BR112021004009A2

BR112021004009A2 - estrutura de turbina fluídica

Info

Publication number: BR112021004009A2
Application number: BR112021004009-9A
Authority: BR
Inventors: Ryan Church
Original assignee: Biomerenewables Inc.
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-05-25
Also published as: CA3110574A1; EP3847368A4; EP3847368A1; WO2020047658A1; CN113348300A

Abstract

ESTRUTURA DE TURBINA FLUÍDICA. Trata-se de uma estrutura fluídica configurada para ser montada no cubo de uma turbina fluídica que compreende um cubo que gira em torno de um eixo geométrico central alinhado a um eixo geométrico principal que contribui com torque para o eixo geométrico principal da turbina através do princípio de sustentação e/ou arrasto. A estrutura fluídica pode ser rígida ou ter alguma flexibilidade. A estrutura tem dois ou mais elementos fluídicos curvados que se estendem de uma ponta a montante que se alinha ao eixo geométrico central de rotação, a uma extremidade a jusante em alguma outra posição radial na direção contrária ao eixo geométrico central e gira em torno do eixo geométrico central, em que os dois ou elementos fluídicos mais curvados contêm seções de corda que geralmente são mais amplas na posição a montante e geralmente mais estreitas na posição a jusante.

Description

“ESTRUTURA DE TURBINA FLUÍDICA” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido reivindica o benefício e prioridade do Pedido n° U.S. 16/121.326 depositado em 4 de setembro de 2018, intitulado “FLUIDIC TURBINE STRUCTURE”, que é uma continuação em parte do Pedido n° U.S. 15/501.475, intitulado “FLUID-REDIRECTING STRUCTURE”, cuja data de depósito é 05 de agosto de 2015 (data de entrada de fase nacional nos EUA 03 de fevereiro de 2017), que é uma Entrada de Fase Nacional nos EUA do Pedido PCT n° PCT/CA2015/050739, cuja data de depósito é 05 de agosto de 2015, que reivindica todo o benefício, incluindo prioridade sob Título 35 do USC 119(e) do Pedido de Patente Provisório n° U.S. 62/033.331 depositado em 5 de agosto de 2014. O conteúdo dos pedidos mencionados acima é incorporado a título de referência sem sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] As modalidades da presente invenção se referem geralmente a turbinas fluídicas e, mais particularmente, a uma estrutura fluídica a ser fixada ao cubo de uma turbina.

INTRODUÇÃO

[0003] As turbinas eólicas com eixo geométrico horizontal para gerar eletricidade a partir da movimentação de rotação são geralmente compreendidas de uma ou mais pás de rotor que têm, cada uma, um corpo aerodinâmico que se estende para fora de um eixo principal que é sustentado por uma nacele de turbina eólica ou que gira dentro da mesma. As pás do rotor são exemplos de estruturas adaptadas para atravessar um ambiente fluido, em que o ambiente é, essencialmente, o ar ambiente.

[0004] A nacele está sustentada em uma torre que se estende do solo ou de outra superfície. O vento incidente nas pás do rotor aplica elevação fazendo com que as pás do rotor se movam girando-se o eixo a partir do qual se estendem em torno do eixo geométrico de rotação horizontal do eixo.

[0005] O eixo está, por sua vez, associado a um gerador de eletricidade que, conforme é conhecido, converte a movimentação de rotação do eixo em corrente elétrica para transmissão, armazenamento e/ou uso imediato. As turbinas eólicas com eixo geométrico horizontal são muito bem conhecidas e compreendidas de modo geral, no entanto, são desejáveis aprimoramentos em sua operação para aprimorar a eficiência da conversão de energia e suas características operacionais gerais.

[0006] O vento incidente mesmo em velocidades baixas pode fazer com que as pás do rotor girem muito rapidamente. Conforme é bem entendido, para uma determinada velocidade de rotação, a velocidade linear de uma pá de rotor é mais baixa na região de sua base - a porção da pá de rotor próxima ao eixo.

[0007] De modo semelhante, a velocidade linear da pá de rotor é mais elevada na região de sua ponta - a porção da pá de rotor distal do eixo. Particularmente em velocidades lineares mais altas, os aspectos da pá de rotor podem gerar ruído aeroacústico significativo à medida que a pá de rotor "corta" rapidamente o ar ao longo da trajetória de rotação da mesma. Esse ruído pode ser bastante desconfortável para as pessoas e animais nas proximidades. No entanto, o ruído também pode ser um indicador de que a operação não é eficiente, e a velocidade máxima da ponta pode realmente ser limitada por tais ineficiências, incluindo eficiências feitas para o controlador.

[0008] Turbinas eólicas de eixo geométrico horizontal são compreendidas de pelo menos duas e tipicamente três pás de rotor. A trajetória percorrida da pá de rotor (ou pás de rotor) é considerada como a medida da energia cinética total disponível para a turbina eólica nesse plano. As tecnologias eólicas atuais são capazes de extrair apenas uma fração da energia cinética do vento incidente.

[0009] O valor teórico máximo da extração de energia cinética do vento - que é conhecido como Limite de Betz - foi demonstrado em 1919 por Albert Betz de acordo com um princípio conhecido como Lei de Betz.

De acordo com a Lei de Betz, o coeficiente máximo de desempenho (Cp) na extração de energia cinética eólica, o Limite de Betz, é de 59,3%.

[0010] Esse limite assume que a velocidade de entrada do vento é constante em cada posição radial dentro da área percorrida. No entanto, devido a ineficiências na área de base da pá, é desenvolvida uma área de baixa pressão que puxa o ar para o centro da área percorrida, um fenômeno conhecido como Vazamento Rotor-Base, que reduz as eficiências para menos do que poderiam ser. Uma reversão nesse fenômeno poderia, a princípio, exceder o Limite de Betz, aumentando o fator de indução e o fluxo de massa através do rotor.

[0011] As tecnologias eólicas atuais têm, na realidade, um Cp muito mais baixo do que o Limite de Betz.

[0012] A eficiência das turbinas eólicas tem aumentado nos últimos anos, principalmente por meio de avanços nos modelos de pá de rotor. No entanto, algumas pesquisas iniciais começaram a explorar a utilização do vento incidente na porção central do cubo na frente do plano do percurso da pá de rotor para aprimorar a eficiência e o rendimento e diminuir as emissões de ruído.

[0013] O Pedido de Patente europeu n° EP2592265 de Orbrecht et al. divulga um rotador de produção de energia para uma turbina eólica. Esse pedido descreve uma área para extensão do aerofólio sobre a área de base da pá de rotor (ou pás de rotor), que se conecta na região do cubo e uma porção do aerofólio contra o vento disposta contra o vento de uma porção interna de cada pá da turbina eólica; em que a turbina eólica tem uma pluralidade de pás interconectadas em torno de um eixo geométrico de rotação por um cubo. O pedido de patente descreve, também, a capacidade que o rotador de produção de energia tem para aumentar a eficiência da turbina eólica, aumentando-se uma indução axial para o fluxo de ar sobre o rotador de produção de energia e direcionando-se um fluxo de ar para fora de bordo para regiões aerodinamicamente úteis das pás.

[0014] A Patente n° U.S. 8.287.243 de Herr et al. divulga um rotador de uma turbina eólica. O fluxo de ar em uma seção de rotor interna pode passar pelo rotor da turbina eólica sem ser usado para produção de energia. Um rotador cilíndrico desvia o vento ao redor da base da pá de rotor (bases de pás de rotor) de modo que haja um aumento na eficiência de uma turbina eólica existente.

[0015] A Patente norte-americana n° US9200614B2 de Kristian Godsk divulga uma pá para uma turbina eólica, em que essa pá é uma pá auxiliar que é fixada a um cubo e permite um aumento na forma plana da pá em uma área próxima da base ao longo do plano da maior pá da turbina eólica. A patente segue descrevendo o efeito de colocar essa pá auxiliar perto de uma borda traseira e/ou dianteira de uma pá de turbina eólica maior.

[0016] A Patente norte-americana nº US8308437B2 de Bharat Bagepalli et al. divulga, de modo semelhante, aletas aerodinâmicas que se estendem radialmente para fora do cubo do rotor ao lado das seções de base de uma pá de turbina eólica e têm um formato aerodinâmico de modo a capturar o vento e conferir torque rotacional ao cubo de uma zona de vento de impacto central que é coaxial em relação de cubo do rotor e às seções da base da pá.

[0017] A Patente norte-americana nº US20160040650A1 de Dmitry Floryovych Opaits et al. divulga um componente aerodinâmico implantável configurado para ser montado em uma turbina eólica, que é estruturalmente configurada para cobrir uma porção substancial da porção interna de um rotor de turbina eólica.

[0018] A Patente norte-americana nº US2016031 1519A1 de Fulton Jose Lopez et al. divulga um componente de domo aerodinâmico que é colocado na frente de um cubo de turbina eólica para desviar o vento para longe dessa região e permitir uma aceleração de um fluxo de ar em uma região com aerodinâmica mais eficiente de uma pá de rotor de turbina eólica, o que fornece um aumento na eficiência de um vento existente turbina.

[0019] O controle de guinada e passo de pá de uma turbina eólica é importante para manter as eficiências máximas, contendo-se o vento incidente a cerca de 90 graus a partir da rotação das pás do rotor.

[0020] Atualmente, isso é obtido por meio de sistemas ativos que permanecem na base da nacele no ponto de conexão com a torre, conforme nas Patentes n° U.S. 7.944.070 de Rosenvard et al. e U.S.

8.899.920 de Anderson. Esses sistemas ativos são controlados por sensores localizados no exterior da nacele na parte traseira do primeiro incidente de vento. Desse modo, esses sensores são informados sobre as condições do vento, principalmente sobre velocidade e a direção, após o vento ter passado pelas pás do rotor. Desse modo, há um atraso nas informações sobre a velocidade e direção do vento para o sistema ativo de guinada e passo na base da nacele.

[0021] A Publicação do Pedido de Patente europeia n° EP 2048507 de LeClair et al. divulga sensores localizados na frente de um cone de nariz. No entanto, os sensores enviam suas informações para um sistema ativo de motores e engrenagens que não têm capacidade para mover ativamente a turbina para que as eficiências máximas sejam geradas sem um ciclo de retroalimentação e atraso subsequente. Além disso, esses sistemas também precisam de energia elétrica para funcionar.

[0022] Cones de nariz tradicionais são fixados ao cubo por meio de um rotador. O rotador pode ser, então, conectado ao cubo por meio de vários métodos, incluindo escoras e tendo sua forma envolvida em torno da base (ou bases) da pá de rotor (ou pás de rotor) para que fique preso no lugar. A maioria desses métodos exige que as pás não estejam presentes para a fixação do rotador, o que pode ser suficiente para a montagem de uma nova turbina eólica, porém pode ser demorado e caro para retroencaixar uma turbina operacional.

[0023] Texturas de superfície também são conhecidas por aprimorar o fluxo laminar sobre objetos. Essas texturas são, muitas vezes, de natureza autossemelhante e repetitiva. Estas podem ter a forma rebaixada ou podem se projetar para fora da forma e/ou também podem ser calhas em formato de U ou de V que se deslocam ou se movimentam em ziguezague de maneira benéfica, ou geradores de vórtice que se estendem para fora da forma.

SUMÁRIO

[0024] A parte na frente do cubo central na qual a pá de rotor (ou pás de rotor) estão fixadas pode ser coberta por um cone de nariz. O cone de nariz normalmente atua como um escudo protetor para o cubo de uma turbina eólica. Até então, os cones de nariz geralmente não são configurados para auxiliar na rotação do eixo da turbina eólica ou para agir de qualquer maneira para produzir energia.

[0025] Para esse fim, a trajetória total percorrida da pá de rotor (ou pás de rotor) é considerada a medida da possível energia cinética disponível para a turbina eólica nesse plano, e essa energia cinética do vento a montante do cubo da turbina eólica é no momento subutilizada.

[0026] Com isso em mente, as Requerentes conduziram uma extensa pesquisa e desenvolvimento para projetar um dispositivo aerodinâmico colocado na frente do cubo de uma turbina eólica que aprimoraria a eficiência de captura de energia da mesma e, possivelmente, forneceria benefícios adicionais (por exemplo, um cone de nariz aprimorado). Dada sua posição e limitações geométricas, foi necessária uma abordagem inovadora para o modelo e engenharia aerodinâmicos.

[0027] Tendo em vista a geometria de uma chave de bordo cadente, foi elaborada uma nova geometria através do princípio de modelo da biomimética. Após entender o que é conhecido como “ângulo de conicidade”, e a aerodinâmica em questão com uma chave de bordo, foi possível compreender como esse objeto maximiza naturalmente a eficiência por meio do que é conhecido como Transferência de Energia Dependente do Tempo (TDET). Esse princípio foi, então, aplicado ao modelo de uma nova estrutura fluídica,

conforme descrito em várias modalidades a seguir. Variações também são contempladas em outras modalidades.

[0028] Uma turbina, em algumas modalidades, é um dispositivo mecânico giratório que extrai energia ao capturar a movimentação do fluxo de fluido. O fluxo de fluido pode, em algumas modalidades, ser fornecido por meio de vento (por exemplo, uma turbina eólica), um líquido (por exemplo, uma turbina hidráulica ou maremotriz). A turbina pode incluir um rotor e pás de rotor fixadas, que capturam a movimentação do fluxo de fluido para girar o rotor, que inclui mecanismos para converter a rotação mecânica em outra forma, tal como energia elétrica.

[0029] A eficácia de uma turbina depende do desempenho aerodinâmico da turbina e, devido à complexidade da dinâmica do fluxo de fluido, o aprimoramento da operação eficiente de uma turbina é um esforço complexo e desafiador. O modelo e a configuração de uma turbina também estão sujeitos a restrições práticas de custo e a restrições ambientais. Conforme descrito em várias modalidades, uma estrutura fluídica (por exemplo, um cone de nariz aprimorado) para estruturas de turbina é descrita.

[0030] A estrutura fluídica aprimorada aprimora a eficiência operacional geral da turbina. Embora a captura de energia eólica seja uma modalidade preferencial, a estrutura fluídica aprimorada é utilizável em múltiplos ambientes e campos, tais como para uso em turbinas que recebem um fluxo cativo incidente, tal como uma turbina a vapor (por exemplo, carvão, gás natural, nuclear, condensador solar), turbinas hidroelétricas entre outras.

[0031] Outras estruturas de turbina contempladas incluem aquelas nas quais a energia é necessária para ser inserida no fluxo, tais como hélices de aeronaves, hélices de navios, motores turbofan, bombas de água, impulsores radiais e mecanismos giratórios não elétricos, tais como moinhos de vento.

[0032] Em uma modalidade do presente pedido, em que é desejado que a energia seja extraída de um fluxo de entrada, a estrutura fluídica é fixada ou configurada para fixação ao cubo ou eixo principal de uma turbina e tem características geométricas aprimoradas que permitem estrutura para, além de proteger a turbina de cargas aumentadas por meio de TDET, aumentar a eficiência da turbina, fornecendo-se pelo menos um dentre (A) aumento do torque da turbina em um eixo principal e (B) fluxo incidente redirecionado para o associado pás do rotor (por exemplo, redirecionando o fluido incidente para o lado da sucção das pás do rotor) para reduzir a separação do fluxo e a turbulência associada. Em algumas modalidades, a estrutura fluídica aumenta o torque da turbina e redireciona o fluxo incidente para as pás do rotor associadas (por exemplo, redirecionando o fluido incidente para o lado de sucção das pás do rotor).

[0033] Em outra modalidade do presente pedido, na qual é desejado inserir energia no fluxo, a estrutura fluídica é fixada ou configurada para fixação ao cubo ou eixo de acionamento de um dispositivo ou estrutura. No caso de uma hélice para um navio, a estrutura fluídica seria fixada ao eixo de transmissão do navio e teria características geométricas aprimoradas que permitiriam que a estrutura fluídica seja protegida evitando o início da cavitação através do princípio de TDET, sendo necessário um maior intervalo de tempo para acelerar a água, criando o impulso necessário de maneira mais eficiente, o que significa que é necessário menos consumo de combustível para atingir a mesma velocidade náutica. Isso aumenta a eficiência de rotação relativa da hélice (HR), junto da eficiência da hélice atrás de um casco (ηρ), em que ηo é a eficiência da hélice em águas abertas:

[0034] A eficiência rotativa relativa (HR) é a eficiência com a qual a hélice gira em torno de seu eixo. As condições de arrasto e de influxo têm um impacto direto nesse desempenho. Devido ao fato de que o fluxo de água que entra na área de disco de uma hélice atrás de um casco não é constante tampouco está em ângulo retos, uma leve rotação resulta do giro de uma hélice. Esta rotação auxilia na eficiência rotativa relativa ao "pré- condicionar" o fluxo para acelerar ao longo de trajetórias alinhadas, limitando assim a turbulência e a vibração do eixo de transmissão associada. Uma geometria que auxilia nesse fenômeno seria benéfica para o desempenho da hélice, especialmente geometrias semelhantes às descritas no presente pedido que empregam TDET.

[0035] A estrutura fluídica em ambos os casos é uma estrutura de passo fixo rígido que gira em torno de um eixo geométrico central. A estrutura fluídica é alinhada a um eixo principal/de acionamento e contribui ou entrega torque para o eixo principal da turbina ou dispositivo ou estrutura, por meio de uma combinação de princípios de elevação e/ou arrasto, conforme necessário pela aplicação.

[0036] A estrutura fluídica, de uma modalidade, inclui uma estrutura geométrica que tem dois ou mais elementos fluídicos curvados que se estendem de uma ponta a montante que se alinha ao eixo geométrico central de rotação, a uma extremidade a jusante em uma posição radial na direção contrária ao eixo geométrico central.

[0037] A estrutura fluídica gira em torno do eixo geométrico central, em que os dois ou mais elementos fluídicos curvados contêm seções de corda que são amplas largas em uma porção a montante e relativamente mais estreitas em uma porção a jusante.

[0038] A estrutura fluídica é acoplada à turbina no cubo da turbina, por exemplo, como uma readaptação para uma estrutura de turbina existente (por exemplo, substituindo um cone de nariz que apenas protege o cubo) ou como parte de uma estrutura de turbina fabricada, de modo que a estrutura da turbina seja um sistema que tem componentes que operam em conjunto para capturar a movimentação rotacional para conversão em outra forma ou outro modo de energia. Em modalidades alternativas, a estrutura fluídica também pode ser permanentemente fixada à estrutura da turbina. Várias modalidades e variantes estruturais são descritas no presente documento.

[0039] De acordo com um aspecto, é fornecida uma estrutura fluídica que compreende um corpo que tem uma extremidade a montante, uma extremidade a jusante e um eixo geométrico de rotação, em que o corpo rígido incorpora uma pluralidade de elementos fluídicos curvados (projeções, canais, calhas etc.) que se estendem de uma ponta a montante que se alinha ao eixo geométrico central de rotação, a uma extremidade a jusante em alguma posição radial adicional longe do eixo geométrico central e gira em torno do eixo geométrico central para contribuir com torque para a turbina. A jusante é uma referência em relação ao ponto médio do corte transversal circular da base da pá de rotor, a partir da orientação do vento incidente. O plano de referência é o plano das pás de rotor. Quando o torque é fornecido, a ponta da estrutura (por exemplo, elemento fluídico) é a primeira a ter fluxo incidente transmitido sobre ela.

[0040] Pode haver vários elementos fluídicos, em algumas modalidades, são considerados 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10 elementos fluídicos. Eles podem ser espaçados de maneira uniforme um do outro em algumas modalidades ou podem ser dispostos irregularmente em outras modalidades.

[0041] A estrutura fluídica descrita no presente documento pode ser totalmente integrada ou ajustada e fixada a uma estrutura de cubo de uma turbina, como uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal, na posição central, desse modo, para substituir um cone de nariz existente.

[0042] A estrutura fluídica, quando associada a uma turbina eólica, enfrenta o vento incidente que flui de um local a montante em direção a um local a jusante, recebe o vento e gira em resposta ao fluxo do vento incidente em combinação com as pás de rotor da turbina eólica à medida que o vento incidente empurra os elementos fluídicos curvados, ou através dos mesmos, em sua trajetória da extremidade a montante até a extremidade a jusante.

[0043] Em uma modalidade preferencial, a estrutura fluídica gira em uníssono com as pás de rotor. A estrutura fluídica, quando adicionada a uma turbina eólica, se torna parte do rotor, adaptada para “cogirar com o rotor” (por exemplo, acoplada e/ou conectada de maneira operacional).

[0044] Por exemplo, a estrutura fluídica pode ser aparafusada no lugar, de modo que seja fixada à porção de cubo do rotor, de modo que não haja uma diferença de rotação entre ela e o rotor, para não haver nenhuma vibração extra.

[0045] Além disso, a estrutura fluídica direciona o vento incidente que atinge a extremidade a jusante dos elementos fluídicos curvados para fora e ao longo dos elementos em uma direção substancialmente normal para o eixo geométrico de rotação e, assim, ao longo do lado de sucção de uma respectiva pá de rotor da turbina eólica.

[0046] A porção de elemento fluídico curvado na extremidade a jusante da estrutura fluídica está geralmente alinhada a uma porção de pá de rotor de produção de energia contra o vento e, em modalidades em que a pá de rotor pode assumir a forma de um aerofólio e/ou pode formar uma nova seção de borda dianteira da pá de rotor (ou pás de rotor) e/ou pode formar uma nova seção da borda traseira da pá de rotor (ou pás de rotor). Geralmente alinhado inclui alinhamento substancial na direção radial, de modo que as seções de aerofólio da “projeção” alinhem melhor o fluxo para passar sobre o lado de sucção da pá de rotor. O alinhamento é utilizado para maximizar a potência e limitar a turbulência e cargas indevidas, embora possa haver alguma variação no alinhamento.

[0047] A estrutura fluídica age assim para aproveitar o vento incidente que ainda está a montante do plano das pás de rotor da turbina eólica para girar o cubo, aumentando assim a eficiência e/ou diminuindo as emissões de ruído e carregamento da turbina eólica como um todo por meio de sua aplicação e uso e aumentando-se o tempo de extração de energia, conhecido como transferência de energia dependente do tempo.

[0048] Além disso, a direção e a redistribuição da energia cinética do vento incidente para longe do eixo geométrico de rotação da turbina, porém contra as pás de rotor, fornece uma fonte de energia cinética que, em abordagens alternativas, foi perdida do cubo área, através da criação de uma região de baixa pressão através dos fenômenos de Vazamento Rotor-Base.

[0049] De acordo com outro aspecto, é fornecida uma estrutura fluídica para uma turbina que compreende um corpo rígido fixável a uma estrutura de cubo da turbina e incorporando uma pluralidade de elementos fluídicos curvados, em que cada um recebe e direciona o vento incidente no corpo rígido através o processo de arrasto e elevação contra um lado de sucção de uma pá de turbina correspondente.

[0050] Em uma modalidade, a estrutura fluídica pode ser retroencaixada para as turbinas existentes no lugar de um cone de nariz paraboloide padrão, ou em combinação com o mesmo, para, então, fornecer benefícios de eficiência e de geração de energia à turbina existente.

[0051] A direção na qual os elementos fluídicos são curvados em relação ao eixo geométrico de rotação é escolhida para corresponder à direção oposta da direção de rotação do eixo de acionamento e das pás de rotor. A curva se baseia na maximização do alinhamento radial com a pá de rotor, de modo que as seções de aerofólio do melhor canal de projeção fluam para o rotor. As diferentes configurações das pás de rotor estão relacionadas a pequenas diferenças na geometria da curva no espaço 3D.

[0052] Desse modo, um sentido anti-horário de rotação pretendida para a pá de rotor (ou pás de rotor) coordena com uma espiral no sentido horário para as calhas do dispositivo fluídico em torno do eixo geométrico de rotação, ao passo que um sentido horário de rotação pretendida para a pá de rotor (ou pás de rotor) coordenaria com uma espiral no sentido anti- horário para as calhas do dispositivo fluídico em torno do eixo geométrico de rotação.

[0053] Várias modalidades fornecem a descrição de oportunidades para aprimorar os aspectos tradicionais de um cone de nariz para uma turbina eólica ou hidráulica. As configurações inspiradas na biologia podem ser convenientemente retroencaixadas à estrutura de cubo de uma turbina, originando na frente do plano de movimento da pá de rotor (ou pás de rotor) e terminando atrás do dito plano. As estruturas fluídicas descritas no presente documento têm como objetivo produzir movimentação de rotação no eixo de acionamento de uma turbina que usa fluido incidente, tal como o vento, que está na frente do plano do percurso de pá de rotor, assim como direcionar esse fluido incidente que está na frente da estrutura de cubo para o lado da sucção das regiões de produção de energia da pá de rotor (ou pás de rotor), desse modo, aumentando eficiência geral da turbina com o uso da energia subutilizada disponível no fluido na área de cubo, desse modo, criando uma área de alta pressão. Essa área de alta pressão também direciona o fluxo de entrada de modo que se mova direção às posições radiais externas da turbina, tendo, assim, um efeito indireto através da criação de diferenciais de pressão que utilmente cria um fator de indução mais alto e gera mais fluxo de massa através do rotor em um determinado fluxo velocidade.

[0054] Por meio das modalidades descritas no presente documento, a turbina eólica com a estrutura fluídica pode encontrar um aumento na eficiência com a presente invenção integrada, além do que está disponível a partir das abordagens convencionais. Um aumento semelhante na eficiência também pode ser observado, caso uma turbina eólica com a estrutura fluídica integrada seja instalada contra o vento de outra turbina eólica com uma estrutura fluídica integrada. A soma total de múltiplas turbinas eólicas com a estrutura fluídica instalada pode ser maior que qualquer turbina eólica naquele parque eólico, devido aos macroefeitos que envolvem a esteira da turbina eólica aprimorada.

[0055] Em algumas modalidades, a ponta a montante da estrutura fluídica contém um sensor e sistema de dados associado para determinar as condições ambientais e de turbina, em que os dados do sensor e do sistema de dados associado são integrados no sistema de controle de supervisão e de obtenção de dados da turbina primária.

[0056] Em algumas modalidades, os elementos fluídicos curvados contêm células de carga associadas e em que a ponta a montante contém um sistema de sensor adequado para determinar dados específicos sobre o ambiente e sobre a turbina, acoplado a pelo menos um dentre um sistema de monitoramento de condição e um sistema de controle de supervisão e de obtenção de dados.

[0057] Em algumas modalidades, a estrutura fluídica é configurada para se fixar a uma estrutura de cubo com o uso de um sistema ajustável de suportes e pontos rígidos que permitem mudanças ao longo de um plano do eixo geométrico de rotação e em posições azimutais.

[0058] Em algumas modalidades, a turbina fluídica é uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal, e a estrutura fluídica é a única estrutura aerodinâmica que fornece torque a um eixo principal.

[0059] Em algumas modalidades, a turbina fluídica é uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal com um rotor montado em uma seção de cubo em uma porção de base com uma pluralidade de pás que compreendem um plano de rotor, em que cada pá dentre a pluralidade de pás tem uma borda dianteira, uma borda traseira, um lado de pressão, um lado de sucção e tem seções de aerofólio adaptadas para extrair energia do vento por meio de elevação e fornecer torque a um eixo principal; em que a estrutura fluídica é um cone de nariz aerodinâmico que tem dois ou mais elementos fluídicos curvados que se encontram em uma ponta a montante do plano de rotor e uma posição radial adicional a jusante do plano de rotor.

[0060] Em algumas modalidades, a turbina fluídica é pelo menos uma de turbina maremotriz de eixo geométrico horizontal, turbina hidrelétrica, uma turbina suspensa no ar, um dispositivo de energia eólica de alta altitude (HAWP) ou uma turbina eólica suspensa no ar e a estrutura fluídica é a única estrutura fluidodinâmica que fornece torque a um eixo principal.

[0061] Em algumas modalidades, a turbina fluídica é pelo menos uma dentre uma turbina maremotriz com eixo geométrico vertical, turbina de barragem hidrelétrica, uma turbina suspensa no ar, um dispositivo de energia eólica de alta altitude (HAWP) ou uma turbina eólica suspensa no ar e a estrutura fluídica é a única estrutura fluidodinâmica que fornece torque a um eixo principal.

[0062] Em algumas modalidades, a turbina fluídica é uma turbina maremotriz com eixo geométrico horizontal, com um rotor montado em uma seção de cubo em uma porção de base com uma pluralidade de pás que compreendem um plano de rotor, em que cada pá dentre a pluralidade de pás que tem uma borda dianteira, borda traseira, lado de pressão, lado de sucção e substancialmente com seções de hidrofólio projetadas para extrair energia da água e fornecer torque a um eixo principal, a estrutura fluídica é um cone de nariz hidrodinâmico com uma ponta a montante do plano de rotor e um posição radial adicional a jusante do plano de rotor.

[0063] Em algumas modalidades, o cone de nariz aerodinâmico inclui os elementos fluídicos curvados que são adaptados para aproveitar gradualmente a energia de um fluxo de ar de entrada e aprimorar a eficiência da turbina primária nos arredores próximo à turbina fluídica por meio da concentração de tal fluxo de ar do eixo geométrico central de rotação para uma posição radial adicional e, os elementos fluídicos curvados adaptados para guiar o dito fluxo de ar para o lado de sucção da pá, reduzindo a separação do fluxo, turbulência e vibrações associadas.

[0064] Em algumas modalidades, o cone de nariz aerodinâmico inclui os elementos fluídicos curvados e está adaptado para criar uma área de alta pressão útil em torno do cubo e a porção de base do rotor, o que permite que fluxo de ar de entrada para acelere radialmente na direção contrária do cubo a montante do rotor e aprimora a eficiência da turbina primária, aumentando-se o fator de indução axial e o fluxo de massa através do rotor.

[0065] Em algumas modalidades, os elementos fluídicos curvados agem para gradualmente aproveitar a energia de um fluxo de água de entrada e aprimorar a eficiência da turbina em uma vizinhança a jusante através da concentração de tal fluxo de água de um eixo geométrico central de rotação para uma posição radial adicional e guiar o dito fluxo de água no lado de sucção da pá, reduzindo a separação de fluxo, cavitação, turbulência e vibrações associadas.

[0066] Em algumas modalidades, os elementos fluídicos curvados atuam para criar uma área de alta pressão ao redor do cubo e porção de base do rotor, fazendo que o fluxo de água de entrada acelere radialmente na direção contrária ao cubo a montante do rotor, o que aprimora a eficiência de toda a turbina aumentando-se um fator de indução axial e fluxo de massa através do rotor.

[0067] Em algumas modalidades, a turbina fluídica inclui um indutor de ruído ultrassônico na ponta a montante programada especificamente para impedir que morcegos e outras espécies aviárias voem próximo da turbina produzindo um ruído que não é audível por seres humanos.

[0068] Em algumas modalidades, a estrutura fluídica é integrada com uma estrutura de cubo de uma turbina fluídica, ou encaixada e fixada à mesma, em uma posição central alinhada a um eixo geométrico central de rotação para substituir um cone de nariz existente ao mesmo tempo que a turbina fluídica é instalada em um ambiente operacional da turbina primária ou em uma configuração de fábrica como parte da fabricação da turbina primária.

[0069] Um método correspondente para operar uma turbina fluídica, em que um sistema de sensor é configurado para determinar dados específicos sobre o ambiente e sobre a turbina e inclui pelo menos um dentre uma unidade LiDAR voltada para frente acoplada a uma ponta de uma estrutura fluídica que fornece um fluxo de dados de alimentação direta de informações LiDAR para reduzir cargas e fenômenos operacionais indesejados nos componentes giratórios e na estrutura de suporte de uma turbina primária, ao mesmo tempo que é aprimorado o desempenho de energia por meio de procedimentos de controle antecipatório e abordagens e limiares operacionais definidos, em que uma pá de rotor passível de passo é controlável para definir um ângulo desejado de ataque, os componentes giratórios da turbina primária ou da estrutura fluídica são controláveis para serem guinados para uma ou mais orientações desejadas; em que o método compreende:

[0070] detectar, em um primeiro plano de detecção afastado da turbina fluídica, um fluxo de dados de alimentação direta de leituras LiDAR que representa características de velocidade do vento no primeiro plano de detecção; processar o fluxo de dados de alimentação direta em um sistema de arquitetura de dados configurado para gerar uma série de sinais de comando de controle mecânico em resposta às leituras de características de velocidade do vento, em que a série de sinais de comando de controle mecânico modifica pelo menos o ângulo desejado de ataque e a uma ou mais orientações desejadas dos componentes giratórios; em que o sistema de arquitetura de dados é configurado para atualizar as decisões de controle em tempo real ou em quase tempo real.

[0071] Em algumas modalidades, o método inclui, também, detectar, em uma ou mais células de carga fisicamente acopladas a um ou mais elementos fluídicos curvados da estrutura fluídica, um nível de tensão indicativo de um fator de carga no um ou mais elementos fluídicos curvados acoplados para ser armazenado no armazenamento de dados como um ou mais conjuntos de dados de fator de carga; processar, pelo sistema de arquitetura de dados, um ou mais conjuntos de dados de fator de carga para estabelecer uma métrica de erro entre a série de sinais de comando de controle mecânico e as características de velocidade do vento; atualizar, pelos sistemas de arquitetura de dados, uma ou mais características de controle do sistema de arquitetura de dados para reduzir a métrica de erro, a uma ou mais características de controle incluindo pelo menos um tempo de atraso compensatório entre um tempo em que a série de sinais de comando de controle mecânico são utilizados para modificar pelo menos o ângulo desejado de ataque e a uma ou mais orientações desejadas dos componentes giratórios e um momento em que as características da velocidade do vento são medidas.

[0072] Em algumas modalidades, é descrito um método de fabricação de um cone de nariz aerodinâmico, incluindo um cubo que gira em torno de um eixo central, alinhado a um eixo principal; e uma estrutura fluídica configurada para ser montada no cubo de uma turbina primária que contribui com torque para o eixo principal da turbina primária através do aumento de pelo menos um dentre elevação e arrasto, com materiais compostos, em que o método compreende: fabricar um molde a partir de um arquivo de projeto auxiliado por computador (CAD); camadas de colocação de vidro e fibra de carbono são colocadas no molde com epóxi entre as camadas e podem ser definidas para produzir um produto endurecido que se assemelha ao arquivo CAD.

[0073] Em algumas modalidades, o método de fabricação inclui instalar um flange e placa no cubo de uma turbina eólica pré- erigida, e em que a maioria da estrutura de montagem da reivindicação 4 é pré- montada e fixada ao cone de nariz aerodinâmico no solo, antes de toda a estrutura ser levantada por meio de um guindaste para a posição e fixada à turbina eólica por meio de flange e placa pré-instalados.

[0074] Em algumas modalidades, um método para transportar o cone de nariz aerodinâmico que inclui um cubo que gira em torno de um eixo geométrico central alinhado a um eixo principal; e uma estrutura fluídica configurada para ser montada no cubo de uma turbina primária que contribui com torque para o eixo geométrico principal da turbina primária através do aumento de pelo menos um dentre elevação e arrasto, em que a estrutura fluídica inclui dois ou mais elementos fluídicos curvados que se estendem de uma ponta a montante que se alinha ao eixo geométrico central de rotação, a uma extremidade a jusante em uma posição radial na direção contrária ao eixo geométrico central e gira em torno do eixo geométrico central para contribuir com torque para a turbina primária; e, em que os dois ou mais elementos fluídicos curvados contêm seções de corda que são mais amplas em uma posição a montante em relação a uma posição a jusante, em que o método compreende: empilhar cada um dos dois ou mais elementos fluídicos curvados um sobre o outro e depositar os dois ou mais elementos fluídicos curvados um sobre o outro dentro de um contêiner de transporte ou sobre a carroceria de um caminhão de plataforma.

[0075] Outros aspectos, assim como vantagens, serão descritos no presente documento.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0076] Nas Figuras, as modalidades são ilustradas a título de exemplo. Deve ser entendido expressamente que a descrição e as figuras servem apenas a título de ilustração e como um auxílio para entendimento.

[0077] As modalidades serão agora descritas, apenas a título de exemplo apenas, com referência às Figuras fixadas, em que nas Figuras:

[0078] As modalidades da invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos nos quais:

[0079] A Figura 1 é uma vista em elevação lateral de uma turbina eólica com eixo geométrico horizontal, de acordo com a técnica anterior;

[0080] A Figura 2A é uma vista em elevação lateral de uma turbina eólica com eixo geométrico horizontal que incorpora uma estrutura fluídica em conformidade com uma modalidade da invenção;

[0081] A Figura 2B é uma vista em perspectiva frontal da turbina eólica com eixo geométrico horizontal da Figura 2A;

[0082] A Figura 3A é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica, de acordo com uma modalidade da invenção;

[0083] A Figura 3B é uma vista em elevação frontal da estrutura fluídica da Figura 3A;

[0084] As Figuras 4A e 4B são vistas em corte transversal da estrutura fluídica da Figura 3A, de uma posição próxima à extremidade a montante (4A) e de uma posição mais próxima da extremidade a jusante (4B);

[0085] As Figuras 5A, 5B, 5C e 5D são vistas em corte transversal de várias modalidades alternativas de estruturas de retenção nas bordas de calhas;

[0086] A Figura 6 é uma vista em perspectiva frontal de uma estrutura de fixação para a estrutura fluídica da Figura 3A em interface com uma estrutura de cubo de uma turbina eólica;

[0087] A Figura 7 é uma vista em perspectiva posterior de uma estrutura de fixação alternativa;

[0088] A Figura 8 é uma vista em perspectiva posterior de outra estrutura de fixação alternativa;

[0089] A Figura 9 é uma vista em elevação lateral da estrutura fluídica da Figura 8 que mostra, também, um sistema de fixação e a relação entre a estrutura fluídica e um rotador, estrutura de cubo e pás de rotor de uma turbina;

[0090] A Figura 10 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica que tem textura de superfície de acordo com uma modalidade;

[0091] A Figura 11 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica de acordo com uma modalidade que tem extremidades de calha que terminam niveladas com as respectivas pás de rotor;

[0092] A Figura 12 é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica alternativa, de acordo com uma modalidade da invenção alternativa;

[0093] A Figura 13 é uma vista em elevação lateral da estrutura fluídica da Figura 12 que mostra adicionalmente a estrutura de ventilação e a relação entre a estrutura fluídica e uma estrutura de rotador e cubo de uma turbina;

[0094] A Figura 14 é uma vista em perspectiva frontal de uma estrutura fluídica que tem calhas que têm o corte transversal aerodinâmico, de acordo com uma modalidade;

[0095] A Figura 15 é uma vista em elevação frontal de uma turbina eólica urbana que incorpora uma estrutura fluídica;

[0096] A Figura 16 é uma vista em elevação frontal de um conjunto de turbina que incorpora uma estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades;

[0097] A Figura 17 é uma vista em elevação lateral de um conjunto de turbina que incorpora uma estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades;

[0098] A Figura 18 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades;

[0099] A Figura 19 é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades;

[0100] A Figura 20 é uma vista em elevação lateral de um conjunto de turbina que incorpora uma estrutura fluídica hidrodinâmica, de acordo com algumas modalidades;

[0101] A Figura 21 é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica hidrodinâmica, de acordo com algumas modalidades;

[0102] A Figura 22 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica que ilustra células de carga dispostas da mesma, de acordo com algumas modalidades;

[0103] A Figura 23 é uma vista em perspectiva de um cubo para montar a estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades;

[0104] A Figura 24 é uma vista em elevação lateral de um contêiner de transporte que armazena uma estrutura fluídica para transporte, de acordo com algumas modalidades;

[0105] A Figura 25 é um diagrama esquemático de blocos de um controlador de turbina, de acordo com algumas modalidades;

[0106] A Figura 26 é um diagrama de blocos de um dispositivo de computação, de acordo com algumas modalidades; e

[0107] A Figura 27 é uma vista em elevação lateral de uma hélice para um navio, de acordo com algumas modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0108] Agora, a referência será feita detalhadamente às várias modalidades da invenção cujos um ou mais exemplos serão ilustrados nas Figuras. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção e não deve ser considerado como limitação da invenção. Por exemplo, os recursos ilustrados ou descritos como parte de uma modalidade podem ser usados em outras modalidades, ou em combinação com estas, para originar ainda uma modalidade adicional. A presente invenção está destinada a incluir tais modificações e variações.

[0109] A Figura 1 é uma vista em elevação lateral de uma turbina eólica com eixo geométrico horizontal 10, de acordo com a técnica anterior. A turbina eólica 10 inclui uma torre 100 suportada por uma superfície S, tal como superfície do solo, ou que se estende da mesma. Sustentada na torre 100, por sua vez, há uma nacele 200 que se estende horizontalmente. Uma estrutura de cubo com um rotador 300 é montada de maneira giratória em uma extremidade frontal da nacele 200 e pode girar em relação à nacele 200 em torno de um eixo geométrico de rotação R. O rotador 300 recebe e suporta várias pás de rotor 400 que se estendem cada uma para fora do rotador 300. As pás de rotor 400 capturam o vento incidente W que flui em direção à turbina eólica 10 e que, consequentemente, giram. Devido ao fato de que são sustentadas pelo rotador 300, as pás de rotor 400, quando giram, fazem com que o rotador 300 gire em torno do eixo geométrico de rotação R para, então, causar a movimentação de rotação que pode ser convertida de maneira bem conhecida em energia elétrica ou mecânica utilizável. Neste sentido, as pás de rotor 400 são, cada uma, estruturas adaptadas para atravessar um ambiente de fluido, em que, nessa modalidade, o fluido é ar ambiente. A nacele 200 pode ser montada rotativamente na torre 100 de modo que a nacele 200 possa girar em torno de um eixo substancialmente vertical (não mostrado) em relação à torre 100, desse modo, para permitir que as pás de rotor 400 estejam voltadas de maneira adaptativa para a direção da qual o vento incidente W está se aproximando da turbina eólica 10. Um cone de nariz 500 com um formato geralmente uniforme e paraboloide é mostrado montado em uma extremidade frontal do rotador 300 para desviar o vento incidente W na direção contrária do rotador 300.

[0110] A Figura 2A é uma vista em elevação lateral de uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal 15 que incorpora uma estrutura fluídica 600 de acordo com uma modalidade da invenção, e a Figura 2B é uma vista em perspectiva frontal da turbina eólica de eixo geométrico horizontal 15.

[0111] A turbina eólica 15 inclui uma torre 100 suportada por uma superfície S, tal como superfície do solo, ou que se estende da mesma. Sustentada na torre 100, por sua vez, há uma nacele 200 que se estende horizontalmente. Uma estrutura de cubo com um rotador 300 é montada de maneira giratória em uma extremidade frontal da nacele 200 e pode girar em relação à nacele 200 em torno de um eixo geométrico de rotação R. O rotador 300 recebe e suporta várias pás de rotor 400 que se estendem cada uma para fora do rotador 300. As pás de rotor 400 capturam o vento incidente W que flui em direção à turbina eólica 15 e, consequentemente, giram. Devido ao fato de que são sustentadas pelo rotador 300, as pás de rotor 400, quando giram, fazem com que o rotador 300 gire em torno do eixo geométrico de rotação R para,

então, causar a movimentação de rotação que pode ser convertida de maneira bem conhecida em energia elétrica ou mecânica utilizável. A nacele 200 pode ser montada rotativamente na torre 100 de modo que a nacele 200 possa girar em torno de um eixo substancialmente vertical (eixo geométrico de guinada, não mostrado) em relação à torre 100, desse modo, para permitir que as pás de rotor 400 estejam voltadas de maneira adaptativa para a direção da qual o vento incidente W está se aproximando da turbina eólica 15.

[0112] Nessa modalidade, a estrutura fluídica 600 é mostrada montada em uma extremidade frontal do rotador 300 e é giratória, junto do rotador 300 e das pás de rotor 400, em torno do eixo geométrico de rotação R.

[0113] A Figura 3A é uma vista elevada lateral da estrutura fluídica 600, ampliada para facilitar a explicação, e a Figura 3B é uma vista elevada frontal da estrutura fluídica 600. A estrutura fluídica 600 inclui um corpo rígido 602 que tem uma extremidade a montante 602U e uma extremidade a jusante 602D. O corpo rígido 602 incorpora uma pluralidade de calhas, nessa modalidade, três (3) calhas 604A, 604B e 604C. Cada calha 604A, 604B e 604C é espiralada de uma ponta 606 na extremidade a montante 602U para a extremidade a jusante 602D em torno do eixo geométrico de rotação R. As calhas 604A, 604B e 604C também são alargadas, cada uma, em relação ao eixo geométrico de rotação R, desse modo, próximo à extremidade a jusante 602D, direcionar o fluido incidente - nessa modalidade, o vento incidente ao longo das calhas 604A, 604B e 604C em uma direção substancialmente normal ao eixo geométrico de rotação R.

[0114] Nessa modalidade, as calhas 604A, 604B e 604C na extremidade a montante 602U geralmente partem de um ponto próximo à ponta 606 ao longo de uma direção geralmente paralela ao eixo geométrico de rotação R e, então, conforme progridem em espiral em direção à extremidade a jusante 602D se alargam progressivamente para fora do eixo geométrico de rotação para redirecionar o vento incidente Wi

(mostrado indo para a página na Figura 3B) de modo que o vento redirecionado WRD flua ao longo da superfície frontal das pás de rotor 400.

[0115] Conforme mostrado particularmente na Figura 3B, cada uma das calhas 604A, 604B e 604C é geralmente um formato de estágio único, isto é, é aumentado de maneira progressivamente gradual no raio focal da espiral da extremidade a montante 602U para a extremidade a jusante 602D. Além disso, há um aumento gradual correspondente na largura da calha da extremidade a montante 602U para a extremidade a jusante 602D. Nessa modalidade, cada uma das calhas 604A, 604B e 604C geralmente é alargada parabolicamente, de modo que haja um aumento gradual na largura da calha da extremidade a montante 602U para a extremidade a jusante 602D. Em modalidades alternativas, as calhas podem ser contornadas de modo que, quando passarem da extremidade a montante 602U para a extremidade a jusante 602D, aumentem gradualmente de largura e, em seguida, mantenham uma largura estável através de uma região intermediária de modo que as bordas da calha fiquem paralelas, então, aumentem gradualmente de largura novamente até a extremidade a jusante 602D. Ainda em outra modalidade alternativa, as calhas podem ser contornadas de modo que, quando passarem da extremidade a montante 602U para a extremidade a jusante 602D, aumentem gradualmente de largura, em seguida, mantenham uma largura estável através de uma região a jusante até a extremidade a jusante 602D sem que aumentem novamente em largura.

[0116] As Figuras 4A e 4B são vistas em corte transversal da estrutura fluídica 600, de uma posição A próxima à extremidade a montante (mostrada de A na Figura 3A) e de uma posição mais próxima da extremidade a jusante (mostrada de B na Figura 3A), mostrando os diferentes raios focais FR_A e FR_B das calhas 604A, 604B e 604C, assim como as diferentes larguras das calhas 604A, 604B e 604C. Será observado que, nessa modalidade, a largura de cada calha 604A, 604B e 604C progride proporcionalmente com o raio focal.

[0117] Conforme mostrado nas Figuras 3A, 3B, 4A e 4B, cada calha 604A, 604B e 604C tem bordas opostas que se estendem da extremidade a montante 602U até a extremidade a jusante 602D. Nessa modalidade, uma das bordas de cada calha 604A, 604B e 604C incorpora a respectiva estrutura de retenção 605A, 605B e 605C para impedir que o fluido incidente - nessa modalidade, vento incidente - saia de uma respectiva calha 604A, 604B e 604C e para direcionar o fluido incidente ao longo da calha.

[0118] Nessa modalidade, cada estrutura de retenção 605A, 605B e 605C é uma parede alongada arqueada que é geralmente um formato em C em corte transversal. Em particular, uma porção da superfície de cada calha 604A, 604B e 604C que recebe o vento incidente Wi ao longo da borda é gradualmente flexionada sobre si mesma até um ângulo máximo de duzentos e setenta (270) graus. O corte transversal das calhas 127 pode ter, ainda, qualquer forma elíptica ou arqueada benéfica.

[0119] As Figuras 5A, 5B, 5C e 5D são vistas em corte transversal de várias modalidades alternativas de estruturas de retenção para uma calha, tal como a calha 604B, ao longo de uma porção de borda da mesma. Por exemplo, a Figura 5A é uma vista de uma estrutura de retenção 607B que é uma parede ligeiramente arqueada que se estende geralmente 90 graus em uma direção a montante, a Figura 5B é uma vista de uma estrutura de retenção 609B que é uma parede levemente arqueada com uma parede mais larga raio do que aquele da Figura 5A e que é levemente imersa em uma direção a jusante antes de formar um arco em uma direção a montante, a Figura 5C é uma vista da estrutura de retenção 605B da estrutura fluídica 600, conforme mostrado na Figura 4B que se estende geralmente 90 graus em uma direção a montante antes curva, e a Figura 5D é uma vista de uma estrutura de retenção 611B que é semelhante à estrutura de retenção 605B, porém que, como a estrutura de retenção 605B, é levemente imersa em uma direção a jusante antes de formar arco a montante novamente. Ainda em outras modalidades, a estrutura de retenção pode ser estendida em seu formato geralmente em C de modo que tenha um formato em U em corte transversal.

[0120] As estruturas de retenção impedem que o vento incidente Wi se espalhe sobre a borda das calhas, assim, mantém mais vento dentro das calhas nas regiões nas quais as estruturas de retenção se estendem das bordas.

[0121] A Figura 6 é uma vista em perspectiva frontal de uma estrutura de fixação, na forma de um conjunto de braçadeira de nariz 650, para fazer interface com a estrutura fluídica 600 com uma estrutura de cubo de uma turbina eólica com eixo geométrico horizontal, tal como uma turbina eólica 15. O conjunto de grampo de nariz 650 é configurado de modo que a estrutura de cubo existente 300 e as pás de rotor 400 não precisem ser desmontadas para serem retroencaixadas à turbina eólica 15 com estrutura fluídica 600 usando o conjunto de braçadeira de nariz 650. Conforme mostrado, o conjunto de grampo de nariz 650 está ligado à estrutura de cubo existente 300 da turbina eólica 15 e é estabilizado adicionalmente nas bases 402 da pá de rotor 400 através de dispositivos de suporte do conjunto de grampo de nariz 650 incluindo suportes 656, braçadeiras 652 e rolos e/ou roldanas 654. Alternativamente, uma ou mais braçadeiras, uma ou mais reforços, um ou mais suportes, uma ou mais escoras, um ou mais roldanas e um ou mais rolos ou combinações dos mesmos podem ser empregados como mecanismos de fixação.

[0122] Deve-se observar que, de preferência, os rolos e/ou roldanas 654 têm interface com a estrutura fluídica 600 e a turbina 15 para permitir que o conjunto de braçadeira de nariz 650 sustente ajustes seletivos para o passo de cada pá de rotor 400 em relação à estrutura de cubo. Nesse caso, os rolos rolam ao longo da superfície externa da base 402 de uma respectiva pá de rotor 400, ao mesmo tempo que retêm a estrutura fluídica 600 em uma posição central em relação à estrutura de cubo.

[0123] A Figura 7 é uma vista em perspectiva posterior de uma estrutura de fixação alternativa, na forma de um conjunto de braçadeira de nariz 660, para fixar a estrutura fluídica 600 apenas às bases 402 das pás de rotor 400 da turbina eólica de eixo geométrico horizontal 15. Nessa modalidade, o rotador 300 e as pás de rotor 500 existentes não precisam ser removidos antes de turbina eólica 15 ser retroencaixada com a estrutura fluídica

600. Conforme mostrado, o conjunto de grampo de nariz 660 é estabilizado nas bases 402 da pá de rotor 400 por meio de dispositivos de suporte do conjunto de grampo de nariz 660 incluindo suportes 656, braçadeiras 652 e rolos e/ou roldanas 654. Alternativamente, uma ou mais braçadeiras, um ou mais reforços, um ou mais suportes, uma ou mais escoras, um ou mais roldanas e um ou mais rolos ou combinações dos mesmos podem ser empregados como mecanismos de fixação.

[0124] Deve-se observar que, de preferência, os rolos e/ou roldanas 654 têm interface com a estrutura fluídica 600 e a turbina 15 para permitir que o conjunto de braçadeira de nariz 660 sustente ajustes seletivos para o passo de cada pá de rotor 400 em relação à estrutura de cubo. Nesse caso, os rolos rolam ao longo da superfície externa da base 402 de uma respectiva pá de rotor 400, ao passo que retêm a estrutura fluídica 600 em uma posição central em relação à estrutura de cubo e a ponta 606 alinhada ao eixo geométrico de rotação R.

[0125] Em uma modalidade alternativa, o sistema de fixação pode ser configurado para interagir apenas com a estrutura de cubo de uma turbina eólica e, assim, não entrar em contato fisicamente com as pás de rotor.

[0126] A Figura 8 é uma vista em perspectiva posterior de uma estrutura fluídica alternativa 700. A estrutura fluídica 700 é semelhante à estrutura fluídica 600, em que a estrutura fluídica 700 inclui um corpo rígido 702 que tem uma extremidade a montante 702U e uma extremidade a jusante 702D. O corpo rígido 702 incorpora uma pluralidade de calhas, nessa modalidade, três (3) calhas 704A, 704B e 704C. Cada calha 704A, 704B e 704C é espiralada de uma ponta 706 na extremidade a montante 702U para a extremidade a jusante 702D em torno do eixo geométrico de rotação R. As calhas 704A, 704B e 704C também são alargadas, cada uma, em relação ao eixo geométrico de rotação R, desse modo, próximo à extremidade a jusante 702D, direcionar o fluido incidente - nessa modalidade, o vento incidente Wi ao longo das calhas 704A, 704B e 704C em uma direção substancialmente normal ao eixo geométrico de rotação R.

[0127] Nessa modalidade, a estrutura fluídica 700 inclui circuitos circulares integrais 740A, 740B e 740C afixados ao lado voltado para trás da estrutura fluídica 700 e cada um dimensionado para receber e assentar uma base respectiva 402 de uma pá de rotor 400 (não mostrada em Figura 8) antes da interface das bases 402 com uma estrutura de cubo de uma turbina, como a turbina eólica 15. Os circuitos circulares integrais 740A, 740B e 740C são mostrados sem quaisquer rolos simplesmente para maior clareza.

[0128] A Figura 9 é uma vista em elevação lateral da estrutura fluídica 700, que mostra, também, estrutura de cubo 670 e sua relação entre a estrutura fluídica 700 e um rotador 300 da estrutura de cubo e as pás de rotor 400 de uma turbina eólica 15. A estrutura de cubo e os circuitos de circulação integral 740A, 740B e 740C podem ser usados para "aparafusar" a estrutura fluídica 700 na estrutura de cubo da turbina eólica 15 para, então, retroencaixar a turbina eólica 15 com uma estrutura fluídica e com interfaces com os escoras 675 que podem ter sido parte de um cone de nariz original 500 e/ou rotador 300.

[0129] A Figura 10 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica 800 com textura superficial 855 em uma das calhas 804B e que mostra uma orientação pretendida de giro no sentido horário. As outras calhas 804A e 804C podem ter textura de superfície semelhante 855. A estrutura de direcionamento de fluido 800 pode ser configurada de modo muito semelhante às estruturas de direcionamento de fluido 600 e 700 e, nessa modalidade, é mostrada terminando na extremidade a jusante de modo que as calhas 804A, 804B e 804C da mesma sejam integradas com as respectivas pás de rotor 400 para, então, fornecer uma superfície frontal contínua para receber e redirecionar o vento incidente Wi nas direções mostradas pelo WRD. A superfície frontal contínua reduz as interrupções no fluxo de fluido que poderiam contribuir para o arrasto de fluido indesejável.

[0130] A textura 855 pode ser de qualquer configuração que reduz o arrasto de fluido e, portanto, permite o aumento da produção de energia da estrutura fluídica 800. Por exemplo, a textura pode incluir cavidades. Uma visão aproximada da textura 855 pode ser observada em 860 que mostra as cavidades 861 que afundam abaixo da superfície da calha e as cavidades 862 que se levantam acima da superfície. A subfigura ampliada em elevação lateral da Figura 10 mostrada em 863 ilustra as escavações das cavidades 861 e a elevação das mesmas acima da superfície 862.

[0131] Em uma modalidade, também podem ser incluídos geradores de vórtice na superfície do conjunto do cone de nariz. A aplicação da textura da superfície pode ser feita por qualquer meio durante a fabricação ou após a instalação.

[0132] A Figura 11 é uma vista em elevação frontal da estrutura fluídica 800 com a textura de superfície 855 não mostrada e que mostra uma orientação pretendida de giro no sentido anti-horário.

[0133] Será observado que a direção na qual as calhas 804A, 804B e 804C são espiraladas em relação ao eixo geométrico de rotação R corresponde à direção oposta na qual as pás de rotor 400 se devem girar. Desse modo, um sentido anti-horário de rotação pretendida para a pá de rotor (ou pás de rotor) coordenaria com uma espiral no sentido horário para as calhas 804A, 804B e 804C em torno do eixo geométrico de rotação R (conforme mostrado na página na Figura 11), ao passo que uma direção de sentido horário de rotação pretendida para a pá de rotor (pás de rotor) coordenaria com uma espiral no sentido anti-horário para o 804A, 804B e 804C em torno do eixo geométrico de rotação como na Figura 10. Nessa modalidade, as calhas 804A, 804B e 804C da estrutura fluídica 800, em que ficam alinhadas respectivamente com uma porção de aerofólio de produção de energia contra o vento de uma respectiva pá de rotor 400, podem assumir a forma de corte transversal de um aerofólio. Alternativamente ou em alguma combinação, as calhas 804A, 804B e 804C podem formar uma nova seção da borda dianteira das pás de rotor 400 e/ou podem formar uma nova seção da borda traseira das pás de rotor 400.

[0134] A Figura 12 é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica alternativa 900. Nessa modalidade, a estrutura fluídica 900 tem calhas 904A, 904B e 904C que têm, cada uma, um primeiro estágio S1 progressivamente alargado da ponta 906 em sua extremidade a montante 902U até uma posição de ponto médio P que é intermediária à extremidade a montante 902U e a extremidade a jusante 902D. Cada uma das calhas 904A, 904B e 904C também incluem um segundo estágio S2 progressivamente alargado da posição de ponto médio P para a extremidade a jusante 902D. Cada calha 904A, 904B e 904C em seu segundo estágio S1 é geralmente mais ampla que em seu primeiro estágio S2.

[0135] Cada um dos estágios S1 e S2 geralmente tem o formato ampliado parabolicamente. Nessa modalidade, a posição do ponto médio P está a meio caminho entre as extremidades a montante e a jusante. No entanto, em modalidades alternativas, a posição do ponto médio P pode ser maior que a metade entre as extremidades a montante e a jusante, tal como na posição de três quartos (3/4). Além disso, as calhas 904A, 904B e 904C podem espiralar em torno do eixo geométrico de rotação R entre aproximadamente cento e oitenta (180) graus e cerca de trezentos e sessenta (360) graus. O contorno da espiral pode apresentar muitos desvios. Por exemplo, a espiral de uma calha pode começar na ponta frontal 906 do cone de nariz e continuar até a extremidade a jusante 902D, onde sua superfície se conecta nivelada e/ou fica muito próximo da porção de aerofólio de produção de energia contra o vento de uma pá de rotor correspondente 400. Nas modalidades, a espiral pode atravessar qualquer formato paraboloide ou pode atravessar vários formatos desse tipo de modo que tenha mais de dois estágios. Após começar na ponta 906, um contorno parabólico pode, então, diminuir em uma posição próxima da posição do ponto médio P para alcançar uma linha quase paralela com o eixo geométrico de rotação R. Nessa posição próxima da posição do ponto médio P, um contorno parabólico pode, então, se alargar para um focal mais amplo, do qual metade ou noventa (90) graus de sua volta é concluído. O contorno pode, então, se afunilar novamente perto da estrutura de cubo para ficar paralelo à linha do eixo de acionamento, ponto em que um total de cento e oitenta (180) graus de volta será concluído. Essa configuração permite, então, que o vento incidente Wi prossiga em etapas ao longo dos múltiplos S1, S2 ao longo da superfície de uma calha respectiva 904A, 904B, 904C, conforme inspirado pelo bico e cabeça de um martim-pescador, e seja direcionado para a porção de aerofólio de produção de energia contra o vento da pá de rotor correspondente

400.

[0136] A Figura 13 é uma vista em elevação lateral da estrutura fluídica 900 que mostra, também, a estrutura de ventilação e a relação entre a estrutura fluídica e um rotador e estrutura de cubo 120 de uma turbina. A estrutura de ventilação inclui entradas de ventilação 985, tubos flexíveis e/ou mangueiras 986, junto das posições internas relativas da estrutura de cubo existente 120 e cone de nariz 500. Nessa modalidade, a estrutura fluídica 900 pode incluir entradas de ventilação 985 em sua superfície dentro do segundo estágio S2 para permitir que o ar penetre no cone de nariz 500 e na estrutura de cubo 120 e/ou na nacele 200 por meio de tubos flexíveis e/ou mangueiras 986.

[0137] De acordo com um aspecto de outra modalidade, a estrutura de redirecionamento de fluido 900 pode ser um conjunto de monocoque com um revestimento estrutural e que está configurado para permitir que uma estrutura de cubo existente 120 com rotador 300 e/ou cone de nariz 500 seja recebida em a extremidade a jusante 902D dentro da estrutura fluídica 900. Nessa modalidade, a estrutura fluídica é uma unidade de uma peça. Em modalidades alternativas, a estrutura fluídica pode ser uma unidade de múltiplas peças.

[0138] A Figura 14 é uma vista em perspectiva frontal de uma estrutura fluídica 1000 que tem calhas 1004A, 1004B e 1004C que têm o corte transversal aerodinâmico, junto de seções de aerofólio aerodinâmicas adicionadas 1046.

[0139] De acordo com esse aspecto, isso pode ser obtido com a presença de um vão 1043 entre a porção mais externa da extremidade a jusante 1002D da estrutura fluídica 1000 e uma porção de aerofólio de produção de energia contra o vento da pá de rotor (ou pás de rotor) de turbina eólica 400. Esse método cobre a região da base da pá de rotor (ou pás de rotor) 402, porém permite a flexibilidade do material e/ou a capacidade para converter a porção mais externa da extremidade a jusante 1002D da estrutura fluídica 1000 em uma seção de aerofólio. Isso se estende com eficácia o comprimento da pá de rotor (ou pás de rotor) 400, criando uma nova borda traseira 404 e uma borda dianteira 405. Além disso, outra seção de aerofólio aerodinâmico 1046 pode ser adicionada em uma posição paralela à pá de rotor (ou pás de rotor) 400 e ligeiramente acima da porção mais externa da extremidade a jusante 1002D da estrutura fluídica 1000. Isso tem o efeito de evitar que qualquer energia cinética restante no incidente de vento Wi saia da porção mais externa da extremidade a jusante 1002D da estrutura fluídica 1000 entre a base (ou bases) da pá de rotor (ou pás de rotor) 402 sem primeiramente trabalhar na estrutura fluídica 1000 antecipadamente. O trabalho é mostrado aqui em Wii, em que o vento incidente é desviado de sua trajetória ao longo de uma seção de aerofólio aerodinâmica 1046, logo, trabalhando nessa seção e reduzindo sua energia cinética, saindo em We. Essa seção de aerofólio aerodinâmico 1046 é fixada à porção traseiras das calhas em 1005A e a uma parte frontal 1005B da parte mais externa da extremidade a jusante 1002D da estrutura fluídica 1000 por meio de qualquer método adequado, de modo que uma força de rotação seja gerada quando o incidente de vento Wi passar sobre ela. De acordo com outro aspecto, essa seção 1046 - junto de qualquer outra seção da estrutura fluídica 1000 - pode formar uma combinação de duas (2) ou mais seções destacáveis.

CONSIDERAÇÕES DO LIMITE DE BETZ E APRIMORAMENTOS DO MESMO

[0140] Conforme afirmado acima, o limite de Betz é o coeficiente máximo de desempenho (Cp) na extração de energia cinética eólica e é 59,3%. As tecnologias eólicas conhecidas têm, na realidade, um Cp muito inferior ao limite de Betz. A equação para o limite de Betz é a seguinte:

[0141] em que, Pmax é a potência máxima disponível, p é a densidade do ar, S é a área percorrida do rotor e v é a velocidade do ar.

[0142] O Coeficiente de desempenho também pode ser determinado examinando-se o fator de indução axial da turbina (a), que é descrito pela seguinte relação:

[0143] e que atinge o Limite de Betz quando a = 1/3.

[0144] A lei de Betz presume que:

[0145] 1 . O rotor não possui cubo, este é um rotor ideal, com um número infinito de pás que não possuem arrasto. Qualquer arrasto resultante apenas diminuiria esse valor idealizado.

[0146] 2. O fluxo para dentro e fora do rotor é axial. Essa é uma análise de volume de controle e, para fornecer uma solução, o volume de controle deve conter todo o fluxo que entra e sai, a não consideração desse fluxo viola as equações de conservação.

[0147] 3. O fluxo é incompressível. A densidade permanece constante e não há transferência de calor.

[0148] 4. Impulso uniforme sobre o disco ou área do rotor.

[0149] O que foi dito acima é um máximo idealizado que nunca é alcançado, pois as turbinas modernas possuem um cubo e seu rotor não é o ideal. No entanto, teoricamente, é possível estender esse limite quebrando a 4ª suposição, de que o empuxo sobre a área do rotor é uniforme. Concentrando-se o fluxo em posições radiais externas, uma abordagem aprimorada pode exceder o potencial de captura de energia para um determinado estado de fluxo. As modalidades nesse pedido descrevem tal dispositivo que pode quebrar essa presunção, canalizando-se o fluxo de entrada na direção contrária ao eixo geométrico central de rotação.

[0150] Fazendo isso, é fornecida uma nova equação a seguir para descrever os fenômenos, o que pode ajudar a prever possíveis resultados.

[0151] A Figura 16 é uma vista em elevação frontal de um conjunto de turbina eólica que incorpora uma estrutura fluídica (por exemplo, um cone de nariz aerodinâmico), de acordo com algumas modalidades.

[0152] A Figura 16 ilustra uma turbina eólica 1600 com a torre 1601, nacele 1602 e pás passíveis de passo 1603, que juntas definem um rotor.

[0153] A nacele 1602 abriga o eixo principal e o trem de acionamento da turbina eólica e um conversor de energia, por exemplo, um gerador, que gira através do torque de um eixo principal, que define o eixo geométrico de rotação em torno do local 1606a com em relação ao rotor 1603.

[0154] O torque para o eixo principal é fornecido pelas pás passíveis de passo 1603 que, por sua vez, é composta de uma série de seções de aerofólio otimizadas, cuja geometria se baseia na posição radial, que é definida na técnica anterior, e usa o princípio aerodinâmico de elevação para gerar a força de torque sobre o local 1606a.

[0155] Mais especificamente, o diferencial de pressão entre os dois lados de uma pá passível de passo 1603 de uma turbina eólica 1600, conhecido como lado de “pressão” e “sucção”, gera o torque em um eixo principal, visto que essa pressão tenta igualar e causa a rotação do rotor.

[0156] Em algumas modalidades, as seções de aerofólio de uma pá passível de passo 1603 aumentam progressivamente em seu comprimento de corda, o que significa que a pá se torna progressivamente mais larga, de uma ponta de pá 1603a até a posição de largura de corda máxima 1603b, que é comumente de 80% do comprimento total da pá.

[0157] O rotor contém pás passíveis de passo 1603 para manter um ângulo de ataque ideal para as várias geometrias da seção do aerofólio, dada sua posição radial e, portanto, sua velocidade local durante a operação. A partir da região de largura máxima da corda 1603b até a extremidade do rotor mais próxima do eixo geométrico de rotação 1606a, uma base da pá de rotor 1604 é definida.

[0158] Essa base de pá 1604 é projetada para fins estruturais para suportar o peso da pá passível de passo 1603 e, portanto, tem seu corte transversal geralmente circular, o que permite duplamente o ato de lançamento por meio de um motor de passo. Desse modo, essa base de pá 1604 é subideal em termos aerodinâmicos e diminui o potencial de eficiência geral da turbina eólica 1600 devido à sua promoção de estol e turbulência em operação, não sendo uma seção de aerofólio otimizada.

[0159] Uma das causas para a criação de turbulência e estol na seção 1604 é que não há energia suficiente no vento para permanecer ligado à pá passível de passo 1603 nas mudanças severas de direção que são criadas devido à geometria da pá de rotor, sendo mais circular e, desse modo, o fluxo se separa da superfície da base da pá 1604, criando turbulência e paralisação.

[0160] A base da pá 1604 contém seções transversais que são mais semelhantes a aerofólio por natureza mais próximas da posição de comprimento de corda máximo 1603b e também contém seções transversais que são menos semelhantes a aerofólio por natureza mais próximo do eixo geométrico de rotação 1606a. Desse modo, as seções da base da pá 1604 mais próximas do eixo geométrico de rotação 1606a estão mais propensas a e criar turbulência, e é mais provável que o grau de paralisação e turbulência criada seja maior nessas seções, em comparação às seções transversais próximas a 1603b. Em uma modalidade desse pedido, um cone de nariz aerodinâmico 1606 para uma turbina eólica 1600 é descrito.

[0161] Uma das funções desse cone de nariz aerodinâmico 1606 é promover e auxiliar a aerodinâmica preferencial para a pá passível de passo 1603 correspondente à base da pá 1604, que é atualmente subideal e sujeita a turbulência e estol. Durante a operação, turbulência e estol transmitem vibrações indesejadas no trem de acionamento contido dentro da nacele 1602 e levam a manutenção cara e substituição prematura de componentes. As pás de rotor 1603 também são componentes que estão sujeitos à substituição prematura, portanto, seria mais desejável reduzir as vibrações e o carregamento desnecessário causado pela turbulência e estol neste componente, junto da torre 1601.

[0162] Em operação, o vento que flui sobre as três pás passíveis de passo 1603 faz com que o rotor gire através do mecanismo aerodinâmico de elevação. Essas pás são presas a um eixo principal por meio de um cubo, localizado contra o vento de uma nacele 1602, que está conectada a um gerador que cria eletricidade.

[0163] A Figura 17 é uma vista em elevação lateral de um conjunto de turbina eólica que incorpora uma estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades.

[0164] Durante a operação de uma turbina eólica 1600, se sabe, também, que ocorre um fenômeno conhecido como “vazamento rotor-base”, pelo qual uma região de baixa pressão em torno da base da pá de rotor 1604 é formada devido à aerodinâmica subideal. Em outras posições radiais da pá passível de passo 1603 mais perto da ponta 1603a, sabe-se que há áreas de alta pressão. A diferença de pressão entre essas áreas causa um leve movimento radial de ar da região de alta pressão para a região de baixa pressão, acelerando o fluido incidente 'F' que chega na face do rotor em direção ao eixo geométrico de rotação 1606a.

[0165] A potência máxima disponível para qualquer turbina eólica 1600 é descrita pelo Limite de Betz, e é, em parte, uma função do comprimento da pá passível de passo 1603, que descreve, então, a área percorrida do rotor. Uma suposição desse limite é o fato de que o fluxo seja uniforme através do disco do rotor, o que na prática não é o caso, devido, em parte, ao fenômeno de vazamento na base do rotor. O inverso também é verdadeiro, o que significa que, se o fluxo for concentrado em outras posições radiais “Fi”, o limite em teoria pode ser eclipsado. Isso é descrito em uma equação anterior.

[0166] Em outra modalidade, o cone de nariz aerodinâmico 1606 promove aerodinâmica preferencial de acordo com a equação acima, criando-se uma área de alta pressão, onde antes havia uma área de baixa pressão em sua área local (por exemplo, dentro de 25 metros). Devido, em parte, à sua geometria, começando com a ponta do cone de nariz aerodinâmico 1606a, o fluido incidente 'F' é canalizado para as posições radiais externas, ‘Fi’.

[0167] Em uma outra modalidade, isso ocorre em primeiro lugar por meio de um mecanismo com base em arrasto e, em seguida, em segundo lugar, por meio de um mecanismo com base em elevação, que é descrito mais detalhadamente na Figura 19.

[0168] O efeito local é que isso atrai o fluido incidente 'F' para assumir o padrão de fluxo visto em 'Fi', o que significa que mais fluxos de fluido sobre seções de aerofólio são mais capazes de converter esse fluxo em torque em um eixo principal em outras posições radiais.

[0169] De acordo com outra modalidade, isso equilibra a distribuição de pressão através do disco do rotor e reduz as cargas na turbina eólica 1600, especialmente na torre 1601.

[0170] A Figura 18 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica adaptada para operar no vento, de acordo com algumas modalidades. As dimensões exemplificativas incluem aproximadamente um terço da estrutura fluídica que se baseia em arrasto, enquanto aproximadamente dois terços da estrutura que se baseia em elevação, +/- 15%. Nesse exemplo, o ponto do eixo geométrico central até 1809 é 1/3 de todo o comprimento da pá.

[0171] Em uma modalidade, é descrita uma estrutura fluídica 1806 que tem elementos fluídicos curvados 1804, 1805, que começa em uma ponta a montante 1806a alinha a um eixo geométrico central e se estende a uma extremidade a jusante 1810 e gira em torno desse eixo geométrico central na direção 'R', de modo que cada elemento fluídico curvado 1804, 1805 tenha uma borda dianteira 1808 e uma borda traseira 1809. O elemento fluídico curvado 1804 que está mais próximo da ponta a montante 1806a opera mais geralmente no princípio de arrasto, ao passo que o elemento fluídico 1805 opera mais geralmente no princípio de elevação, sendo composto de seções de aerofólio. Tanto a seção 1804 quanto a seção 1805 geralmente estreitam progressivamente na seção de corda e largura da ponta a montante 1806a até a extremidade a jusante 1810.

[0172] Em uma modalidade desse pedido referente à operação de uma turbina fluídica, como a turbina eólica 1600, o fluido 'F' que flui contra os elementos fluídicos 1804 e em torno das seções de aerofólio de 1805 cria a força de rotação na direção 'R', contribuindo, então, com torque da estrutura fluídica 1806 e, quando acoplado (por exemplo, aparafusado) a uma turbina fluídica, como a turbina eólica 1600, gera torque adicional para o eixo principal alojado dentro da nacele 1602.

[0173] Em outra modalidade do presente pedido, a operação de uma turbina fluídica, como uma turbina eólica 1600, é auxiliada pelo cone de nariz aerodinâmico 1806 e contém um indutor de ruído ultrassônico 1825 na ponta a montante 1806a especificamente programado para impedir que morcegos e outras espécies aviárias voem perto da turbina, produzindo um ruído que não é audível para os humanos.

[0174] Conforme mostrado, algumas modalidades podem ter formato de serpentina, assim como cônicas ou frustocônicas. A geometria pode incluir formas contínuas que "espiralam" para fora e cada elemento fluídico pode ser estruturas contínuas que são discretas umas das outras e espaçadas umas das outras. O perfil geral dos elementos fluídicos em combinação pode ser cônico, em forma de serpentina ou frustocônico.

[0175] De uma perspectiva de escala, em um exemplo de modalidade não limitativo, cada estrutura fluídica é uma pá de um cone de nariz que se estende a aproximadamente 20% (+/-5) do comprimento da pá, que é aproximadamente onde a corda máxima ocorre na pá. Desse modo, um comprimento de pá de 50 metros teria, por exemplo, um comprimento de pá de elemento fluídico do cone de nariz aprimorado em 10 metros.

[0176] A Figura 19 é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica adaptada para operar no vento, de acordo com algumas modalidades.

[0177] À medida que uma partícula de fluido atinge o elemento fluídico 1804, sua geometria desvia a partícula de fluido de modo que uma reação igual e oposta ocorra, exibindo uma força na direção de 'R', resultando em torque em torno de um eixo geométrico central de rotação ‘A’.

[0178] Os três elementos fluídicos 1804, 1805 se unem em 1806a, que descreve a ponta a montante e o eixo geométrico central de rotação ‘A’. Em operação, o fluido incidente 'F' desce ao longo da superfície de 1804 para o lado de pressão 1805 do elemento fluídico, cujo corte transversal é definido por uma seção de aerofólio apropriada 1811, juntando o fluxo que está atingindo esse lado de pressão 1805 e aquele que está atingindo a borda dianteira 1808 do aerofólio e contribuindo para a elevação.

[0179] Devido à adição de fluxo de 1804 para o lado da pressão de 1805, o diferencial de pressão entre o lado da pressão e a sucção das seções de aerofólio de 1805 é aumentado e promove o aumento das efígies aerodinâmicas que são, então, aproveitadas pela estrutura fluídica 1806 e pela turbina fluídica resultante à qual está fixada, que, por exemplo, poderia ser uma turbina eólica, conforme descrito na Figura 16. Esse mecanismo aerodinâmico acelera localmente o fluxo com eficácia e contribui para uma camada limítrofe energizada, contribuindo para a promoção do fluxo laminar para fora da borda traseira 1809 da estrutura fluídica 1806.

[0180] Em um aspecto dessa modalidade, a geometria da estrutura fluídica de 1806 também confere estabilidade estrutural preferencial, sendo estreitamente em formato triangular, o que por sua vez limita a vibração da estrutura fluídica 1806 que poderia ser passada para a turbina fluídica associada 1600 por meio de pontos de fixação sólidos descritos posteriormente neste pedido, durante suas operações.

[0181] Em outra modalidade do presente pedido, é fornecido um sistema de sensor que pode conter pelo menos uma dentre uma unidade de LiDAR voltada para frente 1826, adequada para determinar dados específicos sobre o ambiente e sobre a turbina, que podem incluir RPM, posição do rotor, velocidade do vento, turbulência do vento, tesoura do vento, variação do vento, temperatura, umidade e densidade do ar entre outras variáveis,

acoplada à ponta da estrutura fluídica 1806a que possibilita que um fluxo de dados de alimentação direta reduza cargas e fenômenos operacionais indesejados nos componentes giratórios da turbina, a saber, o rotor 1603 e trem de acionamento, eixo principal e o gerador contido dentro de uma nacele 1602 e a estrutura de suporte que inclui um torre 1601.

[0182] Em um aspecto dessa modalidade, o uso de uma unidade de LiDAR voltada para a frente 1826 acoplada a uma turbina fluídica, tal como 1600, por meio da fixação de uma estrutura fluídica 1806 por meio de um mecanismo conforme descrito na Figura 22, pode aprimorar o desempenho de energia e a eficiência aerodinâmica de uma pá passível de passo 1603 e turbina 1600 associadas por meio de procedimentos de controle antecipatório e abordagens e limiares operacionais definidos, em que a pá passível de passo 1603 pode ser arfada para o ângulo desejado de ataque e para os componentes giratórios de uma turbina fluídica 1600 - a saber, o rotor 1603 e o trem de acionamento, o eixo principal e o gerador contidos dentro de uma nacele 1602, podem ser guinados para a orientação desejada em relação à referência do fluido incidente 'F'. Essas entradas mecânicas são determinadas por meio de um sistema de arquitetura de dados descrito na Figura 25.

[0183] Em outra modalidade desse pedido, a estrutura fluídica 1806 contém células de carga 1815 associadas de maneira diretamente física a pelo menos um dentre um elemento fluídico curvado 1804, 1805 de uma estrutura fluídica 1806 e transmite uma alimentação de dados quase em tempo real dentro de 0,01 a 5 segundos por meio de um sistema de arquitetura dados descrito na Figura 25 para reduzir cargas indesejadas e fenômenos operacionais e aprimorar o desempenho de energia.

[0184] Durante a operação, as células de carga e o fluxo de dados associado permitem o controle direto da turbina fluídica com base nas cargas medidas, ajustando-se uma pá de rotor passível de passo 1603 por meio de um motor de passo associado e/ou ajustando-se os componentes giratórios de uma turbina através de um motor de guinada, geralmente na base de uma nacele 1602. Um exemplo de célula de carga inclui um mecanismo de medidor de tensão, que, em um exemplo não limitativo, inclui circuitos do tipo ponte de Wheatstone cujas propriedades elétricas são modificadas em resposta à deformação física (por exemplo, deformação elástica). Esse tipo de célula de carga de exemplo pode incluir tiras condutoras lineares ou conjunto de circuitos do tipo folha resistiva cujos níveis de deformação podem ser detectados por meio de uma resposta medida a uma tensão de excitação.

[0185] A diferença na carga específica medida entre as células de carga 1815a e 1815b, por exemplo, em operação pode informar o comportamento do controlador de turbina dado o conhecimento sobre a posição do rotor. Cargas que são medidas como diferentes entre 1805a e 1805b, junto da magnitude da diferença podem informar o grau de alteração necessário de uma pá passível de passo 1603 e/ou uma nacele de turbina 1602 por meio de seu motor de guinada para colocar a turbina em linha para um parâmetro de carga operacional pré-definido. Esse sistema pode ser facilmente compatível com outros sistemas que medem cargas nas pás perfuráveis 1603.

[0186] A Figura 20 é uma vista em elevação lateral de um conjunto de turbina maremotriz que inclui uma torre 2001, trem de acionamento e gerador fechado com uma nacele à prova d'água 2002, que é acionada por um cubo associado 2013, que suporta ambas as pás hidrodinâmicas 2003 e uma estrutura fluídica que tem um cone de nariz hidrodinâmico 2000, composto de elementos fluídicos geralmente curvados, cada um composto por um componente com base em arrasto 2004 e um componente com base em elevação 2005, de acordo com algumas modalidades deste pedido. Nessa figura, o fluido 'F' é água, que é exponencialmente mais denso que o fluido do ar. Como tal, a geometria do cone de nariz hidrodinâmico 2000 é diferente das Figuras 16 a 19 anteriores.

[0187] Mantido o princípio de Transferência de Energia Dependente do Tempo (TDET), o aumento na densidade do fluido causa um aumento no tempo T necessário para desacelerar o fluido incidente 'F' de acordo com um aspecto da presente invenção, movendo de uma posição no caso extremo de uma ponta da estrutura fluídica 2006a para uma posição a jusante 2010, cobrindo um deslocamento radial de 'R'. Desse modo, a razão entre o tempo T’ e deslocamento radial ‘R’ é aumentada em relação ao exemplo da estrutura fluídica 1606, 1806 nas Figuras 17 e 18, respectivamente.

[0188] Em um aspecto dessa modalidade, o fluido incidente 'F' esfrega ao longo do lado de pressão 2004 do cone de nariz hidrodinâmico 2000, sendo a porção à base de arrasto da estrutura fluídica, causando rotação em torno de um eixo geométrico central de rotação ‘A’. De acordo com outro aspecto da presente invenção, esse fluido incidente 'F' de 2004 encontra, em seguida, o fluido adicional que atinge uma borda dianteira 2008 da seção 2005, que é uma seção com base em elevação do cone de nariz hidrodinâmico 2000 que é composta de seções de hidrofólio. Esse fluido adicional 'F' de 2004 aumenta a velocidade do fluxo local de 2005 no lado de pressão, auxiliando o efeito hidrodinâmico aumentando-se a diferença de pressão entre o lado de pressão e da sucção de 2005, limitando a separação do fluxo que sai da borda traseira de 2009. Além disso, o aumento no tempo T que o cone de nariz hidrodinâmico 2000 tem para desacelerar o fluido 'F' e gerar energia evita o início da cavitação conhecida por se formar em máquinas rotativas na água, em que tempo insuficiente é dado por um objeto para alterar a velocidade de água.

[0189] De acordo com outra modalidade desse pedido, o cone de nariz hidrodinâmico 2000, através de seus elementos fluídicos curvados 2004, 2005, atua para aproveitar gradualmente a energia de um fluido de entrada 'F' que flui contra o mesmo e aprimorar a eficiência das turbinas associadas pás 2003 em sua vizinhança a jusante, através da concentração de tal fluxo de fluido do eixo geométrico central de rotação ‘A’ para outras posições radiais, conforme descrito por 'Fi'. Em um aspecto desta modalidade, o cone de nariz hidrodinâmico 2000 atinge o efeito descrito por 'Fi', criando-se uma área de alta pressão em torno do cubo 2013 e da porção de base da pá 2003a, e com isso promove o fluxo de entrada de modo que acelere radialmente na direção contrária 'Fi' ao cubo 2013 a montante das pás de rotor 2013 e aprimore a eficiência de toda a turbina 2001, 2002, 2003, aumentando-se o fator de indução axial e o fluxo de massa através do rotor, conforme descrito em modalidades anteriores.

[0190] Em outra modalidade do presente pedido, o fluido incidente ‘F’ sairia da borda traseira 2009 do cone de nariz hidrodinâmico 2000, de preferência, com características laminares e permitiria o desempenho aprimorado de uma pá de turbina associada 2003, reduzindo a turbulência e vibrações associadas.

[0191] A Figura 21 é uma vista em elevação lateral de uma estrutura fluídica hidrodinâmica 2100 adaptada para operar em água, de acordo com algumas modalidades. Nessa figura, a estrutura fluídica hidrodinâmica 2100 é composta de elementos fluídicos geralmente curvados, cada um composto por um componente com base em arrasto 2004 e um componente com base em elevação 2005.

[0192] Em uma modalidade deste pedido, a estrutura fluídica hidrodinâmica 2100 é o único componente fluídico para gerar torque em torno de um eixo geométrico central de rotação ‘A para um eixo principal 2013. De acordo com outra modalidade deste pedido, o princípio de Transferência de Energia Dependente do Tempo (TDET) é mantido, uma vez que o aumento na densidade do fluido causa um aumento no tempo T necessário para desacelerar o fluido incidente 'F', movendo-o de uma posição no caso extremo de uma ponta da estrutura fluídica 2006a para uma posição a jusante 2010, cobrindo um deslocamento radial de 'R'.

[0193] Desse modo, a razão entre o tempo T’ e deslocamento radial ‘R’ é aumentada em relação ao exemplo da estrutura fluídica 1606, 1806 nas Figuras 17 e 18, respectivamente.

[0194] Em um aspecto dessa modalidade, o fluido incidente 'F' esfrega ao longo do lado de pressão 2004 do cone de nariz hidrodinâmico 2000, sendo a porção à base de arrasto da estrutura fluídica, causando rotação em torno de um eixo geométrico central de rotação ‘A’.

[0195] De acordo com outro aspecto da presente invenção, esse fluido incidente 'F' de 2004, em seguida, encontra fluido adicional que atinge uma borda dianteira 2008 da seção 2005, que é uma seção com base em elevação do cone de nariz hidrodinâmico 2000 que é composta de seções de hidrofólio. Esse fluido adicional 'F' de 2004 aumenta a velocidade do fluxo local de 2005 no lado de pressão, auxiliando o efeito hidrodinâmico aumentando- se a diferença de pressão entre o lado de pressão e da sucção de 2005, limitando a separação do fluxo que sai da borda traseira de 2009. Além disso, o aumento no tempo T que o cone de nariz hidrodinâmico 2000 tem para desacelerar o fluido 'F' e gerar energia evita o início da cavitação conhecida por se formar em máquinas rotativas na água, em que tempo insuficiente é dado por um objeto para alterar a velocidade de água.

[0196] A Figura 22 é uma vista em elevação frontal de uma estrutura fluídica hidrodinâmica 2100 adaptada para operar na água, de acordo com algumas modalidades.

[0197] De acordo com um aspecto, a estrutura fluídica hidrodinâmica 2100 contém células de carga 2015 diretamente fisicamente associadas a pelo menos um de um elemento fluídico curvado que contém elementos com base em arrasto 2004 e elementos baseados em elevação 2005 equidistantes em localização no meio de uma largura de corda associada. De acordo com outra modalidade do presente pedido, as células de carga 2015 transmitem uma alimentação de dados quase em tempo real (por exemplo, dentro de 0,01 a 5 segundos) por meio de um sistema de arquitetura de dados descrito na Figura 24 para reduzir cargas indesejadas e fenômenos operacionais e aprimorar o desempenho de energia.

[0198] Durante a operação, as células de carga e o fluxo de dados associado permitem o controle direto da turbina fluídica hidrodinâmica 2100 com base em cargas medidas ajustando os componentes giratórios de uma turbina através de um motor de guinada. Embora isso geralmente seja na base de uma nacele, conforme descrito na Figura 16, isso também pode ser feito girando-se um gerador anular 2017, conforme descrito na Figura 15. A presença de um gerador de anel 2017 associado a uma turbina fluídica hidrodinâmica 2100 pode ser vantajosa devido ao fato de que uma caixa de engrenagens não é usada, limitando assim o número de componentes e fontes potenciais de vibração e manutenção, uma consideração importante quando as turbinas estão em um ambiente marinho.

[0199] Em outra modalidade do presente pedido, uma ponta a montante 2006a contém um sistema de sensor 2026 adequado para determinar dados específicos sobre o ambiente e sobre a turbina, acoplado a pelo menos um dentre um sistema de monitoramento de condição e um sistema de controle de supervisão e obtenção de dados, conforme descrito em Figura

25.

[0200] Em outra modalidade do presente pedido, os elementos com base em arrasto 2004 da estrutura fluídica 2100 contêm estruturas de retenção 2020 ao longo da borda dianteira 2008 para impedir que fluido incidente saia de um respectivo elemento à base de arrasto 2004 e para direcionar o fluido incidente rumo aos elementos com base em elevação 2005, desse modo, aprimorando o desempenho.

[0201] A Figura 23 é uma vista em perspectiva de um cubo de uma turbina eólica para montar a estrutura fluídica, de acordo com algumas modalidades.

[0202] Durante o procedimento de montagem, o flange 2320 é instalado no cubo 2319 sendo preso à pista externa do mancal de pá 2319a através de vários prisioneiros 2319b. Esses flanges 2320 servem para apoiar a placa de montagem 2321, que fornece um ponto de montagem estável para o suporte se conectar. O acesso a essa área pode envolver contornar o cone de nariz e o conjunto do rotador (não mostrado), que geralmente cobre o cubo 2319 de uma turbina eólica.

[0203] O flange 2320 pode ser afixado à pista externa do mancal de pá 2319a ou na fábrica quando a turbina está sendo montada, no campo quando a turbina está sendo erigida ou em algum ponto após o comissionamento após a turbina ter sido usada. Os prisioneiros 2319b localizados em torno de 2319a podem ser removidos e substituídos por prisioneiros mais longos para acomodar o flange 2320 ou a porca pode simplesmente ser removida para acomodar a espessura do flange 2320 antes de reapertar, como mostrado em 2319c.

[0204] Esse flange 2320 permite que um ponto rígido seguro seja estabelecido para fixar a estrutura fluídica 1606, conforme mostrado na Figura 17, à turbina. Quando for desejável retroencaixar uma estrutura fluídica em uma turbina que já estava operando no passado, pode ser necessário reposicionar ou ajustar a estrutura fluídica 1606 para otimizar seu desempenho aerodinâmico. Isso pode ser feito permitindo vários pontos de fixação 2321a, ou permitindo que a placa 2321 seja ajustada na direção 'Z'. Também pode ser desejável evitar a interferência com quaisquer garrafas circulares de graxa que possam estar no lugar em torno do mancal de pá 2319a e, portanto, seria desejável cortar um orifício no flange como em 2320a para permitir a passagem das garrafas de graxa através do mesmo.

[0205] Além disso, durante a afixação da estrutura fluídica 1606, conforme mostrado na Figura 17, pode ser desejável ajustar a estrutura de rotação na orientação do azimute, tanto com o propósito de fixá-la adequadamente à turbina quanto para otimizar o desempenho aerodinâmico pelo posicionamento cada elemento fluídico 1804, 1805, conforme na Figura 18, no alinhamento geométrico correto com uma pá correspondente 2303 da turbina. Isso também deve ser permitido deslizando-se a placa 2321 em torno da direção do azimute ‘A’.

[0206] Durante um processo de instalação no qual a turbina é erguida, as pás de rotor 2303 seriam travadas através de um procedimento padrão conhecido na técnica, permitindo a instalação do flange

2320, do qual pode haver até seis (6), dois (2) entre cada uma das pás 2303, conforme mostrado na Figura 23. Esses flanges 2320 se projetariam através do rotador (não mostrado) e permitiriam a fixação da placa 2321 em um nível no topo do rotador e abrir para os elementos. Ambos os elementos seriam instalados com antecedência antes que a estrutura fluídica 1606 fosse içada para a posição com seu suporte, economizando o tempo dispendioso do guindaste.

[0207] A Figura 24 é uma vista em elevação lateral de um contêiner de transporte que armazena uma estrutura fluídica para transportação, de acordo com algumas modalidades.

[0208] Em uma modalidade do presente pedido, é fornecido um método de transporte do cone aerodinâmico 2400, em que cada um dos dois ou mais elementos fluídicos curvados 2404 que compõem as seções aerodinâmicas do cone de nariz aerodinâmico são empilhados um sobre o outro e caber dentro de um contêiner de transporte 2430 ou na cama de um caminhão plataforma. Além disso, o suporte de montagem e o flange e as placas 2420 estão contidos dentro do contêiner de transporte 2430 como peças separadas dos elementos fluídicos curvados 2404.

[0209] A capacidade de transporte que usa um contêiner de transporte padronizado 2430 ou em um caminhão de plataforma é inovadora e benéfica devido aos custos atuais de transporte de componentes de turbinas eólicas que usam métodos de transporte e transporte de grande porte. O projeto modular da estrutura fluídica permite que isso aconteça, tornando os componentes empilháveis.

[0210] A Figura 25 é um diagrama esquemático de blocos de um controlador de turbina, de acordo com algumas modalidades.

[0211] O controlador de turbina inclui pelo menos um dentre um sistema de aquisição de dados, sistema de monitoramento de condição que monitora outros parâmetros da turbina, comando de turbina e sistema de aquisição e/ou um sistema de controle de supervisão e obtenção de dados.

[0212] O controlador de turbina inclui mecanismos de controle antecipatório e abordagens operacionais definidas e limites que definem uma metodologia de controle cibernético e lógica que está atualizando as decisões de controle em tempo quase real ou em tempo real (por exemplo, dentro de 0,01 a 5 segundos através dos dados descritos acima sistema de arquitetura).

[0213] Um parâmetro de controle cibernético para uma turbina é definido, o que fornece um fluxo de dados de alimentação direta e controle antecipatório. A analogia humana é que a turbina “vê” a mudança no comportamento do fluxo chegando e se ajusta para minimizar as cargas e maximizar a produção de energia.

[0214] Abordagens alternativas são reacionárias, então, a turbina está funcionando "às cegas", a partir de um anemômetro que está no topo da nacele.

[0215] Isso é problemático, pois a velocidade do vento que o anemômetro lê e a velocidade real do vento são dois aspectos diferentes, devido ao fato de que a lavagem do rotor afeta as velocidades e cria turbulência. Um ajuste denominado “função de transferência de navalha” é usado para ajustar esse déficit.

[0216] Colocar uma LiDAR, que usa um laser, para ver e rastrear o fluxo de entrada elimina todos os problemas, especialmente quando colocado no eixo geométrico central, e também quando é uma tecnologia LiDAR de “onda contínua”, embora ambas as tecnologias de LiDAR sejam possíveis. Com um laser pulsado, uma caixa de rolos é necessária, pois a unidade de LiDAR deve permanecer estacionária no espaço. As mesmas regras são verdadeiras para outras turbinas fluídicas ambientais, como turbinas maremotriz.

[0217] LiDAR inclui implantações que usam luz de laser pulsado em que os pulsos refletidos são medidos com um sensor. Os sinais recebidos em resposta podem ser analisados para determinar, por exemplo,

tempos de retorno, comprimentos de onda modificados (efeito Doppler), que podem ser usados, entre outros, para fazer determinações com base no alvo detectado, como uma representação 3D ou um plano detectado de medições de velocidade do vento de ventos que se aproximam.

[0218] Esses dois sistemas, junto de outros parâmetros da turbina, alimentam o sistema de obtenção e comando da turbina, que informa o sistema SCADA. Esse sistema, então, determina se uma mudança no passo ou na guinada é necessária. Esse sistema pode funcionar apenas com as cargas de célula ou com uma combinação da carga e LiDAR de alimentação direta.

[0219] Em um exemplo, é instalada uma turbina com uma LiDAR de alimentação direta equipada com PowerCone™ (por exemplo, um cone de nariz das várias modalidades descritas no presente documento). A turbina produz potência nominal de 8 m/s. A velocidade do vento é de 8 m/s, consistente durante 10 segundos, medindo a cada segundo (dados de 1 segundo) em um ponto 100 metros à frente do rotor. Durante a operação, ela então “vê” uma rajada se aproximando que sobe para 10 m/s. Uma rajada é detectada, por exemplo, como um aumento rápido na velocidade do vento (por exemplo, uma aceleração ou desaceleração além de um limite).

[0220] Dado que o motor de passo no rotor pode lançar a pá a 1 grau por segundo, e a mudança necessária no ângulo de ataque é de 1 grau (de 8 a 10 m/s), a turbina “conta” 9 segundos antes de arfar para o ângulo correto de ataque e encontra a rajada na hora certa. Isso é análogo a uma entrega “na hora certa”. Consequentemente, pode haver um lapso de tempo entre a arfagem da pá e quando a rajada é detectada.

[0221] O LiDAR pode ser configurado para “ver” um plano a 100 metros de distância ou medições variadas a 100, 75, 50, 25 metros de saída, para confirmar a primeira medição registrada e ajustar, conforme necessário em tempo real. Visto que o LiDAR envia um laser em forma de cone, a partir de sua fonte, as medições são menos precisas quanto mais perto estiver a medição, uma vez que o dispositivo não mede a velocidade do vento em todo o rotor. Portanto, uma combinação do sistema LiDAR e células de carga adicionais para as pás do cone de nariz (por exemplo, elementos fluídicos) para chegar a um sistema de controle avançado que usa ambos os conjuntos de dados em conjunto, de modo que os conjuntos de dados possam ser usados para corrigir e para se adaptar a imprecisões que afetariam sua eficácia se usado sozinho.

[0222] Contempla-se que essa mesma turbina é, então, equipada com células de carga nas pás do cone de nariz. A rajada chega e é medida como uma força no cone de nariz, que confirma o que o LiDAR detecta ou não.

[0223] Esse sistema pode gerar sistematicamente sinais de controle para anular o LiDAR, uma vez que é uma medição direta e forneceria dados para comparar com os níveis de limiar no sistema TCS. Caso estejam alinhados, as pás não inclinam e a turbina não guina. Caso contrário, o SCADA geraria sinais de controle a serem emitidos para as pás e para a turbina para ajuste correspondente (por exemplo, modificar o passo e/ou guinada). As células de carga no cone de nariz podem ser usadas no lugar de um anemômetro. Princípios semelhantes se aplicam a outras turbinas fluídicas.

[0224] A Figura 26 é um diagrama de blocos de um dispositivo de computação, de acordo com algumas modalidades. O dispositivo de computação 2600 pode incluir tecnologias como uma placa de circuito impresso, um conjunto de arranjos de portas programáveis em campo, um servidor de computador, entre outras.

[0225] Conforme relatado, o dispositivo de computação inclui pelo menos um processor 2602, memória 2604, pelo menos uma interface de E/S 2606, e pelo menos uma interface de rede 2608.

[0226] O processador 2602 pode ser um processador Intel ou AMD x86 ou x64, PowerPC, ARM ou semelhante. A memória 2604 pode incluir uma combinação adequada de memória de computador que está localizada interna ou externamente, como, por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM), memória somente leitura (ROM), memória somente de leitura de disco compacto (CDROM) ou semelhantes.

[0227] Cada interface de E/S 2606 possibilita que o dispositivo de computação 2600 se interconecte com um ou mais dispositivos de entrada, tais como um teclado, camundongo, câmera, tela sensível ao toque e um microfone ou com um ou mais dispositivos de saída, tais como um visor de exibição e um alto-falante. O dispositivo de computação pode receber conjuntos de dados de células de carga, sistemas de LiDAR, entre outros. Esses conjuntos de dados podem incluir dados brutos (por exemplo, leituras sensoriais em um plano de medição ou em um ponto de medição) ou dados processados (por exemplo, velocidade do vento, quantidade de carga em termos de estresses ou tensões).

[0228] Cada interface de rede 2608 possibilita que o dispositivo de computação 2600 se comunique com outros componentes para trocar dados com outros componentes, acessar e conectar recursos de rede, servir aplicativos e realizar outras aplicações de computação conectando-se uma rede (ou múltiplas redes) com capacidade para transportar dados incluindo a Internet, Ethernet, linha de antigo serviço de telefone simples (POTS), Rede pública de telefonia comutada (PSTN), rede digital de serviços integrados (ISDN), linha de assinante digital (DSL), cabo coaxial, fibra óptica, satélite, móvel, sem fio (por exemplo, Wi-Fi, WMAX), rede de sinalização SS7, linha fixa, rede local, rede de longa distância e outros, incluindo qualquer combinação dos mesmos. Os componentes para comunicação incluem controladores de inclinação/guinada, motores e servomotores, que podem modificar vários aspectos dos rotores da turbina ou os elementos fluídicos e controles dos mesmos para fazer melhor uso do vento incidente com base em uma previsão estabelecida.

[0229] As vias de comunicação podem ser utilizadas para estabelecer circuitos de retroalimentação/correção, por exemplo, fornecer circuitos de retroalimentação corretiva para minimizar um termo de erro (por exemplo, um controlador PI, um controlador P, um controlador PID, entre outros). Cada grau de liberdade controlável pode ser estabelecido como uma variável que pode ser controlada para otimização na tentativa de reduzir o termo de erro ao longo de um período de tempo. Como exemplo específico, as medições LiDAR podem ser usadas para controle de inclinação e a eficácia pode ser medida através das células de carga ou uma velocidade/torque detectados das pás. Os recursos de otimização incluem aspectos de tempo (por exemplo, quanto tempo de atraso deve ser implementado entre a medição e a resposta), quanta modificação de passo é necessária, caso uma leitura seja uma rajada sustentada ou uma aberração/ruído.

[0230] O código de programa é aplicado para inserir dados a fim de realizar funções descritos no presente documento e gerar informações de saída. As informações de saída são aplicadas a um ou mais dispositivos de saída. Em algumas modalidades, a interface de comunicação pode ser uma interface de comunicação de rede. Nas modalidades em que elementos podem ser combinados, a interface de comunicação pode ser uma interface de comunicação de software, tal como aquelas para comunicação entre processos. Ainda em outras modalidades, pode haver uma combinação de interfaces de comunicação implantadas como hardware, software e uma combinação dos mesmos. O código do programa pode ser executado em hardware especializado, incluindo dispositivos de computação para fins especiais e processadores que residem ou são eletronicamente acoplados à turbina e/ou ao cone de nariz. Os elementos da turbina e os elementos do cone de nariz podem ser controlados juntos ou separadamente, em algumas modalidades. As células de carga podem ser colocadas nos elementos fluídicos do cone de nariz ou nos rotores da turbina, ou na nacele, entre outros locais. De modo semelhante, as unidades LiDAR podem residir perto ou na nacele, nas pás de rotor ou em várias outras posições e orientações.

[0231] A Figura 27 é uma a vista em elevação lateral de uma hélice para um navio, de acordo com algumas modalidades. De acordo com uma modalidade do presente pedido, a estrutura fluídica 2706 configurada para atuar como uma hélice para um navio 2701 e gerar empuxo seria fixada ao eixo de acionamento do navio 2707 e teria características geométricas aprimoradas que permitiriam à estrutura fluídica se proteger evitando-se o início da cavitação pelo princípio do TDET, levando um tempo T maior para acelerar a água, criando assim o empuxo necessário de forma mais eficiente, o que significa que é necessário menos consumo de combustível para atingir a mesma velocidade náutica.

[0232] A estrutura fluídica 2706 aceleraria o fluxo que começa de uma borda dianteira 2708 em direção a uma borda traseira 2709, criando impulso Th’. A geometria da estrutura fluídica 2706 funciona de modo que o raio da borda dianteira aumente progressivamente de uma extremidade a montante 2706a em direção a uma posição a jusante 2710, fornecendo, assim, uma força de propulsão 'F'. O aumento da área da pá foi determinado para ter um efeito positivo contra a vibração e, portanto, a geometria dessa estrutura fluídica 2706 reduz a vibração. Essa redução na vibração também pode ter um impacto na redução do ruído. Um bocal compensativo simplificado é um dispositivo separado adicionado a uma hélice que reduz as oscilações no influxo canalizando-se o fluxo para as pás em um intervalo de tempo maior, aproveitando assim em parte os fenômenos de TDET. Isso, por sua vez, reduz os níveis de ruído. Além disso, em algumas modalidades, esse princípio é incorporado em uma combinação ordenada em um dispositivo que acentuou os fenômenos fazendo com que os aspectos operem em conjunto.

[0233] De acordo com outra modalidade deste pedido, é fornecido um método para operar um navio com uma hélice como o descrito na Figura 27.

[0234] As condições de arrasto e fluxo têm um impacto direto no desempenho. Devido ao fato de que o fluxo de água que entra na área do disco de uma hélice atrás de um casco não é constante ou perpendicular, uma ligeira rotação resulta do ato de uma hélice que está girando. Durante a operação, essa rotação auxilia na eficiência rotativa relativa “pré- condicionando-se" o fluxo de modo que acelere ao longo de trajetórias alinhadas, limitando, assim, a turbulência e a vibração do eixo de acionamento associada e promovendo o fluxo laminar. Durante a operação, a geometria da estrutura fluídica 2706 promove o fluxo laminar pré-condicionando-se o fluxo na região e a montante da extremidade a montante 2706a e alinhando-se a saída da mesma ao longo de trajetórias lineares em áreas em direção e além da posição a jusante

2710.

[0235] As configurações do conjunto cone de nariz da turbina eólica descritas no presente documento devem aprimorar a eficiência operacional das turbinas eólicas aproveitando mais da energia cinética disponível na frente do plano da pá de rotor (ou pás de rotor), especialmente em torno da região do cubo e/ou aumentar a energia cinética disponível do vento para a pá de rotor (ou pás de rotor) e/ou ventilar o cubo e a área circundante e/ou reduzir as emissões de ruído operacional do cone e/ou fornecer um método de fixação rápido para o conjunto do cone e/ou reduzir os custos operacionais da turbina eólica.

[0236] As configurações acima descritas para o cone de nariz de uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal também podem ser aplicadas a outros dispositivos que extraem energia de um fluido em movimento, tais como turbinas eólicas com eixo geométrico vertical, e os dois em qualquer escala. Tais melhorias podem ser aplicadas de maneia igualmente satisfatória, mutatis mutandis, em que tais mutações são relevantes, incluindo, porém sem limitação, dispositivos de energia eólica de alta altitude (HAWP), turbinas eólicas suspensas no ar, pipas de energia, turbinas maremotriz, turbinas eólicas e outras coisas. As melhorias descritas no presente documento podem ser aplicadas a turbinas eólicas com menos ou mais pás do que as descritas a título de exemplo, a fim de aumentar a eficiência operacional de uma turbina eólica, para diminuir os custos de manutenção e desgaste mecânico, e para aumentar a escalabilidade e comercialização de tais turbinas eólicas.

[0237] Essas melhorias também podem ser aplicadas de maneira igualmente satisfatória, mutatis mutandis, em que tais mutações são relevantes, para estruturas que são necessárias para colocar energia em um fluxo. Exemplos evidentes incluem hélices e/ou propulsores para aviões, barcos, planadores e drones, ventiladores de admissão para motores a jato, bombas d’água, ventiladores de ar e outras coisas. Em particular, a Figura 27 é uma hélice para um navio.

[0238] Algumas modalidades podem ter sido descritas com referência às reivindicações do tipo de método, enquanto outras modalidades podem ter sido descritas com referência às reivindicações do tipo de aparelho. No entanto, um versado na técnica entenderá a partir da descrição acima e da descrição a seguir que, salvo quando notificado de outro modo, além de qualquer combinação de recursos pertencentes a um tipo de assunto, qualquer outra combinação entre recursos relacionados a diferentes assuntos, em particular entre características das reivindicações de tipo de método e características das reivindicações de tipo de aparelho, é considerada como sendo divulgado com o presente documento.

[0239] Os aspectos definidos acima e outros aspectos ficam evidentes a partir dos exemplos de modalidades a serem descritos a seguir e são explicados com referência aos exemplos de modalidades.

[0240] Outros aspectos podem ficar evidentes para o leitor versado após a revisão do seguinte.

[0241] Embora as modalidades tenham sido descritas com referência que desenhos, as pessoas versadas na técnica observarão que variações e modificações podem ser feitas sem que haja afastamento do espírito e do escopo da mesma, conforme definido pelas reivindicações anexas.

[0242] Deve-se entender que o termo “que compreende” não exclui outros elementos ou etapas e que o uso dos artigos “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. Além disso, os elementos descritos em associação a diferentes modalidades podem ser combinados. Deve entender que os sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitativos do escopo das reivindicações.

[0243] Embora as modalidades tenham sido descritas com referência aos desenhos, as pessoas versadas na técnica entenderão que várias modificações podem ser feitas sem haver afastamento do espírito, escopo e propósito da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

[0244] Por exemplo, a construção alternativa de dispositivos fluídicos e suportes de montagem associados pode empregar um projeto de "estrutura espacial" com treliça de metal envolvida em um revestimento de tecido de poliéster. Alternativamente, o projeto pode empregar um padrão de voronoi.

[0245] Embora a descrição acima tenha sido principalmente em relação a estruturas fluídicas para turbinas eólicas com eixo geométrico horizontal, as estruturas descritas podem ser aplicáveis a outros dispositivos, tais como turbinas eólicas com eixo geométrico vertical, turbinas maremotriz, turbinas de barragens hidrelétricas, turbinas de pipa, dispositivos de energia eólica de alta altitude (HAWP), turbinas eólicas de pipa, pipas de energia e turbinas eólicas urbanas. Todos esses dispositivos podem ser aprimorados com um dispositivo fluídico, tal como descrito no presente documento, dentro da necessidade de pás de rotor conectadas. Por exemplo, o cone de nariz pode ser colocado dentro de uma estrutura circular para girar. Em particular, a Figura 15 é uma vista em elevação frontal de uma turbina eólica urbana que incorpora uma estrutura fluídica dessa maneira.

[0246] Todos os dispositivos mencionados usam o mesmo dispositivo com variações de tamanho.

[0247] Hélices para aeronaves (tais como um planador, avião civil, tampas de drone ou de motor a jato), embarcações, espaçonaves, turbocompressores e semelhantes poderiam empregar a estrutura fluídica descrita acima, exceto que a energia seria usada na rotação deste dispositivo e, portanto, seria girado na direção oposta, para induzir o fluxo do fluido em direção à parte de trás da estrutura. O espiralamento tem uma direção benéfica para tal configuração.

[0248] De acordo com outro aspecto, um indutor de ruído ultrassônico com a finalidade de repelir qualquer animal em voo de uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal ou vertical pode ser integrado com uma estrutura fluídica, conforme descrito no presente documento, ou em um cone de nariz paraboloide padrão ou outra estrutura. Até onde sabe o presente inventor, não há solução satisfatória para evitar ou impedir que animais voadores de qualquer tipo entrem em contato com as pás de rotor ou qualquer outra parte de uma turbina eólica, que usa ondas sonoras ultrassônicas, de modo a reduzir ou prevenir motor de animais e danos à turbina eólica.

[0249] De acordo com um primeiro aspecto, um indutor de ruído ultrassônico de 15 KHz ou mais com uma pressão sonora a 1 metro de 95 a 102 dB é encaixado dentro do cone de nariz ou da unidade de nacele, ou qualquer outra área que não afete as propriedades aerodinâmicas da turbina eólica de eixo geométrico horizontal com a finalidade de impedir que animais voadores colidam com uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal ou vertical, em que o indutor de ruído ultrassônico é colocado em qualquer local próximo ao redor ou na turbina eólica de modo que o efeito desejado de repelir os animais voadores pode ser obtido e as propriedades aerodinâmicas da turbina eólica não sejam afetadas, em que a instalação do indutor de ruído ultrassônico ocorre durante ou após a instalação da turbina eólica de eixo geométrico horizontal, em que a energia para a turbina eólica o indutor de ruído vem da própria turbina eólica ou de uma fonte externa.

[0250] O termo "conectado" ou "acoplado a" pode incluir tanto o acoplamento direto (em que dois elementos que são acoplados entre si contatam um ao outro) e o acoplamento indireto (em que pelo menos um elemento adicional está localizado entre os dois elementos).

[0251] Embora as modalidades tenham sido descritas detalhadamente, deve-se entender que várias mudanças, substituições e alterações podem ser feitas sem haver afastamento do escopo. Ademais, o âmbito da presente invenção não se limita às modalidades específicas dos processos, máquinas, fabricações, composições de matéria, meios, métodos e etapas descritos neste relatório descritivo.

[0252] Conforme observará prontamente uma pessoa versada na técnica a partir da divulgação, podem ser usados processos, máquinas, fabricação, composições de matéria, meios, métodos ou etapas existentes atualmente ou que serão desenvolvidos futuramente, que executem a mesma função ou obtêm substancialmente o mesmo resultado que as modalidades correspondentes descritas no presente documento. Consequentemente, as reivindicações anexas devem incluir dentro de seu escopo tais processos, máquinas, fabricação, composições de matéria, meios, métodos ou etapas.

[0253] Conforme pode ser entendido, os exemplos descritos e ilustrados acima devem servir apenas a título de exemplo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Turbina fluídica caracterizada pelo fato de que compreende: um cubo que gira em torno de um eixo geométrico central, alinhado a um eixo geométrico principal; e uma estrutura fluídica configurada para ser montada no cubo de uma turbina primária que contribui com torque para o eixo geométrico principal da turbina primária através do aumento de pelo menos um dentre elevação e arrasto, em que a estrutura fluídica inclui dois ou mais elementos fluídicos curvados que se estendem de um ponta a montante que se alinha ao eixo geométrico central de rotação, a uma extremidade a jusante em uma posição radial na direção contrária ao eixo geométrico central e gira em torno do eixo geométrico central para contribuir com torque para a turbina primária; e, em que os dois ou mais elementos fluídicos curvados contêm seções de corda que são mais amplas em uma posição a montante em relação a uma posição a jusante.

2. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a ponta a montante da estrutura fluídica contém um sensor e sistema de dados associado para determinar as condições ambientais e de turbina, em que os dados do sensor e do sistema de dados associado são integrados no sistema de controle de supervisão e de obtenção de dados da turbina primária.

3. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os elementos fluídicos curvados contêm células de carga associadas e em que a ponta a montante contém um sistema de sensor adequado para determinar dados específicos sobre o ambiente e sobre a turbina, acoplado a pelo menos um dentre um sistema de monitoramento de condição e um sistema de controle de supervisão e de obtenção de dados.

4. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura fluídica é configurada para se fixar a uma estrutura de cubo com o uso de um sistema ajustável de suportes e pontos rígidos que permitem mudanças ao longo de um plano do eixo geométrico de rotação e em posições azimutais.

5. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a turbina fluídica é uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal, e a estrutura fluídica é a única estrutura aerodinâmica que fornece torque a um eixo geométrico principal.

6. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a turbina fluídica é uma turbina eólica de eixo geométrico horizontal com um rotor montado em uma seção de cubo em uma porção de base com uma pluralidade de pás que compreendem um plano de rotor, sendo que cada pá dentre a pluralidade de pás tem uma borda dianteira, uma borda traseira, um lado de pressão, um lado de sucção e que tem seções de aerofólio adaptadas para extrair energia do vento por meio de elevação e fornecer torque a um eixo geométrico principal; em que a estrutura fluídica é um cone de nariz aerodinâmico que tem dois ou mais elementos fluídicos curvados que se encontram em uma ponta a montante do plano de rotor e uma posição radial adicional a jusante do plano de rotor.

7. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a turbina fluídica é pelo menos uma dentre uma turbina maremotriz com eixo geométrico horizontal, turbina de barragem hidrelétrica, uma turbina suspensa no ar, um dispositivo de energia eólica de alta altitude (HAWP) ou uma turbina eólica suspensa no ar, e a estrutura fluídica é a única estrutura fluidodinâmica que fornece torque a um eixo geométrico principal.

8. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a turbina fluídica é pelo menos uma dentre uma turbina maremotriz com eixo geométrico vertical, turbina hidrelétrica, uma turbina suspensa no ar, um dispositivo de energia eólica de alta altitude (HAWP) ou uma turbina eólica suspensa no ar, e a estrutura fluídica é a única estrutura fluidodinâmica que fornece torque a um eixo geométrico principal.

9. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a turbina fluídica é uma turbina maremotriz com eixo geométrico horizontal, com um rotor montado em uma seção de cubo em uma porção de base com uma pluralidade de pás que compreendem um plano de rotor, sendo que cada pá dentre a pluralidade de pás que têm uma borda dianteira, uma borda traseira, um lado de pressão, um lado de sucção e que tem substancialmente seções de hidrofólio projetadas para extrair energia da água e fornecer torque a um eixo geométrico principal, em que a estrutura fluídica é um cone de nariz hidrodinâmico com uma ponta a montante do plano de rotor e uma posição radial adicional a jusante do plano de rotor.

10. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o cone de nariz aerodinâmico inclui os elementos fluídicos curvados que são adaptados para aproveitar gradualmente a energia de um fluxo de ar de entrada e aprimorar a eficiência da turbina primária nos arredores próximos à turbina fluídica através da concentração de tal fluxo de ar do eixo geométrico central de rotação para um uma posição radial adicional e elementos fluídicos curvados adaptados para guiar o dito fluxo de ar para o lado de sucção da pá, reduzindo a separação de fluxo, turbulência e vibrações associadas.

11. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o cone de nariz aerodinâmico inclui os elementos fluídicos curvados e está adaptado para criar uma área de alta pressão útil em torno do cubo e a porção de base do rotor, o que permite que fluxo de ar de entrada para acelere radialmente na direção contrária do cubo a montante do rotor e aprimora a eficiência da turbina primária, aumentando-se o fator de indução axial e o fluxo de massa através do rotor.

12. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 9,

caracterizada pelo fato de que os elementos fluídicos curvados atuam para aproveitar gradualmente a energia de um fluxo de água de entrada e para aprimorar a eficiência da turbina em uma proximidade a jusante através da concentração de tal fluxo de água de um eixo geométrico central de rotação para uma posição radial adicional e guiar o dito fluxo de água no lado de sucção da pá, reduzindo a separação de fluxo, cavitação, turbulência e vibrações associadas.

13. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os elementos fluídicos curvados atuam para criar uma área de alta pressão ao redor do cubo e porção de base do rotor, fazendo que o fluxo de água de entrada acelere radialmente na direção contrária ao cubo a montante do rotor, o que aprimora a eficiência de toda a turbina aumentando- se um fator de indução axial e fluxo de massa através do rotor.

14. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um indutor de ruído ultrassônico na ponta a montante programada especificamente para impedir que morcegos e outras espécies aviárias voem próximo da turbina produzindo-se um ruído que não é audível por seres humanos.

15. Turbina fluídica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura fluídica é integrada com uma estrutura de cubo de uma turbina fluídica, ou encaixada e fixada à mesma, em uma posição central alinhada a um eixo geométrico central de rotação para substituir um cone de nariz existente ao mesmo tempo que o a turbina fluídica é instalada em um ambiente operacional da turbina primária ou em uma configuração de fábrica como parte da fabricação da turbina primária.

16. Método para operar uma turbina fluídica caracterizado pelo fato de que um sistema de sensor é configurado para determinar dados específicos sobre o ambiente e sobre a turbina e inclui pelo menos um dentre uma dentre uma unidade de LiDAR voltada para frente acoplada uma ponta de uma estrutura fluídica que fornece um fluxo de dados por antecipação ou informações LiDAR para reduzir cargas indesejadas e fenômenos operacionais nos componentes giratórios e na estrutura de suporte de uma turbina primária, ao mesmo tempo que é aprimorado o desempenho de energia através de procedimentos de controle antecipatório e de abordagens e limiares operacionais definidas, em que; uma pá de rotor passível de passo é controlável para definir um ângulo desejado de ataque, os componentes giratórios da turbina primária ou da estrutura fluídica são controláveis para serem guinados para uma ou mais orientações desejadas; sendo que o método compreende detectar, em um primeiro plano de detecção afastado da turbina fluídica, um fluxo de dados de alimentação direta de leituras LiDAR que representa características de velocidade do vento no primeiro plano de detecção; processar o fluxo de dados por antecipação em um sistema de arquitetura de dados configurado para gerar uma série de sinais de comando de controle mecânico em resposta às leituras de características de velocidade do vento, sendo que a série de sinais de comando de controle mecânico modifica pelo menos o ângulo desejado de ataque e a uma ou mais orientações desejadas dos componentes giratórios; em que o sistema de arquitetura de dados é configurado para atualizar as decisões de controle em tempo real ou em quase tempo real.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende: detectar, em uma ou mais células de carga fisicamente acopladas a um ou mais elementos fluídicos curvados da estrutura fluídica, um nível de tensão indicativo de um fator de carga no um ou mais elementos fluídicos curvados acoplados a serem armazenados no armazenamento de dados como um ou mais conjuntos de dados de fator de carga; processar, pelo sistema de arquitetura de dados, um ou mais conjuntos de dados de fator de carga para estabelecer uma métrica de erro entre a série de sinais de comando de controle mecânico e as características de velocidade do vento; atualizar, pelos sistemas de arquitetura de dados, uma ou mais características de controle do sistema de arquitetura de dados para reduzir a métrica de erro, sendo que a uma ou mais características de controle inclui pelo menos um tempo de atraso compensatório entre um tempo em que a série de sinais de comando de controle mecânico é utilizada para modificar pelo menos o ângulo desejado de ataque e a uma ou mais orientações desejadas dos componentes giratórios e um tempo em que as características de velocidade do vento são medidas.

18. Método para fabricar um cone de nariz aerodinâmico que inclui um cubo que gira em torno de um eixo geométrico central, alinhado a um eixo geométrico principal; e uma estrutura fluídica configurada para ser montada no cubo de uma turbina primária que contribui com torque para o eixo geométrico principal da turbina primária através do aumento de pelo menos um dentre elevação e arrasto, com materiais compostos, sendo que método é caracterizado pelo fato de que compreende: fabricar um molde a partir de um arquivo de projeto auxiliado por computador (CAD); em que as camadas de colocação de vidro e fibra de carbono são colocadas no molde com epóxi entre as camadas e podem ser definidas para produzir um produto endurecido que se assemelha ao arquivo CAD.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente instalar um flange e placa no cubo de uma turbina eólica pré-erigida, e em que a maior parte da estrutura de montagem, conforme definido na reivindicação 4, é pré-montada e fixada ao cone de nariz aerodinâmico no solo antes de toda a estrutura ser elevada por meio de um guindaste até a posição e fixada à turbina eólica por meio do flange e da placa pré-instalados.

20. Método para transportar o cone de nariz aerodinâmico que inclui um cubo que gira em torno de um eixo geométrico central alinhado a um eixo geométrico principal; e uma estrutura fluídica configurada para ser montada no cubo de uma turbina primária que contribui com torque para o eixo geométrico principal da turbina primária através do aumento de pelo menos um dentre elevação e arrasto, em que a estrutura fluídica inclui dois ou mais elementos fluídicos curvados que se estendem de uma ponta a montante que se alinha ao eixo geométrico central de rotação, a uma extremidade a jusante em uma posição radial na direção contrária ao eixo geométrico central e gira em torno do eixo geométrico central para contribuir com torque para a turbina primária; e, em que os dois ou mais elementos fluídicos curvados contêm seções de corda que são mais amplas em uma posição a montante em relação a uma posição a jusante, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: empilhar cada um dentre os dois ou mais elementos fluídicos curvados um sobre o outro e depositar os dois ou mais elementos fluídicos curvados um sobre o outro dentro de um contêiner de transporte ou na carroceria de um caminhão de plataforma.