esvaziados e levados de volta para cima por um mecanismo automaticamente alimentado. Na US5905312 também, é aplicado um conceito similar no qual, água ou outro líquido de um reservatório elevado alimenta tanques secundários que deslizam sob a influência da gravidade ao longo de um caminho descendente controlado e se esvaziam em um reservatório no chão. Esse movimento de descida induzido pela gravidade é usado para rotacionar um eixo gerador com a ajuda de engrenagens. A água despejada pelos referidos tanques secundários é bombeada de volta para os tanques elevados por uma bomba automática. Nestes sistemas, entretanto, uma vez que o movimento descendente é “controlado” e não é uma queda livre, todo o trabalho feito pela gravidade sobre a carga, não está disponível para ser aproveitado, o que afeta diretamente a eficiência dos ditos sistemas. Além disso, fatores incluindo o tempo gasto para encher de água cada reservatório/tanque, a taxa em que água/líquido retorna ao reservatório, e a máxima dimensão viável de cada reservatório/tanque etc., limitam a escala da estrutura e não são ideais para os requisitos de geração de altas potências, tais como os que alimentam áreas urbanas até mesmo instalações industriais razoavelmente grandes. Na US8011182, no US20110179784 e no US20110162356, a gravidade atua em uma série de baldes atados à uma corrente ou correia, que seguem para baixo em um meio líquido devido à sua massa/peso (gravidade). Quando eles atingem o fundo, são preenchidos com gás ou outro fluído mais leve/meio mais leve, que faz com que eles flutuem causando assim a sua subida (ascensão), e uma vez alcançando o topo o gás é liberado dos baldes. Este movimento cíclico para cima e para baixo é usado para mover um eixo gerador para produzir eletricidade. Aqui novamente, a velocidade de descida, e a taxa na qual o gás é recolocado dentro de cada balde, o maior tamanho viável de um balde, e o torque que pode ser produzido etc., limitam a escala da invenção a qual não pode ser usada para os requisitos de geração de altas energias.
[0006] Por conseguinte, aparentemente pelo estado da arte (invenções) aqueles modelos baseados na gravidade, não tem sido capazes de atender aos requisitos para a geração de energia em grande ou mesmo em média escala. Sendo a gravidade livre, perene, onipresente, ecologicamente segura e, acima de tudo, e diretamente proporcional ao produto da massa do objeto em questão (prometendo considerável eficiência), e independente de clima, estação, condições climáticas, vento, luz solar, maré, chuva, geografia ou outros recursos etc., apresenta uma saída para uma necessidade urgente como também de longo tempo de uma solução viável que seja segura e sustentável, que efetivamente aproveite a força gravitacional e eficientemente converta o trabalho feito pela gravidade em outras formas de energia, particularmente em energia elétrica, especialmente em muito grande escala.
[0007] Este inventor desenvolveu um aparelho, sistema e método/s que aproveitam efetivamente a força gravitacional e eficientemente convertem o trabalho feito pela gravidade em outras formas de energia, especialmente em energia elétrica, e que é versátil e quase ilimitável no que se refere à sua escalabilidade.
[0008] É portanto, o principal objetivo desta invenção aproveitar efetivamente o trabalho feito pela força gravitacional, e eficientemente converter o mesmo em outras formas de energia e/ou trabalho, mais particularmente energia elétrica, de uma maneira econômica, eco-amigável e segura.
[0009] É também um outro objetivo principal desta invenção projetar e implementar um aparelho, sistema e método/s que aproveitem e convertam força gravitacional com o fim de gerar energia elétrica em grande, média e pequena escala, no qual o aspecto da escalabilidade é quase ilimitado, aplicável em qualquer localização e durante o ano inteiro.
[0010] É um outro objetivo principal desta invenção, aumentar a efetividade do aproveitamento da energia gravitacional.
[0011] É um outro objetivo principal desta invenção, aumentar a eficiência da conversão da energia gravitacional em outras formas de energia, especialmente energia elétrica.
[0012] É um outro objetivo principal desta invenção, permitir a queda livre de uma massa pesada sob a influência da gravidade, de forma que haja aumento no trabalho total efetuado, para o aproveitamento e conversão; e para fornecer o controle de sua queda e para levar a dita massa pesada de volta para cima, por um recurso de contrabalanço tal como o peso líquido que é levantado é a diferença entre os dois, aumentando desta forma a eficiência do sistema.
[0013] É um outro objetivo desta invenção otimizar o número de unidades empregadas, com a distância e velocidade da queda livre do objeto/s com massa pesada, de forma a alcançar potência mínima na entrada, e extraordinária eficiência.
[0014] É um outro objetivo desta invenção prover mecanismos de geração de potência auxiliar no sistema de geração de potência gravitacional para aumentar sobretudo a potência de saída gerada e, desta forma, aumentar a eficiência do sistema.
[0015] De acordo com esta invenção, está então disponibilizados um aparelho e sistema/s que por um lado, maximizam o trabalho feito pela gravidade, por permitir a queda livre de um objeto com massa pesada para o aproveitamento da energia daí resultante, e por outro lado, maximizam a eficiência contrabalançando a massa pesada por outra massa similar tal que somente a diferença líquida das referidas duas massas precisa ser trabalhada por um mecanismo de potência de entrada com o fim de levar o objeto que caiu de volta à sua posição original, ao longo da direção da gravidade ou na direção contrária, para repetir o ciclo. Uma pluralidade de tais unidades é usada em sincronização em tandem para manter um movimento contínuo no engrenagems/roda/eixo conectando um gerador de saída alta. Além disso, esta invenção prevê mecanismos auxiliares de geração de energia conhecidos na arte de aumentar a eficiência do sistema; cada unidade compreendendo; (i) Um canal vertical oco, erguido acima do nível do solo, equipado com pelo menos com duas calhas guias ao longo de suas paredes internas através das quais (ii) um peso Principal compreendendo (ii)(a) um componente superior chamado “Cabeça” feito de material de massa e densidade adequadas, preferivelmente Titânio, com forma preferível correspondente à seção transversal do canal e fornecido com meios para, em sua periferia, que conformem com e deslizem ao longo das ditas calhas guias do dito canal vertical, e (ii)(b) um componente inferior compreendendo um eixo vertical feito de material de massa e densidade adequadas, preferivelmente Titânio, que tem dentes pelo menos de um lado de sua extensão que se acoplam a um (iii) Engrenagem/s Principal isto, por sua vez, diretamente ou através de uma roda e/ou engrenagem/s secundário, para rotacionar o (iv) Eixo Horizontal de um gerador, quando o dito eixo Vertical se move para baixo com o peso Principal que cai devido à força gravitacional. O dito Engrenagems Principal é construído como uma roda livre para possibilitar o engate bidirecional, e a rotação unidirecional do dito eixo Horizontal do gerador, quando o dito eixo Vertical se move para baixo. (a) O referido componente superior (ii)(a)do peso Principal é preferivelmente (mas não limitado a) cilíndrico, ou cilíndrico- oval, prisma quadrado, ou outra forma tal que corresponda ao dito canal vertical oco e dependendo dos requisitos específicos de um projeto. Por exemplo, sempre que o projeto atenda à geração de eletricidade em grande escala onde o objeto usado é muito grande e muito pesado, é preferível usar os formatos; cilíndrico, oval ou prisma quadrado para que acomode um número maior de cabos para suspender o dito peso. Quando o referido peso Principal faz uma queda livre sob o efeito da gravidade, o seu componente superior ou Cabeça atinge o fundo do canal vertical oco onde ele é travado gradualmente com a ajuda de (v) recursos para retardar/travar que incluem, mas não são limitados a, um ou mais dos seguintes; Câmara/s de Ar, Compressor/es de Ar, Mola/s, Freio/s, Ímã/s. Recursos que empregam a Força de Lenz's, em oposição ao movimento do Contrapeso do outro lado; e o eixo Vertical sendo o componente mais baixo do dito peso Principal, entra em um (vi) tubo oco vertical subterrâneo.
[0016] O dito peso é suspenso por (vii) cabos de um (viii) sistema de polias onde as outras pontas dos ditos cabos são fixados a (ix) um Contrapeso, o qual é montado em um (x) elevador de tal forma que o dito elevador (junto com ele o dito Contrapeso) é suspenso para deslizar para baixo e para cima em (xi) uma estrutura vertical erguida paralela ao dito canal vertical oco, tal que a direção do movimento do peso principal se opõe à do Contrapeso o qual é mais pesado do que o peso Principal.
[0017] O Contrapeso, que contrabalança o peso Principal, é montado em um sistema de elevação motorizado para levá-lo para cima à velocidades pré determinadas para sincronizar a queda do peso Principal de tal forma que a rotação do eixo Horizontal do gerador é contínua. Os ditos cabos em cada unidade deslizam sobre um sistema de polias; cada sistema compreendendo uma pluralidade de linhas de polias, projetadas para prover a geração de potência auxiliar assim como para permitir a montagem de bobinas/ímãs para produzir eletricidade.
[0018] O sincronismo dos movimentos de subida e descida do peso Principal e do Contrapeso é executado com a ajuda de sensores e mecanismos de sinalização para sincronizar e controlar o movimento do Contrapeso e, por conseguinte, a do peso Principal de uma ou mais unidades, de forma a manter um movimento contínuo do eixo do gerador. Breve Descrição dos Desenhos: Figura 1: Esquematicamente mostra duas unidades e seus componentes, onde o peso Principal de uma unidade está em sua fase de queda/descida livre enquanto o da outra unidade permanece içado, em sequência sincronizada. Figura 2: Descreve em perspectiva o plano geral para três unidades e suas respectivas partes componentes. Figure 3: Mostra um “close-up” focalizado no peso Principal no momento de sua queda para o fundo do canal vertical oco enquanto os recursos de retardo e trava agem sobre ele. Figura 4: Mostra o sistema de polias e cabos suspendendo o Contrapeso juntamente com o elevador (e também o peso Principal- que não é mostrado), em perspectiva. Índice dos itens descritos nos desenhos 1. Canal vertical oco 2. Cabos 3. Sistema de polias 4. Cabeça do peso Principal 5. Eixo vertical do peso Principal 6. Sistema de trava e freio dentro do canal vertical oco 6-A Compressor de ar como parte do sistema de freio 6-S Mola como parte do sistema de freio 7. Sensores e recursos de sinalização 7-(1)Sensor-1 7-(2)Sensor-2 8. Engrenagems Principal 9. Tubo oco vertical subterrâneo 10. Estrutura vertical 11. Contrapeso 12. Elevador 13. Eixo horizontal 13-A Unidade geradora de Potência Auxiliar em Sistema de polias 13-H Suporte do eixo horizontal 14. Gerador 15. Unidade geradora de potência auxiliar 15-P Unidade geradora de potência auxiliar em Sistema de polias
[0019] É pertinente mencionar que a descrição neste documento visa explicar o projeto, a construção e método/s através dos quais a invenção pode ser trabalhada, mais particularmente e especialmente de uma forma que se aplica à (mas não limitada à) usinas de alta capacidade de geração de energia, sem limitação à evidentes alterações, modificações, e adaptação das partes, construção e método/s descritos; em que os diagramas/desenhos aqui não são desenhados em escala mas somente servem para explicar esquematicamente a construção, trabalhando o conceito da invenção e representa as grandes dimensões, formas, arranjo espacial e inter-relações entre as partes, sem limitação às suas intercambiáveis ou outras evidentes modificações e/ou adaptações.
[0020] Esta invenção antecipa outros materiais além daqueles especificamente mencionados para descrever as concretizações desenvolvidas, suas várias formas, adaptações e versões e várias outras ligas metálicas e outras combinações comumente usadas na arte da manufatura de equipamentos de geração de energia.
[0021] Detalhes evidentes e bastante triviais que não merecem ser mencionados e que são obviamente conhecidos por uma pessoa qualificada na arte, não são mencionados e/ou explicados e/ou desenhados, mesmo sendo uma parte muito importante desta invenção.
[0022] De acordo com a concretização preferida o aparelho, sistema/s que efetivamente aproveita e eficientemente converte força/energia gravitacional de forma a gerar energia elétrica em grande escala compreendendo (sem limitações e mais particularmente, provendo um exemplo e explanação simplistas) três unidades idênticas onde; cada unidade compreende; Um primeiro canal vertical cilíndrico oco, 48 metros de altura, diâmetro interno de 1 metro e 30 cm, e espessura da parede de 50cm, erguido acima do nível do solo, provido de pelo menos duas calhas guias ao longo de suas paredes internas através da quais (ii) Um peso Principal compreendendo (a)um componente superior chamado de Cabeça, feito preferivelmente de (mas não limitado a) Titânio com 30cm de altura, pesando 500gk, com 1m de diâmetro, em forma cilíndrica, correspondendo a sessão transversal do canal e provido de roletes na sua periferia, que se encaixam e deslizam através e ao longo das ditas calhas guias do dito canal vertical; e (ii)(b)um componente inferior sendo um eixo vertical preferivelmente feito de (mas não limitado a) Titânio, 45 metros de comprimento, e pesando 100kg por metro de altura, = 4500kg de peso, e que tem dentes em um dos lados ao longo de 40 metros. i.e., do topo 5o. para a base 44o. metros do seu comprimento que engatam um engrenagens principal com um perímetro de 1 metro, que por sua vez, rotaciona diretamente o eixo Horizontal de 0,96m de raio de um gerador, uma vez que o dito eixo Vertical move-se para baixo com a queda do peso Principal devido à força gravitacional a uma velocidade de 3m/s = 13,3 segundos para uma queda de 40 metros, i.e.,levando em conta a resistência do ar atmosférico, e a impedância oferecida pelo engrenagens no eixo Horizontal com o qual é acoplado e rotaciona. O dito componente superior ou Cabeça (ii)(a) do peso Principal é preferivelmente (mas não limitada a) cilíndrica, ou cilíndrica-oval, prisma- quadrada, ou outra forma tal que corresponda ao dito primeiro canal Vertical oco e dependendo nos requisitos específicos de um projeto. Por exemplo, sempre que o projeto atende a geração de energia em grande escala, em que um objeto muito pesado e muito grande é usado, é preferível utilizar o formato cilíndrico, oval ou prisma quadrado para acomodar um grande número de cabos para suspender o dito peso. O dito Sistema Principal de Engrenagens atua como uma roda livre para permitir engate bidirecional e rotação unidirecional i.e., quando o dito eixo Vertical se move para baixo. (a) No momento em que o dito peso Principal move-se para baixo em queda livre sobre a influência da gravidade, o seu componente superior ou Cabeça alcança a base do canal Vertical oco onde ele é gradualmente parado com a ajuda de uma combinação de Câmara/s de Ar, Compressor/es de Ar, Mola/s, Freio/s, Ímã/s, assim como pelo movimento de oposição do Contrapeso do outro lado; e o eixo Vertical sendo o componente inferior do dito peso Principal, entra em um tubo oco vertical subterrâneo de 45 metros de comprimento.
[0023] O dito eixo é erguido por trabalho pesado: cabos de tração de 24mm feitos de (mas não limitados a) cabos de tração de fibras sintéticas auto lubrificáveis, de um sistema de polias onde as outras extremidades dos ditos cabos são unidas a (iii) um Contrapeso, o qual é montado a um elevador de tal forma que o mesmo (junto com o mesmo Contrapeso) é suspenso para deslizar para cima e para baixo em uma estrutura vertical erguida paralela ao dito canal Vertical oco, de modo que a direção do movimento do peso Principal é oposta ao do Contrapeso o qual, de acordo com esta concretização, é ligeiramente mais pesado do que o peso Principal, i.e., 5100kg.
[0024] O Contrapeso que mais ou menos equilibra o peso Principal é montado em um Sistema de Elevação motorizado para levá-lo para cima e para baixo à velocidades pré determinadas para sincronizar o peso que cai de tal forma que a rotação do eixo Horizontal do gerador é mantida contínua. O dito elevador é motorizado por um motor de 20HP o qual eleva o Contrapeso até 45 metros em 15 segundos, a potência necessária para tal é 12KW em 15 segundos. Então nesta concretização compreendendo 3 unidades, a potência total consumida por cada um dos três elevadores (12kw x 4 x 60 x 24)= 64MW em um dia. O peso Principal e o Contrapeso de cada unidade são suspensos por um conjunto de 9 cabos de tração pesada de 24mm.
[0025] Os ditos cabos em cada unidade deslizam ao longo de um Sistema de Polias; cada sistema possui 12 linhas de polias e então um total de 36 polias são empregadas nesta concretização compreendendo 3 unidades. Cada polia é feita de bronze manganês e tem um diâmetro de 50cm. Cada Sistema de Polias é projetado para prover geração de potência auxiliar então para permitir a fixação de bobinas/ímãs para produzir eletricidade.
[0026] A sincronização dos movimentos de subida e descida do peso Principal e do Contrapeso é executada com a ajuda de sensor/es magnético/s colocado/s a uma distância de 40 metros do pico do primeiro canal vertical, para controlar o movimento do Contrapeso e por conseguinte parcialmente a do peso Principal.
[0027] Quando a Cabeça do dito peso Principal alcança a base do primeiro canal Vertical oco a 40 metros de profundidade, o Sensor Magnético na Unidade I ativará um Sinal Eletrônico no elevador da Unidade I para exercer o efeito de retardo necessário por meio de freios ou movimento na mesma direção do peso Principal da Unidade I, através desse primeiro controlando/retardando a queda do peso Principal, e subsequentemente colocado-o em movimento na direção oposta para subir de volta para sua posição original.
[0028] O dito Sensor na Unidade I, também ativará um Sinal eletrônico no Elevador na Unidade II para dar inicio à fase de queda livre do peso Principal na Unidade II. Este ciclo é repetido pelo Sensor Magnético na Unidade II, em sequência, para sinalizar ativando o Elevador na Unidade III para começar a fase de queda livre do peso Principal na Unidade III, e da mesma forma o ciclo se repete para o Sensor Magnético na Unidade III, em sequência, para sinalizar ativando o Elevador na Unidade I para iniciar a fase de queda livre do peso Principal na Unidade I, garantindo assim que pelo menos um eixo vertical (de uma das 3 Unidades) estará em sua fase de descida/queda em qualquer dado tempo. Processo/Método de Geração de Potência/Eletricidade: Início (a) De acordo com esta concretização, desde que o Contrapeso é mais pesado do que o peso Principal, a posição padrão antes do início seria; o peso Principal erguido a 45,5 metros de altura no primeiro canal Vertical oco e o Contrapeso (juntamente com o elevador) estacionado na base da estrutura Vertical. A operação inicial envolveria então, entre outras, a operação do dito Elevador em uma direção de subida para permitir a queda do peso Principal. Este passo do processo consome a maior entrada de potência/energia particularmente no início do passo uma vez que a direção do movimento do Elevador (junto com o Contrapeso) é contrária a gravidade. Uma vez que contrapeso atinge o topo da estrutura vertical, o peso principal pode, então, cair. À medida que o peso em queda ganha força sob a influência da gravidade ele acelera de forma estável enquanto sua velocidade tende a aumentar linearmente e a distância coberta por unidade de tempo tende a aumentar quadraticamente. É durante esta fase que o trabalho máximo é feito pela gravidade o qual é aproveitado pela junção do eixo Vertical do peso Principal ao eixo Horizontal do gerador para o rotacionar. Entretanto, como o peso Principal cai e atinge a base, ele é suavemente retardado e retido por um mecanismo de retardo e retenção compreendendo (mas não limitado à) freios e movimentos opostos aos do elevador (junto com o Contrapeso) do outro lado. Operação de Rotina (b) No próximo passo (i.e.,depois que o Peso Principal cair), o Elevador, (junto com o Contrapeso) que permanece içado na extremidade superior da estrutura vertical, é acionado pelo sensor e pelo mecanismo de sinalização como explicado anteriormente, para iniciar o movimento de descida. Este movimento de descida consome potência/energia mínima por duas razões, (i)uma vez que o peso total do Contrapeso (junto com o Elevador) é maior do que do peso Principal no outro lado, e (ii) este movimento de descida é ao longo da direção da, (e é então adicionalmente ajudado por) gravidade. Nas concretizações compreendendo número maior de tais unidades, este passo pode ser executado até sem acionar em potência o Elevador desde que o Contrapeso sendo mais pesado automaticamente ultrapassaria o valor do peso Principal e o levaria de volta para cima. (c) O sensor e os mecanismos de sinalização, são sincronizados com os movimentos e direção do elevador juntamente com o Contrapeso para assegurar que pelo menos um eixo Vertical (de uma das três Unidades) estará em sua fase de descida/queda em qualquer dado tempo para manter movimento contínuo do eixo Horizontal do gerador. (d) Esta concretização pode por isso gerar saída de potência líquida atingindo a produção de pelo menos 562 MW por dia (tendo em vista que 30% da potência de entrada é consumida para manter o movimento de descida-subida do peso Principal e do Contrapeso). (e) A configuração ideal para a usina seria por isso baseada no requisito de quantidade de potência, para otimizar o número de Unidades empregadas, com a distância e a velocidade da queda livre dos objetos de massa pesada, e assim alcançar entrada de potência mínima e máxima eficiência.
[0029] Em outra concretização, os requisitos de potência de entrada podem ser mais minimizados que todas as outras condições, sendo os parâmetros os mesmos da concretização preferida I acima, as características que os distinguem são: (i) O Sistema de Polias posicionado horizontalmente acima da câmara vertical e a estrutura são conectados à um ou mais motores que podem ser alimentados tanto por uma fonte externa como por uma parte da energia de saída gerada por esta invenção, para girar no sentido horário e/ou anti-horário para erguer ou deixar cair o peso Principal ou o Contrapeso, conforme for o caso, em adição aos citados elevadores. (ii) Nesta concretização, os recursos que movem as citadas polias e que suspendem os pesos precisam exercer suficiente atrito e aderência sobre as polias para evitar o escorregamento. Uma boa alternativa para os referidos cabos como mencionado na concretização preferida I é (mas não limitada à) ao uso de cintos de material adequado conhecidos na técnica, que possuam dentes que se encaixem com os dentes das citadas polias que são adequadamente modificadas para se assemelharem à engrenagens com dentes para corresponder às dos citados cintos.
[0030] Em outra concretização, os requisitos de potência de entrada podem ser mais minimizados do que todas as outras condições, sendo os parâmetros os mesmos da concretização preferida I, acima detalhada, as únicas características que as distinguem são; (i) Cada peso Principal e Contrapeso é mais ligado a um elevador Superior que é posicionado acima do respectivo peso (i.e., peso Principal ou Contrapeso) e um elevador Inferior posicionado em baixo do respectivo peso (i.e., peso Principal ou Contrapeso) e em que cada um dos referidos elevadores Superior e Inferior é destacável do seu respectivo peso. (ii) O sensor e mecanismo de sinalização, com base em um cálculo que racionaliza e otimiza a distância, rapidez/velocidade, e o número de unidades no sistema, governa a conexão e desconexão programada, dos ditos Elevadores de seus respectivos Contrapesos. (iii) Cada um dos ditos Elevadores tem sua própria massa e peso que é uma constante em Elevadores em uma mesma unidade. (iv) Quando um Elevador se conecta ao seu respectivo Peso, enquanto outro Elevador se desconecta de seu respectivo Peso um desequilíbrio ou instabilidade é gerada, a qual por sua vez causa o peso pelo qual um ou ambos os elevadores são desconectados para serem automaticamente içados na medida em que o peso no outro lado com ambos os seus respectivos Elevadores a si conectados e sendo, por conseguinte mais pesados para cair, tanto livremente sobre a influência da gravidade como devido ao movimento gerado dos respectivos elevadores. (v) Este movimento de subida e descida, alavanca a força gravitacional para o máximo e através disso minimiza o requisito de energia de entrada de forma a alcançar a eficiência máxima de geração de potência do sistema.
Claims (20)
1. Sistema para converter energia cinética gerada através da força gravitacional em energia elétrica caracterizado por compreender uma pluralidade de unidades geradoras de energia dispostas em série e operáveis em sincronização em tandem, cada unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia compreendendo: uma engrenagem principal (8); um peso principal compreendendo uma porção da cabeça (4) e uma haste vertical (5) que se estende para baixo a partir da porção da cabeça do peso principal (4); o eixo vertical (5) do peso principal tendo um eixo longitudinal e uma parede lateral ao longo do eixo longitudinal; um canal vertical (1) com um orifício através dele, o canal vertical (1) dimensionado para permitir a passagem da porção da cabeça do peso principal (4) através dela em um movimento de queda da porção da cabeça do peso principal de uma porção de elevação superior do canal vertical (1) para uma porção de elevação inferior do canal vertical (1), a parede lateral do eixo vertical (5) engatável operacionalmente com a engrenagem principal (8) para girar a engrenagem principal (8) conforme o peso principal cai da porção de elevação superior do canal vertical (1) para a porção de elevação inferior do canal vertical (1); um contrapeso (11) mais pesado que o peso principal, o contrapeso (11) compreendendo uma porção de cabeça de contrapeso, a porção de cabeça de contrapeso acoplada a uma primeira extremidade de um ou mais membros de conexão (2) e a porção de cabeça de peso principal (4) acoplada a uma segunda extremidade de um ou mais membros de conexão (2); um conjunto de polia (3) configurado para receber os um ou mais membros de conexão (2) de modo que a porção da cabeça do peso principal (4) e a porção de cabeça do contrapeso sejam suspensas dos lados opostos do conjunto da polia (3) e o um ou mais membros de conexão (2) dimensionados para permitir uma conexão esticada entre o peso principal e o contrapeso (11) pelo menos quando uma das porções da cabeça de peso principal (4) e a porção de cabeça do contrapeso é posicionada na porção de elevação inferior e a outra da porção da cabeça de peso principal (4) e a porção da cabeça do contrapeso é posicionada na porção da elevação superior; um gerador de eletricidade (14) compreendendo um eixo horizontal (13), o eixo horizontal (13) conectado operacionalmente à engrenagem principal (8) de cada unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia e rotativo em resposta ao movimento descendente da porção de cabeça do peso principal (4) e rotação da engrenagem principal (8), em que a rotação do eixo horizontal (13) aciona o gerador (14) para gerar eletricidade; uma pluralidade de sensores (7) dispostos para detectar a posição do peso principal e do contrapeso (11) perto da porção de elevação inferior do canal vertical (1) em cada unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia, de modo que o movimento do peso principal em relação ao movimento do contrapeso (11) é sincronizado com base na detecção da pluralidade de sensores de pelo menos um dos pesos principais e do contrapeso (11) e de modo que, quando um ou mais membros de conexão (2) estão na configuração esticada, o movimento ascendente do peso principal está diretamente relacionado ao movimento descendente do contrapeso (11) e quando um ou mais membros de conexão (2) não estão na configuração esticada, o movimento descendente do peso principal é independente do movimento ascendente do contrapeso (11); a pluralidade de sensores (7) permite ainda sincronizar o movimento do peso principal de uma unidade na pluralidade de unidades geradoras de energia em relação ao movimento do peso principal de outra unidade na pluralidade de unidades geradoras de energia dispostas em série com a uma unidade de modo que o peso principal na uma unidade possa cair da porção de elevação superior para a porção de elevação inferior quando a pluralidade de sensores (7) detectar o peso principal na outra unidade perto da porção de elevação inferior; e meios de elevação (12) para elevar o contrapeso (11) da porção de elevação inferior para a porção de elevação superior com base nos sinais recebidos da pluralidade de sensores (7), dos meios de elevação (12) e da pluralidade de sensores (7) alimentados por uma fonte de energia externa (15) e a energia gerada a partir da pluralidade de unidades geradoras de energia é usada para suplementar a energia exercida a partir da fonte de energia externa.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela porção de elevação superior e a porção de elevação inferior definirem uma altura de queda livre e em que o eixo vertical (5) estendendo-se a partir da porção da cabeça de peso principal (4) possui um comprimento igual ou maior que a altura de queda livre.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que eixo vertical (5) engata e gira a engrenagem principal (8) o tempo todo durante a queda do peso principal.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por a parede lateral do eixo vertical (5) compreender dentes de eixo, os dentes de eixo e a engrenagem principal (8) engatável operacionalmente entre si para girar a engrenagem principal (8) de acordo com um eixo de rotação perpendicular à direção da queda livre como a porção da cabeça de peso principal (4) fica entre a porção de elevação superior e a porção de elevação inferior.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada unidade compreender adicionalmente um elemento retardador e de parada (6) configurado para retardar e parar o movimento da porção da cabeça de peso principal (4) em proximidade da porção de elevação inferior.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o elemento retardador e de parada (6) compreender pelo menos um dentre uma câmara de ar, um empurrador de ar, molas, freios, eletromagnetos, e o contrapeso (11).
7. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o elemento retardador e de parada (6) estar localizado em proximidade da porção de elevação inferior.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o canal vertical (1) compreender trilhos guia e rolamentos adaptados para permitir que a porção da cabeça do peso principal (4) deslize dentro do canal vertical (1) entre as porções de elevação superior e inferior.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eixo horizontal (13) se estender ao longo de um eixo rotacional da engrenagem principal (8) e ser rotacionável em uma direção rotacional quando o eixo vertical (5) engata e rotaciona a engrenagem principal (8) enquanto o eixo vertical (5) se move para baixo durante a queda do peso principal, e a engrenagem principal (8) previne o eixo horizontal (13) de rotacionar em uma direção oposta à direção rotacional quando o eixo vertical (5) engata a engrenagem principal (8) enquanto move-se em uma direção ascendente.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada unidade compreender adicionalmente um tubo oco localizado abaixo do canal vertical (1) ao longo da direção do movimento de queda e configurado para permitir a passagem do eixo vertical (5) quando o peso principal cai a partir da porção de elevação superior para a porção de elevação inferior.
11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de unidades geradoras de energia inclui pelo menos três unidades geradoras de energia dispostas em série e operáveis em sincronização em tandem para manter uma rotação contínua da engrenagem principal (8) de tal forma que pelo menos uma unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia fica em operação em qualquer tempo para engatar e rotacionar a engrenagem principal (8).
12. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado por o contrapeso (11) ser mantido parado na porção de elevação superior e em que, quando os um ou mais membros de conexão (2) estão na configuração esticada, o contrapeso (11) é adaptado para ficar em cooperação de contrabalanço com o peso principal para desacelerar o peso principal em proximidade da porção de elevação inferior durante a queda do peso principal.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o conjunto de polia (3) e um ou mais membros de conexão (2) serem adaptados para prover a cooperação de contrabalanço entre o peso principal e o contrapeso (11).
14. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada unidade compreender adicionalmente um segundo canal vertical com um furo através dele, o segundo canal vertical dimensionado para receber e guiar a porção da cabeça do contrapeso em um movimento para cima e para baixo.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a pluralidade de sensores (7) ao detectar movimento do peso principal ou do contrapeso (11) fornece sinais para permitir a operação dos meios de elevação (12), em que a pluralidade de sensores (7) ativa os meios de elevação (12) causando o movimento descendente do contrapeso (11) quando a pluralidade de sensores (7) detecta o peso principal próximo à porção de elevação inferior quando um ou mais membros de conexão (2) estão na configuração esticada e em que a pluralidade de sensores (7) ativa os meios de elevação (12) causando o movimento ascendente do contrapeso (11) quando a pluralidade de sensores (7) detecta o contrapeso (11) próximo à porção de elevação inferior quando os um ou mais membros de conexão (2) não estão na configuração estendida.
16. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fonte de energia externa (15) compreender um motor adaptado para prover energia ao conjunto de polias (3).
17. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pluralidade de sensores (7) compreender pelo menos um dentre sensores magnéticos, sensores de feixe de luz/laser, sensores de infravermelho passivos, sensores de batida, sensores de pressão, sensores de proximidade e sensores elétricos.
18. Método para gerar energia elétrica usando indução de energia cinética por energia gravitacional, caracterizado pelo fato de que o método compreende: fornecer um sistema compreendendo uma pluralidade de unidades geradoras de energia dispostas em série e operáveis em sincronização em tandem, cada unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia compreendendo um peso principal tendo uma porção da cabeça do peso principal (4) e um eixo vertical (5) estendendo-se para baixo a partir da porção da cabeça do peso principal (4) e um contrapeso (11) tendo uma porção de cabeça do contrapeso, o contrapeso (11) mais pesado que o peso principal; acoplar o contrapeso (11) ao peso principal por um ou mais elementos de conexão (2), de modo que a porção da cabeça do contrapeso seja acoplada a uma primeira extremidade de um ou mais elementos de conexão (2) e a porção da cabeça do peso principal (4) é acoplada a uma segunda extremidade de um ou mais elementos de conexão (2) e os um ou mais elementos de conexão (2) são mantidos por um conjunto de polia (3), de modo que a porção da cabeça de peso principal (4) e a porção da cabeça do contrapeso são suspensas dos lados opostos do conjunto da polia (3) e o um ou mais elementos de conexão (2) são dimensionados para permitir uma conexão esticada entre o peso principal e o contrapeso (11) pelo menos quando um dos pesos principais e o contrapeso (11) são posicionados em uma posição de elevação inferior e o outro do peso principal e o contrapeso (11) é posicionado em uma posição de elevação superior; operar as unidades geradoras de energia em ciclos repetidos, cada ciclo compreendendo as etapas de: a) usar meios de elevação (12) operados por uma fonte de energia externa (15) para segurar a porção da cabeça de peso principal (4) e o contrapeso (11) de cada unidade na posição de elevação superior; b) permitir um peso principal em uma primeira unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia a cair da posição de elevação superior para a posição de elevação inferior ao longo de uma direção de queda, em que o movimento descendente do peso principal é independente do movimento ascendente correspondente do contrapeso (11); c) ativar uma engrenagem principal (8) localizada na proximidade da posição de elevação inferior com o eixo vertical (5) na primeira unidade, conforme o peso principal cai da posição de elevação superior para a posição de elevação inferior, de modo que o movimento descendente do eixo vertical (5) faz com que o eixo vertical (5) engate a engrenagem principal (8) e cause a rotação da engrenagem principal (8) de acordo com um eixo de rotação perpendicular à direção da queda durante a queda do peso principal. d) girar um eixo horizontal (13) de um gerador (14) engatando a engrenagem principal (8) com o eixo horizontal (13) para produzir eletricidade; e) usar uma pluralidade de sensores (7) dispostos na posição de elevação inferior para detectar o peso principal quando atingir a posição de elevação inferior e enviar um sinal aos meios de elevação (12) para permitir o contrapeso (11) da primeira unidade cair da posição de elevação superior para a posição de elevação inferior, a queda do contrapeso (11) redefinindo o peso principal para a posição de elevação superior, onde o peso principal é mantido pelos meios de elevação (12); f) repetir os passos b) a e) para uma próxima unidade disposta em série na pluralidade de unidades geradoras de energia; em que a pluralidade de sensores (7) permite ainda sincronizar o movimento do peso principal da primeira unidade na pluralidade de unidades geradoras de energia em relação ao movimento do peso principal da próxima unidade na pluralidade de unidades geradoras de energia dispostas em série com a primeira unidade de modo que o peso principal na próxima unidade é permitido a cair da porção de elevação superior para a porção de elevação inferior quando a pluralidade de sensores (7) detectar o peso principal na primeira unidade perto da porção de elevação inferior e em que uma vez que o peso principal de uma última unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia atinja a posição de elevação inferior, usando a pluralidade de sensores (7) para detectar o peso principal da última unidade das unidades geradoras de energia e enviando um sinal para os meios de elevação (12) para permitir que o peso principal da primeira unidade caia novamente, fazendo com que um primeiro ciclo seja concluído e um próximo ciclo seja iniciado; g) antes de concluir o ciclo, usando os meios de elevação (12) para levantar o contrapeso (11) em cada unidade da pluralidade de unidades geradoras de energia em sincronia em tandem, de modo que antes que o próximo ciclo seja iniciado, pelo menos o contrapeso (11) da primeira unidade é levantado e travado na posição de elevação superior; e h) usar a eletricidade produzida para suplementar a fonte de energia externa (15) na operação da pluralidade de sensores (7) e dos meios de elevação (12) e na manutenção do sistema em operação.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de ainda compreender: proporcionar um canal vertical (1) com um orifício através dele entre a posição de elevação superior e a posição de elevação inferior, o canal vertical (1) dimensionado para permitir a passagem da porção da cabeça de peso principal(4) através do mesmo; e guiar a queda da porção da cabeça de peso principal (4) da posição de elevação superior para a posição de elevação inferior, permitindo que ela deslize para dentro do canal vertical (1).
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de ainda compreender: o movimento de retardamento e parada da porção da cabeça de peso principal (4) perto da posição de elevação inferior usando um elemento de retardamento e parada (6).
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